Установка для получения редких металлов из их фторидов

 

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к установке для получения редких металлов из их фторидов с герметичной камерой и тиглем. Сущность: установка содержит камеру восстановления с бункерами для загрузки фторидов редких металлов и металла-восстановителя, в камере восстановления размещен обогреваемый тигель с разгрузочными патрубками, размещенными в его днище и имеющими разную высоту. Патрубки снабжены защитными кожухами, расположенными на разной высоте от днища камеры. Соотношение высот патрубков составляет от 1:3 до 1:10, а соотношение высот кожухов от 1:5 до 1: 40. Нижний конец одного патрубка расположен в переливном стакане, а под другим размещена емкость. Под камерой восстановления установлена разгрузочная камера, отделенная от нее вакуумным затвором. В разгрузочной камере соосно переливному стакану закреплены обогреваемая воронка и тигель для рафинирования, под которым на поворотном устройстве размещены изложницы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к оборудованию для металлотермического восстановления из их фторидов.

Известна установка для получения редких металлов металлотермическим методом восстановления их фторидов, включающая герметичную камеру восстановления с расположенным в ней обогреваемым тиглем, имеющим в днище отверстие для слива расплава, средство подачи шихты в тигель и разгрузочную камеру с установленными в ней изложницами, имеющими возможность горизонтального перемещения [1] Известная установка обеспечивает получение металлов с расширенным интервалом температур процесса и безопасна в работе. Однако качество получаемого металла недостаточно высокое вследствие большого содержания шлака в расплаве, образующемся в результате процесса восстановления, и присутствия шлаковых включений в металле даже после его последующего рафинирования.

Известна установка для получения редких металлов из их фторидов, включающая герметичную камеру восстановления, расположенный в ней обогреваемый тигель с отверстиями для слива, образованными закрепленными в его днище и расположенными над ним на разной высоте разгрузочными патрубками, размещенные с внешней стороны патрубков коаксиальные кожухи, нижние торцы которых расположены на разной высоте от днища тигля, средство подачи шихты в тигель и разгрузочная камера с изложницами, установленными с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости [2] Указанная установка является наиболее близкой к предложенному устройству и принята за прототип.

Установка обеспечивает достаточно надежное разделение металла и шлака, образующихся в результате процесса восстановления.

Однако полученный металл может иметь низкое качество из-за включений исходной шихты, которая остается в нем и после рафинирования.

Сущность изобретения заключается в том, что в установке для получения редких металлов из их фторидов, включающей герметичную камеру восстановления, расположенный в ней обогреваемый тигель с отверстиями для слива, образованными закрепленными в его днище и расположенными над ним на разной высоте разгрузочными патрубками, размещенные с внешней стороны патрубков коаксиальные кожухи, нижние торцы которых расположены на разной высоте от днища тигля, средство подачи шихты в тигель и разгрузочная камера с изложницами, установленными с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, соотношение высот патрубков от днища тигля составляет от 1:3 до 1:10, а соотношение высот защитных кожухов от днища составляет от 1:5 до 1:40.

Кроме того, в разгрузочной камере установлен тигель для рафинирования редкого металла, расположенный над изложницами, разгрузочная камера отделена от камеры восстановления вакуумным затвором, при этом между тиглем для рафинирования редкого металла и вакуумным затвором установлен охлаждаемый тепловой экран, а в пространстве между камерой восстановления и разгрузочной камерой под одним патрубком установлен обогреваемый переливной стакан, а под другим емкость.

При указанных соотношениях высот, полученных экспериментальным путем, происходит наиболее полное восстановление металла и шлака и практически исключается попадание частиц шлака и исходной шихты в металл. Тем самым обеспечивается высокое качество металла после его последующего рафинирования. При соотношении высот патрубков <1:3 слой шлака, образующийся при восстановлении металла небольшой, реакция восстановления проходит неполностью и металл загрязняется исходной шихтой. При соотношении высот патрубков > 1:10 необходимо значительно увеличить размеры тигля, что приведет к увеличению габаритов установки, энергопотребления и себестоимости металла.

При соотношении высот кожухов <1:5 увеличивается количество остающегося в тигле металла, что ведет к снижению производительности процесса. При соотношении высот кожухов >1:40 также необходимо увеличение размеров тигля и соответственно габаритов установки, энергопотребления и себестоимости металла.

Наличие вакуумного затвора позволяет обеспечить одновременность протекания процессов восстановления и рафинирования металла, т.е. практически непрерывность работы установки, что позволяет увеличить ее производительность.

Наличие теплового экрана повышает надежность работы вакуумного затвора, т.к. предотвращает попадание паров, образующихся в процессе рафинирования на детали вакуумного затвора.

На чертеже представлена схема для получения металлов из их фторидов.

