大型海绵钛还蒸炉优化设计与控制方法研究

摘要

还原反应工艺是目前海绵钛生产过程中最为关键的一部分,而还原反应炉则是该过程中主要的设备。针对其生产过程的高温度、高真空、高纯度的要求,本文设计研究了一种12吨新型双层海绵钛还原反应器,由内碳钢、外不锈钢的双层结构代替传统的单层不锈钢,该结构不仅提高了国内海绵钛生产的效率,也保障安全生产的正常进行。这种新型结构不仅提高了单炉产能,还显著改善了传统单层钢的脱皮及更换频率高等不足,降低了产品杂质,同时提高了生产效率及产品质量。
　　通过工况分析,该生产过程具有高温度、高真空等极端苛刻的条件,故本文应用ANSYS的有限元分析(FiniteElementAnalysis,FEA)对还原反应器进行建模及热应力耦合分析,确保生产安全。
　　此外,针对该系统大滞后的温度控制以及不能过度超调等要求,对传统PID控制算法进行改进,以确保快速、精确、稳定的进入稳态生产过程。

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1 绪论

1.1 课题概述

1.2海绵钛生产工艺及设备研究现状和发展趋势

1.3 论文主要研究内容

2海绵钛生产还原设备设计

2.1 Kroll工艺生产海绵钛的化学原理

2.2设备计算

2.3物料分析

2.4 热平衡计算

3 设备建模与热应力耦合性分析

3.1 单炉产能与还原反应器的关系

3.2 新型双层结构的还原反应器

3.3 三维建模与网格划分

3.4 温度场分析与热应力耦合性分析

3.5 结果处理与分析

4 基于大滞后的温度PID控制

4.1 PID控制算法

4.2大滞后系统控制过程

4.3 仿真实例及分析

5 设计思路和关键部件

5.1总体结构

5.2 端盖与加料设计

5.3加MgCl2和排MgCl2的管路

5.4加Ar管的设计

6总结和展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文