专利名称：用于低温沸腾氯化炉的控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及低温沸腾氯化炉领域，更具体地讲，涉及一种控制低温沸腾氯化炉的控制系统及控制方法。
背景技术：
当使用钒钛磁铁矿炼铁时，所残余的高炉渣中含有大量的有价元素，其中Ti元素以TiO2的形式存在于高炉渣中，并且TiO2含量为20% 22%。高炉渣经过高温碳化之后即可得到碳化高炉渣，其中Ti元素以TiC的形式存在，并且TiC的含量为10% 14%。当前，在低温沸腾氯化生产粗四氯化钛工艺中以碳化高炉渣为原料，并与氯气反应获得粗四氯化钛，主要反应化学式为TiC+2Cl2+02 = TiCl4+C02, Δ Gaxrc= _880kJ/molTiC根据化学式可知，该化学反应放出大量的热量，将造成低温沸腾氯化炉内的温度急剧升高。并且，碳化高炉渣内含有大量的钙镁杂质(通常情况下，CaO的含量为26. 83%左右，MgO的含量在7. 51%左右)，因此一旦温度超过预定范围(即钙镁杂质的氯化温度)，钙镁杂质将大量被氯化，导致低温沸腾氯化炉结渣死炉。因此，温度控制是整个工艺的关键。而且，作为生产原料的氯气属于剧毒物质，作为产品的四氯化钛的也属于有毒物质，另外现场作业环境还存在高压高温危险。因此，在很多时候，氯化炉以及相关设备故障时，工作人员无法第一时间到现场操作来解决问题，因此需要一种控制系统来监督整个低温沸腾氯化炉，用以实时调整氯化炉系统的各项参数
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于控制低温沸腾氯化炉的控制系统及控制方法。根据本发明的一方面，提供一种用于低温沸腾氯化炉的控制系统包括温度计，安装在低温沸腾氯化炉，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度；固体物料加料阀门，安装在低温沸腾氯化炉与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓之间，控制碳化高炉渣的加料量；氯气加料阀门，连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间，控制氯气的进气量；控制器，基于温度计所测量的系统温度调节固体物料加料阀门的开度和氯气加料阀门的开度。优选地，控制器在系统温度大于预设的预定温度范围的上限时，增加固体物料加料阀门的开度并减小氯气加料阀门的开度。由此，大量的碳化高炉渣迅速吸收低温沸腾氯化炉内的反应热，同时减缓了生产粗四氯化碳的速度，从而降低了系统温度。优选地，控制器在系统温度小于预设的预定温度范围的下限时，减小固体物料加料阀门的开度并增加氯气加料阀门的开度。由此，减少了碳化高炉渣的加料量，从而防止碳化高炉渣大量吸收低温沸腾氯化炉内的反应热，同时加快生产粗四氯化碳的速度而使化学反应放出大量的热量，从而提高了系统温度。优选地，用于低温沸腾氯化炉的控制系统还包括排渣阀门，安装在低温沸腾氯化炉的排渣口，控制排渣量；料位计，安装在低温沸腾氯化炉，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度，其中，控制器根据料位计所测量的内料面高度而调节排渣阀门的开度。优选地，当料位计所测量的内料面高度大于预设的预定内料面高度范围的上限时，控制器增大排渣阀门的开度；当料位计所测量的内料面高度小于预设的预定内料面高度范围的下限时，控制器减小排渣阀门的开度。根据本发明的另一方面，提供一种用于低温沸腾氯化炉的控制方法，并且该控制方法包括(a)利用安装在低温沸腾氯化炉的温度计，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度；
(b)基于温度计所测量的系统温度调节固体物料加料阀门的开度和氯气加料阀门的开度；其中，固体物料加料阀门安装在低温沸腾氯化炉与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓之间，氯气加料阀门连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间。优选地，所述(b)步骤包括当系统温度大于预设的预定温度范围的上限时，增加固体物料加料阀门的开度并减小氯气加料阀门的开度的步骤。优选地，所述(b)步骤包括当系统温度小于预设的预定温度范围的下限时，减小固体物料加料阀门的开度并增加氯气加料阀门的开度的步骤。优选地，本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制方法还包括利用安装在低温沸腾氯化炉的料位计，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度；当内料面高度大于预设的预定内料面高度范围的上限时，增大排渣阀门的开度；当内料面高度小于预定内料面高度范围的下限时，减小排渣阀门的开度，其中，排渣阀门安装在低温沸腾氯化炉的排渣□。优选地，所述固体物料加料阀门可以是变频星型阀。
