Устройство для получения губчатого титана

 

Изобретение относится к устройству для получения губчатого титана, включающему совмещенную печь с зоной воздушного охлаждения, реактор восстановления - испарения, сливное устройство с трубой, крышку, соединенную обогреваемым паропроводом с конденсатором, установленным в холодильник, ложные днища и сборник расплава. Сущность: устройство снабжено обечайкой, прикрепленной к крышке и выполненной в виде коаксиально расположенных труб, пространство между которыми заполнено теплоносителем, паропровод соединен с трубой сливного устройства, а зона воздушного охлаждения совмещенной печи расположена на уровне обечайки, при этом совмещенная печь выполнена с демпфером ; труба сливного устройства от низа обечайки до паропровода выполнена с тепловой трубой, фланцы реактора, конденсатора и крышек выполнены двухступенчатыми, ступени жестко скреплены между собой, имеют разное сечение и теплопроводность; а ложное днище выполнено с подставкой в виде лабиринта, соединенного со сборником расплава, приваренного к эллиптическому дну реактора и конденсатора. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известно устройство (патент США N 4512557, 8 июля 1983. Аппарат для получения металла), производительность которого невысока, так как очистка губчатого металла от магния и его хлорида осуществляется лишь испарением названных продуктов.

Известно устройство для получения губчатого титана (патент ЕПВ N 0097137, 1983, заявитель Jshizuka Hizose, Япония. Способ и устройство для получения очищенного тугоплавкого металла из его хлорида). Это устройство состоит из электропечи, реактора восстановления и испарения со сливным устройством, с крышкой, с полостью жесткости, на которой размещены патрубки для аргона, заливки магния, подачи тетрахлорида титана, дополнительно обогреваемой камеры конденсации с запорным устройством, обогреваемого трубопровода, установленного в холодильник бокового конденсатора с герметичной крышкой, на которой размещена обогреваемая дополнительная камера для конденсации с запорным устройством для ввода парообразных продуктов (магния и его хлорида), штуцер для вакуумирования.

Недостатком описанного устройства является низкая производительность из-за осаждения магниевого конденсата в камерах над реактором и конденсатором и последующего затем их выплавления, а также вследствие того, что очистка губчатого металла от магния и его хлорида осуществляется лишь испарением названных продуктов.

Известно устройство (авт.св. СССР N 125384, 1960 Аппарат для получения губчатого титана с боковым конденсатором, С.Н.Сергеенко, И.Н.Масленников. - прототип), состоящее из реактора восстановления и испарения, установленного в совмещенную электропечь с зоной охлаждения воздухом и отверстием для нижнего сливного устройства соли, паропровода с гидрозатвором, бокового конденсатора, помещенного в холодильник.

Реактор и конденсатор герметизированы высокими, выпуклыми крышками, которые трудно обогреть. Устройство имеет гидрозатвор, который отделяет реактор от конденсатора. Его использование снижает производительность установки и не гарантирует надежность перекрытия паропровода. Такое устройство имеет низкую производительность вследствие образования холодных зон крышек реактора и конденсатора, осаждения в них конденсата и преждевременного прекращения процесса на стадии вакуумной сепарации, что значительно снижает производительность устройства. Низкая производительность устройства обусловлена также тем, что очистка губчатого металла от магния и его хлорида осуществляется лишь путем испарения названных продуктов.

Задача, на решение которой направлено изобретение повышение производительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получения губчатого металла, включающего совмещенную печь с зоной воздушного охлаждения, реактор восстановления испарения, сливное устройство с трубой, крышку, соединенную обогреваемым паропроводом с конденсатором, установленным в холодильнике, ложные днища и сборник расплава. Устройство снабжено обечайкой, прикрепленной к крышке и выполненной в виде коаксиально расположенных труб, пространство между которыми заполнено теплоносителем, паропровод соединен с трубой сливного устройства, а зона воздушного охлаждения совмещенной печи расположена на уровне обечайки; совмещенная печь выполнена с демпфером; труба сливного устройства от низа обечайки до паропровода выполнена с тепловой трубой; фланцы реактора, конденсатора и крышек выполнены двухступенчатыми, ступени жестко скреплены между собой, имеют разное сечение и теплопроводность; ложное днище выполнено с подставкой в виде лабиринта, соединенного со сборником расплава, приваренного к эллиптическому дну реактора и конденсатора.

Поставленная задача повышение производительности устройства достигается путем откачки расплавленных магния и его хлорида под вакуумом через паропровод, частью которого является сливное устройство, что позволит сократить длительность процесса вакуумной сепарации и повысить производительность устройства, использование в верхней части реактора обечайки с полостью (пространство между коаксиально расположенными трубами), заполненной теплоносителем, позволяет термостатировать зону реакции, не допускать перегрева этой зоны и прогарания реактора и сливного устройства, что способствует повышению производительности всей установки.

