УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА Российский патент 1997 года по МПК C22B34/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к магниетермическому получению губчатого титана.

Известно устройство для получения губчатого титана (Титан Под ред. В. А. Гармата, М. 1983, с. 373 и 408), состоящее из аппарата восстановления с заглубленной крышкой и патрубками, сливным устройством и ложным дном, и аппарата сепарации, выполненного в виде реторты-конденсатора, установленной на аппарат восстановления, с системой охлаждения и вакуумирования.

Недостатком известного устройства является низкая производительность устройства.

Наиболее близким и изобретению является устройство для получения губчатого титана (патент Великобритании N 1566363, кл. C 22 B 34/10, опублик. 21.03.78), включающее аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора со сферическим днищем, на котором размещен донный патрубок, заглубленной крышки с патрубками для заливки магния и подачи тетрахлорида титана, объединенных в материальный патрубок, установленный на центральный патрубок крышки и заглубленный в него, с патрубками для вакуумирования и подачи аргона, ложного дна, выполненного в виде листа, установленного на кольцевую опору, сливного устройства в виде сливной трубы со штоковым запорным устройством и рычагом. После окончания процесса восстановления на базе аппарата восстановления монтируют аппарат вакуумной сепарации, заглушают сливное устройство, демонтируют материальный патрубок, на центральный патрубок крышки устанавливают легкоплавкую заглушку. На крышку аппарата восстановления устанавливают тепловой экран с внутренней обечайкой, реторту-конденсатор с охладителем в виде обечайки с распределителем воды и вакуумпроводом.

Недостатком известного устройства является низкая производительность вследствие использования заглубленного в аппарат материального патрубка, несовершенных конструкций ложного дна, теплового экрана, охладителя, сливного устройства.

Задача изобретения повышение производительности устройства.

Задача решается тем, что в устройстве для получения губчатого титана, включающем аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора со сферическим дном, герметично заглубленной крышки с центральным патрубком и патрубками для подачи тетрахлорида титана, магния, аргона и вакуумирования; ложного дна, выполненного в виде листа, установленного на центральную кольцевую опору и сливного устройства, выполненного в виде сливной трубы со штоковым запорным устройством и рычагом; аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора с охладителем в виде обечайки с распределителем воды, теплового экрана с внутренней обечайкой и легкоплавкой заглушки, новым является то, что:
на сферическом дне реторты дополнительно выполнены кольцевые опоры, установленные концентрично центральной кольцевой опоре, и перегородка, размещенная радиально между центральной кольцевой опорой и внешней кольцевой опорой, пересекающая ребра кольцевой опоры по переливным окнам и образующая сливной канал;
сливное устройство снабжено съемным патрубком с прорезью, в которой размещен рычаг с экраном;
тепловой экран аппарата сепарации установлен выше крышки, его внутренняя обечайка выполнена в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к крышке;
к центральному патрубку крышки жестко приварен лист, на котором размещены патрубки для подачи магния и тетрахлорида титана, а патрубок для подачи аргона установлен на патрубок для подачи магния и выполнен с возможностью съема;
центральная кольцевая опора ниже дополнительных кольцевых опор на толщину упора;
съемный патрубок сливного устройства выполнен длиной, составляющей 1,0 - 1,5 длины сливной трубы;
кроме того, тепловой экран аппарата сепарации установлен выше крышки на расстоянии, равном 1/5 -1/4 ее заглубления;
кроме того, коническая обечайка теплового экрана выполнена с наклоном к поверхности крышки под углом 10 20^o;
кроме того, отношение верхнего и нижнего диаметров внутренней обечайки теплового экрана равно 0,6 0,9; тепловой экран дополнительно снабжен соплом с обечайкой, заполненной магнием, причем сопло заглублено в центральный патрубок крышки, а легкоплавкая заглушка в верхнее отверстие сопла;
кроме того, соотношение высот крышки и реторты равно 1 (11 15);
кроме того, диаметр патрубка для заливки магния составляет 0,5 0,8 диаметра центрального патрубка, а его высота относится к высоте центрального патрубка как 0,4 1,0;
кроме того, охладитель снабжен кольцом, приваренным к верхней части обечайки, и люками, установленными в плоскости пересечения верха теплового экрана и обечайки.

