Способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к цветной металлургии, преимущественно к получению титана металлотермическим восстановлением тетрахлорида титана. Технический результат выражается в повышении производительности процесса восстановления и улучшения качества губчатого титана. Способ получения губчатого титана включает разогрев аппарата, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате, вывод аргона, заливку магния из вакуум-ковша, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния. При этом заливку магния в аппарат осуществляют в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, при этом аргон, выводимый из аппарата, направляют в вакуум-ковш. Устройство включает аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана, аргона, и патрубок для подачи магния, компенсирующее устройство, вакуум-ковш, который снабжен штуцером для подачи аргона, сливной трубой и установлен на компенсирующем устройстве. При этом компенсирующее устройство выполнено в виде сильфона и пружины, внутри которых соосно размещена труба, проходящая через сильфон и установленная снизу в патрубок для подачи магния, причем к трубе жестко присоединен фланец, упирающийся на пружину, в верхней части труба выполнена в виде конуса, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, а патрубок для подачи аргона в аппарат соединен со штуцером для подачи аргона в вакуум-ковш. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, преимущественно к получению титана металлотермическим восстановлением тетрахлорида титана.

Известен способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления (кн.Магниетермическое производство губчатого титана.- Байбеков М.К, Попов В.Д., Чепрасов И.М.- М.: Металлургия, 1984, с. 19,26, 33-35).

Способ включает разогрев аппарата, подачу аргона в аппарат восстановления, заливку магния, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления с периодическим сливом хлорида магния. Рафинированный жидкий магний на передел восстановления поступает в вакуум-ковшах, из которых его заливают в аппарат восстановления и процесс восстановления ведут с некоторым избыточным давлением 5,1-25,3 кПа. Аргон поступает в аппарат восстановления и в вакуум-ковш по отдельной магистрали. При заливке магния осуществляют стравливание аргона в атмосферу цеха.

Устройство для получения губчатого титана состоит из аппарата восстановления, выполненного в виде реторты со сливным устройством, закрытой крышкой, на которой размещены патрубки для заливки магния, подачи тетрахлорида титана и аргона. Заливку магния осуществляют из вакуум-ковша через сливной патрубок, установленный в воронку, размещенную на патрубке для заливки магния.

Недостатком данного способа и устройства является снижение качества губчатого титана из-за насыщения губки газами, поступающими из воздуха через неплотности при заливке магния и стравливания аргона из аппарата при заливке.

Известен способ и устройство для получения губчатого титана (кн. Металлургия титана. Мальшин В.М., Завадовская В.Н., Пампушко Н.А.: учебник для техникумов. -М.:Металлургия, 1991,-стр. 126-135), взятый по количеству общих признаков за прототип как для способа, так и для устройства.

Способ включает разогрев аппарата, подачу аргона в аппарат, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша, проведение процесса воссстановления при непрерывной подаче тетрахлорида титана и при периодическом сливе расплава хлорида магния из аппарата восстановления. Заливку в аппарат магния осуществляют при стравливании аргона из аппарата восстановления в атмосферу цеха и при подаче аргона в вакуум-ковш.

Устройство для получения губчатого титана состоит из аппарата восстановления, состоящее из реторты со сливным устройством, закрытую крышкой с патрубками для подачи аргона, тетрахлорида титана и заливки магния. Магний заливают в аппарат из вакуум-ковша, выполненного в виде тигля со штоком, запорной иглы, сливной трубы, уровнемера и термопары, штуцера для подачи аргона. Вакуум-ковш устанавливают на патрубок для заливки магния через съемные пружинный компенсатор и задвижку, которые соединены фланцевыми соединениями с патрубком для подачи магния и сливной трубой вакуум-ковша.

Недостатками данного способа и устройства являются трудоемкость обслуживания из-за совмещения фланцев при монтаже, заклинивания задвижки и неустойчивой установки вакуум-ковша на аппарат, что приводит к повышению длительности заливки магния в аппарат и тем самым к снижению производительности процесса получения губчатого титана. Кроме того, через фланцевые соединения, линии для подачи аргона и задвижку происходит подсос воздуха, что приводит к снижению качества губчатого титана из-за насыщения губки газами, поступающими с воздухом через указанные выше неплотности.

