CN103464970B

CN103464970B - 一种制备海绵钛反应器的方法

Info

Publication number: CN103464970B
Application number: CN201310373570.0A
Authority: CN
Inventors: 郭长庆
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN103464970A

Abstract

本发明涉及一种制备海绵钛还原蒸馏反应器的方法。采用20CrMo作为反应器的内层基板，Cr24Ni7NRE不锈钢作为反应器的防氧化外层板，厚度1.5‑2mm，内外层板之间的厚度比为8‑12:1。根据反应器的尺寸用卷板机将复合板卷成圆筒并焊接。实际使用结果表明：用20CrMo+Cr24Ni7NRE复合板制作的海绵钛还原蒸馏反应器抗氧化性性能优良，对海绵钛的杂质元素Cr、Ni含量没有影响，其使用寿命较先前使用的锅炉钢板反应器可提高5倍以上，达到50‑60炉。20CrMo+Cr24Ni7NRE复合板还原蒸馏反应器的使用不但提高了设备的利用率，而且显著地降低了海绵钛的生产成本。

Description

一种制备海绵钛反应器的方法

技术领域

本发明涉及海绵钛还原蒸馏反应器，特指一种采用20CrMo钢+Cr24Ni7NRE不锈钢复合板制备海绵钛还原蒸馏反应器的方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

海绵钛还原蒸馏反应器是生产海绵钛的关键设备，其工作条件十分恶劣；在海绵钛生产过程中，还原蒸馏反应器长时间处于900-l000℃的高温状态下，其内壁与金属镁液、四氯化钛和氯化镁接触，受到这些物质的持续侵蚀；并且，其外壁暴露在空气中，氧化倾向严重；另外，还原蒸馏反应器承载着大量的金属镁、TiCl₄溶液反应物和氯化镁及海绵钛反应产物，使反应器壁受压向外膨胀变形；同时，反应器内又处于低压真空状态，使反应器壁受压向内收缩变形；因此，反应器氧化、热腐蚀和变形倾向异常严重，通常使用寿命仅9次，成为影响海绵钛生产成本、质量和生产效率的重要因素之一。

为了有效地解决还原蒸馏反应器存在的问题，日本和前苏联对此开展了大量的相关研究工作；日本早在上世纪70年代曾经使用过不锈钢作为还原蒸馏容器材质，取得了良好的效果；1978年前苏联几位学者专门也设计了几个不锈钢用来制备反应器，并且，采用了热扩散涂层和耐热涂层加强对容器内、外层进行保护使得反应器的使用寿命获得显著的提高。

然而，不锈钢还原蒸馏反应器虽然提高了使用寿命。但是，由于不锈钢中的Cr和Ni含量高，这些元素在海绵钛生产过程中会逐渐扩散进入到产品中使海绵钛的纯净度降低，不能满足对质量的严格要求；并且，不锈钢的生产成本高，这些因素限制了不锈钢反应器的广泛推广应用。

我国海绵钛还原蒸馏反应器的制造水平总的来讲与国外先进生产国家相比落后许多；目前，我国海绵钛还原蒸馏反应器主要采用低碳钢板制造，金属复合板反应器在我国还基本上处于空白；因此，研制新型金属基复合材料海绵钛还原蒸馏反应器对于提升我国海绵钛工艺的技术水平和我国钛产业的持续快速发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用20CrMo钢+Cr24Ni7NRE不锈钢复合板制备海绵钛还原蒸馏反应器的方法，从而，显著的提高反应器的使用寿命。

技术解决方案：工艺步骤如下：

（1）内层基板为20CrMo钢，外层防氧化板为Cr24Ni7NRE奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢板的厚度1.5-2mm；内外层板之间的厚度比为：10-12：1；

（2）内外层板之间采用爆炸的方式进行复合；其工艺流程为：板材表面处理→地基铺垫→基、复板安装→布药→检查→起爆→检验→退火→校平；所用炸药的主要性能指标为：松装密度为0.5～0.7g/cm³；爆速为 2000～2500 m/s；

（3）复合板可采用热切割方法下料或开孔；下料后，用刨削或打磨的方法去除淬硬层，根据还原蒸馏反应器的尺寸用卷板机将复合板卷成圆筒；然后，在对接部位开出双V形梯级坡口（如图1），坡口的角度60±5º，即：在V形坡口的基础上将两侧不锈钢复层各剥离去≥5mm；组装施焊前，应将不锈钢复层坡口和两侧20mm范围内清理干净，不得有油污和锈蚀；同时，错边量控制在2±1mm；焊接时，首先用H08CrMoA低合金钢焊条对基材层部分进行焊接，待基材层部分的焊缝填满后用A312焊条将焊缝填满；