Установка содержит камеру 1 восстановления, в верхней части которой установлен бункер 2 для загрузки фторидов редких металлов и бункер 3 для загрузки металла-восстановителя (например, кальция в виде гранул). Бункеры 2 и 3 снабжены вакуумными затворами (не показаны) для обеспечения шлюзования компонентов в среде инертного газа в процессе их загрузки в соответствующий бункер. Воронка 4 связана с бункерами 2 и 3 посредством, например, вибропитателей 5 и 6 соответственно для фторидов редких металлов и металла-восстановителя. Под воронкой 4 расположен обогреваемый тигель 7, выполненный в виде емкости цилиндрической формы с закрепленным в его верхней крышке загрузочным патрубком 8 для шихты и с закрепленными в его днище разгрузочными патрубками 9 и 10 соответственно для слива расплава редкого металла и шлака. Разгрузочные патрубки 9 и 10 расположены на разной высоте от днища тигля 7. Соотношение их высот от днища тигля составляет от 1:3 до 1:10. Снаружи патрубков 9 и 10 соосно им расположены открытые с обеих сторон защитные кожухи 11 и 12. Нижние корцы защитных кожухов 11 и 12 расположены ниже верхних торцов разгрузочных патрубков 9 и 10 и на разной высоте от днища тигля. Соотношение высот защитных кожухов 11 и 12 от днища тигля составляет от 1: 5 до 1:40. Обогреваемый тигель 7 окружен теплоизоляцией 13, снаружи которой установлен индуктор 14. Нижняя часть патрубка 9 для слива расплава редкого металла размещена в переливном стакане 15, снабженном тиглем 16 со средством обогрева в виде индуктора. Нижняя часть патрубка 10 для слива шлака расположена над емкостью 17 для приема шлака. Под камерой 1 восстановления расположена разгрузочная камера 18, отделенная от нее вакуумным затвором 19. Разгрузочная камера 18 герметизирована от окружающей среды. В верхней части разгрузочной камеры 18 соосно выпускному отверстию переливного стакана 15 установлена воронка 20 с тепловым экраном 21, снабженным охладителем 22. Под воронкой 20 установлен тигель 23 для рафинирования редкого металла, снабженный теплоизоляцией и индуктором (не показаны). Тигель 23 соединен патрубком 24 с переливным стаканом 25, установленным в тигле 26 с обогревателем в виде индуктора. В нижней части разгрузочной камеры 18 установлен, например, поворотный стол 27 с изложницами 28 для приема расплава рафинирования редкого металла. Изложницы 28 установлены на поворотном столе с обеспечением расположение их под выпускным отверстием переливного стакана 25 при вращении поворотного стола 27.

Установка работает следующим образом.

В бункер 2 загружают фторид редкого металла, а в бункер 3 - металл-восстановитель, например гранулы кальция. После шлюзования компонентов в соответствующих бункерах они поступают через вибропитатели 5 и 6 в воронку 4 и далее по загрузочному патрубку 8 в обогреваемый тигель 7, где шихта расплавляется. В результате реакции восстановления шлак, как более легкий продукт, располагается в зоне "А" над слоем расплава редкого металла, сосредоточенного в зоне "Б". При достижении уровнем зоны "А" верхнего торца разгрузочного патрубка 9 редкий металл начинает сливаться в переливной стакан 15. Защитный кожух 11 предотвращает попадание шлака в патрубок 9, а защитный кожух 12 предотвращает попадание нерасплавленной части шихты в патрубок 10. При соотношении высот патрубков в пределах от 1:3 до 1:10 и высот кожухов от 1:5 до 1:40 происходит наиболее полное разделение металла и шлака.

При достижении заданного объема расплава редкого металла в тигле 7 открывают вакуумный затвор 19, включением индуктора тигля 16 переливного стакана 15 осуществляют расплавление находящегося в этом стакане редкого металла, вследствие чего расплав редкого металла из тигля 7 поступает в тигель 23. Далее вакуумный затвор 19 закрывают, вакуумируют разгрузочную камеру 18 и осуществляют рафинирование редкого металла в тигле 23. Одновременно с этим в камере 1 протекает вышеописанный процесс. По окончании процесса рафинирования в разгрузочной камере 18 включением обогревателя тигля 26 переливного стакана 25 осуществляют расплавление находящегося в этом стакане редкого металла, вследствие чего расплав рафинированного редкого металла сливается в одну из изложниц 28. После заполнения одной изложницы 28 выключением обогревателем тигля 26 прекращают слив расплава редкого металла из тигля 23 и вращением поворотного стола 27 подводят следующую изложницу 28 под выпускное отверстие переливного стакана 25. При заполнении всех изложниц 28 их удаляют из разгрузочной камеры 18 на последующую технологическую позицию. Далее процесс повторяется. При заполнении емкости 17 для приема шлака ее удаляют из камеры 1, разгружают и возвращают на исходную позицию.

Таким образом, при заявленных соотношениях высот разгрузочных патрубков и кожухов происходит наиболее полное разделение металла и шлака. По окончании процесса рафинирования получают металл высокого качества, в котором практически отсутствуют включения частиц шлака и шихты. Кроме того, происходит наиболее полное использование редкого металла, полученного в результате реакции восстановления, что повышает производительность процесса.

Одновременное протекание процессов в обеих камерах также повышает производительность установки. Это происходит за счет обеспечения непрерывности ее работы. Повышена надежность установки благодаря предотвращению попадания паров продуктов реакции на детали вакуумного затвора. Снижены энергозатраты на проведение процесса за счет снижения теплопотерь, которое обеспечено расположением тигля для рафинирования металла в непосредственной близости от тигля для восстановления редкого металла.

Формула изобретения

1. Установка для получения редких металлов из их фторидов, включающая герметичную камеру восстановления, расположенный в ней обогреваемый тигель с отверстиями для слива, образованными закрепленными в его днище и расположенными над ним на разной высоте разгрузочными патрубками, размещенные с внешней стороны патрубков коаксиальные кожухи, нижние торцы которых расположены на разной высоте от днища тигля, средство подачи шихты в тигель и разгрузочная камера с изложницами, установленными с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что соотношение высот патрубков от днища тигля 1 3 1 10, а соотношение высот защитных кожухов от днища 1 5 1 40.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена тиглем для рафинирования редкого металла, установленном в разгрузочной камере и расположенным над изложницами, разгрузочная камера отделена от камеры восстановления вакуумным затвором, при этом между тиглем для рафинирования редкого металла и вакуумным затвором установлен охлаждающий тепловой экран.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между камерой восстановления и разгрузочной камерой соосно одному из патрубков установлен обогреваемый переливной стакан, а под другим патрубком установлена емкость.

РИСУНКИ

Рисунок 1