Способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению губчатого титана металлотермическим восстановлением тетрахлорида титана. Техническим результатом является повышение скорости и часовой производительности аппарата, а также получение стандартных по весу блоков губчатого титана, что облегчает их дальнейшую переработку. Способ получения губчатого титана включает разогрев аппарата восстановления, расплавление конденсата и слив конденсатного хлорида магния, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате. Затем проводят вывод аргона из аппарата в вакуум-ковш, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния. При этом после слива конденсатного хлорида магния в патрубок для подачи тетрахлорида титана устанавливают устройство для измерения уровня магния. Магний заливают в аппарат до электроконтакта магния с электродом датчика уровня и при появлении сигнала на сигнализаторе уровня прекращают подачу магния, удаляют датчик уровня из патрубка и начинают подачу тетрахлорида титана. Устройство для получения губчатого титана включает аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана и аргона, патрубок для заливки магния, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, и компенсирующее устройство. Также оно снабжено съемным устройством для измерения уровня магния в виде сигнализатора и датчика уровня. Датчик уровня выполнен в виде электрода в защитной оболочке, установлен в патрубке для подачи тетрахлорида титана, нижний конец электрода заглублен в реторту до уровня заливки магния для электроконтакта с ним, а верхний конец датчика уровня соединен с сигнализатором. Кроме того, электрод датчика уровня выполнен в виде стержня из нержавеющей стали, а его нижний конец заглублен на расстояние при соотношении расстояния от крышки до уровня заливки магния к диаметру аппарата, равном 1:(3,5-4,5). Кроме того, в качестве защитной оболочки электрода применяют электроизоляционный материал, например асбест на жидком стекле. Кроме того, реторта заземлена относительно земли. Кроме того, на блоке сигнализатора выполнена кнопка контроля исправности прибора, соединенная с источником питания. Кроме того, блок сигнализации снабжен двумя сигнальными лампами. 2 н. и 6 з.п ф-лы, 2 ил.

 

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

Известен способ определения уровня металла (а.с. СССР №1488709, опубл. 23.06.1989, бюл.23), преимущественно в аппарате для производства титана, установленного в печи с нагревателями и схемой его питания, включающий измерение напряженности электромагнитного поля. Во время технологического процесса периодически отключают источник питания нагревателя печи, в которой установлен аппарат с жидким металлом. Скачок напряжения на источнике питания сопровождается переходным процессом в системе нагреватель-аппарат-катушка индуктивности, установленная в верхнем торце аппарата. В катушке индуктивности за счет ее взаимодействия с электромагнитным полем возникает электродвижущая сила, пропорциональная высоте металла, расположенного между нагревателем и катушкой. Указанный способ позволяет определять уровень и количество металла-восстановителя с хорошей точностью.

Недостатком данного способа является сложность обслуживания в процессе измерения. Недостаток заключается в необходимости отключения источника питания электронагревателя, что отражается на процессе измерения и ведения процесса.

Известен способ получения губчатого титана магниетермическим восстановлением (кн.Титан. - Гармата В.А., Петрунько А.Н., Галицкий Н.В., Олесов Ю.Г, Сандлер Р.А. - М.: Металлургия, 1983, стр.422-425), включающий разогрев аппарата восстановления, расплавление конденсата, слив возвратного хлорида магния из аппарата, заливку магния в аппарат и подачу тетрахлорида титана, периодический слив образующего хлорида магния из аппарата.

Недостатками данного устройства являются сложность заливки магния в аппарат и снижение качества губчатого титана из-за окисления воздухом, который поступает через патрубки при заливке магния.

Известны способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления (патент РФ №2208653, опубл. 20.07.2003, бюл.20), по количеству общих признаков принятые за ближайшие аналоги-прототипы.

Способ включает разогрев аппарата восстановления, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате, расплавление конденсата и слив конденсатного хлорида магния, вывод аргона из аппарата, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния, при этом заливку магния в аппарат осуществляют в герметичном режиме при поддержке избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, а аргон, выводимый из аппарата, направляют в вакуум-ковш.

Устройство для получения губчатого титана включает аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана, аргона, патрубок для заливки магния, на котором установлено компенсирующее устройство, вакуум-ковш, снабженный штуцером для подачи аргона, сливной трубой и установленный на компенсирующем устройстве, при этом компенсирующее устройство выполнено в виде сильфона и пружины, внутри которых соосно размещена труба, проходящая через сильфон и установленная снизу в патрубок для заливки магния, причем к трубе жестко присоединен фланец, упирающийся на пружину, в верхней части труба выполнена с конусом, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, а патрубок для подачи аргона в аппарат соединен со штуцером для подачи аргона в вакуум-ковш. Это позволяет улучшить качество губчатого титана.