（4）根据反应器底尺寸用相同材料的复合板制作罐底，并在罐底上端开口部位开出一个V形梯级焊接坡口；

（5）在复合板圆筒的下端头开出一个V形梯级焊接坡口，并采用与步骤（3）相同的焊接方法将筒身与筒底进行连接；焊缝进行无损检测合格后进行500ºC/2h退火处理。

附图说明

图1为双V形梯级焊接坡口示意图。

具体实施方式

实施例1

冶炼20CrMo钢，将其轧制成为厚度不同的板材；冶炼Cr24Ni7NRE奥氏体不锈钢，将其轧制成为厚度为1.5mm的板材。

根据反应器的尺寸选择20CrMo钢的厚度，并且，使得20CrMo热强钢的厚度为不锈钢钢厚度的10倍，采用爆炸的方式使20CrMo钢板与Cr24Ni7NRE不锈钢板复合，其工艺流程为：板材表面处理→地基铺垫→基、复板安装→布药→检查→起爆→检验→退火→校平，所用炸药的主要性能指标为：松装密度为0.65g/cm³；爆速为 2350 m/s。

根据海绵钛还原蒸馏反应器的尺寸用热切割的方法下料及开孔，之后，用刨削、打磨等方法去除淬硬层，并用卷板机将复合板卷曲成圆筒，然后，在对接部位开出双V形梯级坡口，即在V形坡口的基础上将两侧不锈钢复层各剥离去5mm，如图1所示，这样在焊接基材层时能避免对复层的影响，同时也便于在基材层焊接工作完成后进行探伤检验和基材层焊缝的返修，对坡口表面进行检查确认无缺陷后可进行下道工序；组装施焊前，应将不锈钢复合板坡口和两侧20mm范围内清理干净，不得有油污和锈蚀；不锈钢复层错边量控制在l mm以内。焊接时，首先用H08CrMoA低合金钢焊条对基材层部分进行焊接，待基材层部分的焊缝填满后用A312焊条将焊缝填满。

根据反应器底尺寸用相同材料的复合板制作罐底，并在其上端头开出V形梯级焊接坡口，在复合板筒身的一个端头也开出V形梯级焊接坡口；用H08CrMoA低合金钢焊条将对基材层部分进行焊接，待基材层部分的焊缝填满后用A312焊条将整个焊缝填满；焊接无损检测合格后进行500ºC/2h退火处理，即可制成海绵钛还原蒸馏反应器。

实际使用结果表明：用20CrMo+Cr24Ni7NRE复合板制作的海绵钛还原蒸馏反应器抗氧化性性能优良，对海绵钛的杂质元素含量没有影响，其使用寿命较先前使用的锅炉钢板反应器可提高5倍以上，可以达到50-60炉。20CrMo+Cr24Ni7NRE复合板还原蒸馏反应器的使用不但提高了设备的利用率，而且显著地降低了海绵钛的生产成本。

Claims

1.一种制备海绵钛反应器的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)内层基板为20CrMo钢，外层防氧化板为Cr24Ni7NRE奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢板的厚度1.5-2mm；内外层板之间的厚度比为：10-12：1；

(2)内外层板之间采用爆炸的方式进行复合；

(3)复合板可采用热切割方法下料或开孔；下料后，用刨削或打磨的方法去除淬硬层，根据还原蒸馏反应器的尺寸用卷板机将复合板卷成圆筒；然后，在对接部位开出双V形梯级坡口，焊接时，首先用H08CrMoA低合金钢焊条对基材层部分进行焊接，待基材层部分的焊缝填满后用A312焊条将焊缝填满；

(4)根据反应器底尺寸用相同材料的复合板制作罐底，并在罐底上端开口部位开出一个V形梯级焊接坡口；

(5)在复合板圆筒的下端头开出一个V形梯级焊接坡口，并采用与步骤(3)相同的焊接方法将筒身与筒底进行连接；焊缝进行无损检测合格后进行退火处理；

所述内外层板之间采用爆炸的方式进行复合的工艺流程为：板材表面处理→地基铺垫→基、复板安装→布药→检查→起爆→检验→退火→校平；所用炸药的主要性能指标为：松装密度为0.5～0.7g/cm³；爆速为2000～2500m/s。

2.如权利要求1所述的一种制备海绵钛反应器的方法，其特征在于：所述的在对接部位开出双V形梯级坡口指：坡口的角度60±5°，在V形坡口的基础上将两侧不锈钢复层各剥离去5mm；组装施焊前，应将不锈钢复层坡口和两侧20mm范围内清理干净，不得有油污和锈蚀；同时，错边量控制在2±1mm。

3.如权利要求1所述的一种制备海绵钛反应器的方法，其特征在于：所述的退火处理指：500℃，退火2h。