海绵钛加工车间自动控制系统.docx

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目前，海绵钛生产上仍沿用“钛矿物f海绵钛f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 Korll 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800r-850r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：钛渣-研磨到合适粒度-熔盐氯化-粗四氯化钛-精制-精四氯化钛f镁还原蒸馏f （中间产品：海绵钛砣）f破碎包装f海绵钛 （本论文主要介绍海绵钛加工车间）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，压块机海绵钛生产线工艺描述如下：① 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1 5 0mm ， 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3.5ms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， 叉车将装满的料罐送到海绵钛加工线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 -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(T2+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 ) 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② 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。

③ 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€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B 皿tab *■：!・■丽忘ifl 11 6 U 1+ W 11 1B BU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1/0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 理海绵钛加工车间控制系统包括：数个分布式1/0站(2个MCC站组 成)自动化系统配置图如图2所示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:(1) 可靠性高采用分布式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4.2.1 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，它的流程如下启动流程：开始Yes \ 方式选择操作命令开启启传送带35], 33]启振动给料器23]3, 23]4开振动筛31]开振动溜槽43]启大倾角皮带29]开圆盘细破机28]开振动给料器23]2NoNoNo计划选择1YesYes计划选择2Yes计划选择3开大倾角皮带26]移动中间料桶开振动给料器2321开圆盘粗破机19]开大倾角皮带32]]开振动给料器23]]开振动给料器232]开鄂式破碎机18]移动中间料桶开振动给料器15]开振动给料器2341开大倾角皮带211开振动给料器2321开大倾角皮带3212开圆盘中破机2£结束/ 整条线启动停止流程：停圆盘细破机28]停振动给料器23]3, 23]4停分检装置35],33]停大倾角皮带29]停振动溜槽43]停振动筛31]结束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。

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4.2.2 海绵钛混料控制系统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NoNoYesNoYesNo结束操作命令开始Yes钛进料停止高速混料49]停止振动给料器23]5开启振动给料器23]5开启最小速率混料49]倾斜混料装置49]开启高速混料49]混料5分钟斜槽移开混料装置48]斜槽移到混料装置48]移混料装置49]到初始位开始准备就绪钛上传斜槽移开Yes4.2.3 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NoYesNoYesNoNo开始YesYes开启气流风选装置61]开启分检装置44]开启振动给料器231616停止振动给料器231616停止气流风选装置61]转换装料装置561停止分检装置44]结束准备就绪M 料仓已满 >V操作命令开启停止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。

Tit-anium sponge packing sectionFrom in-process 吕torage (after analysis resul obtained)Unit for titanium sponge pneumatic blow-off, sheet 7斗斗1图4海绵钛包装流程。