Способ вакуумной сепарации губчатого титана и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана с последующей вакуумной сепарацией титановой губки. Технический результат проявляется в увеличении срока службы аппарата, повышении качества губчатого титана, а также в улучшении условий труда в цехе. В способе вакуумной сепарации губчатого титана, включающем установку аппарата в печь, разогрев реторты-реактора, откачку воздуха и возгонку конденсата в реторту-конденсатор, охлаждение реторты-конденсатора водой и воздухом, новым является то, что охлаждение реторты-конденсатора осуществляют одновременно водой и воздухом, поддерживая постоянный перепад температуры воды на входе и выходе. Воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности кессона, а воздух - снизу вверх в пространство между наружной стенкой реторты-конденсатора и внутренней стенкой кессона. Кроме того, воду на внутреннюю поверхность кессона подают в виде пленки, а напор воды, подаваемой на поверхность кессона, составляет 0,6-1,5 атм. При этом перепад температуры воды на входе и выходе поддерживают 10-25^oС. Для осуществления способа предложено устройство для вакуумной сепарации губчатого титана, включающее реторту-реактор с заглубленной крышкой с центральным патрубком с заглушкой, с установленными на реторту-реактор тепловым экраном, ретортой-конденсатором с кессоном, на котором размещен разбрызгиватель в виде форсунки отбойного типа, выполненный в виде трубы с отбойником. Разбрызгиватель установлен на уровне сферического дна реторты-конденсатора, причем отбойник форсунки установлен к входному отверстию трубы под углом 80-90^o, а в нижней части кессона на уровне теплового экрана выполнены окна, при этом отбойник выполнен в форме дуги. 2 c. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана с последующей вакуумной сепарацией титановой губки.

Известны способ и устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (авт. свид. СССР 1586226 опубл. 10.07.2000, БИ 19). Способ включает установку аппарата в печь, разогрев реторты-реактора до 1000^oС при непрерывной откачке воздуха из аппарата, возгонку магния и хлорида магния в реторту-конденсатор при непрерывном охлаждении путем разбрызгивания воды на внешнюю поверхность стенки реторты-конденсатора.

Устройство для вакуумной сепарации состоит из реторты-реактора с заглубленной крышкой с центральным патрубком и заглушкой, реторты-конденсатора, теплового экрана, кессона и разбрызгивателя, установленного на обечайке кессона с возможностью вращения и выполненного в виде цилиндров с размещенными в них направляющими стержнями.

Данные способ и устройство позволяют сократить процесс возгонки и расход охладителя. Однако это не позволяет повысить срок службы реторты, улучшить условия труда в цехе, получить конденсат высокого качества.

Известны способ и устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (авт. свид. СССР 1358415, опубл. 10.02.2000, БИ N 4) по количеству общих признаков, принятых за аналоги-прототипы как для способа, так и для устройства. Способ включает установку аппарата в печь, разогрев реторты-реактора до 1000^oС при непрерывной откачке воздуха из аппарата, возгонку магния и хлорида магния в реторту-конденсатор при непрерывном охлаждении ее водой путем разбрызгивания на внешнюю поверхность стенки реторты-конденсатора. Образующийся в нижней части кессона водяной пар поднимается и конденсируется во встречных струях воды, после окончания интенсивной возгонки магния и хлорида магния подачу воды прекращают и далее поверхность реторты-конденсатора охлаждают воздухом.

Устройство для вакуумной сепарации состоит из реторты-реактора с заглубленной крышкой с центральным патрубком и заглушкой, реторты-конденсатора, теплового экрана, кессона, оросителя в виде трубчатого кольца с отверстиями, установленного на реторту-конденсатор, и трубы с отбойниками. Труба установлена на обечайке кессона на расстоянии 1/8-1/10 от верха кессона, а отбойники размещены под углом 40-50^o к трубе.

Данные способ и устройство позволяют повысить качество хлорида магния за счет повышения его плотности, улучшить условия труда за счет снижения выделения пара в атмосферу цеха.

