УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СЕПАРАЦИИ ГУБЧАТОГО ТИТАНА Российский патент 2001 года по МПК C22B34/12 C22B5/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для очистки губчатого титана от примесей магния и хлорида магния путем вакуумной высокотемпературной возгонки.

Известно устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (кн. Титан. - под ред. Гарматы В.А. - М.: Металлургия. - 1983. - С. 372-379, 409-414), состоящее из реторты-реактора с герметичной крышкой, на которой размещен центральный патрубок, реторту-конденсатор, закрытую герметичной крышкой с центральным патрубком и снабженную оросителем, тепловым экраном и легкоплавкой заглушкой.

Недостатками данного устройства являются низкая производительность, повышенный расход электроэнергии и невысокое качество губчатого титана. Эти недостатки вызваны тем, что перед демонтажем аппарат вакуумной сепарации охлаждают в холодильнике почти двое суток, что приводит к значительным материальным затратам.

Известно устройство для вакуумной очистки губчатого титана (патент ЕПВ N 097135, опубл. 26.12.83), включающее камеру (аппарат восстановления) с цилиндрическим реактором и герметичной крышкой. На крышке выполнена камера цилиндрической формы высотой 1,5-2,6 м и внутренним диаметром 1-1,3 м, вытянутая по вертикальной оси реактора, имеющая отверстие в нижней части и снабженная патрубками для соединения с паропроводом и вакуумирования. В камере размещен клапан (вентиль) для вывода парообразных магния и хлорида магния из реактора восстановления. Крышка имеет газовую и водяную рубашки для регулирования в крышке температуры. Вдоль оси крышки размещен патрубок (труба) с возможностью перемещения по вертикали для подачи магния и хлорида восстанавливаемого металла. Патрубок окружен чехлом, который перемещается вместе с трубой для регулирования размера отверстия в крышке. С помощью обогреваемого паропровода камера восстановления и испарения соединена с камерой конденсации, охлаждаемой с помощью охладителя (рубашки), заполненного водой. Вариант расположения реторты-конденсатора на реторте-реакторе без паропровода и бокового конденсатора также предусмотрен в патенте и приведен вариант чертежа.

Недостатком такого устройства является низкая производительность устройства из-за длительности процесса, которая составляет около 10 дней. Кроме того, не исключена возможность остановок устройства в результате осаждения в паропроводе магния и хлорида магния. Время сборки и демонтажа устройства также являются длительными, и это не позволяет повысить производительность устройства в целом. Для варианта с верхним расположением конденсатора данное устройство не позволяет производить демонтаж аппарата после процесса восстановления, монтаж аппарата вакуумной сепарации и демонтаж в горячем состоянии, что повышает занятость печи и тем самым снижает производительность устройства.

Наиболее близким к заявленному изобретению - прототип - относится устройство для вакуумной сепарации губчатого титана (патент РФ N 2064517, опубл. БИ 21 1996 г.), состоящее из реторты-реактора и реторты-конденсатора с охладителем-оросителем, легкоплавкой заглушкой и тепловым экраном. Реторта-реактор и реторта- конденсатор снабжены заглубленными крышками с фланцами, на каждой крышке размещен центральный патрубок, герметично заглубленный в центральное отверстие крышки реторты-реактора и снабженный устройством для обогрева центрального патрубка - камерой со сквозным каналом, заполненной теплоносителем, например, магнием, а легкоплавкая заглушка установлена на центральном патрубке.

Недостатком такого устройства является недостаточно высокая производительность устройства, так как при демонтаже аппарата в горячем состоянии не перекрываются отверстия в крышке реторты-реактора и реторты-конденсатора. Поэтому в горячие реторты попадает воздух, который окисляет губчатый титан и конденсат. Кроме того, находящиеся в аппарате низшие хлориды титана загораются и могут привести к возгоранию губчатого титана. Это потребует дополнительной герметизации реторты-реактора и дополнительной подачи аргона для прекращения горения, что снижает производительность устройства и качество губчатого титана.

Задачей данного изобретения является повышение производительности устройства за счет ускорения обслуживания устройства в горячем состоянии (без охлаждения аппаратов), уменьшения занятости печи.

