Устройство для вакуумной сепарации губчатого титана

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для очистки губчатого титана вакуумной сепарацией. Изобретение позволяет повысить производительность устройства. Для этого в устройстве вакуумной сепарации, включающем реторту-реактор, реторту-конденсатор с ложным дном, патрубками для слива расплава, герметичной крышкой с патрубками для вакуумирования, центральным патрубком, в котором внутри размещен соосно с помощью кольца внутренний патрубок, на котором размещены легкоплавкая заглушка, клапан с приводом, на центральном патрубке сбоку размещен боковой патрубок, через который герметично проходит привод клапана. Устройство снабжено устройством для обогрева патрубков, водоохлаждаемыми фланцами, размещенными на концах центрального патрубка. На фланцах крышек установлено опорное устройство в виде стойки. Реторта-конденсатор охлаждается водой из охладителя с оросительным кольцом и люками. Патрубок сливного устройства реторты-реактора снабжен вакуумным колпаком, а патрубок реторты-конденсатора - вакуум-отводом. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для очистки губчатого титана от примесей магния и хлорида магния путем вакуумной высокотемпературной возгонки.

Известно устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (кн. Титан. - под ред. Гарматы В.А. -М.: Металлургия. -1983. - С. 372-379, 409-414), состоящее из реторты-реактора с герметичной крышкой, на которой размещен центральный патрубок, реторты-конденсатора, закрытую герметичной крышкой с центральным патрубком и снабженную оросителем, тепловым экраном и легкоплавкой заглушкой.

Недостатками данного устройства являются низкая производительность, повышенный расход электроэнергии и невысокое качество губчатого титана. Эти недостатки вызваны тем, что перед демонтажем аппарат вакуумной сепарации охлаждают в холодильнике почти двое суток, что приводит к значительным материальным затратам.

Известно устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (патент РФ N 2064517, опубл. БИ 21 1996 г.), состоящее из реторты-реактора и реторты-конденсатора с охладителем-оросителем, легкоплавкой заглушкой и тепловым экраном. Реторта-реактор и реторта-конденсатор снабжены заглубленными крышками, на каждой крышке размещен центральный патрубок, герметично заглубленный в центральное отверстие крышки реторты-реактора и снабженный устройством для обогрева центрального патрубка - камерой со сквозным каналом, заполненной теплоносителем, например, магнием, а легкоплавкая заглушка установлена на центральном патрубке.

Недостатком такого устройства является недостаточно высокая производительность устройства, так как при демонтаже аппарата в горячем состоянии не перекрываются отверстия в крышке реторты-реактора и реторты-конденсатора. Поэтому в горячие реторты попадает воздух, который окисляет губчатый титан и конденсат. Кроме того, находящиеся в аппарате низшие хлориды титана загораются и могут привести к возгоранию губчатого титана. Это потребует дополнительной герметизации реторты-реактора и дополнительной подачи аргона для прекращения горения, что снижает производительность устройства и качество губчатого титана.

Известно устройство для вакуумной очистки губчатого титана - прототип - (патент ЕПВ N 097135, опубл. 26.12.83), включающее камеру (аппарат восстановления) с цилиндрическим реактором и герметичной крышкой. На крышке выполнена камера цилиндрической формы высотой 1,5-2,6 м и внутренним диаметром 1-1,3 м, вытянутая по вертикальной оси реактора, имеющая отверстие в нижней части и снабженная патрубками для соединения с паропроводом и вакуумирования. В камере размещен клапан (вентиль) для вывода парообразных магния и хлорида магния из реактора восстановления. Крышка имеет газовую и водяную рубашки для регулирования в крышке температуры. Вдоль оси крышки размещен патрубок (труба) с возможностью перемещения по вертикали для подачи магния и хлорида восстанавливаемого металла. Патрубок окружен чехлом, который перемещается вместе с трубой для регулирования размера отверстия в крышке. С помощью обогреваемого паропровода камера восстановления и испарения соединена с камерой конденсации, охлаждаемой с помощью охладителя (рубашки), заполненного водой. Вариант расположения реторты-конденсатора на реторте-реакторе без паропровода и бокового конденсатора также предусмотрен в патенте и приведен вариант чертежа.

Недостатком такого устройства является низкая производительность устройства из-за длительности процесса, которая составляет около 10 дней. Кроме того, не исключена возможность остановок устройства в результате осаждения в паропроводе магния и хлорида магния. Время сборки и демонтажа устройства также являются длительными, и это не позволяет повысить производительность устройства в целом. Для варианта с верхним расположением конденсатора данное устройство не позволяет производить демонтаж аппарата после процесса восстановления, монтаж аппарата вакуумной сепарации и демонтаж в горячем состоянии, что повышает занятость печи и тем самым снижает производительность устройства.

