Способ получения карбида титана

 

Изобретение относится к способу получения карбида титана в герметическом реакторе путем взаимодействия титановых порошков с сажистым углеродом. Сущность: исходную шихту непрерывно подают в реактор, нагретый до 1000-1050^oC, при этом соотношение объема порции подаваемой шихты и объема реактора составляет 1:(250-500). 1 табл.

Изобретение относится к производству карбидов редких тугоплавких металлов, в частности к получению карбида титана, который используется в машиностроении при создании композиций для обработки металлов. Карбиды титана могут быть использованы в качестве покровного слоя, обеспечивающего антикоррозионные и жаропрочные свойства.

Известны [1] способы получения карбидов путем взаимодействия диоксида титана с сажей, взаимодействия галогенидов с углеродсодержащими компонентами, прямым синтезом из смеси порошков титана и сажи. Эти способы имеют относительно низкую производительность и малый выход готовой продукции, в связи с чем они не нашли широкого промышленного использования.

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является способ получения карбида титана в герметичном реакторе, включающий подачу шихты из титановых порошков и сажистого углерода и их взаимодействие при нагреве [2] Способ по прототипу заключается в следующем.

Карбид титана получают путем непосредственного сплавления элементарного титана с углеродом.

При температуре выше 1600^oС карбид титана может образовываться при действии на углерод смеси водорода с парами тетрахлорида титана.

Недостатками известных способов и прототипа являются низкая производительность, высокие энергозатраты технологического цикла, в т.ч. на операцию поджига шихты.

Заявляемое техническое решение за счет непрерывной подачи с высокой скоростью исходных реагентов в аппарат промышленного типа увеличивает производительность процесса.

Сущность способа получения карбида титана выражается следующей совокупность существенных признаков: в герметичный реактор подают шихту из титанового порошка и сажистого углерода; шихту подают непрерывно в нагретый до 1000-1050^oC реактор; соотношение объема подаваемой шихты и объема реактора поддерживают 1 (250-500).

Изобретательский уровень и новизна предлагаемого способа заключается в непосредственном взаимодействии металлического титана с сажистым углеродом при высокой температуре.

Исходная шихта поступает в нагретый реактор, относительно быстро прогревается, вследствие чего протекает процесс карбидизации. Постоянная подача исходной шихты обеспечивает поддержание высокой температуры в зоне реакции за счет большой экзотермичности процесса карбидизации. Наличие большого свободного объема в реакторе позволяет гасить резкое повышение давления газа, выделяющегося при процессе карбидизации газов. Непрерывная подача исходных реагентов, имеющих большой свободный объем, позволяет осуществлять процесс получения карбида титана с высокой скоростью.

Выбор указанных технологических параметров обусловлен следующим: при подаче исходной шихты из титанового порошка и сажистого углерода в герметичный реактор при температуре менее 1000^oC вероятность инициирования реакции взаимодействия будет низка и степень карбидизации титана будет неполной. При температуре в реакторе в начальный период выше 1050^oC возможен перегрев реактора, резкое повышение давления.

При соотношении объема порций шихты и объема реактора менее 1:250 свободный объем аппарата не в состоянии погасить резкое увеличение давления газов, что может привести к аварийной ситуации. Соотношение шихты:реактор более 1:500 приводит к уменьшению производительности аппарата. Заданное соотношение объемов шихты и реактора выдерживается в процессе за счет того, что полученная масса карбида титана имеет большую плотность и осаждается в нижней части реактора.

Пример: опыты проводили на установке, состоящей из герметичного реактора с крышкой, реакционного стакана из графита и герметичного дозатора для исходной шихты. Нагрев осуществляли в шахтной электропечи. В дозатор загружали шихту из титановых порошков и сажистого углерода, которые предварительно тщательно перемешивали. Реактор нагревали до 1000-1050^oC и осуществляли подачу шихты. По окончании процесса аппарат охлаждали, демонтировали, полученные продукты анализировали. Результаты опытов приведены в таблице.

Проведенные лабораторные и полупромышленные испытания предлагаемого технологического процесса осуществлены в объеме ограничительной и отличительной частей формулы изобретения.

Формула изобретения

Способ получения карбида титана, включающий подачу шихты из титанового порошка и сажистого углерода в герметичный реактор и проведение процесса взаимодействия при нагреве, отличающийся тем, что подачу шихты ведут непрерывно в нагретый до 1000 1050^oС реактор при поддержании соотношения объема подаваемой шихты и объема реактора 1 250 500.

РИСУНКИ

Рисунок 1