Способ прекращения неуправляемого слива расплава из реактора восстановления тетрахлорида титана магнием

Изобретение относится к магниетермическому производству губчатого титана, в частности к способу прекращения неуправляемого слива расплава из реактора восстановления тетрахлорида титана магнием и может быть использовано в цветной металлургии. Техническим результатом является сокращение потерь магния и губчатого титана при разгерметизации сливного устройства реактора за счет горения и вылива магния. Способ включает прекращение подачи тетрахлорида титана и аргона в реактор в случае разгерметизации сливного устройства. При разгерметизации сливного устройства создают и поддерживают вакуум в реакторе по количеству расплавленного магния, рассчитываемый по уравнению B=(0,8-0,9)×(1-K)×H_p×d_Mg, где В - вакуум в реакторе, кгс/см²; (0,8-0,9) - максимальный уровень магния в реакторе, доля; (1-К) - коэффициент, учитывающий неиспользованный магний в ходе процесса восстановления, доля; Н_р - высота реактора, см; К - коэффициент использования магния, доля; d_Mg - плотность магния при 800°С, кгс/см².

 

Изобретение относится к магниетермическому производству губчатого титана, может быть использовано в цветной металлургии.

Известно осуществление способа получения губчатого титана в аппарате с верхним сливом хлористого магния (Родякин В.В. и др. Магниетермическое производство губчатого титана. - М.: Металлургия, 1971 г., с.128-130). При этом предотвращается вылив расплава через нижнее сливное устройство аппарата восстановления в ходе ведения процесса. Однако могут возникнуть затруднения слива хлористого магния из аппарата вследствие прогорания сливной трубы, проходящей внутри аппарата снизу вверх и забивания ее титановой губкой. Большие затруднения возникают при извлечении сливной трубы из аппарата, так как она врастает в блок титановой губки. Эта операция создает тяжелые и опасные условия труда. Кроме того, может возникнуть вылив магния и через верхнее сливное устройство, если вовремя не снизить давление в аппарате или не отключить вакуум от вакуумного ковша, которым выбирают хлористый магний из аппарата восстановления и не задать в вакуумный ковш аргон до атмосферного давления. В связи с этим способы с верхним сливом хлористого магния по внутренней трубе из аппарата восстановления не нашли применения в России и Казахстане.

Если труба сливного устройства проходит снаружи аппарата (патент № 235015, публ.90.08.08, Япония), то возможно ее прогорание или механическое разрушение сварных швов труб в печи и вылив расплава в печь, а затем и на площадку обслуживания. Так что верхнее сливное устройство не может исключить вылив магния из аппарата восстановления для получения губчатого титана.

В практике магниетермического производства при восстановлении тетрахлорида титана магнием со сливом хлористого магния через сливное устройство в днище аппарата восстановления при отказе сливного устройства предусматривается использование аварийного короба для слива в него расплава из аппарата.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известное авторское изобретение СССР № 1157860 с приоритетом от 11 августа 1983 г. Отличительная особенность этого изобретения заключается в том, что в аппарате восстановления создают и поддерживают разрежение (вакуум) до устранения неисправности, отвечающее зависимости

Р=(1,1-1,2)Р_ст,

где Р - разрежение в аппарате;

P_ст - максимальное давление столба расплава в аппарате.

Недостатком известного изобретения является то, что в аппарате восстановления в ходе процесса невозможно постоянно измерять уровень расплава, так как магний после 40% использования частично заполняет поры губчатого титана. В уравнении не учитывается размер аппарата восстановления и стадия процесса, на которой произошел вылив расплава. Коэффициент уравнения (1,1-1,2) позволяет изменить разрежение в аппарате в узких пределах, что может в определенных условиях увеличить поступление воздуха в аппарат восстановления и привести к возгоранию губчатого титана и магния.

Технический результат предлагаемого изобретения - сокращение потерь магния и губчатого титана при разгерметизации сливного устройства реактора (аппарат восстановления) за счет горения и вылива магния.