Задачами данного изобретения являются снижение трудоемкости процесса и уменьшение насыщения титановой губки газами из воздуха, поступающего через неплотности аппарата.

Технический результат выражается в повышении производительности процесса восстановления и улучшения качества губчатого титана.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения губчатого титана, включающий разогрев аппарата восстановления, подачу apгoна в аппаратах и создание избыточного давления в аппарате, вывод аргона из аппарата, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния, новым является то, что заливку магния в аппарат осуществляют в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, при этом аргон, выводимый из аппарата, направляют в вакуум-ковш.

Кроме того, избыточное давление в вакуум-ковше поддерживают не более 39,2 кПа.

Для осуществления способа предложено устройство для получения губчатого титана, включающее аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана, аргона и патрубок для подачи магния, компенсирующее устройство, вакуум-ковш, который снабжен штуцером для подачи аргона, сливной трубой и установлен на компенсирующем устройстве, новым является то, что компенсирующее устройство выполнено в виде сильфона и пружины, внутри которых соосно размещена труба, проходящая через сильфон и установленная снизу в патрубок для подачи магния, причем к трубе жестко присоединен фланец, упирающийся на пружину, в верхней части труба выполнена с конусом, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, а патрубок для подачи аргона в аппарат соединен со штуцером для подачи аргона в вакуум-ковш.

Кроме того, конус заглублен в сильфон и жестко соединен с фланцем, установленным на проходящей через сильфон трубе.

Кроме того, соотношение диаметра трубы к диаметру сильфона равно 1:(2-3).

Кроме того, соотношение диаметра нижней части конуса к диаметру сильфона равно 1:(2-2,5).

Кроме того, труба сильфона заглублена в патрубок для подачи магния ниже крышки.

Проведение операции заливки магния в аппарат восстановления в герметичном режиме при создании одинакового давления в аппарате и в вакуум-ковше и при использовании усовершенствованной конструкции компенсирующего устройства позволит исключить попадание воздуха в вакуум-ковш и в аппарат восстановления и тем самым повысить качество губчатого титана.

Предложенная конструкция компенсирующего устройства позволяет создать устойчивое положение вакуум-ковша, снизить трудоемкость обслуживания вакуум-ковша и аппарата восстановления при заливке магния в аппарат восстановления.

Подача аргона из аппарата восстановления в вакуум-ковш и соединение патрубка для подачи аргона со штуцером для аргона вакуум-ковша позволить создать одинаковое давление в аппарате и вакуум-ковше, исключая таким образом попадание воздуха в устройство для получения губчатого титана и повышая тем самым качество 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 результате отличительных признаков в заявленном способе получения 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 фиг. 1 показано устройство для получения губчатого титана; на фиг.2 -компенсирующее устройство Устройство для получения губчатого титана состоит из реторты 1 со сливным устройством 2, реторта закрыта герметичной крышкой 3 с патрубком для подачи тетрахлорида титана 4, патрубком для аргона 5, патрубком для заливки магния 6, из вакуум-ковша 7 со штуцером 8 для подачи аргона и со сливной трубой 9, вакуум-ковш установлен на компенсирующее устройство 10. Патрубок 5 крышки устройства соединен со штуцером 8 вакуум-ковша с помощью линии 17.

Компенсирующее устройство 10 выполнено в виде сильфона 11, внутри которого проходит труба 12, пружины 13, размещенную между фланцами 14 и 16. В верхней части труба снабжена конусом 15.

Монтаж устройства для заливки магния в аппарат восстановления осуществляют последовательно. Предварительно готовят компенсирующее устройство 10, для чего в сильфоне 11 диаметром 200 мм соосно устанавливают трубу 12 диаметром 80 мм, поддерживая соотношение диаметров трубы и сильфона равным 1: (2-3), внутри сильфона, между фланцами 14 и 16 устанавливают пружину 13. Верхняя часть трубы 12 выполнена с конусом 15 диаметром 100 мм, причем конус 15 заглублен в сильфон 10 и жестко соединен с фланцем 14. Соотношение диаметра конуса к диаметру сильфона подобрано как 1: (2-2,5). Вакуум-ковш 7, заполненный расплавленным магнием, с помощью сливной трубы 9 устанавливают в конус 15 трубы 12 компенсирующего устройства 10. Трубу 12 компенсирующего устройства 10 устанавливают в патрубок 6 для заливки магния в аппарат восстановления, причем трубу 12 заглубляют в патрубок 6 ниже крышки 3 аппарата восстановления. Патрубок 5 для подачи и вывода аргона соединяют с помощью трубы 17 со штуцером 8 для подачи аргона в вакуум-ковш 7.

