海綿鈦生產(chǎn)工藝

海綿鈦生產(chǎn)工藝介紹粗鎂粗鎂海綿鈦鎂電解真空蒸餾生鐵高鈦渣鎂精鎂氬氣還原產(chǎn)物海綿鈦精四氯化鈦粗四氯化鈦石油焦銅絲氯化鎂破碎、包裝氯氣精煉還原氯化電爐熔煉精制石油焦鈦鐵礦瀝青補(bǔ)充氯化鎂補(bǔ)充氯氣圖1勞爾法海綿鈦生產(chǎn)工藝流程圖工藝流程簡(jiǎn)述：電爐熔煉：即高鈦渣生產(chǎn)。其工藝流程如下見(jiàn)圖2鈦渣生產(chǎn)流程圖。圖2鈦渣生產(chǎn)流程圖電爐熔煉法生產(chǎn)高鈦渣是鈦鐵礦與固體還原劑無(wú)煙煤或石油焦等混合加入電爐中進(jìn)行還原熔煉，礦中的氧化物被選擇性地還原為金屬鐵，而鈦的氧化物被富集在爐渣中，經(jīng)渣鐵分離獲得高鈦渣和副產(chǎn)品金屬鐵，高鈦渣經(jīng)過(guò)冷卻、破碎、磁選、磨粉后送氯化車間。在鈦渣生產(chǎn)流程中，主要用能為電。主要用能設(shè)備為自制6300kV·A矮煙罩電弧爐。氯化：即粗四氯化鈦的生產(chǎn)。主要流程圖見(jiàn)圖3。圖3氯化鈦生產(chǎn)流程圖破碎好的高鈦渣、石油焦按一定比例進(jìn)行稱量配料，經(jīng)過(guò)混合、干燥，用加料機(jī)由混合料斗從沸騰段上方加入氯化爐內(nèi)。氯氣從氯化爐底進(jìn)入爐內(nèi)，加入的混合料與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦和其他雜質(zhì)的氯化物以及一氧化碳和二氧化碳等氣體。沸點(diǎn)低于氯化溫度的氯化物如：FeCl3、AlCl3(升華氣體)等氣體就和TiCl4一起揮發(fā)逸出氯化爐，而沸點(diǎn)高于氯化溫度的氯化物如：CaCl2、MgCl2等，與未反應(yīng)的TiO2、C粉等一起留在爐內(nèi)成為爐渣。從氯化爐頂以氣體逸出的混合氣體，主要成分為TiCl4、AlCl3、FeCl3等，還有被氣流夾帶出來(lái)的固體顆粒，進(jìn)入收塵器，由于減速降溫的作用，使其中AlCl3、FeCl3等高沸點(diǎn)氯化物以及被氣體帶出的固體顆粒大部分被冷凝沉積下來(lái)。通過(guò)收塵器出來(lái)的混合氣體進(jìn)入淋洗塔，被冷凍鹽水冷卻后的TiCl4、的液體相接觸，使TiCl4、等氣體和高沸點(diǎn)雜質(zhì)被淋洗下來(lái)，淋洗下來(lái)的TiCl4液體還含有較多的雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)沉降、過(guò)濾以后，得到淡黃色或紅棕色的粗四氯化鈦液體。不能冷凝的氣體經(jīng)過(guò)尾氣凈化處理后達(dá)標(biāo)通過(guò)煙囪排空。在粗四氯化鈦生產(chǎn)過(guò)程中，主要用能為石油焦、壓縮空氣、電、循環(huán)水以及低溫鹽水。主要設(shè)備有Ф1200氯化爐、Ф2400氯化爐以及附屬的泵類設(shè)備。精制：精制工藝流程圖見(jiàn)圖4。圖4精餾塔除硅-銅絲塔除釩組合的精制工藝流程圖粗四氯化鈦中含雜質(zhì)眾多，根據(jù)雜質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的不同，先通過(guò)蒸餾除去高沸點(diǎn)雜質(zhì)，再通過(guò)精餾除去低沸點(diǎn)雜質(zhì)，最后通過(guò)銅絲除釩，制取精四氯化鈦。工序工藝流程敘述如下：從氯化車間來(lái)的粗四氯化鈦進(jìn)入高位槽，經(jīng)過(guò)流量計(jì)由浮閥塔的中部加入塔內(nèi)，連同回流液與由蒸餾釜上升的蒸汽相遇時(shí)，進(jìn)行氣液交換。低沸點(diǎn)四氯化硅等氯化物由塔頂冷凝器冷凝進(jìn)入回流槽。其中一部分返回塔頂進(jìn)行回流，多余的溢流到四氯化硅儲(chǔ)罐。