Технический результат достигается тем, что в способе получения губчатого титана, включающего восстановление тетрахлорида титана магнием, прекращение подачи тетрахлорида титана и аргона в реактор в случае разгерметизации сливного устройства, новым является то, что в способе прекращения неуправляемого слива расплава из реактора восстановления тетрахлорида титана магнием, включающего прекращение подачи тетрахлорида титана и аргона в реактор и создание в нем вакуума, новым является то, что величину создаваемого вакуума определяют по количеству расплавленного магния, рассчитываемого по уравнению

B=(0,8-0,9)×(1-K)×H_p×d_Mg,

где В - вакуум в реакторе, кгс/см²;

(0,8-0,9) - максимальный уровень магния в реакторе, доля;

(1-К) - коэффициент, учитывающий неиспользованный магний в ходе процесса восстановления, доля;

Н_р - высота реактора, см;

К - коэффициент использования магния, доля;

d_Mg - плотность магния при 800°С, кг/см³.

Данное уравнение позволяет вычислить количество магния в реакторе в ходе процесса без непосредственного его измерения.

Поэтому при разгерметизации сливного устройства реактора можно сразу вычислить величину необходимого вакуума с помощью машинного обеспечения и после отключения подачи тетрахлорида титана и аргона срочно вакуумировать реактор на вычисленную величину; чтобы удержать расплавленный магний в реакторе до ликвидации разгерметизации сливного устройства и предотвратить попадание значительной массы воздуха в реактор и потери магния и губчатого титана за счет горения.

Таким образом, более точное определение столба расплавленного магния (количество магния) в реакторе позволяет более точно определить требуемый вакуум и тем самым избежать и вылива расплавленного магния из реактора, и натекания значительного количества воздуха в реактор, что снижает потери магния и губчатого титана за счет горения.

Способ прекращения вылива расплава из реактора при разгерметизации сливного устройства осуществляется следующим образом.

В герметичный реактор (высота реактора Нр=3,6 м=360 см) с нижним сливным устройством загружают 7,0 т расплавленного магния при 720°С, задают в реактор аргон до избыточного давления 0,35 кг/см², разогревают магний в реакторе до 800°С, после чего подают жидкий тетрахлорид титана. Образующийся в результате взаимодействия магния с тетрахлоридом титана хлористый магний в виде расплава при 800°С сливают периодически по 500 кг в ковш, открывая нижнее сливное отверстие при помощи сливного устройства. Образующийся титан оседает на ложное дно реактора. В начале процесса восстановления шток сливного устройства заклинивает из-за перекоса и сливное отверстие не закрывается иглой штока. Печевой, обслуживающийся это сливное устройство, включает кнопку на местном щите. По этому сигналу оператор отключает подачу тетрахлорида титана и аргона в реактор с аварийным сливным устройством и создает в нем вакуум, равный (К в начале процесса равен 0):

1. В=0,8×360×1,55≈0,5 кгс/см².

2. При К=0,35 создается в реакторе вакуум следующей величины:

В=0,8×0,65×360×1,55≈0,35 кгс/см².

3. При К=0,58 создается в реакторе вакуум следующей величины:

В=0,8×0,42×1,55≈0,2 кгс/см².

Таким образом, заявленное уравнение позволяет определить довольно точно величину вакуума в реакторе в ходе процесса восстановления при возникновении аварийной ситуации со сливным устройством. Создаваемый вакуум позволяет удержать в реакторе расплавленный магний и не допустить попадания довольно большого количества воздуха в реактор, что предотвращает горение в реакторе магния и губчатого титана и значительно снижает их потери за счет горения.

Способ прекращения неуправляемого слива расплава из реактора восстановления тетрахлорида титана магнием при разгерметизации сливного устройства, включающий прекращение подачи тетрахлорида титана и аргона в реактор и создание в нем вакуума, отличающийся тем, что величину создаваемого вакуума определяют по количеству расплавленного магния и рассчитывают ее по уравнению

B=(0,8-0,9)·(1-K)·H_p·d_Mg,

где В - вакуум в реакторе, кгс/см²;

(0,8-0,9) - максимальный уровень магния в реакторе, доля;

(1-К) - коэффициент, учитывающий неиспользованный магний в ходе процесса восстановления, доля;

Н_р - высота реактора, см;

К - коэффициент использования магния, доля;

d_Mg - плотность магния при 800°С, кгс/см².