Задачей данного изобретения является повышение производительности устройства за счет ускорения обслуживания устройства в горячем состоянии (без охлаждения аппаратов), уменьшения занятости печи.

Данная задача решается тем, что в устройстве для вакуумной сепарации губчатого титана, состоящего из реторты-реактора с ложным днищем, закрытой герметичной крышкой с центральным патрубком, на которой размещена реторта-конденсатор с герметичной крышкой с центральным патрубком, снабженная клапаном, устройством для обогрева центрального патрубка, охладителем и легкоплавкой заглушкой, новым является то, что оно дополнительно снабжено внутренним патрубком, установленным соосно центральному патрубку реторты-реактора и реторты-конденсатора и приваренным с помощью кольца внутри центрального патрубка на определенном расстоянии, на котором размещены клапан и легкоплавкая заглушка, а также боковым патрубком, жестко присоединенным к центральному патрубку, в котором герметично размещен привод клапана с возможностью поворота; и водоохлаждаемым фланцевым соединением, приваренным к центральному патрубку.

Кроме того, оно дополнительно снабжено опорным устройством, размещенным на фланцах крышки и выполненным в виде стоек.

Кроме того, диаметр внутреннего патрубка равен 0,5-0,7 диаметра центрального патрубка.

Кроме того, кольцо внутреннего патрубка размещено в центральном патрубке на расстоянии 100-150 мм.

Снабжение устройства вакуумной сепарации внутренним патрубком, установленным соосно с центральным патрубком, приваренным с помощью кольца на расстоянии 100-150 мм от верха центрального патрубка и диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра центрального патрубка, позволяет монтировать на нем клапан и легкоплавкую заглушку после проведения процесса восстановления без охлаждения аппарата, что позволяет уменьшить время монтажа аппарата и повысить производительность устройства.

Наличие бокового патрубка, жестко приваренного к центральному патрубку, позволяет герметично разместить в нем привод клапана и осуществлять закрытие клапана в горячем состоянии после процесса сепарации, что также снижает время демонтажа аппарата сепарации.

Водоохлаждаемые фланцы, размещенные на концах центрального патрубка, позволяют герметизировать реторту-реактор и реторту-конденсатор, тем самым уменьшая попадание воздуха при проведении процесса сепарации губчатого титана, осуществлять быстрый монтаж и демонтаж аппарата, тем самым повышая производительность устройства.

Устройство изображено на чертеже. Устройство состоит из реторты-реактора 1, реторты-конденсатора 2, ложных днищ 3, патрубков сливного устройства 4, заглубленных крышек 5 с патрубками 6 для вакуумирования и подачи аргона, центральным патрубком 7, в котором с помощью кольца 8 приварен внутренний патрубок 9 диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра центрального патрубка 7, на котором размещены легкоплавкая заглушка 10 и затвор клапана 11 с приводом 12, выполненным с возможностью поворота вокруг оси и проходящим через боковой патрубок 13, который приварен к боковой поверхности центрального патрубка 7 под углом 90^o, центральный патрубок 7 снабжен устройством для обогрева 14 и водоохлаждаемым фланцевым соединением 15 реторты-реактора 1, герметично соединенным с таким же фланцевым соединением 15 центрального патрубка 7 реторты-конденсатора 8. На фланцах 16 крышки 5 установлено опорное устройство, выполненное в виде стоек 17. Реторта-конденсатор 2 снабжена охладителем 18 с оросительным кольцом 19 и люками 20. Патрубок 4 сливного устройства реторты-реактора 1 снабжен вакуумным колпаком 21, а патрубок 4 сливного устройства реторты-конденсатора 2 - вакуумотводом 22.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно при изготовлении аппарата готовят основные узлы, в частности в центральном патрубке 7 крышки 5 с помощью кольца 8 приваривают внутренний патрубок 9 диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра центрального патрубка на расстоянии, равном 100-150 мм от верха центрального патрубка, к верхнему отверстию центрального патрубка приваривают водоохлаждаемый фланец 15, к боковой поверхности патрубка - боковой патрубок 13. Собирают аппарат восстановления и по известной технологии проводят процесс восстановления. После проведения процесса сепарации на участке восстановления демонтируют узел подачи тетрахлорида титана и устанавливают на внутренний патрубок 9 легкоплавкую заглушку 10, затвор клапана 11 с приводом 12, который устанавливают в боковой патрубок 13, выход привода 12 клапана герметизируют колпаком с прокладкой из вакуумной резины. Привод 12 устанавливают в состояние "открыто". На крышке 5 вокруг центрального патрубка 7 устанавливают и закрепляют устройство для обогрева 14, выполненное в виде электропечи мощностью 10-15 кВт, включающее кожух из стали 3, футеровку из ШЛБ-1,0, каналы в футеровке для патрубка 13 привода 12 клапана 11 в месте соединения створок печи. Нагреватели из нихрома марки Х2-Н80, диаметром 7-8 мм, длиной 10-15 м. Питание печи осуществляют от трансформатора, например марки ОСЗ-250. Аппарат вакуумной сепарации имеет две таких печи для центральных патрубков 7 реторты-реактора 1 и реторты-конденсатора 2. Демонтируют привод сливного устройства, устанавливая на патрубок 4 сливного устройства реторты-реактора 1 вакуумный колпак 21. Реторту-реактор 1 устанавливают в печь.

