Устройство магниетермического получения губчатого титана

 

Изобретение относится к металлургии. Устройство магниетермического получения губчатого титана состоит из электропечи, реторты-реактора, реторты-конденсатора с крышками, патрубками, с узлами слива, охладителя реторты-конденсатора. При этом патрубок крышки реторты-реактора для загрузки исходных продуктов снабжен клапаном, в который монтируют съемные устройства для заливки магния и подачи тетрахлорида титана, которым герметизируют реторту-реактор с нижним узлом слива. Устройство снабжено дополнительной электропечью, а охладитель снабжен коллектором для охлаждения реторты-конденсатора. Изобретение позволяет повысить производительность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии тугоплавких металлов, в частности к магниетермическому производству губчатого титана.

Известно устройство для получения губчатого титана (Титан. В.А.Гармат и др. - М.: Металлургия, 1983, с.372, 373 и 408, всего 557 с.), которое состоит из электропечи восстановления, аппарата восстановления со сливными устройствами и заглубленной крышкой с материальными патрубками; вакуумной электропечи, аппарата вакуумной сепарации с верхним конденсатором с охладителем, с крышкой и тепловым экраном. Производительность этого устройства и качество губчатого титана, получаемого в нем, понижены, так как конструкция материальных патрубков не обеспечивает быструю организацию заливки магния в аппарат, надежную герметизацию аппарата восстановления в начале процесса и по его окончании, а верхний конденсатор снижает производительность аппарата вакуумной сепарации и качество получаемых продуктов вследствие плохих условий конденсации магния и его хлорида в верхнем конденсаторе.

Наиболее близким устройством к предлагаемому изобретению является патент США 4565354 от 1986, автор Ишизука Хироши.

Устройство состоит из одной совмещенной электропечи, выполняющей функции печи восстановления и печи вакуумной сепарации; совмещенного аппарата с верхним сливным устройством и герметичной крышкой, в котором проводят процесс восстановления и процесс вакуумной сепарации; обогреваемого паропровода; реторты-конденсатора с герметичной крышкой, установленной в охладитель. Кроме того, на паропроводе установлены клапаны, а на крышках - дополнительные конденсаторы.

Описанная установка весьма сложная, следовательно, ее монтаж требует много времени, что снижает ее производительность. Сложный клапан, расположенный в крышке аппарата восстановления, увеличивает длительность заливки магния в аппарат и подачу тетрахлорида титана на процесс, что снижает производительность устройства. Использование верхнего сливного устройства также снижает производительность аппарата восстановления, так как на время слива соли из аппарата прекращается подача тетрахлорида титана в аппарат, поскольку в нем создается повышенное давление с тем, чтобы поднять хлористый магний по трубе верхнего сливного устройства. Следовательно, известное устройство имеет низкую производительность на стадиях монтажа, заливки магния, подачи тетрахлорида титана и ведения процесса восстановления.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, повышение производительности устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве магниетермического получения губчатого титана, включающего электропечь, реторту-реактор и реторту-конденсатор с крышками с патрубками для загрузки исходных продуктов и узлами слива, охладитель реторты-конденсатора, установленный рядом с электропечью, обогреваемый паропровод, новым является то, что устройство снабжено дополнительной электропечью, узел слива расположен в нижней части реторты-реактора, а патрубок крышки реторты-реактора для загрузки исходных продуктов выполнен с клапаном для монтирования съемных устройств для заливки магния и подачи тетрахлорида титана и герметизации реторты-реактора; охладитель выполнен С коллектором для охлаждения реторты-конденсатора.

Технический результат: повышение производительности устройства достигается путем использования съемных устройств для заливки магния и подачи тетрахлорида титана в ходе процесса восстановления, использования нижнего сливного устройства. Использование съемных устройств для заливки магния и подачи тетрахлорида титана (TiCl₄) в ходе процесса позволяет сократить время их монтажа, демонтажа, заливки магния и подачи тетрахлорида титана в ходе процесса, увеличить производительность устройства. Совмещение этих узлов (прототип) ведет к зарастанию их поверхности магнием и продуктами восстановления: титаном, хлоридом магния, что приводит к снижению производительности устройства.

Выполнение слива хлорида магния через нижнее сливное устройство позволяет исключить остановки подачи TiCl₄ в аппарат в период слива, тем самым увеличить скорость подачи TiCl₄, т. е. увеличить производительность устройства.

Съемное устройство для подачи TiCl₄ и наличие клапана позволяют сократить время демонтажа линии подачи TiCl₄ и герметизации центрального патрубка с помощью клапана, т.е. позволяют повысить производительность устройства.

Отсутствие на крышках дополнительных конденсаторов и сложных клапанов позволяет сократить время монтажа аппарата вакуумной сепарации с боковым конденсатором, что увеличивает производительность устройства.

Снабжение охладителя коллектором для воды позволяет ускорить процесс перехода с воздушного охлаждения на охлаждение водой и обратно, т.к. не требуется заполнять всю рубашку водой, заполняется только коллектор, что повышает также производительность устройства за счет улучшения условий конденсации магния и его хлорида в реторте-конденсаторе.

Таким образом, все признаки устройства способствуют выполнению поставленной задачи - повышению производительности устройства магниетермического получения губчатого титана.