Использование ложного дна с кольцевыми опорами с перфорированным листом, радиальной перегородкой, в которой центральная кольцевая опора ниже дополнительных кольцевых опор на толщину упора, позволяет очистить сливаемый хлористый магний от взвесей и низших хлоридов титана, исключить попадание и низших хлоридов титана в сливное устройство, тем самым снизить вероятность забивания сливного устройства губчатым титаном, обеспечить своевременные сливы хлористого магния из аппарата восстановления, тем самым повысить его производительность и производительность устройства в целом.

Использование сливного устройства, снабженного патрубком с прорезью, в которой размещен рычаг с экраном, а длина патрубка составляет 1,0 1,5 длины сливной трубы, позволяет уменьшить габариты аппарата вакуумной сепарации и тем самым увеличить высоту реторты, что способствует увеличению ее производительности и производительности устройства в целом.

Использование теплового экрана аппарата сепарации, установленного выше крышки на расстоянии, равном 1/5 1/4 ее заглубления с внутренней обечайкой, выполненной в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к крышке с наклоном к поверхности крышки под углом 10 20^o; с соотношением верхнего и нижнего диаметров внутренней обечайки теплового экрана равного 0,6 0,9, снабженного соплом с обечайкой, заполненной магнием, заглубленного в центральный патрубок крышки с легкоплавкой заглушкой, установленной в верхнее отверстие сопла, позволяют исключить забивание конденсатом внутренней обечайки теплового экрана, что способствует увеличению производительности устройства.

Использование заглубленной крышки, отношение высоты которой к высоте реторты составляет 1 (11 -15), позволяет максимально увеличить полезный объем устройства, что способствует увеличению его производительности
Использование вместо материального патрубка листа, жестко приваренного к центральному патрубку крышки аппарата, с патрубками для подачи тетрахлорида титана и заливки магния, диаметр которого составляет 0,5 0,8 диаметра центрального патрубка, а его высота относится к высоте центрального патрубка как 0,4 1,0 позволяет сократить время монтажа аппарата сепарации, так как материальный патрубок известного устройства извлекают из центрального патрубка аппарата восстановления и затем на центральный патрубок ставят легкоплавкую заглушку, в заявляемом же устройстве легкоплавкую заглушку устанавливают на патрубок для заливки магния после демонтажа патрубка для аргона, что сокращает время демонтажа и монтажа, следовательно повышает производительность устройства.

Использование охладителя, снабженного кольцом, приваренным к верхней части обечайки, и люками, установленными в плоскости пересечения верха теплового экрана и обечайки, ускорит процесс конденсации паров магния и его хлорида, а следовательно, повысит производительность устройства.

Таким образом, все признаки устройства для получения губчатого титана способствует выполнению поставленной задачи повышению производительности устройства.

Устройство для получения губчатого титана изображено на фиг. 1 4.

Аппарат восстановления состоит из реторты-реактора 1 с донным патрубком 2; заглубленной крышки 3, отношение высоты крышки к высоте реактора равно 12 (11 15) с центральным патрубком 4, который закрыт листом 5 с патрубками для заливки магния 6, вакуумирования, подачи тетрахлорида титана 7 и подачи аргона 8; причем диаметр патрубка для заливки магния 6 составляет 0,5 0,8 диаметра центрального патрубка 4, а его высота относится к высоте центрального патрубка как 0,4 1,0 ложного дна 9, включающего дополнительные кольцевые опоры 10, перфорированный лист 11, радиальную перегородку 12, пересекающую кольцевые опоры по переливным окнам 13, в которых центральная кольцевая опора 14 ниже дополнительных кольцевых опор на толщину упора 15; сливное устройство 16 со штоком 17, с фланцем 18 со сливным отверстием 19, с патрубком 20 с прорезью 21, в которой размещен рычаг 22 с экраном 23, причем длина патрубка равна 1,0 1,5 длины сливной трубы.

