钛冶金通常采用氯化冶金的方式从钛铁矿或富钛料中将钛元素以四氯化钛形式提取出来,再根据下游产品选择还原或是氧化来生产金属钛或者氧化钛;而钛的氯化冶金根据其反应体系的不同主要分为熔盐氯化和沸腾氯化两种。沸腾氯化由于其具有产能大、不产生废盐等优势,是近年来四氯化钛生产的主流工艺,尤其是国际上先进的氯化法钛白粉生产技术均是采用沸腾氯化法生产工艺。
钛冶金过程的沸腾氯化主要在沸腾氯化炉内进行,而内衬耐火材料则是沸腾氯化炉最为重要的组成部分,是关系到其能否正常使用和运行的关键;整个沸腾氯化炉内衬的主要作用是形成气流边界,形成撞击流的约束,使得物料合理流态化;并在高温反应下起到隔热、绝热的作用;在整个运行过程中,氯化炉内成分十分复杂,主要成分为:高钛渣颗粒,TiCl4、Cl2、O2、CO、CO2、N2等;沸腾氯化炉主要分为以下几个部分:由于沸腾氯化炉的特殊结构,氯气进气口主要安装在该段,均匀的分布在四周。在通入气体后,形成撞击流,在炉底和四周内衬的约束下,形成向上的流态化反应床层。炉底和反应段内衬正常工作温度为900~1000℃,这一区域主要承受炉料在撞击流作用下的直接冲击和摩擦作用;该部位因承受物料的冲击、上升的磨损气体侵入、碳沉积发生反应而容易发生内衬材料的损坏。其损坏原因主要有:a.热的作用: 即热负荷、热冲击;b.化学作用:由于氯气、碱金属、渣等化学元素的侵入,造成内衬材料渣化和损坏,以及氯气与耐火材料的化学作用;c.机械作用:由于物料颗粒的摩擦和含尘烟气磨损造成内衬材料的受损。
高温氯化炉其性能要求较高,炉内生产温度为1300 ℃左右,耐腐蚀,密封性能好,并且要求物料与氯化介质充分均匀接触反应。炉衬耐火材料的选择使用要求应按照以下几点:
(1) 耐高温,荷重软点>1500 ℃。
(2) 耐腐蚀、抗氧化,氯气的氧化性极强,且在高温下,内衬对腐蚀性要求极高。
(3) 绝缘性能好,防止漏电。
(4) 体积密度大 ,要求 > 216 % ,使其耐磨性能好。
(5) 显气几率低 < 18 %。