Способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению губчатого титана. Предложен способ и устройство для получения губчатого титана. Способ включает монтаж аппарата восстановления, расплавление и слив конденсата, загрузку магния, подачу тетрахлорида титана в реторту-реактор с ложным днищем в виде опор из вертикальных ребер жесткости, проведение процесса восстановления с получением губчатого титана с периодическим сливом расплавленного хлорида магния из реторты-реактора, монтаж аппарата вакуумной сепарации, установку металлического листа, проведение процесса вакуумной сепарации с образованием конденсата в реторте-конденсаторе, возврат реторты-конденсатора на процесс восстановления, извлечение блока губчатого титана и металлического листа из реторты-реактора и установку металлического листа в реторту-реактор, при этом перед монтажом аппарата вакуумной сепарации металлический лист устанавливают с помощью выполненных из легкоплавкого материала клиньев и приваривают к вертикальным ребрам жесткости ложного днища реторты-конденсатора и осаждают на него конденсат в процессе вакуумной сепарации, затем металлический лист с конденсатом направляют на процесс восстановления, а клинья расплавляют вместе с конденсатом для свободного опускания металлического листа на ложное днище. Устройство содержит аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора с крышкой и с патрубками, ложного днища в виде опор из вертикальных ребер жесткости, сливного устройства, и аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора, теплового экрана, охладителя, выполненного с прорезями металлического листа, при этом оно дополнительно снабжено кольцами, приваренными к опорам из вертикальных ребер жесткости ложного днища реторты-конденсатора, и проходящими через них выполненными из легкоплавкого материала клиньями, пропущенными через прорези металлического листа. Технический результат - повышение производительности процесса и улучшение качества губчатого титана. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана.

Известны устройства для магниетермического получения титана (а.с. СССР № 1506901, опубл. 10.07.2000, БИ № 19, а.с. СССР № 1051957, опубл. 10.02.2000, БИ № 4), включающие реторту-реактор с крышкой, имеющей загрузочный патрубок, ложное днище, выполненное со съемным перфорированным листом, установленным на опору из вертикальных ребер жесткости, соединенных с центральной трубой, горизонтальный плоский диск и сливное устройство. Центральная труба снабжена окнами и жестко соединена с горизонтальным плоским диском.

Недостатками данных устройств является то, что блок титана за счет неметаллических включений из конденсата получают повышенной твердости и низкого качества. Кроме того, съемный перфорированный лист ложного днища не позволяет повторно использовать реторту на вакуумной сепарации как оборотную реторту из-за того, что незакрепленный перфорированный лист упадет на тепловой экран. Из-за данных недостатков на практике ложное днище указанного типа не нашло применения, и перфорированный лист ложного днища приваривают к стенке реторты. Это приводит к непредвиденным расходам на сварочные работы.

Известны способ и устройство для получения губчатого титана (а.с. СССР № 1365719, опубл. 10.07.2000, БИ № 19), по количеству общих признаков принятые за ближайший аналог-прототип. Способ получения губчатого титана включает монтаж аппарата восстановления, расплавление и слив конденсата, загрузку магния, подачу тетрахлорида титана в реторту-реактор с ложным днищем в виде опор из вертикальных ребер жесткости, проведение процесса восстановления с получением губчатого титана с периодическим сливом расплавленного хлорида магния из реторты-конденсатора, монтаж аппарата вакуумной сепарации, установку металлического листа, проведение процесса вакуумной сепарации с образованием конденсата в реторте-конденсаторе, возврат реторты-кондесатора на процесс восстановления, извлечение блока губчатого титана и металлического листа из реторты-реактора и установку металлического листа в реторту-реактор, причем после подачи 1-4% тетрахлорида титана от общего количества на ложное днище устройства опускают металлический лист.

Устройство для получения губчатого титана содержит аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора с крышкой и с патрубками, ложного днища в виде опор из вертикальных ребер жесткости, сливного устройства, и аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора, теплового экрана, охладителя, выполненного с прорезями металлического листа, установленного на ложное днище.

Недостатками данных способа и устройства является то, что установка металлического листа на конденсат и свободное опускание металлического листа не позволяют достичь полной установки листа на ложное днище, возможны отклонения и перекосы при его установке, для чего необходимо вскрывать реторту после плавления конденсата. Это приводит к попаданию в аппарат воздуха и тем самым к ухудшению качества титана. Кроме того, специальное устройство для опускания листа приводит к большим трудозатратам. Проведение процесса вакуумной сепарации без защитного экрана приводит к попаданию конденсата в вакуумпровод, что снижает производительность процесса сепарации.