Недостатком данных способа и устройства является то, что при заливке магния в герметичном режиме возможен перелив магния выше заданного уровня, что приводит к повышению зоны реакции выше зоны обдува, к перегреву крышки аппарата, к снижению срока ее службы и созданию аварийной ситуации. Кроме того, скорость процесса снижается и соответственно снижается часовая производительность аппарата. Заливка магния ниже заданного уровня приведет к снижению циклового съема титановой губки.

Технический результат направлен на снижение недостатков прототипа и позволяет за счет контроля уровня магния при заливке повысить скорость процесса и тем самым повысить часовую производительность аппарата, получать стандартные по весу блоки губчатого титана, что облегчает их дальнейшую переработку.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения губчатого титана, включающий разогрев аппарата восстановления, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате, расплавление конденсата, слив конденсатного хлорида магния, вывод аргона из аппарата в вакуум-ковш, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния, новым является то, что после слива конденсатного хлорида магния в патрубок для подачи тетрахлорида титана устанавливают устройство для измерения уровня магния, магний заливают в аппарат до электроконтакта магния с электродом датчика уровня при появлении сигнала на сигнализаторе уровня, затем прекращают подачу магния, удаляют датчик уровня из материального патрубка и начинают подачу тетрахлорида титана.

Для осуществления способа предложено устройство для получения губчатого титана, включающее аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки, на которой размещены патрубки для подачи тетрахлорида титана и аргона, патрубок для заливки магния, в котором установлена сливная труба вакуум-ковша, компенсирующее устройство, новым является то, что оно снабжено съемным устройством для измерения уровня магния в виде сигнализатора и датчика уровня, при этом датчик уровня выполнен в виде электрода в защитной оболочке, установлен в патрубке для подачи тетрахлорида титана, нижний конец электрода заглублен в реторту до уровня электроконтакта с магнием, а верхний конец датчика уровня соединен с сигнализатором.

Кроме того, электрод датчика уровня выполнен в виде стержня из нержавеющей стали.

Кроме того, нижний конец электрода датчика уровня установлен на расстоянии, равном соотношению расстояния от крышки до уровня заливки магния к диаметру аппарата, равному 1:(3,5-4,5).

Кроме того, в качестве защитной оболочки электрода применяют электроизоляционный материал, например асбест на жидком стекле.

Кроме того, реторта заземлена относительно земли.

Кроме того, на блоке сигнализатора выполнена кнопка контроля исправности прибора, соединенная с источником питания.

Кроме того, блок сигнализации снабжен двумя сигнальными лампами.

Осуществление измерения уровня заливки магния в аппарат восстановления через патрубок для подачи тетрахлорида титана в аппарат позволяет исключить переливы магния в аппарат, при этом происходит повышение зоны реакции выше зоны обдува, что приводит к перегреву крышки аппарата, к снижению срока ее службы и созданию аварийной ситуации. Это позволит повысить скорость процесса и тем самым повысить часовую производительность аппарата, получать стандартные по весу блоки губчатого титана, что облегчает их дальнейшую переработку.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявленные способ получения губчатого титана и устройство для его осуществления образуют единый изобретательский замысел.

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 получения губчатого титана и устройстве для его осуществления, изложенных в пунктах формулы 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 устройства и способа его монтажа. В результате поиска не было обнаружено новых источников и заявленные объекты не вытекают явным образом для специалиста, 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 фиг.1 показано устройство для получения губчатого титана, на фиг.2 - схема измерения уровня.

Аппарат восстановления 1 состоит из реторты 2, заземленной относительно земли 3, со сливным устройством 4, герметичной крышки 5, на которой размещены патрубок 6 для подачи тетрахлорида титана и патрубок 7 для заливки магния, в котором установлена сливная труба 8 вакуум-ковша, вакуум-ковш 9, компенсирующее устройство 10, съемное устройство 11 для измерения уровня магния, выполненное в виде сигнализатора 12 и датчика уровня 13 в виде электрода 14 в защитной оболочке 15 из электроизоляционного материала, например асбеста на жидком стекле, при этом датчик уровня установлен в патрубке для подачи тетрахлорида титана, и нижний конец электрода заглублен в реторту до уровня 16 электроконтакта с магнием на расстоянии, равном соотношению расстояния от крышки до уровня заливки магния к диаметру аппарата, равному 1:(3,5-4,5), а верхний конец датчика уровня соединен с сигнализатором, на блоке сигнализатора выполнена кнопка контроля 17 исправности прибора, соединенная с источником питания 18, и две сигнальные лампы 19.

