CN112578824B - 一种反应器压力稳定控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应器压力稳定控制装置及方法，属于冶金生产技术领域，解决了镁热法生成海绵钛的过程中，反应器压力不能稳定控制，容易导致压力过高，泄压过快，低价钛粉末堵塞管道，现场员工安全得不到保障，影响生产的稳定运行和生产效率。装置包括气室内设有进气口，进气口与进气管道连通，驱动装置连接有顶针，顶针与进气口配合，进气管道中设置有第一压力传感器，第一压力传感器与PLC控制器连接，PLC控制器与驱动装置连接，所述气室还设有出气口，出气与排气管道通，PLC控制器外接连有主控台，PLC控制器与主控台通讯连接，本发明通过对进气口开度的精准调控，来控制反应器内压力的大小，达到生产各阶段稳定控制反应器所需压力值的目的。

Description

一种反应器压力稳定控制装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金生产技术领域，具体涉及一种海绵钛还原过程中反应器压力稳定控制装置及方法。

背景技术

在镁热法生产海绵钛工艺中，四氯化钛与液镁发生还原反应的过程中，会释放大量的热量，同时随着四氯化钛加料速度的加快，反应器内的压力会保持较高的水平，当压力超过25kPa时，系统出于自我保护，会将阀门全部打开，压力瞬时降至5kPa，因此会出现压力的急剧波动，影响生产的正常进行。同时快速的释放压力，气体的流速较大，会将大盖与反应器间产生的低价钛粉末带入排气管道，气体遇到空气冷凝与粉末混合，引起管道堵塞，导致压力上升，影响四氯化钛的稳定加入，且管道里的低价钛在清理时会有引发火灾的风险，同时高压可能会冲开管道接口，威胁现场员工安全。

因此有必要开发出一种反应器压力稳定控制的装置及方法。

发明内容

针对现有技术中无法稳定控制反应器内压力的问题，本发明提供一种可以稳定调控反应器内压力的装置及方法，其目的在于：减少管道堵塞事故，保障现场员工安全，保证生产的稳定运行，提升产品质量，提高生产效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种反应器压力稳定控制装置，其特征在于，包括进气管道、气室、PLC控制器和驱动装置，所述气室设有进气口，所述进气口与进气管道连通，所述进气管道通过软管与反应器连通，所述驱动装置连接有顶针，所述顶针与进气口配合，所述进气管道中设置有第一压力传感器，第一压力传感器测量进气管内的压力，进气管的气压与反应器的气压连通，所述第一压力传感器与PLC控制器连接，PLC控制器与驱动装置连接，所述气室还设有出气口，所述出气口与排气管道连通，所述PLC控制器外接连有主控台，PLC控制器与主控台通讯连接。

采用上述技术方案，可以通过控制顶针的高度，来控制进气口开度的大小，调控进气管道内压力的大小，进而实现稳定控制反应器内的压力大小。

优选的，所述顶针位于进气口正上方，所述顶针的末端为圆锥形，进气口的形状也为圆锥形，且顶针末端的锥度与进气口的锥度相同。

采用上述技术方案，顶针末端和进气口锥度相同，接触产生密封面，可以达到密封进气口的效果。

优选的，所述顶针末端锥形型母线长度为40mm，进气口的圆锥面的长度为15-20mm。

采用上述技术方案，气体内含有低价钛粉尘，粉尘会影响接触面的密封性，采用“半锥面密封”，可以有效地提高进气口的密封性能。

优选的，所述顶针末端的圆锥面上设有凹槽，所述凹槽里还设有橡胶密封圈。

采用上述技术方案，橡胶密封圈进一步提高进气口的密封性能。

优选的，气室中设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器与PLC控制器连接。

采用上述技术方案，当排气管道和软管发生管道堵塞时，气室压力过高，第二压力传感器将信号传输至PLC控制器，PLC控制器将信号无线传输至主控台，主控台显示面板发出警示，提醒操作人员检查设备。

优选的，所述出气口上设有干燥除尘器，所述干燥除尘器可拆卸更换。

采用上述技术方案，吸附气体中的低价钛粉和空气中的水蒸气，有效的避免气体遇到空气冷凝与粉末混合，引起排气管道堵塞，干燥除尘效果好，所述干燥除尘器内的滤网可拆卸更换，容易和便利的维修而能够经济地进行其维护。

