Способ получения губчатого титана

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. Способ получения губчатого титана, включает заливку в аппарат расплавленного магния, непрерывную подачу тетрахлорида титана, проведение процесса восстановления тетрахлорида титана магнием, охлаждение аппарата в зоне реакции путем подвода воздуха и отвода нагретого воздуха из печи, подогрев нижней зоны аппарата, слив полученной соли хлорида магния. Согласно изобретению охлаждение аппарата осуществляют непрерывно в течение всего процесса восстановления, а подогрев нижней зоны аппарата производят нагретым воздухом, отводимым из печи через нижний коллектор, причем воздух поступает на обогрев сверху вниз за счет перепада давления. Кроме того, для подачи воздуха и вывода его из печи поддерживают перепад давления в верхнем и нижнем коллекторах 4,9-49 кПа, а скорость отвода воздуха через нижний коллектор печи составляет не более 3000 нм³/ч. Изобретение позволяет снизить потребление электроэнергии за счет перераспределения тепла. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана.

Процесс восстановления тетрахлорида титана магнием является экзотермическим процессом, т.е. идет с выделением тепла. Если не принять соответствующих мер по отводу избыточного тепла, то в аппарате восстановления могут развиться температуры выше 900^oС, при которых возможен прогар аппарата и загрязнение губчатого титана железом. Для предотвращения нежелательных последствий реторту с внешней стороны необходимо обдувать воздухом.

Известен способ получения губчатого титана, включающий заливку в аппарат расплавленного магния, подачу тетрахлорида титана на поверхность магния и проведение процесса восстановления при обдуве его стенок аппарата воздухом через фурмы в футеровке печи. Тепло отводят по уровням горизонтально, охлаждая те зоны, где идет процесс восстановления (см. кн. Металлургия титана. Мальшин В. М., Завадовская В.Н., Пампушко Н.А. - М.: Металлургия, 1991 г. - С. 136-137).

При использовании крупногабаритных аппаратов производительностью 4-5 тонн зона реакции находится далеко от зоны разделения магния и хлорида магния и от слива хлорида магния из аппарата. Поэтому ту часть аппарата, которая находится ниже зоны реакции, для поддержания сливаемых хлоридов в расплавленном состоянии приходится подогревать, используя электронагреватели, установленные в шахте электропечи (кн. Металлургия титана. Гармата В.А. и др. - М. : Металлургия, 1967, с. 242). Это приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Известен способ получения губчатого титана (авт.свид. СССР 1471580, опубл. 10.07.2000 г., БИ 19), взятый в качестве прототипа и включающий заливку магния в аппарат, непрерывную загрузку тетрахлорида титана с определенной скоростью на поверхность металлического магния и проведение процесса восстановления с образованием губчатого титана и хлорида магния, который периодически сливают из аппарата. В процессе реакции выделяется тепло, которое отводят от стенки аппарата восстановления путем подвода через коллектор воздуха, обдув аппарата и отвод горячего воздуха из печи. Причем в коллекторе в процессе отвода горячего воздуха создают и поддерживают разрежение, равное 19,6-78,4 Па (0,0196-0,78 кПа).

Недостатком данного способа получения губчатого титана является то, что в процессе проведения процесса восстановления выделение тепла осуществляется только в зоне реакции, а в остальных, особенно в нижней зоне аппарата там, где происходит разделение магния и хлорида магния и слив хлористой соли, необходим подогрев аппарата до температуры, необходимой для поддержания магния и соли в расплавленном состоянии. Что приводит к неразумному расходу электроэнергии.

Техническим результатом изобретения является снижение потребления электроэнергии за счет перераспределения тепла.

Технический результат достигается тем, что в способе получения губчатого титана, включающем заливку в аппарат расплавленного магния, подачу тетрахлорида титана, проведение процесса восстановления тетрахлорида титана магнием, охлаждение аппарата в зоне реакции путем подвода воздуха к стенке аппарата через фурмы, подведенные к верхнему коллектору, и отвода нагретого воздуха из печи, слив полученной соли хлорида магния, новым является то, что охлаждение аппарата в зоне реакции осуществляют непрерывно и процесс восстановления ведут с подогревом нижней зоны аппарата нагретым воздухом, отводимым из печи через фурмы, подведенные к нижнему коллектору, при этом воздух подают сверху вниз за счет перепада давления.

Кроме того, для подачи воздуха и вывода его из печи поддерживают перепад давления в верхнем и нижнем коллекторе 4,9-49 кПа.

Кроме того, скорость отвода воздуха через нижний коллектор печи составляет не более 3000 нм³/ч.

Предложенный режим непрерывного подвода воздуха к аппарату и подогрев нижней зоны аппарата за счет тепла, отводимого от верхней зоны реакции, позволяет снизить затраты на подогрев аппарата от внешних источников энергии, тем самым значительно упростить охлаждение аппарата и снизить затраты на электроэнергию.

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 получения губчатого титана, 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 заявленного способа. 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".

Пример осуществления способа.

Аппарат восстановления устанавливают в печь, подключают к линии аргона и подачи тетрахлорида титана, затем включают электронагреватели. Производят нагрев аппарата до 800^oС, заливают восстановитель - магний в количестве 5000 кг и подают тетрахлорид титана со скоростью 300-340 кг/час. Из аппарата периодически сливают хлорид магния. В процессе восстановления на 1 кг получаемой губки выделяется примерно 1500 ккал тепла, которое необходимо отводить. Отвод тепла от стенки аппарата осуществляют непрерывно в течение всего процесса подачи тетрахлорида титана в аппарат путем подачи воздуха через фурмы печи. Расположенные на одной высоте, фурмы подсоединены к коллектору, приваренному к кожуху печи, и соединены с общим магистральным коллектором для группы печей. Между коллектором печи и магистральным коллектором установлен дымосос с системой шиберов, например, марки ВДН-9, при включении которого производят подбор положения ограничительных шиберов. За счет созданного перепада давления, равного 4,9-49 кПа в верхнем и нижнем коллекторах, подсоединенных к верхнему и нижнему поясу фурм печи, горячий воздух из печи уходит с оптимальной скоростью, не превышающей 3000 нм³/ч в нижнюю часть печи, чем достигается требуемый съем тепла с поверхности аппарата восстановления и подвод тепла к нижней зоне аппарата.

Это позволит исключить потери тепла, создает возможность его утилизации. В результате в нижней зоне отключаются электрические нагреватели и за счет этого происходит экономия электрической энергии.

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого титана, включающий заливку в аппарат расплавленного магния, подачу тетрахлорида титана, проведение процесса восстановления тетрахлорида титана магнием, охлаждение аппарата в зоне реакции путем подвода воздуха к стенке аппарата через фурмы, подведенные к верхнему коллектору, и отвода нагретого воздуха из печи, слив полученной соли, отличающийся тем, что охлаждение аппарата в зоне реакции осуществляют непрерывно и процесс восстановления ведут с подогревом нижней зоны аппарата нагретым воздухом, отводимым из печи через фурмы, подведенные к нижнему коллектору, при этом нагретый воздух подают сверху вниз за счет перепада давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для подачи воздуха и вывода его из печи поддерживают перепад давления в верхнем и нижнем коллекторах 4,9-49 кПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость отвода воздуха через нижний коллектор печи составляет не более 3000 нм³/ч.