海绵钛加工车间自动控制完整系统

1、评审论文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 日评审论文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。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。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

2、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 。 聞創沟燴鐺險爱氇 谴净。目前，海绵钛生产上仍沿用“钛矿物T海绵钛T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 。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。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 Ko

3、rll 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 。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。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 C -850 C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。

4、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。 彈贸摄 尔霁毙攬砖卤庑。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： 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。钛渣

5、T研磨到合适粒度T熔盐氯化T粗四氯化钛T精制T精四氯化 钛T镁还原蒸馏7（中间产品：海绵钛砣）7破碎包装T海绵钛（本论 文主要介绍海绵钛加工车间） 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。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 。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 海绵钛生产线工艺描述如下： 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

6、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 3.5m 3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。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。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

7、满的料罐送到海绵钛加工线 。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。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。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。（ -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 ）

8、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 。 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 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 。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 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

9、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 C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。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。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

10、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 。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。feILIIr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 标准，选择了西门子S7-400PLC系统为基础自动化系统，控制系统 设计为一套PLC控制海绵钛

11、加工车间的控制系统。L2系统包括一台服 务器和一个操作员站。主要实现历史数据存储，实施海绵钛加工的控 制管理 。 坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。海绵钛加工车间控制系统包括：数个分布式I/O站（2个MCC站 组成）。自动化系统配置图如图2所示操作站服务器显示器冗余服务器501扩展机架501主机架502主机架502扩展机架蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。501MCC站502MCC站買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。图2自动化系统配置图该自动控制系统开放性好，采用分布式I/O控制方案,提高了控制 系统的可靠性和抗干扰能力，同时又降低控制系统造价，达到合理配置 的目的。控制系统特点如下 :綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。(1) 可靠性高采用

12、分布式I/O， PLC、通信网络和分布式I/O之间相互实行电气 隔离,可彻底防止任一设备故障而影响网络中其他设备的正常工作， 可随时从网络中解除或挂入，而不影响网络系统的运行，信号连接线 短，就地处理信号，引入干扰小；模块供电分散也可以有效地减少由 于电源引入的干扰，或电源故障而引起的系统故障 。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。(2) 灵活性好由于工艺改变而需增加信号时，只要将新增信号接入附近分布式 I/O柜即可，施工方便。(3) 具有明显的经济效益7和集中控制方案相比，采用分布式I/O控制方案,可以节省很多电 缆投资，所有需进PLC柜的信号接至现场分布式I/O柜即可，从分布式 I/O柜到PLC柜只需一

13、根电源线和一根通信网络电缆，敷设电缆所需 的安装材料及人力也可大量减少。此控制系统的PLC配置有效地发挥PLC自身的功能和优势，并降低系统造价，提高系统的可扩展性、可 靠性和实用性。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。(4) 系统开发性好自动化系统硬件设备、软件的选型、网络配置，遵循通用性强、 开放性好的原则，便于今后软件的开发、移植、系统升级以及硬件扩 展。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。4.2海绵钛加工车间控制系统及主要功能海绵钛加工车间控制系统包括：海绵钛破碎控制系统，海绵钛混 料控制系统，海绵钛包装控制系统。主要控制功能包括：皮带的起停， 破碎机的起停，振动给料器的起停等。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。4.2.

14、1海绵钛破碎控制系统海绵钛破碎系统是一个逆起顺停的控制系统，它的流程如下：r*开始H启动流程：輒峄陽檉簖疖網儂號泶。启传送带35i, 33i开振动筛31i开大倾角皮带32i2开圆盘中破机241开振动给料器23ii开大倾角皮带32ii开圆盘粗破机19i停止流程:11介绍了海绵钛破碎系统的流程， 这里再介绍一下切片机的工作原 理和工作方式。1图3 海绵钛切片机工作原理海绵钛切片机的工作是海绵钛破碎的第一道工序，它将数吨重的 海绵钛砣切割成150mm左右厚的钛块。它的工作原理是：水平放置 的钛砣以恒定速度前进，切片机以固定频率进行切割。只要保证了钛 砣的前进速度和切片机的切割频率， 就能保证切出的钛

15、块的厚度，偶 有不合规格的钛块，也能经过后面的工序进行弥补 。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。422海绵钛混料控制系统23海绵钛混料系统是一个顺起顺停的控制系统，它的流程如下:准备就绪准备就绪NoYes凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。NoYesr操作命令开始二斜槽移开Yes斜槽移开混料装置 48i423海绵钛包装控制系统海绵钛包装系统是一个顺起逆停控制系统，它的流程如下:介绍了海绵钛的包装流程，这里再主要介绍一下包装过程中需要控制的量，主要介绍一下气流风选装置的作用Titcnium spongepacking secrtFoiislFi&et 7PaikinQ unit. _ she-e t SFro rn tn

16、 proce s sistora g e (ofleir cjo al yls 厂 obtained、Cl iUnFt for tit口niu m sponge_pn eumo LFc bl ow off, &h e-e t 7L-BlCl osslfyin g con veyo 厂. sheet 7f12-r2)C2S-I-1 2 mm duct图4海绵钛包装流程经过上级的残留与自身的摩擦，从料仓中放下的海绵钛必然还存 在（-2+0）mm的碎屑。到分检装置上的海绵钛为（-25+2）mm的 颗粒，这就要靠气流风选装置将（-2+0）mm的碎屑吹到左边的仓内， 并用料桶收集。所以控制风机的转速很重要，风力太大会造成合格产 品的损失，风力太小又造成有劣质品残留，给生产带来巨大的损失。风力的控制经过多次试验得到，并根据风机与料仓的距离调整， 这个 量要根据实际情况确定 。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。5 结束语海绵钛加工车间是整个海绵