优选的，所述驱动装置为无级变速电机。

采用上述技术方案，无级变速电机具有高精度调节控制的功能，可以实现对进气口开度的精准控制。

优选的，所述进气管道和排气管道均连接有软管，所述进气管道通过软管连接反应器，所述进气管道与软管连接处设有第一密封接头，所述排气管道与软管连接处设有第二密封接头，密封接头采用螺纹固定。

采用上述技术方案，保证软管与装置连接处的密封性。

一种反应器压力稳定控制方法，采用权利要求1至8任一项所述的反应器压力稳定控制装置进行操作，包括以下步骤：

S1:充入氩气，使进气管道压力为15KPa，此时顶针与进气口接触密封；

S2：反应器内加入四氯化钛原料，进气管道的压力上升，增大顶针高度，调节进气口开度，使进气管道压力维持在15KPa；

S3：四氯化钛加料速度加快，增大顶针高度，当四氯化钛的加料速度达到最大值时，微调顶针高度，使进气管道压力维持在20KPa；

S4:四氯化钛加料速度下降，降低顶针高度，当进气管道压力为15KPa时，微调顶针高度，使进气管道压力维持在15KPa；

S5:四氯化钛停止加料，顶针下降至与进气口接触密封，调节氩气进气速度，使进气管道压力维持在10KPa，直至反应器转炉到蒸馏炉。

优选的，所述进气管道内的压力和反应器内相同，所述微调是指：进气管道压力偏低时，PLC控制器控制驱动装置，驱动装置降低顶针高度，使进气管道压力上升；进气管道压力偏高时，增大顶针高度，使进气管道压力下降，使反应器压力始终维持在一个设定值。

采用上述技术方案，可实现在还原反应的各个阶段，反应器内的压力均保持在中控台设定值，避免了反应器内压力出现爆仓，导致影响正常生产，提升了原料利用率，提升了产品质量，提高了生产效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本装置通过控制顶针的高度，来控制进气口开度的大小，调控进气管道内压力的大小，进而实现稳定控制反应器内的压力大小，减少了生产事故，提升了生产效率。

2.顶针末端和进气口锥度相同，接触产生密封面，面接触密封进气口密封效果更好。

3.气体内含有低价钛粉尘，粉尘会影响接触面的密封性，采用“半锥面密封”，可以有效地提高进气口的密封性能。

4.橡胶密封圈进一步提高进气口的密封性能。

5.当排气管道和软管发生管道堵塞时，气室压力过高，第二压力传感器将信号传输至PLC控制器，PLC控制器将信号无线传输至主控台，主控台显示面板发出警示信号，提醒操作人员检查设备，有益于提高生产效率。

6.干燥除尘器可以吸附气体中的低价钛粉和空气中的水蒸气，有效的避免气体遇到空气冷凝与粉末混合，引起排气管道堵塞，干燥除尘效果好，操作方便。、

7.无级变速电机具有高精度调节控制的功能，可以实现对进气口开度的精准控制。

8.密封接头保证软管与装置连接处的密封性。

9.通过压力稳定控制方法，可以实现在还原反应的各个阶段，反应器内的压力均保持在中控台设定值，避免了反应器内压力出现爆仓导致无法正常生产，提升了原料利用率，提升了产品质量，提高了生产效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是反应器压力稳定控制装置的结构示意图；

图2是顶针的结构示意图；

图3是加料速度V随时间变化的折线图；

图4是反应器压力F随时间变化的折线图；

图5是进气口开度T随反应时间变化的折线图；

图6是PLC控制器和中控台的连接关系示意图。

附图标记

1-第一密封接头、2-进气管道、3-干燥除尘器、4-顶针、5-排气管道、6-第二密封接头、7-第一压力传感器、8-PLC控制器、9-驱动装置、10-第二压力传感器、11-气室、12-进气口、13-出气口、14-软管、15-密封圈。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合图1～图5对本发明作详细说明。

实施例一：

一种反应器压力稳定控制装置，包括进气管道2、气室11、PLC控制器8和驱动装置9，所述气室11设有进气口12，所述进气口12与进气管道2连通，所述驱动装置9连接有顶针4，所述顶针4与进气口12配合，所述进气管道2中设置有第一压力传感器7，所述第一压力传感器7与PLC控制器8连接，PLC控制器8与驱动装置9连接，所述气室11还设有出气口13，所述出气口13与排气管道5连通，所述PLC控制器8外接连有主控台，PLC控制器8与主控台通过WIFI信号连接，当反应器开始加料，主控台通过WIFI下发指令给压力稳定控制装置，所述压力稳定控制装置开始运行，通过第一压力传感器7测量进气管道内的压力，从而计算出反应器内的压力，第一压力传感器7将信号传输至PLC控制器8分析，所述PLC控制器8控制驱动装置9，调整顶针4的高度，进而控制进气口12开度的大小，达到稳定控制反应器压力的目的。

