海绵钛加工车间自动控制系统

海绵钛加工车间自动控制系统综述

李忠祥

攀钢集团工程技术有限公司

2012年6月7日

海绵钛加工车间自动控制系统综述

李忠祥

攀钢集团工程技术有限公司

摘要：本文介绍了海绵钛加工车间的工艺流程和主要功能，阐述了海绵钛加工车间设备及控制系统的组成，并分别对各部份的主要控制功能进行了描述，最后分析了海绵钛加工车间在生产过程中的优势。

关键词：海绵钛加工车间工艺流程控制功能

1引言

钛在地壳中的含量约为0.6%，占第9位。在已探明储量中我国占世界总储量的49%，居世界首位。通过与不锈钢、铝合金等材料的对比，发现钛的比强度大约为不锈钢的3倍，为铝合金的1.3倍。钛及其合金是优秀的结构材料和功能材料，因具有高比强度和耐腐蚀性而被称作“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、航海工程、电力、化工、冶金、汽车以及日常生活中的运用将越来越广泛。

目前，海绵钛生产上仍沿用“钛矿物→海绵钛→钛材/钛合金”的工艺流程。近年来，国内外在海绵钛生产领域取得了许多新成果，对进一步推动钛工业的发展具有重要意义。

海绵钛生产工艺是以高钛渣、石油焦和氯气为原料生产TiCl4，

再将TiCl4还原生产海绵钛。制备海绵钛有很多方法。迄今为止，真正实现海绵钛生产工业化的只有Korll法（镁热还原法）和Hunter 法（钠热还原法）。随着采用Hunter法生产海绵钛的美国RMI（活性金属工业公司）以及英国狄塞德钛公司的关闭，现在Hunter法已经被淘汰，Kroll法占据主导地位。

全球目前仅有中国、日本、美国、俄罗斯、哈萨克斯坦和乌克兰6个国家生产海绵钛，且生产工艺全部采用Kroll法。镁还原制取海绵钛的原理是：在800℃-850℃的反应器中，氩气保护环境下，让精四氯化钛和金属镁经还原反应得到海绵状的金属钛和氯化镁，将氯化镁排除还原炉，用真空蒸馏的方法除去海绵钛孔隙中残留的氯化镁和镁，从而获得海绵钛。排出的氯化镁经电解回收镁和氯气，循环使用。蒸馏冷凝物经熔化后排出氯化镁，剩余镁可继续作为镁还原剂。

2海绵钛生产工艺流程

由于攀枝花钛矿具有品味较低，钙镁含量高的特点，不适宜采用常用的沸腾氯化技术，而国内的熔盐氯化技术存在技术不成熟，环境污染较大的不足。乌克兰熔盐氯化技术适用于高钙镁含量的钛渣，并具有成熟的适用经验，而且，在还原蒸馏阶段采用的技术所得到的产品品质优异，能够满足航空航天等高端用钛的需求。因此，本工程主体技术采用引进乌克兰技术，其生产采用目前世界通用的镁还原蒸馏工艺路线，产品为海绵钛，主要步骤包括：

钛渣→研磨到合适粒度→熔盐氯化→粗四氯化钛→精制→精四

氯化钛→镁还原蒸馏→（中间产品：海绵钛砣）→破碎包装→海绵钛（本论文主要介绍海绵钛加工车间）

3海绵钛加工车间工艺

主要生产设备：将海绵钛从还原罐里取出来的液压顶出机，海绵钛砣液压切片机，鄂式破碎机和盘式破碎机、海绵钛混合机，振动筛，分检输送装置，压块机。

海绵钛生产线工艺描述如下：

①海绵钛破碎

海绵钛球被送到切片机，切成150mm以下的碎片。在切片机上切割出的钛块，通过槽式给料器和大倾角皮带输送到三级圆盘破碎机进一步破碎。渣皮加工的工艺流程（PFD）是：经切片机，切碎的海绵钛碎块，在这里进行一次分检，若破碎的海绵钛碎块粒度小于150mm，则直接通过大倾角皮带将碎块送到盘式粗破机的料仓中；若破碎的海绵钛碎块粒度大于150mm，则将其装入3.5m3料罐中，再运送到鄂式破碎机的料仓中，然后海绵钛依次进入后面的破碎机。

盘式粗破机将海绵钛破碎到粒度小于100mm，盘式中破机破碎到粒度小于50mm，盘式细破机破碎到粒度小于25mm。（-25+0）mm粒级的海绵钛通过大倾角皮带输送到振动筛进行筛分，之前还要经过振动溜槽，除去（-2+0）mm的海绵钛，（-2+0）mm的海绵钛收集到料罐，叉车将装满的料罐送到海绵钛加工线。

天车将料罐送到位于等外级海绵钛加工线的倾斜装置上，通过倾

斜装置和倾斜装置下的称重装置，海绵钛被装入包装桶中，进行包装。

（-25+2）mm海绵钛粒经过振动筛编号的筛分后分为+25mm，（-25+12）mm和（-12+2）mm。需要把+25mm的海绵钛粒收集在桶编号中，然后送到中破机编号破碎，送到海绵钛砣加工线进一步加工。（注：盘式破碎机不能一次破碎就保证所有的海绵钛都能破碎到要求的粒度，因此筛分后，有的颗粒粒度仍然大于筛孔尺寸。）（-25+12）mm和（-12+2）mm粒度的海绵钛送到分检装置。分检完后，各个粒级的海绵钛分别送至中间料仓编号中，直到到达一个可销售批次的量。

②海绵钛混料

达到适合销售的重量后，收集在中间料罐中粒级为（-25+12）mm 和（-12+2）mm的海绵钛，输送到混料装置进行混料，混料后又将海绵钛装入中间料罐中，取样时采用自动取样器取样分析它的化学成分和硬度。取样后，装有海绵钛的中间料罐送到中间储库，等待分析结果。

③海绵钛包装

分析结果出来后，装有海绵钛的中间料罐将送去做最后的分检。采用气流风选装置去除海绵钛内的机械杂质和粉尘，然后海绵钛在分检装置上做最后的分检，然后送到包装装置，将海绵钛装进包装桶中。包装桶要密封并且要经过特殊处理，例如清洗和干燥。在装入海绵钛前，要在桶里放置一个-70℃的防冻塑料袋。滚筒输送带中的内置称重装置对装有海绵钛的包装桶进行称量并送至仓库，仓库中的电动升降车将装有海绵钛的包装桶进行打标签、充氩、密封、储藏。

如果中间储库内的中间料罐的储存时间超过3个月，则要送到分检装置中去除在长时间的存储过程中产生的不合格品。然后将收集在料罐中的海绵钛送到混料装置中进行混料并装入中间料罐中，因此取样时采用自动取样器取样分析它的化学成分和硬度。取样后，装有海绵钛的中间料罐送到中间储库，等待分析结果。一旦分析结果出来后，装有海绵钛的中间料罐依据程序将送去做最后的分检和包装。

图1 海绵钛车间工艺流程图

4海绵钛加工车间控制系统

4.1 自动化系统架构

根据海绵钛加工车间工艺的特点和实施自动控制的需要,自动化系统架构采用两级控制系统和三级网络系统。两级控制系统即过程控制计算机(L2)系统和基础自动化(L1)系统组成；三级网络由过程控制级以太网、基础自动化(L1)级以太网及设备级现场总线组成，各分布式I/O站与控制器间以PROFIBUS总线连接。该系统按最优性价比的标