优选地，所述排渣阀门可以是电动阀门。本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统和方法可实时控制低温沸腾氯化炉的系统温度，从而在氯化炉发生异常情况时，及时控制系统温度到安全温度(上述预定温度范围内)。此外，为了生产效率，本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统和方法还可控制氯化炉的内料面高度，从而使低温沸腾氯化炉安全地、高效地进行生产。将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中图1是示出根据本发明的实施例的用于低温沸腾氯化炉的控制系统。图2是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的系统温度的方法的流程图。图3是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的系统温度的方法的具体流程图。图4是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的内料面高度的方法的流程图。
具体实施例方式现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统通过固体物料加料阀门和氯气加料阀门来控制低温沸腾氯化炉的系统温度。图1是示出根据本发明的实施例的用于低温沸腾氯化炉的控制系统。本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统包括温度计200、固体物料加料阀门300、氯气加料阀门500、控制器600。温度计200安装在低温沸腾氯化炉100，能够测量低温沸腾氯化炉内的系统温度。这里，对温度计的安装数量没有限制，可根据实际需求来安装。此外，当安装多个温度计时，使用多个系统温度的平均值。固体物料加料阀门300安装在低温沸腾氯化炉100与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓400之间，控制 碳化高炉渣的加料量。这里，所述固体物料加料阀门可以使用变频星型阀，从而相比普通的阀门，可以更准确地控制碳化高炉渣的加料量。这里，需要说明的是，变频星型阀旋转一圈时的加料量是固定且可知的，因此通过改变变频星型阀的旋转频率即可改变碳化高炉渣的加料量。并且，此处的变频星型阀的频率可看作与固体物料加料阀门的开度相同的参数。氯气加料阀门500连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间，控制氯气的进气量。控制器600，基于温度计200所测量的系统温度，调节固体物料加料阀门300的开度和氯气加料阀门500的开度。参照图1可知，本发明的控制器600可使用一个或多个控制单元来实现。另外，在实际工程中，为了防止控制器发生故障而影响整个控制系统，可准备一个备用的控制器。此外，本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统还可以包括排渣阀门700和料位计 800。排渣阀门700安装在低温沸腾氯化炉100的排渣口，控制排渣量。这里，排渣量需要与碳化高炉渣的加料量相匹配，这样才能维持低温沸腾氯化炉内的内料面的一定高度。并且为了保证生产效率，内料面的高度不能多高也不能过低。料位计800安装在低温沸腾氯化炉100，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度。此时，控制器600根据料位计800所测量的内料面高度而调节排渣阀门的开度。这里，所述排渣阀门可以使用电动阀门。优选地，用于低温沸腾氯化炉的控制系统还可以包括氯气在线分析仪910、氮气加料阀门510、空气加料阀门520、混合缓冲罐920、压力表930、螺旋称重器940。氯气在线分析仪910安装在低温沸腾氯化炉的排气口上，检测低温沸腾氯化炉100所排出的气体中的氯气含量。并且根据需要或者行业要求，后续还需要对低温沸腾氯化炉排出的气体进行去污处理。氮气加料阀门510连接在氮气源与低温沸腾氯化炉之间，控制氮气的进气量。空气加料阀门520连接在空气源与低温沸腾氯化炉之间，控制空气的进气量。