所述顶针4位于进气口12正上方，所述顶针4的末端为圆锥形，进气口12的形状也为圆锥形，且顶针4末端的锥度与进气口12的锥度相同，顶针4的锥面与进气口12的短锥面加工制造时相互配合制作，确保顶针4和进气口12密封部位锥度完全相同。

所述顶针末端锥形型母线长度为40mm，进气口12的圆锥面的长度为15mm，本发明的进气口12采用“半锥面密封”的方式，即进气口12的内壁面被设置为能够与顶针4外壁面形成密封面的锥面，优选地，密封面沿所述锥面母线方向的长度为15mm，不易造成密封面粘堵，密封效果更好，另外，进气口12锥面末端的角部为圆角，进气口12下段角度进行倒圆角处理，可以避免在顶针4从上方插入进气口12时采用非倒圆角结构可能对顶针4外壁面造成损伤进而破坏密封的问题发生。

所述顶针4末端的圆锥面上设有凹槽，所述凹槽里还设有密封圈15，优选的密封圈采用橡胶密封圈，所述密封圈通过工业胶固定在凹槽内，进一步保证进气口的密封。

气室11中设置有第二压力传感器10，所述第二压力传感器10与PLC控制器8连接，第二压力传感器10监测气室11内的压力值，当排气管到发生堵塞的情况，第二压力传感器将信号传输至PLC控制器，PLC控制器将信号无线传输至主控台，主控台显示面板发出警示信号，提醒操作人员检查设备，减少事故的发生，有益于提高生产效率。

所述出气口13上设有干燥除尘器3，干燥除尘器包括多层滤网，滤网具有对空气中的水蒸气和低价钛粉尘的吸附功能，有效的避免气体遇到空气冷凝与粉末混合，引起排气管道堵塞，所述干燥除尘器内的滤网可拆卸更换，容易和便利的维修而能够经济地进行其维护。

所述驱动装置9为无级变速电机，无级变速电机驱动顶针4连接上下移动，可以高精度调控顶针4的高度，进而实现对进气口开度的精准控制。

所述进气管道2和排气管道5均连接有软管14，所述进气管道2通过软管14连接反应器，所述进气管道2与软管14连接处设有第一密封接头1，所述排气管道5与软管14连接处设有第二密封接头6，密封接头6采用螺纹连接的方式，所述密封接头还设有密封垫圈。

一种反应器压力稳定控制方法，采用所述的反应器压力稳定控制装置进行操作，包括以下步骤：

S1:充入氩气，使进气管道2压力为15KPa，此时顶针4与进气口12接触密封；

S2：反应器内加入四氯化钛原料，进气管道的压力上升，增大顶针4高度，调节进气口12开度，使进气管道2压力维持在15KPa；

S3：四氯化钛加料速度加快，增大顶针4高度，当四氯化钛的加料速度达到最大值时，微调顶针4高度，使进气管道2压力维持在20KPa；

S4:四氯化钛加料速度下降，降低顶针4高度，当进气管道压力为15KPa时，微调顶针4高度，使进气管道2压力维持在15KPa；

S5:四氯化钛停止加料，顶针4下降至与进气口12接触密封，调节氩气进气速度，使进气管道2压力维持在10KPa，直至反应器转炉到蒸馏炉。

所述PLC控制器8接收并执行主控台下发的指令，所述进气管道2内的压力和反应器内相同，所述微调是指：进气管道2压力偏低时，PLC控制器8控制驱动装置9，驱动装置9降低顶针4高度，使进气管道2压力上升；进气管道2压力偏高时，增大顶针4高度，使进气管道2压力下降，使反应器压力始终维持在一个设定值。