Аппарат сепарации состоит ил репорты-реактора 1, с крышкой 3, патрубок которой заглушен легкоплавкой заглушкой 24, реторты-конденсатора 25 с вакуумпроводом 26; охладителя 27 с кольцом 28, приваренным к верхней части обечайки 29 с люками 30, установленными в плоскости пересечения верха теплового экрана 31 и обечайки 29 с трубопроводом 32 для отсоса паров воды от кольца 28, а также съемным кольцом-оросителем 33; теплового экрана 31 с внутренней обечайкой 34, выполненной в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к крышке 3, снабженного соплом 35 фиг. 4 с обечайкой 36, заполненной магнием 37, сопло заглублено в центральный патрубок крышки 3, а легкоплавкая заглушка 24 в этом случае установлена в верхнее отверстие сопла 35. Тепловой экран установлен выше крышки на расстоянии, равном 1/5 -1/4 ее заглубления, обечайка теплового экрана выполнена с наклоном к поверхности крышки под углом 10 20^o, а отношение верхнего и нижнего диаметров внутренней обечайки теплового экрана равно 0,6 0,9.

Устройство для получения титана работает следующим образом.

Реторту-реактор герметизируют крышкой 3, к ее центральному патрубку 4 приваривают лист 5 с патрубками для заливки магния 6, вакуумирования и подачи тетрахлорида титана 7, подачи аргона 8, к донному патрубку 2 приваривают сливное устройство (16). Смонтированный аппарат восстановления устанавливают в электропечь, разогревают его до 800^oC и проводят процесс восстановления. Сначала заливают полную навеску магния через патрубок 6 в количестве 7т. Через патрубок 7 в течение всего процесса загружают хлорид титана со скоростью 400 кг/ч в количестве 16т. В ходе процесса из аппарата восстановления через сливное устройство 16 сливают хлористый магний. Хлористый магний очищается от взвесей и низших хлоридов титана в лабиринте подставки ложного дна, образованным кольцевыми опорами 10 и 14 с окнами 13 и радиальной перегородкой 12, что снижает вероятность забивания сливного устройства взвесями, губчатым титаном, обеспечивает своевременные сливы хлорида магния из аппарата, тем самым повышая его производительность. После проведения процесса восстановления получают реакционную массу, состоящую из 4 т губчатого титана, пропитанного магнием и его хлоридом. Сливное устройство охлаждают до 600^oC, снимают приставной патрубок 20, шток 17 прижимают к сливному отверстию 9 во фланце 18, отсоединяют рычаг 22 и герметично заглушают сливное устройство. Отсоединение приставного патрубка позволяет увеличить высоту реторты 1, т.е. увеличить полезный объем аппарата, повысить его производительность.

По окончании процесса отсоединяют линию тетрахлорида титана от патрубка 7 и подсоединяют линию аргона. Начинают собирать аппарат сепарации. Вскрывают патрубок 6 и под протоком аргона на него ставят легкоплавкую заглушку 24. Операция установки легкоплавкой заглушки выполняется значительно быстрее, чем в известном устройстве, в котором сначала извлекают из аппарата материальный патрубок, заглубленный в аппарат и обрабатываемый титаном, затем на центральный патрубок устанавливают заглушку. На крышку 3 устанавливают тепловой экран 31, затем реторту конденсатор 25 с ложным дном 9, вакуумпроводом 26 и с кольцом-оросителем 33 на конденсатор 25 ставят охладитель 27 с кольцом 28, приваренным к верхней части обечайки 29, трубопроводом 32 для отвода пара и люками 30 в количестве трех люков, расположенных под углом 120^o. Аппарат вакуумной сепарации герметизируют и устанавливают в электропечь. Реторту-реактор 1 с реакционной массой нагревают до 980 1020^oC и под вакуумом отделяют магний и хлорид магния от губчатого титана, осаждая их на стенках реторты-конденсатора, поддерживая температуру стенки выше 400^oC, что позволяет получить плотный конденсат, улучшить условия конденсации, исключить случаи недосепарации губчатого титана, чем самым повысит производительность устройства.

