Способ охлаждения аппарата вакуумной сепарации и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана с последующей вакуумной сепарацией титановой губки, а именно к охлаждению аппарата вакуумной сепарации. В способе охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, включающем установку аппарата в емкость, подачу жидкости на охлаждение, охлаждение аппарата с образованием пара, отвод воды в нижней части емкости и пара в верхней ее части, новым является то, что охлаждение осуществляют в две стадии: сначала при одновременной противоточной подаче воды и воздуха, причем воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности емкости, а воздух - снизу вверх в пространство между аппаратом и стенкой емкости, затем только воздухом с непрерывным отводом смеси пара и воздуха. Вторую стадию охлаждения начинают при достижении температуры стенки ниже 80^oС. Для осуществления способа предложено устройство для охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, включающее аппарат сепарации, установленный в емкость, выполненную в виде цилиндра с конусом в нижней части, с патрубком для ввода воды, патрубком для вывода пара и воздуха в верхней части и патрубком для вывода воды, размещенным в конусе емкости. Оно дополнительно снабжено форсунками отбойного типа, установленными на цилиндрической части емкости ниже патрубка для вывода смеси пара и воздуха и размещенными по окружности цилиндра и выполненными с пластиной, жестко приваренной под углом 30-45^o к входному отверстию патрубка для ввода воды, и патрубком для ввода воздуха, размещенного в нижней цилиндрической части емкости. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана с последующей вакуумной сепарацией титановой губки.

Известны способ охлаждения аппарата сепарации губчатого титана и устройство для его осуществления (АС СССР 138613, опубл. в 1959 г.). Способ включает проведение процесса вакуумной сепарации с отделением примесей из губчатого титана с последующим охлаждением аппарата путем продувки воздуха через изогнутые трубы из жаропрочной стали, приваренных к наружным стенкам реторты. Воздух подводится к трубам и выводится из них через водоохлаждаемый фланец, внутри которого имеются два коллектора: один для подвода к трубам холодного воздуха, а другой для вывода из них горячего воздуха.

Недостатком данного способа охлаждения аппарата является длительность процесса охлаждения и неудобство обслуживания. Возможны прогары труб, по которым подается воздух на охлаждение реторты. Способ охлаждения через стенку трубы воздухом малоэффективен.

Наиболее близкими по технической сущности являются способ и устройство для охлаждения аппарата магниетермического производства губчатого титана (АС СССР 1077310, опубл. 10.02.2000 г., БИ 4), использумые в качестве прототипа. Способ включает установку аппарата вакуумной сепарации в емкость, подачу жидкости на охлаждение и охлаждение аппарата водой и паром путем подачи воды через распределитель в виде полого кольца с отверстиями, кессон выполнен с переливным каналом, соединяющим его с распределителем. Струя воды подается снизу в конической части емкости параллельно поверхности аппарата сепарации. Температура воды в распределителе выше температуры воды, подаваемой в водяную рубашку, при такой температуре вода испаряется, на ее испарение тратится много тепла, что создает благоприятные условия для эффективного охлаждения аппарата, т.к. при испарении воды отнимается больше тепла, чем при ее нагреве.

Устройство для отвода тепла от аппарата сепарации выполнено в виде цилиндрической емкости с днищем в виде конуса, кессона и патрубков для ввода и отвода воды и пара, внутри емкости в месте сопряжения ее цилиндрической части с днищем установлен распределитель, а его отверстия направлены вдоль цилиндрической емкости параллельно друг другу.

Недостатком данных способа и устройства для его осуществления (прототипа) является сложность конструкции аппарата охлаждения. При эксплуатации такого способа и устройства было замечено, что при постоянном попадании струи воды на стенку горячего аппарата возникает деформация стенки аппарата, вследствие чего сокращается срок его службы.

Задачей изобретения является устранение названных недостатков прототипа, техническим результатом - уменьшение деформации стенок аппарата сепарации, за счет чего увеличится срок службы аппарата и снизятся затраты на приобретение дорогостоящего оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, включающем установку аппарата в емкость, подачу жидкости на охлаждение, охлаждение аппарата с образованием пара, отвод воды в нижней части емкости и пара в верхней ее части, новым является то, что охлаждение осуществляют в две стадии: сначала при одновременной противоточной подаче воды и воздуха, причем воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности емкости, а воздух - снизу вверх в пространство между аппаратом и стенкой емкости, затем только воздухом с непрерывным отводом смеси пара и воздуха.

Кроме того, воду на внутреннюю поверхность емкости подают в виде пленки форсунками отбойного типа.

Кроме того, напор воды, подаваемой на поверхность емкости, составляет 0,6-1,5 атм.

Кроме того, второю стадию охлаждения начинают при достижении температуры стенки ниже 80^oС.

Технический результат достигается устройством для охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, включающим аппарат сепарации, установленный в емкость, выполненную в виде цилиндра с конусом в нижней части, с патрубком для ввода воды, патрубком для вывода пара и воздуха в верхней части и патрубком для вывода воды, размещенным в конусе емкости, новым является то, что оно снабжено форсункой отбойного типа, установленной на цилиндрической части емкости ниже патрубка для вывода смеси пара и воздуха, и патрубком для ввода воздуха, размещенного в нижней цилиндрической части емкости, причем форсунка отбойного типа выполнена с пластиной, жестко приваренной под углом 30-45^o к входному отверстию патрубка для ввода воды в емкость.