以下实施例都是在实施例一的基础上优选得到的：

实施例二：所述顶针末端锥形型母线长度为40mm，进气口12的圆锥面的长度为20mm，本发明的进气口12采用“半锥面密封”的方式，即进气口12的内壁面被设置为能够与顶针4外壁面形成密封面的锥面，优选地，密封面沿所述锥面母线方向的长度为20mm，不易造成密封面粘堵，密封效果更好，另外，进气口12锥面末端的角部为圆角，进气口12下段角度进行倒圆角处理，可以避免在顶针4从上方插入进气口12时采用非倒圆角结构可能对顶针4外壁面造成损伤进而破坏密封的问题发生。

实施例三：所述出气口13上设有干燥除尘器3，干燥除尘器4包括多孔颗粒物，所述多孔颗粒物可以包括活性炭、沸石分子筛和活性氧化铝，此方案优选活性炭，活性炭对空气中的水蒸气和低价钛粉尘具有良好的吸附功能，有效的避免气体遇到空气冷凝与粉末混合，引起排气管道堵塞。

实施例四：所述驱动装置9为气缸，无级变速电机驱动顶针4连接上下移动，可以高精度调控顶针4的高度，进而实现对进气口开度的精准控制。

实施例五：所述驱动装置9为液压油缸，液压油缸驱动顶针4连接上下移动，可以高精度调控顶针4的高度，进而实现对进气口开度的精准控制。

需要注意的是本申请中涉及到的PLC控制器自动控制原理属于现有技术，因此本申请中不再具体阐述。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种反应器压力稳定控制方法，采用一种反应器压力稳定控制装置，其特征在于，所述反应器压力稳定控制装置包括进气管道（2）、气室（11）、PLC控制器（8）和驱动装置（9），所述气室（11）设有进气口（12），所述进气口（12）与进气管道（2）连通，所述驱动装置（9）连接有顶针（4），所述顶针（4）与进气口（12）配合，所述进气管道（2）中设置有第一压力传感器（7），所述第一压力传感器（7）与PLC控制器（8）连接，PLC控制器（8）与驱动装置（9）连接，所述气室（11）还设有出气口（13），所述出气口（13）与排气管道（5）连通，所述PLC控制器（8）外接连有主控台，PLC控制器（8）与主控台通讯连接；

控制方法包括：

S1: 充入氩气，使进气管道（2）压力为15KPa，此时顶针（4）与进气口（12）接触密封；

S2：反应器内加入四氯化钛原料，进气管道的压力上升，增大顶针（4）高度，调节进气口（12）开度，使进气管道（2）压力维持在15KPa；

S3：四氯化钛加料速度加快，增大顶针（4）高度，当四氯化钛的加料速度达到最大值时，微调顶针（4）高度，使进气管道（2）压力维持在20KPa；

S4:四氯化钛加料速度下降，降低顶针（4）高度，当进气管道压力为15KPa时，微调顶针（4）高度，使进气管道（2）压力维持在15KPa；

S5:四氯化钛停止加料，顶针（4）下降至与进气口（12）接触密封，调节氩气进气速度，使进气管道（2）压力维持在10KPa，直至反应器转炉到蒸馏炉；

所述PLC控制器（8）接收并执行主控台下发的指令，所述进气管道（2）内的压力和反应器内相同，所述微调是指：进气管道（2）压力偏低时，PLC控制器（8）控制驱动装置（9），驱动装置（9）降低顶针（4）高度，使进气管道（2）压力上升；进气管道（2）压力偏高时，增大顶针（4）高度，使进气管道（2）压力下降，使反应器压力始终维持在一个设定值。

2.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述顶针（4）位于进气口（12）正上方，所述顶针（4）的末端为圆锥形，进气口（12）的形状也为圆锥形，且顶针（4）末端的锥度与进气口（12）的锥度相同。

3.根据权利要求2所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述进气口（12）的圆锥面的长度为15-20mm。

4.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述顶针（4）末端的圆锥面上设有凹槽，所述凹槽里还设有密封圈（15）。

5.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，气室（11）中设置有第二压力传感器（10），所述第二压力传感器（10）与PLC控制器（8）连接。

6.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述出气口（13）上设有干燥除尘器（3）。

7.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述驱动装置（9）为无级变速电机。

8.根据权利要求1所述的一种反应器压力稳定控制方法，其特征在于，所述进气管道（2）和排气管道（5）均连接有软管（14），所述进气管道（2）通过软管（14）连接反应器，所述进气管道（2）与软管（14）连接处设有第一密封接头（1），所述排气管道（5）与软管（14）连接处设有第二密封接头（6）。

Images