Изобретение относится к устройству для получения губчатого титана, содержащему аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора со сферическим дном, герметично заглубленной крышки с центральным патрубком и патрубками для подачи тетрахлорида титана, магния, аргона и вакуумирования, ложного дна, выполненного в виде листа, установленного на центральную кольцевую опору, и сливного устройства, выполненного в виде сливной трубы со штоковым запорным устройством и рычагом; аппарат сепарации, состоящий из реторты - конденсатора с охладителем в виде обечайки распределителем воды, теплового экрана с внутренней обечайкой и легкоплавкой заглушки и установленный на аппарат восстановления. Сущность изобретения: устройство снабжено дополнительными кольцевыми опорами на сферическом дне реторты-реактора, установленными концентрично центральной кольцевой опоре, и перегородкой, размещенной радиально между центральной кольцевой опорой и дополнительными кольцевыми опорами, пересекающей дополнительные опоры по переливным окнам и образующей сливной канал; сливное устройство выполнено с патрубком с прорезью с размещением в ней рычага с экраном; тепловой экран установлен выше крышки и его внутренняя обечайка выполнена в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к крышке; а охладитель выполнен с кольцом, приваренным к верхней части обечайки, и люками, установленными в плоскости пересечения верха теплового экрана и обечайки. 9 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для получения губчатого титана, содержащее аппарат восстановления, состоящий из реторты-реактора со сферическим дном, герметично заглубленной крышки с центральным патрубком и патрубками для подачи тетрахлорида титана, магния, аргона и вакуумирования, ложного дна, выполненного в виде листа, установленного на центральную кольцевую оперу, и сливного устройства, выполненного в виде сливной трубя со штоковым запорным устройством и рычагом, аппарат сепарации, состоящий из реторты-конденсатора с охладителем в виде обечайки с распределителем воды, теплового экрана с внутренней обечайкой и легкоплавкой заглушки и установленный на аппарат восстановления, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными кольцевыми опорами на сферическом дне реторты-реактора, установленными концентрично центральной кольцевой опоре, и перегородкой, размещенной радиально между центральной кольцевой опорой и дополнительными кольцевыми опорами, пересекающей дополнительные кольцевые опоры по переливным окнам и образующей сливной канал, сливное устройство выполнено с патрубком с прорезью с размещением в ней рычага с экраном, тепловой экран установлен выше крышки и его внутренняя обечайка выполнена в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к крышке, а охладитель выполнен с кольцом, приваренным к верхней части обечайки, и люками, установленными в плоскости пересечения верха теплового экрана и обечайки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение высот крышки и реторты равно 1 (11 15). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр патрубка для заливки магния составляет 0,5 0,8 диаметра центрального патрубка, а отношение его высоы к высоте центрального патрубка 0,4 1,0. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к центральному патрубку крышки жестко приварен лист, на котором размещены патрубки для подачи магния и тетрахлорида титана, а патрубок для подачи аргона установлен на патрубок для подачи магния и выполнен съемным. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральная кольцевая опора выполнена с упором ниже дополнительных кольцевых опор на толщину упора. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемный патрубок сливного устройства выполнен длиной, составляющей 1,0 1,5 длины сливной трубы. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тепловой экран аппарата сепарации установлен выше днища крышки на расстоянии, равном 1/5 1/4 ее заглубления. 8. Устройство по п. 1 или 7, отличающееся тем, что обечайка теплового экрана выполнена с наклоном к поверхности крышки под углом 10 20^o. 9. Устройство по любому из пп. 1, 7 и 8, отличающееся тем, что отношение верхнего и нижнего диаметров внутренней обечайки теплового экрана равно 0,6
0,9. 10. Устройство по п.1 или 7, отличающееся тем, что тепловой экран имеет сопло с обечайкой, заполненной магнием, причем сопло заглублено в центральный патрубок крышки, а легкоплавкая заглушка установлена в верхнее отверстие сопла.