当安装有具备安全阀的混合缓冲罐920时，氯气、空气和氮气在混合缓冲罐920中进行预混合。但是，混合缓冲罐920不是必需的，氯气、空气和氮气也可在低温沸腾氯化炉内进行混合。此外，混合缓冲罐920还有保障其安全使用的安全阀921。此外考虑到混合缓冲罐内还有有毒的氯气，因此根据需要，还可对从安全阀排出的混合气体进行去尾气处理。压力表930测量低温沸腾氯化炉内的炉顶压力。低温沸腾氯化炉100的压力承受能力是一定的，若内部压力过大而超过其承受能力时，生产设备的受损且生产环境也存在危险。因此，通过压力表300来实时监控低温沸腾氯化炉内的压力。螺旋称重器940可测量碳化高炉渣的加料量。下面结合图1参照图2描述根据本发明的用于低温沸腾氯化炉100的控制方法的流程。图2是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的系统温度的方法的流程图。在步骤S201，控制器600利用安装在低温沸腾氯化炉100的温度计200，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度t。在步骤S202，控制器600基于温度计200所测量的系统温度调节固体物料加料阀门300的开度和氯气加料阀门500的开度。进一步参照图3，将详细描述根据本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制方法的各个流程。图3是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的系统温度的方法的具体流程图。在步骤S301，控制器600首先判断系统温度是否在预设的预定温度范围之内。如果系统温度大于预设的预定温度范围的上限，则在步骤S302，控制器600增加固体物料加料阀门300的开度并减小氯气加料阀门500的开度，从而使系统温度恢复到预设的预定温度范围内。此时，增加固体物料加料阀门300的开度和减小氯气加料阀门500的开度这两个操作的降温原理是不同的，前者是使大量的碳化高炉渣快速吸热，从而起到了降低低温沸腾氯化炉内的温度的作用，后者是氯气进气量的减小减缓了生产粗四氯化碳的速度，从而减少了反应热。反之，如果系统温度小于预设的预定温度范围的下限，则在步骤S303，控制器600减小固体物料加料阀门300的开度并增加氯气加料阀门500的开度。由此，减少了碳化高炉渣的加料量，从而防止碳化高炉渣大量吸收低温沸腾氯化炉内的反应热，同时加快生产粗四氯化碳的化学反应速度而使反应放出大量的热量，从而起到了提高系统温度的作用。在本发明的实施例中作为固体物料加料阀门可使用变频星型阀，因此通过改变变频星型阀的旋转频率即可改变固体物料加料阀门的开度，并且相比其他阀门，变频星型阀能够准确地调整碳化高炉渣的加料量。同时，当系统温度不在预定温度范围内时其旋转频率的改变量(旋转频率的增加量或者减小量)是可预先设置的。通常，在实际工程中基于经验值来设置该改变量。并且，原理上，通过步骤S30 2和S303即可将系统温度控制在预定范围之内，即可防止钙镁杂质氯化而导致氯化炉的结渣死炉。例如，在本发明中为了防止钙镁杂质大量氯化，将其系统温度控制在低于钙镁杂质的氯化反应温度即可。但是，实际操作过程中，低温沸腾氯化炉的空间是一定的，在调节固体物料加料阀门的开度的情况下，如果不调节排渣阀门，则经过足够长的时间之后，低温沸腾氯化炉的内料面高度肯定产生变化，并且低温沸腾氯化炉的内料面高度太高或者太低都是不利于生产效率的。因此，优选地，在步骤S304，控制器600控制低温沸腾氯化炉100的内料面高度。图4是示出根据本发明的实施例的用于控制低温沸腾氯化炉的内料面高度的方法的流程图。在步骤S401，控制器600利用安装在低温沸腾氯化炉100的料位计800，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度。在步骤S402，控制器600判断内料面高度是否在预设的预定内料面高度范围内。如果内料面高度大于预设的预定内料面高度范围的上限，则在步骤S403，控制器600增大排渣阀门700的开度，从而增加了排渣量，以使低温沸腾氯化炉100的内料面高度在预定内料面范围内。如果内料面高度小于预定内料面高度范围的下限，则在步骤S404，控制器600减小排渣阀门700的开度，从而减少了排渣量，以使低温沸腾氯化炉100的内料面高度在预定内料面范围内。在本发明的实施例中，作为排渣阀门也可使用电动阀门。并且，此处电动阀门的改变是一个小范围内的 改动。例如，可将电动阀门的改变量预先设置为总开度的1%，从而电动阀门每次变化总开度的I %，直到到达满足需求的开度，低温沸腾氯化炉达到平衡。本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统可实时控制低温沸腾氯化炉的系统温度，从而在氯化炉发生异常情况时，及时控制系统温度到安全温度(上述预定温度范围内)。此外，为了生产效率，还可同时控制氯化炉的内料面高度，从而安全地、高效地运行低温沸腾氯化炉。本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。
权利要求
1.一种用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于，包括 温度计，安装在低温沸腾氯化炉，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度； 固体物料加料阀门，安装在低温沸腾氯化炉与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓之间，控制碳化高炉渣的加料量； 氯气加料阀门，连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间，控制氯气的进气量； 控制器，基于温度计所测量的系统温度调节固体物料加料阀门的开度和氯气加料阀门的开度。
