[发明专利]一种具有惰性包覆层的管式换热器及在海绵钛生产中的应用

权利要求书

1.一种具有惰性包覆层的管式换热器，其特征在于：由管式换热器(3)、表面惰性包覆层(5)及其内部循环流动的液态冷却介质构成；具有惰性包覆层的管式换热器(1)垂直设置在还原炉反应器上盖(16)，并通过其外壁固定法兰(14)与还原炉反应器上盖开口法兰(15)密封固定，其底部(10)伸入还原剂金属镁初始液面(7-1)以下，其上部从反应器上盖(16)引出作为换热器冷却介质的入口和出口；

该惰性包覆层(5)物质具有以下特性：

⑴、在还原反应过程中，该物质或该物质在反应器内部反应形成的产物具有一定的惰性，也就是说，该物质或该物质在反应器内部反应形成的产物具有不与还原炉反应器内的其他物质四氯化钛、金属镁、氯化镁、钛的低价氯化物发生化学反应的特性，并且在冷却介质的作用下能够在管式换热器(3)的外表面保持凝固状态，从而起到阻隔管式换热器(3)金属表面与反应器内部气氛直接接触的作用，同时也起到阻隔了新生钛晶在管式换热器(3)金属表面的生长、沉积和附着的作用；

⑵、在还原蒸馏的全部过程中，该物质或该物质在反应器内部参加化学反应所形成的产物不影响镁热还原产物海绵钛的质量；

⑶、该物质或该物质在反应器内部反应形成的产物具有相对较低的熔点或软化点，在还原过程结束后不阻碍管式换热器(3)从反应器中抽出；

惰性包覆层(5)的形成方式采用以下几种方式中的一种：

⑴、管式换热器(3)位于反应器内部管段的外表面整体进行惰性物质预先包覆的方式；

⑵、管式换热器(3)位于反应器内部从液态金属镁还原反应结束液面(7-2)位置或(7-2)的稍上位置至管式换热器底端(10)之间管段的外表面局部进行惰性物质预先包覆的方式；

⑶、管式换热器(3)位于反应器内部并处于液态金属镁还原反应起始液面(7-1)位置或(7-1)稍下位置上部管段的外表面进行惰性物质预先包覆，剩余部分段在反应器内通过借助管式换热器周围的液态金属镁和/或液态氯化镁自凝固形成惰性包覆层的方式。

2.根据权利要求1所述一种具有惰性包覆层的管式换热器，其特征在于：所述惰性包覆层(5)物质选自金属卤化物、熔点或软化点低于900℃的金属或其合金中的一种或两种以上混合物，或者是金属卤化物和所述金属的混合物。

3.根据权利要求1所述一种具有惰性包覆层的管式换热器，其特征在于：所述液态循环冷却介质，选自金属钠、金属钾、金属锂、其他低熔点金属或低熔点金属合金中的任意一种，或低熔点熔盐或其混合物。

4.根据权利要求1所述一种具有惰性包覆层的管式换热器，其特征在于：所述的液态冷却介质的最低温度要高于其熔点温度，最高温度要低于其汽化点温度和金属镁熔点温度；液态冷却介质的工作温度要求确保管式换热器(3)表面惰性包覆层始终保持凝固状态。

5.一种具有惰性包覆层的管式换热器在海绵钛生产中的应用方法，主要应用于金属卤化物金属热还原法生产的热量散除和产物中心成孔，其特征在于：

步骤1：在海绵钛镁热还原反应过程中，表面具有惰性包覆层的管式换热器(1)在液态冷却介质的作用下其表面的惰性包覆层始终处于凝固状态，随着反应的进行，惰性包覆层(5)的厚度随换热器周围区域液态镁的温度及冷却介质入口与出口温度差的变化而变化，镁热还原反应产生的聚集在中心区域的热量，通过液态金属镁、惰性包覆层(5)和管式换热器的外管(4)管璧与循环流动的液态冷却介质进行对流传导换热，被及时排出；同时还避免了由于还原炉液镁表面中心区域热量集聚而造成的新生钛晶高温烧结问题和由于液态金属镁高温汽化而生成的低价钛和游离钛问题；由于惰性包覆层(5)的存在，避免了新生钛晶以管式换热器(3)金属外壁为活性中心成核，阻隔了新生钛晶在管式换热器(3)外壁上的结晶、沉积和附着，由此避免了管式换热器与钛坨的粘结问题；

步骤2：还原阶段结束后，停止冷却介质的循环，惰性包覆层(5)受热熔化脱落，从而在管式换热器(3)与钛坨之间自形成空隙，钛坨轴心形成孔洞，使钛坨里部距离钛坨表面的最大路径长度由原来的钛坨的半径距离减小到二分之一半径距离以下，当进入蒸馏阶段后钛坨内部氯化镁和金属镁的扩散速度和挥发速度得以提高，蒸馏的时间周期缩短一半以上，同时也避免了由于反应器长时间蒸馏而造成的钛坨氧化、氮化及过热烧结问题。