已經(jīng)除去低沸點(diǎn)雜質(zhì)的四氯化鈦被汽化由浮閥塔底部進(jìn)入銅絲蒸餾釜，與銅絲接觸除三氯氧釩、脫色后，進(jìn)入冷凝器，冷凝得到精制四氯化鈦液體，經(jīng)檢驗(yàn)合格后送往儲(chǔ)罐，供給還原工序。各蒸餾釜和高位槽富集的有高沸點(diǎn)氯化物的四氯化鈦，定期返回氯化車間濃密機(jī)，所有塔及設(shè)備的尾氣經(jīng)酸封罐排入大氣。該工序主要用能為電能。主要用能設(shè)備為蒸餾釜。蒸餾釜有1700mm×2690mm，1500mm×2380mm。還原-蒸餾：鎂熱還原法生產(chǎn)海綿鈦，是采用“克勞爾”法。即在高溫下用鎂將四氯化鈦還原成金屬鈦，該反應(yīng)過(guò)程涉及TiCl4-Mg-Ti-MgCl2-TiCl3–TiCl2等多相體系，是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。鎂還原TiCl4的總反應(yīng)式：TiCl4＋２Mg＝Ti＋2MgCl2還原工序所得產(chǎn)物，其組成大約是55%～60%Ti、25%～30%Mg、10%～15%MgCl2和少量鈦的低價(jià)氯化物TiCl2、TiCl3。為了獲得產(chǎn)品海綿鈦，必須分離出Mg和MgCl2，分離方法采用真空蒸餾法。工藝流程圖見(jiàn)圖5。圖5還原-蒸餾工藝流程圖蒸餾法是利用蒸餾物各組分物理特性的差異而進(jìn)行的分離方法。是根據(jù)Mg和MgCl2在溫度700～1000℃蒸汽壓較高，而Ti在同溫度下蒸汽壓很低，因而可利用它們?cè)诟邷叵抡羝麎合嗖詈艽螅瑥亩鳰g和MgCl2化Mg對(duì)Ti的相對(duì)揮發(fā)度（分離系數(shù)）很大的原理進(jìn)行分離。采用常壓蒸餾時(shí)，由于MgCl2比Mg的沸點(diǎn)高，分離MgCl2比Mg困難，提高蒸餾溫度將導(dǎo)致海綿鈦與鐵制容器壁生成Ti-Fe合金而污染產(chǎn)品，同時(shí)在常壓高溫下，Ti、Mg和MgCl2與水蒸氣以及Mg和Ti與空氣中的氧、氮均易作用。而在真空條件下蒸餾時(shí)，Mg和MgCl2的沸點(diǎn)將大大降低，揮發(fā)度比常壓蒸餾時(shí)大很多倍，因此采用真空蒸餾可以降低蒸餾溫度和提高M(jìn)g和MgCl2的揮發(fā)速度，還可以減少產(chǎn)品鈦被罐體鐵壁和空氣中的氧、氮污染。我國(guó)遵義鈦業(yè)采用倒“U”形聯(lián)合法生產(chǎn)工藝，它是將還原罐（蒸餾罐）和冷凝罐之間用帶閥門的管道連結(jié)而成，設(shè)有專門的加熱裝置，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備在還原前一次組裝好。倒“U”形聯(lián)合法生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，就是還原結(jié)束后立即投入真空蒸餾作業(yè)。在還原-蒸餾工序的主要用能為電。主要設(shè)備為還蒸爐。鎂電解：金屬鎂的工業(yè)生產(chǎn)方法MgCl2的熔鹽電解法，用Mg還原TiCl4過(guò)程中排放的的MgCl2作原料，進(jìn)行熔鹽電解制鎂，反應(yīng)產(chǎn)物Mg和Cl2分別用于還原TiCl4和氯化制取TiCl4，這樣就構(gòu)成氯、鎂閉路循環(huán)的工藝。氯化鎂電解生產(chǎn)工藝的實(shí)質(zhì)，是用直流電流通過(guò)熔融電解質(zhì)把Mg2+還原為金屬鎂的過(guò)程。