Способ регулирования температурного режима процесса получения губчатого титана

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана магниетермическим способом, и может быть использовано в процессе восстановления тетрахлорида титана магнием. Изобретение направлено на снижение расхода электроэнергии за счет подвода тепла из зоны реакции в зоны нагрева аппарата в ходе процесса восстановления. Для этого в способе, включающем поддержание температуры наружной стенки аппарата регулятором в зонах нагрева путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателей и в зоне реакции восстановления тетрахлорида титана магнием путем охлаждения зоны реакции воздухом, новым является то, что отношение времени включения к времени выключения нагревателя каждой из зон аппарата поддерживают в ходе процесса не более 3,2. Способ позволяет снизить расход электроэнергии при получении тонны титановой губки на 300-350 кВт. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана магниетермическим способом, и может быть использовано в процессе восстановления тетрахлорида титана магнием.

Известен способ регулирования температурного режима процесса магниетермического восстановления титана, основанный на передаче тепла из зоны экзотермической реакции в зоны аппарата восстановления, требующие нагрева с помощью теплообменника с межканальной транспирацией воздуха (ст. Передача тепла из зоны реакции в зону подогрева аппарата восстановления титана. - сб. Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона. - БФ ПГТУ. - г. Березники. - 1998 г. , вып. 1, - с. 41-46). Способ позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса восстановления.

Недостаток способа состоит в том, что применение теплообменника с межканальной транспирацией воздуха существенно усложняет конструкцию аппарата восстановления и требует дополнительных затрат на его эксплуатацию.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ регулирования температурного режима процесса магниетермического восстановления титана, включающий поддержание в ходе процесса температуры наружной стенки аппарата регулятором в зонах нагрева путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателей и в зоне протекания экзотермической реакции восстановления тетрахлорида титана магнием путем охлаждения зоны реакции воздухом (кн. Титан под ред. Гармата В. А. - М. , Металлургия, 1983, с. 370-379). Применение регулятора упрощает поддержание заданной температуры наружной стенки в зонах нагрева и зоне реакции аппарата восстановления.

Недостаток данного способа состоит в том, что для поддержания заданной температуры в зонах нагрева аппарата требуются значительные затраты электроэнергии, что снижает технико-экономические показатели производства губчатого титана.

Техническим результатом изобретения является снижение расхода электроэнергии за счет подвода тепла из зоны реакции в зоны нагрева аппарата в ходе процесса восстановления.

Для этого в способе регулирования температурного режима процесса получения губчатого титана, включающем поддержание температуры наружной стенки аппарата регулятором в зонах нагрева путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателей и в зоне реакции восстановления тетрахлорида титана магнием путем охлаждения зоны реакции воздухом, новым является то, что отношение времени включения к времени выключения нагревателя каждой из зон аппарата поддерживают в ходе процесса не более 3,2.

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 результату отличительных признаков в заявленном способе, 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 заявленного способа. 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".

Опытно-промышленные испытания предлагаемого способа проводили с помощью установки, представленной на чертеже.

В состав установки входят аппарат восстановления 1, электропечь 2 с установленными в трех зонах нагрева нихромовыми нагревателями 3, хромель-алюмелевые термопары 4 (термощупы), установленные на наружной стенке аппарата 1 в соответствующих зонах нагрева и зонах реакции, сливное устройство 5 для вывода хлорида магния, многоканальный регулятор 6 температуры наружной стенки аппарата в зонах нагрева и зоне реакции с заданными значениями 7 и 8 температуры (уставками) зон нагрева зоны реакции и персональный компьютер 9, приборы 10 контроля мощности, подводимой к зонам нагрева, вентилятор 11 обдува зоны реакции воздухом, датчик 12 давления в аппарате восстановления, исполнительный механизм 13 задачи в аппарат аргона и стравливания избыточного давления, дозатор 14 тетрахлорида титана.