Пример осуществления способа и работы устройства

Предварительно собранный аппарат восстановления 1, состоящий из реторты 2, заземленной относительно земли 3, со сливным устройством 4, герметичной крышки 5, на которой размещены патрубок 6 для подачи тетрахлорида титана и патрубок 7 для заливки магния, проверяют на герметичность путем откачки воздуха из аппарата вакуумными насосами и последующим измерением остаточного давления в аппарате, устанавливают в печь, включают нагреватели печи при температуре 400-500°С, в аппарат задают аргон (ГОСТ 10257) и после расплавления конденсата производят слив конденсатного хлорида магния. После слива в патрубок 6 для подачи тетрахлорида титана устанавливают устройство 11 для измерения уровня магния, выполненное в виде сигнализатора 12 и датчика уровня 13 в виде электрода 14 в защитной оболочке 15 из электроизоляционного материала, например асбеста на жидком стекле. Нижний конец электрода заглубляют в реторту до уровня 16 электроконтакта с магнием на расстоянии 380 мм, что соответствует соотношению расстояния от крышки до уровня заливки магния к диаметру аппарата, равному 1:(3,9), верхний конец датчика уровня соединяют с сигнализатором 12, на блоке сигнализатора выполнена кнопка контроля 17 исправности прибора, соединенная с источником питания 18, и две сигнальные лампы 19. Из вакуум-ковша 9, установленного на компенсирующем устройстве 10, через сливную трубу 8, размещенную в патрубке 7 для заливки магния, начинают загрузку магния в реторту 2 в количестве 7,0 тонн, поддерживая избыточное давление в аппарате не более 39,2 кПа путем сообщения объемов вакуум-ковша и аппарата. Все операции по заливке магния осуществляют под протоком аргона. Для отвода аргона из аппарата восстановления в вакуум-ковш использован фланец со штуцером диаметром 30 мм. Магний заливают до электроконтакта электрода 14 с магнием. При возникновении электроконтакта на сигнализаторе 12 загорается сигнальная лампа 19, которая подтверждает, что уровень магния достиг необходимой заливки. После чего заливку прекращают, датчик уровня удаляют из патрубка для заливки тетрахлорида титана и начинают загрузку тетрахлорида титана в аппарат до коэффициента использования магния 67%. В процессе восстановления получают стандартные по весу блоки губчатого титана во всех аппаратах восстановления.

Таким образом, контроль уровня магния при заливке позволяет повысить скорость процесса и тем самым повысить часовую производительность аппарата, позволяет получать стандартные по весу блоки губчатого титана, что облегчает их дальнейшую переработку.

1. Способ получения губчатого титана, включающий разогрев аппарата восстановления, подачу аргона в аппарат и создание избыточного давления в аппарате, расплавление конденсата, слив конденсатного хлорида магния, вывод аргона из аппарата в вакуум-ковш, заливку магния в аппарат из вакуум-ковша в герметичном режиме при поддержке одинакового избыточного давления в аппарате и в вакуум-ковше, подачу тетрахлорида титана и ведение процесса восстановления при периодическом сливе хлорида магния, отличающийся тем, что после слива конденсатного хлорида магния в патрубок для подачи тетрахлорида титана устанавливают устройство для измерения уровня магния, магний заливают в аппарат до электроконтакта магния с электродом датчика устройства для измерения уровня и при появлении сигнала на блоке сигнализатора уровня прекращают подачу магния, удаляют устройство для измерения уровня из патрубка и подают тетрахлорид титана.

2. Устройство для получения губчатого титана, включающее аппарат восстановления, состоящий из реторты со сливным устройством, герметичной крышки с размещенными на ней патрубками для подачи тетрахлорида титана и аргона и патрубком для заливки магния с установленной в нем сливной трубой вакуум-ковша, и компенсирующее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено съемным устройством для измерения уровня магния, выполненным в виде сигнализатора с блоком и датчика уровня в виде электрода в защитной оболочке, при этом устройство установлено в патрубке для подачи тетрахлорида титана, нижний конец электрода заглублен в реторту до уровня заливки магния для электроконтакта с ним, а верхний конец датчика уровня соединен с сигнализатором.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электрод датчика уровня выполнен в виде стержня из нержавеющей стали.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нижний конец электрода датчика уровня заглублен в реторту до уровня заливки магния при соотношении расстояния от крышки до уровня заливки магния к диаметру аппарата, равным 1:(3,5-4,5).

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве защитной оболочки электрода датчика используют электроизоляционный материал, например асбест на жидком стекле.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что реторта заземлена относительно земли.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок сигнализатора выполнен с кнопкой контроля исправности прибора, соединенной с источником питания.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок сигнализатора снабжен двумя сигнальными лампами.