當(dāng)直流電流通過(guò)熔融電解質(zhì)時(shí)，陰極上析出鎂，陽(yáng)極上析出氯氣，反應(yīng)方程式如下：2Cl－－2e－＝Cl2(Cl－在陽(yáng)極上失去電子)Mg2+＋2e－＝Mg(Mg2+在陽(yáng)極上得到電子)陰極產(chǎn)生的液態(tài)鎂因比電解質(zhì)的密度小而上浮于表面，陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣則通過(guò)氯氣罩排出收集處理。該工序的主要用能為電力。主要用能設(shè)備為容量為110kV·A的電解槽。鎂精煉：電解槽產(chǎn)出的鎂包含許多雜質(zhì)，精煉是根據(jù)各雜質(zhì)的物理性質(zhì)的不同，進(jìn)行分層，制取高純度的鎂。該工序主要用能為電力。主要用能設(shè)備為精煉爐。破碎包裝：反應(yīng)器的鈦坨取出后削去邊皮，經(jīng)過(guò)切削，破碎包裝成桶外銷。

附錄資料：不需要的可以自行刪除制定生產(chǎn)計(jì)劃的常用方法一、圖表法[例13-1]已知H公司1999年上半年（為簡(jiǎn)化，只考慮上半年）滿足需求量的生產(chǎn)安排，見(jiàn)表13-5。為實(shí)現(xiàn)此進(jìn)度安排，擬采用三種不同的綜合生產(chǎn)計(jì)劃方案。表13-5H公司1999年上半年生產(chǎn)進(jìn)度安排單位：臺(tái)序號(hào)項(xiàng)目名稱1月2月3月4月5月6月12345678期初庫(kù)存量預(yù)測(cè)需求量累計(jì)需求量保險(xiǎn)儲(chǔ)備量生產(chǎn)需要量(2)+(4)-(1）累計(jì)生產(chǎn)量有效工作日（天）累計(jì)工作日（天）400180018004501850185025254501500330037514253275224737511004400275100042752471275900530022585051252495225110064002751150627525120275170081004251850812523143*保險(xiǎn)儲(chǔ)備量=1/4預(yù)測(cè)需求量有關(guān)成本數(shù)據(jù)補(bǔ)充如下：生產(chǎn)成本=100元/件；存儲(chǔ)費(fèi)用=每月生產(chǎn)成本的1.5%（即每月每件1.5元）；標(biāo)準(zhǔn)工資率=每小時(shí)4元；加班費(fèi)=標(biāo)準(zhǔn)工資的150%或每小時(shí)6元；缺貨損失=5元/件；外協(xié)比自制昂貴而增加的費(fèi)用=每件產(chǎn)品2元；招聘和培訓(xùn)費(fèi)=每人200元；提前解聘損失費(fèi)=每人250元；每件產(chǎn)品所需工時(shí)=5小時(shí)。方案1的策略：在正常工作班次下，通過(guò)增減生產(chǎn)工人來(lái)生產(chǎn)出確切的需要量。方案2的策略：固定生產(chǎn)工人數(shù)，工人數(shù)按6個(gè)月的平均產(chǎn)量來(lái)確定（（8125件×5小時(shí)/件）/（143天×8小時(shí)/天）=36人）；允許庫(kù)存發(fā)生短缺，通過(guò)下月的生產(chǎn)來(lái)補(bǔ)足。方案3的策略：按生產(chǎn)需要量（計(jì)劃量）最低的4月份來(lái)確定所需工人數(shù)，并穩(wěn)定在4月份這個(gè)水平上（（850件×6月×5小時(shí)/件）/（143天×8小時(shí)/天）=22人；產(chǎn)量低于需求量部分通過(guò)外協(xié)來(lái)解決。計(jì)劃方案見(jiàn)表13-6方案1：11600元方案2：7460元方案3：6182元