Технический результат данного изобретения направлен на устранение указанных недостатков прототипа и на исключение попадания конденсата в вакуумпровод при вакуумной сепарации губки, газовых включений в блок губчатого титана. Это приведет к значительному повышению производительности процесса и улучшению качества губчатого титана.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения губчатого титана, включающий монтаж аппарата восстановления, расплавление и слив конденсата, загрузку магния, подачу тетрахлорида титана в реторту-реактор с ложным днищем в виде опор из вертикальных ребер жесткости, проведение процесса восстановления с получением губчатого титана с периодическим сливом расплавленного хлорида магния из реторты-конденсатора, монтаж аппарата вакуумной сепарации, установку металлического листа, проведение процесса вакуумной сепарации с образованием конденсата в реторте-конденсаторе, возврат реторты-кондесатора на процесс восстановления, извлечение блока губчатого титана и металлического листа из реторты-реактора и установку металлического листа в реторту-реактор, что перед монтажом аппарата вакуумной сепарации металлический лист устанавливают с помощью выполненных из легкоплавкого материала клиньев и приваривают к вертикальным ребрам жесткости ложного днища реторты-конденсатора и осаждают на него конденсат в процессе вакуумной сепарации, затем металлический лист с конденсатом направляют на процесс восстановления, а клинья расплавляют вместе с конденсатом для свободного опускания металлического листа на ложное днище.

Для осуществления способа предложено устройство для получения губчатого титана, содержащее аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора с крышкой и с патрубками, ложного днища в виде опор из вертикальных ребер жесткости, сливного устройства, и аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора, теплового экрана, охладителя, выполненного с прорезями металлического листа, установленного на ложное днище, новым является то, что оно дополнительно снабжено кольцами, приваренными к опорам из вертикальных ребер жесткости ложного днища реторты-конденсатора, и проходящими через них выполненными из легкоплавкого материала клиньями, пропущенными через прорези металлического листа. Кроме того, в качестве легкоплавкого материала для клиньев используют магний или алюминий.

Кроме того, металлический лист выполнен перфорированным.

Кроме того, прорези металлического листа выполнены радиально.

Кроме того, прорези выполнены по наружной стороне металлического листа.

Кроме того, прорези выполнены внутри металлического листа.

Кроме того, прорезей в металлическом листе выполнено не менее трех.

Монтаж и установка металлического листа в реторте-конденсаторе позволяет его применять одновременно как на процессе вакуумной сепарации в качестве защитного экрана для снижения попадания конденсата в вакуумпровод, так и на процессе восстановления для защиты от попадания губчатого титана в сливное устройство. Крепление металлического листа с помощью клиньев, проходящих через кольца и через прорези металлического листа, позволяет жестко закреплять металлический лист в реторте-конденсаторе и не позволяет опуститься листу на тепловой экран аппарата вакуумной сепарации. Выполнение клиньев из легкоплавкого металла позволяет расплавить их на процессе восстановления и использовать металлический лист как лист ложного днища по его назначению.

На фиг.1 показано устройство для металлотермического восстановления губчатого титана, на фиг.2 - один вариант выполнения крепления металлического листа, на фиг.3 - второй вариант крепления металлического листа.

Устройство для получения губчатого титана выполнено в виде аппарата восстановления, состоящего из реторты-реактора 1 с крышкой 2, с патрубками 3, ложного днища 4, выполненного в виде опоры из вертикальных ребер жесткости 5, клина 6, приходящего через кольцо 7 и прорези 8 металлического листа 9, сливного устройства 10, аппарата сепарации, состоящего из реторты-конденсатора 11, теплового экрана 12.

Металлический лист 9 выполнен с перфорацией 13.

Монтаж устройства для получения губчатого титана.

В реторте-конденсаторе 11 на опоры 5 ложного днища 4 устанавливают металлический лист 9, предварительно подготовленный на стенде. Для этого на листе выполняют отверстия - перфорацию 13, а по наружной стороне в трех местах прорези 9. Второй вариант выполнения - прорези 9 выполняют радиально в центре металлического листа 9, но не менее трех. К опоре 5 из вертикальных ребер жесткости ложного днища 4 приваривают металлическое кольцо 7. Монтируют металлический лист 9 к опорам 5 ложного днища 4 с помощью кольца 7, проходящего через прорези 8. Через кольцо 7 пропускают клин 6 из легкоплавкого материала, например магния или алюминия. На аппарат восстановления 1 устанавливают тепловой экран 12, затем реторту-конденсатор 11. На реторту-конденсатор 11 устанавливают кессон и вакуум-отвод.