В качестве многоканального регулятора 6 температуры использовали микропроцессорный контроллер Ломиконт, в качестве приборов 10 контроля подводимой мощности - трехфазные счетчики активной энергии САЗУ-И670. Датчик 12 давления - преобразователь ПЭ-55М, исполнительные механизмы 13 - мембранные исполнительные механизмы МИМ-200. В качестве дозатора 14 использовали дозатор агрессивной жидкости конструкции института "Цветметавтоматика" (ст. Дозатор агрессивных жидкостей в производстве губчатого титана. - Ж. Цветные металлы. - 1980, 10, - стр. 97-100). Регулятор 6, термопары 4 и нагреватели 3 образуют систему регулирования температуры наружной стенки в зонах нагрева аппарата на уровне соответствующих заданных значений 7. Измеренной термопарой 4 температура сравнивается с заданным значением 7 температуры для данной зоны нагрева аппарата. Если температура в зоне нагрева превышает заданное значение, то регулятор 6 отключает соответствующий нагреватель 3. Если температура в зоне нагрева ниже заданного значения - регулятор 6 включает соответствующий нагреватель 3. Регулятор 6, термопара 4, установленная в зоне реакции, и вентилятор 11 образуют систему регулирования температуры наружной стенки аппарата в зоне реакции на уровне заданного значения 8. При этом, если температура в зоне реакции превышает заданное значение 8, то регулятор 6 включает вентилятор 11, и зона реакции охлаждается направленным потоком воздуха. Если температура в зоне реакции ниже заданного значения 8, регулятор отключает вентилятор 8.

Работает установка следующим образом. Перед началом процесса в аппарат 1 загружают магний и подают напряжение на нагреватели 3, разогревают аппарат до температуры наружной стенки 850^oС. Затем дозатором 14 осуществляют подачу в аппарат тетрахлорида титана, и начинается процесс восстановления тетрахлорида титана магнием. После подачи в аппарат каждых 300 кг тетрахлорида титана из аппарата выводят соответствующее количество хлорида магния с помощью сливного устройства 5. Давление в аппарате поддерживают регулятором 6 в пределах 0,008-0,026 МПа. При давлении в аппарате выше 0,026 МПа срабатывает исполнительный механизм 13 и производится стравливание избыточного давления из аппарата. При давлении в аппарате ниже 0,008 МПа регулятор 6 включает исполнительный механизм 13, и в аппарат поступает аргон. В ходе процесса температура наружной стенки аппарата поддерживалась регулятором 6 в зоне реакции на максимальном уровне 850^oС, а в зонах нагрева аппарата варьировалась в пределах 720-840^oС изменением заданных значений 7. При таких режимах регулирования на наружной стенке аппарата создавались перепады температур между зоной реакции с максимальной температурой и зонами нагрева, в которых регулятором 6 поддерживалась более низкая температура. Это способствовало подводу тепла из зоны реакции в зоны нагрева и снижению затрат электроэнергии на поддержание температуры в зонах нагрева. При этом отношение времени включения к времени выключения нагревателей зон аппарата характеризует величину подводимой к зонам нагрева мощности и, соответственно, затраты электроэнергии на проведение процесса восстановления. В ходе процесса время включения и время выключения нагревателей измерялось и вычислялось их отношение компьютером 9 по заданной программе. Величина подводимой к зонам нагрева мощности измерялась приборами 10. Результаты опытно-промышленных испытаний приведены в таблице.

Установлено, что наибольшее снижение расхода электроэнергии достигается, когда тепла, подводимого из зоны реакции в зоны нагрева, достаточно для поддержания заданной температуры в зонах нагрева аппарата. При этом электрическая мощность нагрева к соответствующим зонам аппарата не подводится (время включения соответствующих нагревателей равно нулю) и отношение времени включения к времени выключения нагревателей более 3,2 нецелесообразно, так как при этом расход электроэнергии на проведение процесса восстановления снижается незначительно. Таким образом, наибольшее снижение расхода электроэнергии достигается, когда величина отношения времени включения к времени выключения нагревателя каждой зоны аппарата не превышает 3,2.

Таким образом, внедрение предлагаемого способа позволит снизить расход электроэнергии при получении тонны титановой губки на 300-350 кВт/час.

Формула изобретения

Способ регулирования температурного режима процесса магниетермического восстановления титана, включающий поддержание температуры наружной стенки аппарата регулятором в зонах нагрева путем изменения подводимой мощности включением и выключением нагревателей и в зоне реакции восстановления тетрахлорида титана магнием путем охлаждения зоны реакции воздухом, отличающийся тем, что отношение времени включения к времени выключения нагревателя каждой из зон аппарата поддерживают в ходе процесса не более 3,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2