表13-6三種方案的計(jì)算序號(hào)月份（1）計(jì)劃產(chǎn)量（2）所需工時(shí)(1)×5（3）每人每月工時(shí)數(shù)(天數(shù)×8)（4）所需工人數(shù)(2)/(3)（5）增加工人數(shù)（6）增加工人的支出（7）減少工人數(shù)（8）解聘損失費(fèi)方案11234561850142510008501150185092507125500042505750925020017619219220018446402622295000007210000140042000614400015003500100000合計(jì)56006000月份（1）累計(jì)計(jì)劃產(chǎn)量（2）有效生產(chǎn)工時(shí)（3）能力產(chǎn)量（4）累計(jì)能力產(chǎn)量（5）不足的產(chǎn)量（6）缺貨損失（7）過(guò)剩產(chǎn)量（8）庫(kù)存費(fèi)用方案212345618503275427551256275812572006336691269127200662414401267138213821440132514402707408954716911823641056818620502840930346636111519954167合計(jì)58201640月份（1）計(jì)劃產(chǎn)量（2）有效生產(chǎn)工時(shí)（3）能力產(chǎn)量（4）外協(xié)數(shù)量（5）外協(xié)費(fèi)用方案3123456185014251000850115018504400387242244224440040488807748458458808109706511555270104019401302310105402080合計(jì)81256182表13-7三種方案的比較費(fèi)用變化方案1方案2方案3變動(dòng)工人數(shù)，生產(chǎn)確切的需要量固定工人數(shù)，變動(dòng)庫(kù)存量，允許缺貨保持最低限度人數(shù)，不足量外協(xié)增加工人數(shù)的支出解聘損失費(fèi)超儲(chǔ)費(fèi)用缺貨損失外協(xié)費(fèi)560060000000016405820000006182總成本1160074606182二、運(yùn)輸表法運(yùn)輸表法的基本假設(shè)是：1.每一單位計(jì)劃期內(nèi)正常生產(chǎn)能力、加班生產(chǎn)能力以及外協(xié)量均有一定限制；2.每一單位計(jì)劃期的預(yù)測(cè)需求量是已知的；3.全部成本都與產(chǎn)量呈線性關(guān)系。表13-8用圖表法求解的綜合生產(chǎn)計(jì)劃單位：萬(wàn)臺(tái)計(jì)劃方案計(jì)劃期1計(jì)劃期2計(jì)劃期3計(jì)劃期4未用生產(chǎn)能力總生產(chǎn)能力單位計(jì)劃期期初庫(kù)存0h2h3hI01正常生產(chǎn)rr+hr+2hr+3hR1加班生產(chǎn)cc+hc+2hc+3hOT1外協(xié)ss+hs+2hs+3hS12正常生產(chǎn)×rr+hr+2hR2加班生產(chǎn)×cc+hc+2hOT2外協(xié)×ss+hs+2hS23正常生產(chǎn)××rr+hR3加班生產(chǎn)××cc+hOT3外協(xié)××ss+hS34正常生產(chǎn)×××rR4加班生產(chǎn)×××cOT4外協(xié)×××sS4需求D1D2D3D4h──單位計(jì)劃期內(nèi)單位產(chǎn)品的庫(kù)存成本I0──第1期期初庫(kù)存r──單位產(chǎn)品的正常生產(chǎn)成本Rt──t期的正常生產(chǎn)能力c──單位產(chǎn)品的加班成本OTt──t期的加班生產(chǎn)能力S──單位產(chǎn)品的外協(xié)成本St──t期的外協(xié)生產(chǎn)能力Dt──t期的預(yù)測(cè)需求量