2.根据权利要求1所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于， 控制器在系统温度大于预设的预定温度范围的上限时，增加固体物料加料阀门的开度并减小氯气加料阀门的开度。
3.根据权利要求1所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于， 控制器在系统温度小于预设的预定温度范围的下限时，减小固体物料加料阀门的开度并增加氯气加料阀门的开度。
4.根据权利要求1所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于，还包括 排渣阀门，安装在低温沸腾氯化炉的排渣口，控制排渣量； 料位计，安装在低温沸腾氯化炉，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度， 其中，控制器根据料位计所测量的内料面高度而调节排渣阀门的开度。
5.根据权利要求4所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于， 当料位计所测量的内料面高度大于预设的预定内料面高度范围的上限时，控制器增大排渣阀门的开度； 当料位计所测量的内料面高度小于预设的预定内料面高度范围的下限时，控制器减小排渣阀门的开度。
6.根据权利要求1所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于，所述固体物料加料阀门是变频星型阀。
7.根据权利要求5所述的用于低温沸腾氯化炉的控制系统，其特征在于，所述排渣阀门是电动阀门。
8.一种用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于，包括 (a)利用安装在低温沸腾氯化炉的温度计，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度； (b)基于温度计所测量的系统温度调节固体物料加料阀门的开度和氯气加料阀门的开度； 其中，固体物料加料阀门安装在低温沸腾氯化炉与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓之间，氯气加料阀门连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间。
9.根据权利要求8所述的用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于， 所述(b)步骤包括当系统温度大于预设的预定温度范围的上限时，增加固体物料加料阀门的开度并减小氯气加料阀门的开度。
10.根据权利要求8所述的用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于， 所述(b)步骤包括当系统温度小于预设的预定温度范围的下限时，减小固体物料加料阀门的开度并增加氯气加料阀门的开度。
11.根据权利要求8所述的用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于，还包括利用安装在低温沸腾氯化炉的料位计，测量低温沸腾氯化炉内的碳化高炉渣的内料面高度； 当内料面高度大于预设的预定内料面高度范围的上限时，增大排渣阀门的开度； 当内料面高度小于预定内料面高度范围的下限时，减小排渣阀门的开度， 其中，排渣阀门安装在低温沸腾氯化炉的排渣口。
12.根据权利要求8所述的用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于，所述固体物料加料阀门是变频星型阀。
13.根据权利要求11所述的用于低温沸腾氯化炉的控制方法，其特征在于，所述排渣阀门是电动阀门。
全文摘要
本发明提供一种用于低温沸腾氯化炉的控制系统及控制方法。本发明的用于低温沸腾氯化炉的控制系统包括温度计，安装在低温沸腾氯化炉，测量低温沸腾氯化炉内的系统温度；固体物料加料阀门，安装在低温沸腾氯化炉与向低温沸腾氯化炉提供碳化高炉渣的原料仓之间，控制碳化高炉渣的加料量；氯气加料阀门，连接在氯气源与低温沸腾氯化炉之间，控制氯气的进气量；控制器，基于温度计所测量的系统温度调节固体物料加料阀门的开度和氯气加料阀门的开度。本发明的低温沸腾氯化炉的控制系统和方法能够实时控制低温沸腾氯化炉的系统温度和内料面高度，从而使得生产四氯化钛的工艺安全地、高效地进行。
文档编号C01G23/02GK103058270SQ20121057409
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者刘森林, 陆平, 陈祝春, 张苏新 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司