Пример осуществления способа и работы устройства.

Собранный аппарат сепарации 10 устанавливают в печь, разогревают до температуры 970°С, включают вакуумный насос и одновременно с вакуумированием начинают процесс отгонки магния и хлорида магния из губчатого титана при одновременном охлаждении водой реторты-конденсатора 11. Длительность высокотемпературной выдержки составляет 60-70 часов при температуре 1000-1050°С. Пары хлорида магния и магния оседают на металлическом листе 9, который является экраном для защиты вакуум-провода от возгонов хлорида магния и магния. После выдержки отключают нагреватели печи, аппарат охлаждают, демонтируют, реторту-конденсатор 11 направляют на монтаж аппарата восстановления, а реторту-реактор 1 направляют на извлечение губчатого титана. Металлический лист 9 извлекают из реторты-реактора 1 вместе с блоком губчатого титана, отделяют отбойными молотками металлический лист 9, правят и направляют вновь на монтаж в реторту-конденсатор 11. Монтаж аппарата восстановления осуществляют следующим образом. На реторту-реактор 1 устанавливают крышку 2 с патрубками 3 для загрузки магния и тетрахлорида титана, приваривают сливное устройство 10, герметизируют аппарат и устанавливают в шахтную печь. Аппарат разогревают до температуры 820°С, при этом конденсатный магний и клин 6, крепящий металлический лист 9 к опоре 5 из вертикальных ребер жесткости ложного днища 4, плавятся и стекают на дно реторты-реактора 1. Расплавленный конденсат сливают, загружают 2200 кг магния и со скоростью 240 кг/час начинают подавать тетрахлорид титана. Образующийся в процессе реакции хлорид магния периодически сливают из аппарата. После использования 70% магния процесс подачи тетрахлорида титана прекращают, аппарат монтируют на последующий процесс вакуумной сепарации.

Таким образом, способ и устройство по изобретению позволяют значительно улучшить качество получаемого титана губчатого, повысить производительность устройства за счет исключения дополнительных операций по установке листа в аппарат, снижения оседания конденсата в вакуум-отводе.

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого титана, включающий монтаж аппарата восстановления, расплавление и слив конденсата, загрузку магния, подачу тетрахлорида титана в реторту-реактор с ложным днищем в виде опор из вертикальных ребер жесткости, проведение процесса восстановления с получением губчатого титана с периодическим сливом расплавленного хлорида магния из реторты-реактора, монтаж аппарата вакуумной сепарации, установку металлического листа, проведение процесса вакуумной сепарации с образованием конденсата в реторте-конденсаторе, возврат реторты-конденсатора на процесс восстановления, извлечение блока губчатого титана и металлического листа из реторты-реактора и установку металлического листа в реторту-реактор, отличающийся тем, что перед монтажом аппарата вакуумной сепарации металлический лист устанавливают с помощью выполненных из легкоплавкого материала клиньев и приваривают к вертикальным ребрам жесткости ложного днища реторты-конденсатора и осаждают на него конденсат в процессе вакуумной сепарации, затем металлический лист с конденсатом направляют на процесс восстановления, а клинья расплавляют вместе с конденсатом для свободного опускания металлического листа на ложное днище.

2. Устройство для получения губчатого титана, содержащее аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора с крышкой и с патрубками, ложного днища в виде опор из вертикальных ребер жесткости, сливного устройства, и аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора, теплового экрана, охладителя, выполненного с прорезями металлического листа, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено кольцами, приваренными к опорам из вертикальных ребер жесткости ложного днища реторты-конденсатора, и проходящими через них выполненными из легкоплавкого материала клиньями, пропущенными через прорези металлического листа.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве легкоплавкого материала для клиньев используют магний или алюминий.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что металлический лист выполнен перфорированным.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прорези металлического листа выполнены радиально.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прорези выполнены по наружной стороне металлического листа.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прорези выполнены внутри металлического листа.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прорезей в металлическом листе выполнено не менее трех.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3