Расположение зоны воздушного охлаждения печи служит этой же задаче. Снабжение совмещенной электропечи демпфером, работающим в автоматическом режиме, исключает разрушение реактора за счет компенсации его пластической деформации, тем самым позволяет повысить производительность устройства.

Снабжение паропровода частично или полностью тепловой трубой обеспечивает надежный прогрев паропровода, исключая его прогарание при перегреве, замыкании, тем самым способствуя повышению производительности устройства.

Использование двухступенчатых фланцев, ступени которых имеют разное сечение и теплопроводность, снижает потери тепла с водой, проходящей через водоохлаждаемые рубашки фланцев за счет низкой теплопроводности ступени из нержавеющей стали, приваренной к аппарату, крышке. Тем самым снижается длительность разогрева реактора, повышается производительность устройства.

Использование в качестве подставки ложного дна лабиринта позволяет очистить сливаемый хлористый магний от взвесей и низших хлоридов губчатого металла, исключить попадание взвесей и низших хлоридов губчатого металла в сливную трубу, тем самым снизить вероятность забивания сливной трубы губчатым металлом, обеспечить своевременные сливы хлористого магния из аппарата, повысить производительность устройства.

Снабжение реактора восстановления испарения сборником расплава, приваренного к реторте (реактор, конденсатор) способствует полному удалению всего расплавленного хлорида магния из реактора перед его испарением, что способствует повышению производительности устройства.

Таким образом, все признаки устройства способствуют выполнению поставленной задачи повышению производительности устройства для получения губчатого металла.

Устройство изображено на фиг.1. Устройство состоит из реактора восстановления испарения 1 с ложным дном 2, крышкой 3, на которой размещены патрубки для создания вакуума и подачи аргона 4, подачи хлорида металла и заливки магния 5, снабженного пробкой 6, паропровод 7 с обогревом 8, сливное устройство 9 с тепловой трубой 10, патрубком 11 для ее очистки и запорным устройством 12; крышка, паропровод имеют теплоизоляцию 13. Реактор восстановления испарения соединен паропроводом и верхним сливным устройством, которое на процессе вакуумной сепарации является также и паропроводом с помощью сланцев 14 с конденсатором 15, который помещен в холодильник 16. Конденсатор установлен на опору 17 с катками 18 и винтами 19, которая обрадует с фланцем 20 холодильника заборник воздуха 21. Воздух через холодильник просасывается вентилятором отсоса. Реактор восстановления и испарения снабжен обечайкой 22 с полостью 23 (пространство между коаксиально расположенными трубами 24 и 25) для теплоносителя (магний) и сборником расплава 26, приваренным к эллиптическому дну 27 реактора 1 и конденсатора 15. Зона воздушного охлаждения совмещенной электропечи 28 расположена на уровне обечайки 22. Коллекторы 29, 30 и каналы 31, 32 этой зоны подвода и отвода воздуха совмещенной электропечи расположены в футеровке, через патрубки 33 и 34 подводится и отводится соответственно воздух.

Совмещенная печь снабжена демпфером, состоящим из линзовых компенсаторов 35, опорной плиты 36 с подставкой 37, линзовые компенсаторы соединены с системой, регулирующей давление в них в автоматическом режиме.

Подставка ложного дна изображена на фиг.1; на фиг.2 разрез А А на фиг.1 представляет собой лабиринт, создаваемый концентрическими ребрами 38, 39, 40 с отверстиями 41 и перегородками 42, образующими канал 43.

Реактор восстановления испарения, крышки, конденсатор снабжены двухступенчатыми фланцами (фиг. 3), состоящими из ступеней 44 и 45, которые имеют разное сечение и теплопроводность, так как ступень 44, привариваемая к реактору, конденсатору, крышке, изготовляется из стали 12Х18Н10Т, имеет меньшее сечение и пониженную теплопроводность, а ступень 45 изготовляется из углеродистой стали, имеет большое сечение и большую теплопроводность и снабжена водяной рубашкой 46.

Устройство работает следующим образом.

Реактор восстановления испарения 1 герметизируют крышкой 3 с обечайкой 22 с полостью 23, заполненной магнием между коаксиально расположенными трубами 24 и 25, устанавливают реактор 1 в совмещенную электропечь 28, затем в него вводят верхнее сливное устройство 9. После чего электропечь 29 и реактор 1 разогревают до 800^oС, вакуумируют и задают в него аргон через патрубок 4. Через патрубок 5 после открытия пробки 6 в реакторы заливают магний в количестве 9 т. Через патрубок 5 в течение всего процесса загружают хлорид металла, например при получении губчатого титана, тетрахлорид титана со скоростью 400 кг/ч в количестве 25,0 т. В ходе процесса из реактора сливают хлорид магния через верхнее сливное устройство 9 в емкость под вакуумом (вакуумный ковш или миксер). Хлорид магния очищается от взвесей и низших хлоридов титана в лабиринте подставки ложного дна, образованный концентрическими ребрами 38, 39, 40 с отверстиями 41 и перегородками 42, образующими канал 43.