Пример осуществления способа и работы устройства.

Предварительно собранный аппарат восстановления, состоящий из реторты 1, сливного устройства 2, крышки 3 с патрубком 4 для подачи тетрахлорида титана с патрубком 5 для подачи аргона и патрубком 6 для заливки магния, проверяют на герметичность путем откачки воздуха из аппарата вакуумными насосами и последующим измерением остаточного давления в аппарате, устанавливают в печь, включают нагреватели печи при температуре 400-500^oС, в аппарат задают аргон (ГОСТ 10257), монтируется сливное устройство 2 и после расплавления конденсата производят первый слив соли. После слива в аппарат начинают заливать магний из вакуум-ковша 7 в количестве 6,5-7,5 т, и поддерживают избыточное давление в вакуум-ковше и аппарате не более 39,2 кПа путем сообщения объемов вакуум-ковша и аппарата через шланг 17 и подпиткой аргоном из цеховой магистрали. Магний заливают при температуре не менее 750^oС. Вакуум-ковш 7 со штуцером для подачи аргона 8, сливной трубы 9 устанавливают на компенсирующее устройство 10, причем сливная труба 9 установлена в конус 15 трубы 12, а труба 12 установлена в центральный патрубок 6 для подачи магния и заглублена ниже крышки 3. Все операции по заливке магния осуществляют под протоком аргона, причем при заливке магния аргон из аппарата восстановления стравливают и направляют в вакуум-ковш с помощью линии 17, соединяющей патрубок для подачи аргона 5 со штуцером 8 вакуум-ковша. Для отвода аргона из аппарата восстановления в вакуум-ковш использован фланец со штуцером диаметром 30 мм. Фланец со штуцером подсоединен через резиновую прокладку болтами к фланцу вентиля Ду-50 патрубка крышки 3 аппарата восстановления. После заливки магния убирают вакуум-ковш, компенсирующее устройство 10 и на патрубок 6 устанавливают заглушку. Избыточное давление в аппарате в ходе процесса восстановления поддерживают до 39,2 кПа, температуру процесса - 600-950^oС Подачу тетрахлорида титана осуществляют при избыточном давлении аргона в пределах до 39,2 кПа при массовом расходе тетрахлорида титана 180-240 кг/ч в автоматическом режиме с помощью дозатора. Образующийся во время процесса хлорид магния сливают по графику. Процесс ведут при коэффициенте использования магния 55-65%.

Таким образом, предложенный способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления позволяют значительно улучшить качество губчатого титана за счет исключения попадания воздуха в вакуум-ковш и в аппарат восстановления, уменьшить трудоемкость заливки магния в аппарат восстановления и тем самым повысить производительность процесса восстановления.

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого титана, включающий разогрев аппарата восстановления, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате, вывод аргона из аппарата, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния, отличающийся тем, что заливку магния в аппарат осуществляют в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, при этом аргон, выводимый из аппарата, направляют в вакуум-ковш.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыточное давление в вакуум-ковше поддерживают не более 39,2 кПа.

3. Устройство для получения губчатого титана, включающее аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана, аргона, патрубок для заливки магния, компенсирующее устройство, вакуум-ковш, который снабжен штуцером для подачи аргона, сливной трубой и установлен на компенсирующем устройстве, отличающееся тем, что компенсирующее устройство выполнено в виде сильфона и пружины, внутри которых соосно размещена труба, проходящая через сильфон и установленная снизу в патрубок для заливки магния, причем, к трубе жестко присоединен фланец, упирающийся на пружину, в верхней части труба выполнена с конусом, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, а патрубок для подачи аргона в аппарат соединен со штуцером для подачи аргона в вакуум-ковш.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что конус заглублен в сильфон и жестко соединен с фланцем, установленным на проходящей через сильфон трубе.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что соотношение диаметра трубы к диаметру сильфона равно 1:(2-3).

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что соотношение диаметра нижней части конуса к диаметру сильфона равно 1:(2-2,5).

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что труба сильфона заглублена в патрубок для заливки магния ниже крышки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2