[例13-2]M公司生產(chǎn)某種產(chǎn)品，該產(chǎn)品的需求具有波動(dòng)性，其需求預(yù)測(cè)和有關(guān)成本數(shù)據(jù)如表13-9所示。該公司現(xiàn)在打算根據(jù)表13-9和表13-11所列的生產(chǎn)能力計(jì)劃來(lái)制定綜合生產(chǎn)計(jì)劃,公司現(xiàn)有庫(kù)存為250萬(wàn)臺(tái)。按照公司的經(jīng)營(yíng)方針，希望期末庫(kù)存為300萬(wàn)臺(tái)，且不允許任務(wù)積壓和庫(kù)存缺貨。表13-9各期的需求預(yù)測(cè)值單位:萬(wàn)臺(tái)季度1季度2季度3季度4季度合計(jì)需求30085015003002950表13-10各項(xiàng)成本數(shù)據(jù)項(xiàng)目成本單位產(chǎn)品的庫(kù)存成本單位產(chǎn)品的正常生產(chǎn)成本單位產(chǎn)品的加班生產(chǎn)成本單位產(chǎn)品的外協(xié)成本0.3元/季度1.00元1.50元1.90元表13-11生產(chǎn)能力計(jì)劃單位:萬(wàn)臺(tái)項(xiàng)目1季度2季度3季度4季度正常生產(chǎn)450450750450加班生產(chǎn)909015090外協(xié)200200200200利用圖表方法來(lái)解決這一問(wèn)題，表13-12為該問(wèn)題的解。

表13-12用圖表法求解的綜合生產(chǎn)計(jì)劃單位：萬(wàn)臺(tái)計(jì)劃方案計(jì)劃期1計(jì)劃期2計(jì)劃期3計(jì)劃期4未用生產(chǎn)能力總生產(chǎn)能力單位計(jì)劃期期初庫(kù)存00250300.600.9002501正常生產(chǎn)005030400601.900450加班生產(chǎn)1.501.8010902.40090外協(xié)1.902.2050202.801802002正常生產(chǎn)×004501.301.600450加班生產(chǎn)×1.5080902.10090外協(xié)×1.90202002.5002003正常生產(chǎn)××007501.300750加班生產(chǎn)××501501.800150外協(xié)××902002.2002004正常生產(chǎn)×××004500450加班生產(chǎn)×××5090090外協(xié)×××9060140200需求3008501500300+3003203570用圖表法做出最優(yōu)計(jì)劃后,應(yīng)該將計(jì)劃進(jìn)行匯總，本例的最優(yōu)計(jì)劃結(jié)果見(jiàn)表13-13。表13-13公司的綜合生產(chǎn)計(jì)劃單位：萬(wàn)臺(tái)季度正常生產(chǎn)加班生產(chǎn)外協(xié)調(diào)節(jié)庫(kù)存145090205102450902004003750150200044509060300

二、線性規(guī)劃法假設(shè)要為某一產(chǎn)品族制定一個(gè)綜合生產(chǎn)計(jì)劃，基本原則是不積壓生產(chǎn)任務(wù)。每一工人每月可生產(chǎn)a件產(chǎn)品，外協(xié)和加班均可選擇，但每月加班量不得超過(guò)正常工作量的15%。設(shè)：Dt：t月的需求量Wt：t月初現(xiàn)有的工人人數(shù)Ht：t月初聘用的工人人數(shù)Lt：t月初解聘的工人人數(shù)It：t月初的庫(kù)存量St：t月的外協(xié)量Ot：t月的加班生產(chǎn)量這樣，每月都可以得到下列的約束關(guān)系式：