Недостатком данных способа и устройства для его осуществления (прототипа) является низкий срок службы аппарата. При эксплуатации такого способа и устройства было замечено, что при постоянном попадании струи воды на стенку горячего аппарата при кипении воды возникает коррозия стенки реторты-конденсатора и кессона, вследствие чего сокращается срок их службы. Кроме того, интенсивное испарение воды не позволяет решить окончательно вопрос выделения пара, что снижает срок службы металлоконструкций и ухудшает условия труда в цехе. Получаемый в процессе возгонки конденсатный магний при демонтаже склонен к возгоранию, что при дальнейшем его использовании снижает качество губчатого титана.

Задачей изобретения является устранение названных недостатков прототипа, уменьшение коррозии стенок реторты-конденсатора и кессона и снижение выделения пара в помещение цеха, уменьшение возгорания конденсата.

За счет этого технический результат проявляется в увеличении срока службы аппарата, повышении качества губчатого титана, а также в улучшении условий труда в цехе.

Технический результат достигается тем, что в способе вакуумной сепарации губчатого титана, включающем установку аппарата в печь, разогрев реторты-реактора, откачку воздуха и возгонку конденсата в реторту-конденсатор, охлаждение реторты-конденсатора водой и воздухом, новым является то, что охлаждение реторты-конденсатора осуществляют одновременно водой и воздухом, поддерживая постоянный перепад температуры воды на входе и выходе, при этом воду подают сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности кессона, а воздух снизу вверх в пространство между наружной стенкой реторты-конденсатора и внутренней стенкой кессона.

Кроме того, воду на внутреннюю поверхность кессона подают в виде пленки.

Кроме того, напор воды, подаваемой на поверхность кессона, составляет 0,6-1,5 атм.

Кроме того, перепад температуры воды на входе и выходе поддерживают 10-25^oС.

Для осуществления способа предложено устройство для вакуумной сепарации губчатого титана, включающее реторту-реактор с заглубленной крышкой с центральным патрубком с заглушкой, с установленными на реторту-реактор тепловым экраном, ретортой-конденсатором с кессоном, на котором размещен разбрызгиватель в виде форсунки отбойного типа, выполненный в виде трубы с отбойником, новым является то, что разбрызгиватель установлен на уровне сферического дна реторты-конденсатора, причем, отбойник форсунки установлен к входному отверстию трубы под углом 80-90^o, а нижняя часть кессона на уровне теплового экрана выполнена с окнами.

Кроме того, отбойник выполнен в форме дуги.

Охлаждение реторты-конденсатора при одновременной противоточной подаче воды и воздуха позволяет исключить испарение воды, тем самым значительно уменьшить выделение пара в атмосферу цеха, снизить коррозию стенки реторты-конденсатора и кессона и тем самым повысить срок службы аппарата сепарации.

При подаче воды сверху вниз с возможностью движения воды по внутренней поверхности кессона в виде пленки с помощью форсунок отбойного типа и при подаче воздуха снизу вверх в пространство между наружной стенкой реторты-конденсатора и внутренней стенкой кессона исключается контакт воды со стенкой реторты-конденсатора, что позволяет уменьшить испарение воды, уменьшить образование зон коррозии стенки реторты-конденсатора и кессона и тем самым повысить срок их службы и улучшить условия труда в цехе.

Подача воды под определенным напором 0,6-1,5 атм позволяет осуществлять охлаждение равномерно поверхности стенки реторты-конденсатора, тем самым получить конденсат повышенной плотности и повысить срок службы аппарата.

Установка отбойника под углом 80-90^o и выполнение его в форме дуги позволяет направить струю воды на внутреннюю поверхность кессона с образованием пленки.

Принудительное охлаждение аппарата воздухом через отверстия в кессоне позволяет исключить контакт стенки реторты-конденсатора с водой и уменьшить образование пара в пространстве между кессоном и ретортой-конденсатором, что значительно улучшает условия труда в цехе.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разно объектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы -способ, другой - устройство для осуществления этого способа. При этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата - снижение коррозии стенки аппарата сепарации губчатого титана и уменьшение парообразования, получение губчатого титана и конденсата улучшенного качества.