Устройство изображено на фиг.1 и 2. Устройство на фиг.1 состоит из реторты-реактора 1 с крышкой 2, с патрубком 3 и клапаном 4, патрубком 5, нижним сливным устройством 6, электропечи 7 восстановления, съемного устройства для заливки магния 8 и съемного устройства для подачи TiCl₄ 9.

Устройство на фиг.2 состоит из реторты-реактора 1 с крышкой 2, патрубком 3 с клапаном 4, патрубком 5, нижним сливным устройством 6, электропечи 10 вакуумной сепарации, обогреваемого паропровода 11, реторты-конденсатора 12 с крышкой 2 с патрубками 3 и 5 и клапаном 4, охладителя 13 с коллектором 14, который соединен с внутренней полостью отверстиями 15.

Устройство работает следующим образом. Реторту-реактор 1 со сливным устройством 6 герметизируют крышкой 2 с патрубком 3 и закрытым клапаном 4, патрубком 5, через который вакуумируют реторту-реактор и подают в нее аргон. Затем реторту-реактор устанавливают в электропечь 7 восстановления, нагревают до 800^oС, открывают клапан 4 и через него устанавливают устройство для заливки магния 8. Через это устройство в реторту-реактор заливают магний в количестве 10,5 т. После чего извлекают устройство для заливки магния 8 из клапана 4 и патрубка 3 и устанавливают герметично в клапан 4 и патрубок 3 устройство для подачи тетрахлорида титана 9. После нагрева навески магния до 800^oС начинают в реторту-реактор 1 подавать тетрахлорид титана до 24 т. Затем останавливают подачу TiCl₄, при этом получают реакционную массу, в составе которой 6 т губчатого титана, магний и его хлорид, заполнившие поры губчатого титана. В ходе процесса периодически сливают из реторты-реактора 1 хлористый магний через нижнее сливное устройство 6. Во время сливов хлористого магния скорость подачи TiCl₄ увеличивают на 10-15%, что способствует повышению производительности устройства. По окончании процесса восстановления устройство для подачи TiCl₄ 9 извлекают из патрубка 3 и клапан 4 закрывают. Использование съемных устройств для заливки магния 8 и для подачи тетрахлорида титана 9 обеспечивает сокращение их монтажа и демонтажа, повышает производительность устройства. Затем реторту-реактор 1 извлекают из электропечи восстановления 7 и устанавливают в электропечь вакуумной сепарации 10.

В электропечи 10 клапан 4 подсоединяют к обогреваемому паропроводу 11, с другой стороны паропровод 11 подсоединяют к клапану 4 крышки 2 реторты-конденсатора 12, которая установлена в охладитель 13 с коллектором 14, через который подают хладоагент: или воздух, или воду. Охладитель 13 установлен рядом с электропечью 10. После монтажа устройства на процесс вакуумной сепарации, во время которого губчатый титан очищают от магния и его хлорида, откачивают реторту-конденсатор 12; паропровод 11, реторту-реактор 1 и электропечь вакуумной сепарации 10. Открывают клапаны 4 на крышках 2, начинают нагрев электропечи 10 и паропровода 11. Через охладитель 13 просасывают воздух. Электропечь нагревают до 980-1000^oС, паропровод до 800^oС. В этих условиях магний и хлорид магния отделяются от губчатого титана и оседают на стенке реторты-конденсатора 12. Вода в коллекторе 14 подается в том случае, если температура стенки реторты-конденсатора превысит 500^oС. Коллектор с внутренней полостью охладителя соединен отверстиями 15.

Ускоренный монтаж и демонтаж установки вакуумной сепарации увеличивает производительность устройства.

После окончания процесса вакуумной сепарации в установку (реторта-реактор 1, паропровод 11, реторта-конденсатор 12) подают аргон, а в электропечь 10 - воздух, закрывают клапаны 4 перед ретортой-конденсатором 12 и ретортой-реактором 1, демонтируют паропровод 11. Реторту-конденсатор 12 транспортируют в электропечь 7 на процесс восстановления, а реторту-реактор 1 устанавливают в охладитель 13 на охлаждение.

Таким образом, ускоренный монтаж и демонтаж устройств для заливки магния и тетрахлорида титана (8, 9) при ведении процесса восстановления, а также ускоренный монтаж и демонтаж паропровода 11 при ведении процесса вакуумной сепарации повышают производительность устройства.

Использование нижнего сливного устройства 6 позволяет увеличить скорость подачи тетрахлорида титана в реторту-реактор 1 в ходе процесса восстановления, тем самым повышается производительность устройства.

Возможность более быстрого перехода с одного хладоагента (воздух) на другой (вода) в охладителе 13 позволяет улучшить условия конденсации паров магния и его хлорида в ходе процесса вакуумной сепарации, тем самым повысить производительность устройства.

Формула изобретения

1. Устройство магниетермического получения губчатого титана, включающее электропечь, реторту-реактор и реторту-конденсатор с крышками с патрубками для загрузки исходных продуктов и узлами слива, охладитель реторты-конденсатора, установленный рядом с электропечью, и обогреваемый паропровод, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной электропечью, узел слива расположен в нижней части реторты-реактора, а патрубок крышки реторты-реактора для загрузки исходных продуктов выполнен с клапаном для монтирования съемных устройств для заливки магния и подачи тетрахлорида титана и герметизации реторты-реактора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что охладитель выполнен с коллектором для охлаждения реторты-конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2