Новый способ охлаждения аппарата вакуумной сепарации в две стадии: сначала при одновременной противоточной подаче воды и воздуха, причем воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности емкости в виде пленки с помощью форсунок отбойного типа, а воздух подают снизу вверх в пространство между аппаратом и стенкой емкости, затем только воздухом с непрерывным отводом смеси пара и воздуха, позволяет исключить контакт хладоагента со стенкой аппарата сепарации, что позволяет уменьшить образование зон деформации стенки аппарата и тем самым повысить срок службы аппарата.

Подача воды под определенным напором 0,6-1,5 атм позволяет осуществлять охлаждение равномерно со всей поверхности стенки аппарата за счет образования пара, тем самым исключить образование деформации аппарата и повысить срок службы аппарата.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ, другой - устройство для осуществления этого способа. При этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результаты - снижение деформации стенки аппарата сепарации губчатого титана.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана и устройства для его осуществления, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленных способа и устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже показано устройство для охлаждения аппарата сепарации губчатого титана. Устройство состоит из аппарата сепарации 1, емкости 2, в которую устанавливают аппарат сепарации для охлаждения. Емкость 2 включает цилиндрическую часть 3 и конус 4, патрубок для ввода воды 5, патрубок для вывода воды 6, патрубок для ввода воздуха 7, патрубок для вывода смеси воздуха и пара 8, форсунка отбойного типа 9, пластину 10.

Пример осуществления способа После проведения процесса вакуумной сепарации аппарат 1 устанавливают в емкость 2 и задают аргон. К аппарату подсоединяют импульсную линию датчика контроля давления, давление аргона поддерживают автоматически. Емкость 2 для охлаждения аппарата выполнена в виде цилиндрической части 3 диаметром 2,4 м, а в нижней части выполнена в виде конуса 4. Общая высота емкости 4,7-5,0 м. Температура стенки аппарата сепарации перед установкой в холодильник около 900^oС, аппарат охлаждают в емкости-холодильнике до комнатной температуры. Продолжительность охлаждения около 40 часов. Избыточное давление внутри аппарата при охлаждении в холодильнике поддерживают не менее 9,8 атм. В емкость 2 для охлаждения аппарата подают воду из патрубка 5 в форсунку 9 отбойного типа, выполненную в виде пластины 10, приваренной под углом 30-45^o к входному отверстию патрубка 5 для подачи воды. С помощью форсунки 9 вода подается в виде пленки под напором 0,6-1,5 атм и стекает сверху вниз по внутренней поверхности емкости 2. За счет разности температур поверхности аппарата 1 и воды происходит испарение воды с образованием пара, и за счет энергии испарения происходит охлаждение аппарата сепарации. Одновременно снизу через патрубок 7 подается естественной тягой воздух в пространство между стенкой аппарата 1 и стенкой емкости 2. Паровоздушная смесь охлаждает аппарат до температуры 80^o и выводится через патрубок 8 в атмосферу цеха. Избыточное количество воды и вода, полученное в результате конденсации пара, выводится через патрубок 6 в канализацию цеха. Далее целесообразно осуществлять охлаждение только воздухом, поступающим снизу вверх через патрубок 7. После охлаждения аппарат демонтируют и направляют на извлечение титановой губки из аппарата 1.

Осуществление охлаждения аппарата предложенным способом в усовершенствованной конструкции позволит избежать деформации стенок аппарата в процессе охлаждения, что значительно повысит срок службы аппарата и снизит материальные затраты на приобретение аппарата из дорогостоящей стали.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, включающий установку аппарата в емкость, подачу жидкости на охлаждение, охлаждение аппарата с образованием пара, отвод воды в нижней части емкости и пара в верхней ее части, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют в две стадии: сначала при одновременной противоточной подаче воды и воздуха, причем воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности емкости, а воздух - снизу вверх в пространство между аппаратом и стенкой емкости, затем только воздухом с непрерывным отводом смеси пара и воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воду на внутреннюю поверхность емкости подают в виде пленки форсункой отбойного типа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напор воды, подаваемой на поверхность емкости, составляет 0,6-1,5 атм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторую стадию охлаждения начинают при достижении температуры стенки ниже 80^oС.

5. Устройство для охлаждения аппарата вакуумной сепарации, включающее аппарат сепарации, установленный в емкость, выполненную в виде цилиндра с конусом в нижней части, с патрубком для ввода воды, патрубком для вывода смеси пара и воздуха в верхней части и патрубком для вывода воды, размещенным в конусе, отличающееся тем, что оно снабжено форсункой отбойного типа, установленной на цилиндрической части емкости ниже патрубка для вывода смеси пара и воздуха, и патрубком для ввода воздуха, размещенного в нижней цилиндрической части емкости, причем форсунка отбойного типа выполнена с пластиной, жестко приваренной под углом 30-45^o к входному отверстию патрубка для ввода воды в емкость.

РИСУНКИ

Рисунок 1