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 позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе вакуумной сепарации 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 чертеже показано устройство аппарата вакуумной сепарации губчатого титана, содержащее реторту-реактор 1, закрытый заглубленной крышкой 2 с центральным патрубком 3 и легкоплавкой заглушкой 4, тепловой экран 5, реторту-конденсатор 6, кессон 7 с распределителем 8 в виде трубы 9 с отбойником 10, окнами 11 с заборниками 12.

Пример осуществления способа.

Монтаж устройства для вакуумной сепарации губчатого титана. После проведения процесса восстановления производят монтаж аппарата вакуумной сепарации. На реторту-реактор 1 с крышкой 2 и центральным патрубком 3 устанавливают легкоплавкую заглушку 4, тепловой экран 5, оборотную реторту-конденсатор 6. На кессоне 7 монтируют распределитель 8, выполненный в виде трубы 9 диаметром 8-10 мм с приваренной к ней под углом 90^o пластиной-отбойником 10, выполненной в виде дуги, для создания направления воды на внутреннюю стенку кессона 7. Внизу кессона 7 на уровне теплового экрана 5 выполнены окна 11 сечением 100х200 мм в количестве 10-16 штук с заборниками 12.

Собранный аппарат вакуумной сепарации устанавливают в печь и начинают разогрев реторты-реактора 1 до температуры 1000^oС при непрерывной откачке воздуха из аппарата насосами. При достижении температуры 1000^oС по всем зонам печи делают выдержку. В период разогрева и выдержки легкоплавкая заглушка 4 плавится и пары магния и хлорида магния устремляются в реторту-конденсатор 6, где конденсируются на ее внутренней поверхности, реторта-конденсатор 6 разогревается и для ее охлаждения через трубу 9 подают воду на внутреннюю поверхность кессона 7, используя отбойник 10, установленный под углом 90^o к входному отверстию трубы 9 и выполненный в виде дуги. С помощью распределителя 8 вода подается в виде пленки под напором 0,6-1,5 атм и стекает сверху вниз по внутренней поверхности кессона 7. За счет разности температур на входе и выходе воды 10-25^oС вода, протекая по внутренней поверхности кессона 7, охлаждает реторту-конденсатор 6. Вода выводится через сливную трубу в канализацию цеха.

Одновременно снизу через окна 11 подается естественной тягой воздух в пространство между стенкой реторты-конденсатора 6 и стенкой кессона 7. Осуществление охлаждения аппарата предложенным способом в усовершенствованной конструкции позволит избежать деформации стенок аппарата в процессе охлаждения, что значительно повысит срок службы аппарата и снизит материальные затраты на приобретение аппарата из дорогостоящей стали. Кроме того, полученная воздушно-водяная смесь не загрязняет атмосферу цеха, создавая благоприятные условия труда в цехе.

Формула изобретения

1. Способ вакуумной сепарации губчатого титана, включающий разогрев реторты-реактора в печи, откачку воздуха и возгонку конденсата в реторту-конденсатор, охлаждение реторты-конденсатора водой и воздухом, отличающийся тем, что охлаждение реторты-конденсатора осуществляют одновременно водой и воздухом при поддержании постоянного перепада температуры воды на входе и выходе, при этом воду подают сверху вниз на внутреннюю поверхность кессона для ее отекания по ней, а воздух - снизу вверх в пространство между наружной стенкой реторты-конденсатора и внутренней стенкой кессона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду на внутреннюю поверхность кессона подают в виде пленки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напор воды, подаваемой на поверхность кессона, составляет 0,6-1,5 атм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепад температуры воды на входе и выходе поддерживают 10-25°С.

5. Устройство для вакуумной сепарации губчатого титана, включающее реторту-реактор с заглубленной крышкой с центральным патрубком с заглушкой, с установленными на реторту-реактор тепловым экраном, ретортой-конденсатором с кессоном, на котором размещен разбрызгиватель в виде форсунки отбойного типа, выполненный в виде трубы с отбойником, отличающееся тем, что разбрызгиватель установлен на уровне сферического дна реторты-конденсатора, при этом отбойник установлен под углом 80-90° к трубе у входного отверстия, а нижняя часть кессона на уровне теплового экрана выполнена с окнами.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что отбойник выполнен в форме дуги.

РИСУНКИ

Рисунок 1