В реакторе получают реакционную массу, в состав которой входит 6 т губчатого титана, пропитанного магнием и его хлоридом.

Во время ведения процесса восстановления с помощью обечайки 22 с полостью 23, заполненной магнием, и зоны охлаждения печи, подводящей и отводящей воздух через патрубки 33 и 34, коллекторы 29, 30 и каналы 31, 32 в зоне реакции поддерживается температура на стенке обечайки 600-900^oС, что исключает ее прогарание, исключает образование гарниссажа, повышает производительность устройства.

После окончания процесса восстановления в холодильник 16 устанавливают конденсатор 15 на опору 17 с катками 18, которая в свою очередь установлена на винты 19, а опора 17 и фланец 20 холодильника образуют заборник воздуха 21 для охлаждения конденсатора 15 воздухом. Конденсатор герметизирован крышкой 3 с обечайкой 22 с полостью 23, в крышку установлено сливное устройство 9, патрубок 5 закрыт пробкой 6. На паропровод 7 установлены нагреватели 8 с теплоизоляцией 13. Паропровод 7 через фланцевые соединения 14 соединяется с трубкой верхнего сливного устройства 9. Часть сливной трубы (сливное устройство) от низа обечайки 22 до паропровода обогревается тепловой трубой 10. Крышки реактора, конденсатора и тепловая труба покрыты снаружи теплоизоляционным материалом.

После окончания процесса восстановления патрубок закрывают пробкой 6. После монтажа установки вакуумной сепарации производится нагрев паропровода и реактора до 800^oС (процесс вакуумной сепарации проводят в совмещенной электропечи, в которой проводили процесс восстановления), в конденсаторе создают вакуум и перекачивают остатки расплава хлорида магния и магния, извлекаемые из пор губчатого титана, собранные в расплавосборнике 26 в конденсатор 15, создавая в нем вакуум. После чего разогревают реактор 1 в совмещенной электропечи 28 до 980-1020^oС и из губчатого титана удаляют магний и его хлорид под вакуумом в виде паров, осаждая их в конденсаторе при охлаждении конденсатора воздухом, проходящим через отверстие 21, образованное опорой 17 и сланцем 20 холодильника, отсасываемого вентилятором. При ведении процесса вакуумной сепарации в электропечи создается контрвакуум во избежание разрушения реактора. Описанное охлаждение конденсатора способствует осаждению магния его хлорида плотным слоем, что повышает производительность устройства и качество губчатого титана. За счет опоры 17 с катками 18 и винтами, на которую установлен конденсатор, сокращается время монтажа установки, повышается ее производительность, а также компенсируется тепловое расширение паропровода 7 и горизонтального участка сливной трубы 9 реактора 1, которая является продолжением паропровода на процессе вакуумной сепарации. Конденсация теплового расширения паропровода исключает его разрушение, следовательно, повышает производительность устройства.

По окончании процесса вакуумной сепарации в установку задают аргон через патрубок 4, закрывают запорное устройство 12, отключают обогрев 8 паропровода и электропечь 28. После чего демонтируют сланцевое соединение 14. На паропровод 7 и сливное устройство 9 устанавливают заглушки. Реактор с губчатым титаном переносят в холодильник и охлаждают до комнатной температуры, после чего демонтируют. Конденсатор с магниевым конденсатом устанавливают в совмещенную печь для проведения в нем процесса восстановления и вакуумной сепарации.

Формула изобретения

1. Устройство для получения губчатого титана, включающее совмещенную печь с зоной воздушного охлаждения и реактор восстановления-испарения, сливное устройство с трубой, крышку, соединенную обогреваемым паропроводом с конденсатором, установленным в холодильник, ложные днища и сборник расплава, отличающееся тем, что устройство снабжено обечайкой, прикрепленной к крышке и выполненной в виде коаксиально расположенных труб, пространство между которыми заполнено теплоносителем, паропровод соединен с трубой сливного устройства, а зона воздушного охлаждения совмещенной печи расположена на уровне обечайки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что совмещенная печь выполнена с демпфером.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что труба сливного устройства от низа обечайки до паропровода выполнена с тепловой трубой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фланцы реактора, конденсатора и крышек выполнены двухступенчатыми, ступени жестко скреплены между собой, имеют разное сечение и теплопроводность.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ложное днище выполнено с подставкой в виде лабиринта, соединенного со сборником расплава, приваренного к эллиптическому дну реактора и конденсатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3