На монтажном участке реторту-конденсатор 2 закрывают крышкой 5, на патрубок 4 сливного устройства устанавливают вакуумотвод 22. На реторту-конденсатор 2 устанавливают охладитель 18 с оросительным кольцом 19 и люками 20.

К фланцу 16 крышки 5 крепят фланец со стойками 17 с помощью болтовых соединений. Реторту-конденсатор 2 устанавливают на реторту-реактор 1 с помощью винтов опорного устройства 17, подгоняя друг к другу фланцы 15 центральных патрубков 7. После чего их герметизируют и с помощью водоохлаждаемого фланца осуществляют охлаждение фланцев 15.

Реторту-реактор 1 с реакционной массой, состоящей из 6 тонн губчатого титана, 2 тонн хлорида магния и 4 тонн непрореагировавшего магния, герметизируют, вакуумируют, нагревают центральные патрубки с помощью устройства для обогрева 14 до температуры 750^oC, а реторту-реактор 1 - до температуры 1000^oC.

В оросительное кольцо 19 подают воду в течение 20 часов для охлаждения реторты-конденсатора 2, охлаждая реторту-конденсатор до температуры 100-300^oC.

При нагреве реторты-реактора 1, центральных патрубков 7 и внутреннего патрубка 9 легкоплавкая заглушка 17 плавится и начинается возгонка хлорида магния и магния из реакционной массы, оседая на охлаждаемых стенках реторты-конденсатора 2. После 20 часов орошения подачу воды отключают, открывают люки 20 и охлаждение реторты-конденсатора 2 продолжают с помощью естественной аэрации воздухом. Окончание процесса вакуумной сепарации определяют по остаточному давлению в аппарате вакуумной сепарации и по натеканию в аппарат. После чего отключают нагрев реторты-реактора 1, устройство для обогрева 17 центрального патрубка 7 и внутреннего патрубка 9. В аппарат задают аргон, закрывают отверстие внутреннего патрубка 9 с помощью затвора 11 клапана путем поворота привода 12 на 90^o с целью исключения попадания в реторту-реактор 1 и в реторту-конденсатор 2 воздуха. Опорные устройства 17 демонтируют, ставят на патрубки 7 заглушки. Реторту-конденсатор снимают и переносят на монтажный участок, а реторту-реактор 1 устанавливают в холодильник. Полученную титановую губку извлекают из реторты-реактора после охлаждения, а реторту-конденсатор 2 используют повторно на процессе восстановления.

Таким образом, данное устройство позволяет значительно повысить производительность устройства вакуумной сепарации за счет сокращения времени монтажа и демонтажа аппарата, сокращения времени использования печи вакуумной сепарации за цикл.

Формула изобретения

1. Устройство для вакуумной сепарации губчатого титана, состоящее из реторты-реактора с ложным днищем, закрытой герметичной крышкой с центральным патрубком, на котором размещена реторта-конденсатор с герметичной крышкой с центральным патрубком, снабженным клапаном, устройством для обогрева центрального патрубка, охладителем и легкоплавкой заглушкой, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено внутренним патрубком, установленным соосно с центральным патрубком и приваренным с помощью кольца внутри центрального патрубка на определенном расстоянии, в котором размещены легкоплавкая заглушка и клапан, а также боковым патрубком, жестко присоединенным к центральному патрубку, в котором герметично размещен привод клапана с возможностью поворота, и водоохлаждаемым фланцевым соединением, приваренным к центральному патрубку.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено опорным устройством, размещенным на фланцах крышки и выполненным в виде стоек.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр внутреннего патрубка равен 0,5 - 0,7 диаметра центрального патрубка.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо внутреннего патрубка размещено в центральном патрубке на расстоянии 100 - 150 мм от верха центрального патрубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1