Данная задача решается тем, что в устройстве для вакуумной сепарации губчатого титана, содержащем реторту-реактор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, реторту-конденсатор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, охладитель и легкоплавкую заглушку, новым является то, что каждая из реторт снабжена кольцом, жестко закрепленным на фланце крышки, центральный патрубок каждой из реторт снабжен фланцем и внутренним патрубком с установленным в нем клапаном, кольцо и фланец центрального патрубка установлены на одном уровне и имеют канал, в котором размещен выполненный с возможностью поворота привод клапана.

Кроме того, легкоплавкая заглушка установлена во внутреннем патрубке.

Кроме того, в кольце и фланце крышки каждой из реторт выполнен канал для вакуум-отвода.

Снабжение устройства вакуумной сепарации внутренним патрубком, установленным соосно с центральным патрубком, позволяет монтировать на нем клапан и легкоплавкую заглушку после проведения процесса восстановления без охлаждения аппарата, что позволяет уменьшить время монтажа аппарата и повысить производительность устройства.

Наличие кольца, жестко закрепленного на фланце крышки, в котором выполнен канал, позволяет герметично разместить в нем привод клапана и осуществлять закрытие клапана в горячем состоянии после процесса сепарации, что также снижает время демонтажа аппарата сепарации.

Фланцы, размещенные на концах центрального патрубка, позволяют герметизировать реторту-реактор и реторту-конденсатор и тем самым уменьшить попадание воздуха и конденсата при проведении процесса сепарации губчатого титана, осуществлять быстрый монтаж и демонтаж аппарата и тем самым повысить производительность устройства.

Размещение фланцев крышки и центрального патрубка на одном уровне позволяет исключить попадание конденсата на крышку и тем самым увеличить производительность устройства для сепарации губчатого титана.

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 заявленного изобретения). Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителю техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенном 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 заявленного 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 преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "технический уровень".

Устройство изображено на чертеже. Устройство состоит из реторты-реактора 1, реторты-конденсатора 2, ложных днищ 3, патрубков сливного устройства 4, заглубленных крышек 5 с водоохлаждаемыми фланцами 6, на которых жестко прикреплено кольцо 7 с каналом, с заглубленным в крышку 5 центральным патрубком 8 с фланцем 9 с каналом. На центральном патрубке 8 установлен внутренний патрубок 10, в нем размещены легкоплавкая заглушка 11 и затвор клапана 12 с приводом 13, выполненным с возможностью поворота вокруг оси и проходящим через каналы кольца 7 фланца 6 и через каналы фланцев 9 центральных патрубков 8. Кольцо 7 фланца 6 и фланец 9 центрального патрубка 8 установлены на одном уровне. Реторта-конденсатор 2 снабжена охладителем 14 с оросительным кольцом 15 и люками 16. Патрубок 4 сливного устройства реторты-реактора 1 снабжен вакуумным колпаком 17, а кольца 7 фланцев 6 крышек 5 - вакуум-отводами 18.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно при изготовлении аппарата готовят основные узлы, в частности в центральном патрубке 8 крышки 5 с помощью кольца приваривают внутренний патрубок 10 диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра центрального патрубка на расстоянии, равном 100-150 мм от верха центрального патрубка. К верхнему отверстию центрального патрубка приваривают фланец 9, в котором изготавливают канал для привода клапана. К водоохлаждаемому фланцу 6 крышки 5 жестко прикрепляют путем сварки, литья, поковки или с помощью прокладок кольцо 7, в котором изготавливают канал для привода клапана и канал для вакуум-отвода 18. Собирают аппарат восстановления и по известной технологии проводят процесс восстановления. После проведения процесса на участке восстановления демонтируют узел подачи тетрахлорида титана и устанавливают во внутренний патрубок 10 легкоплавкую заглушку 11, сверху - затвор клапана 12 с приводом 13, причем привод 13 клапана пропускают через каналы фланцев 9 центрального патрубка 8 и через канал кольца 7 водоохлаждаемого фланца 6 крышки 5 с возможностью поворота. Концы приводов герметизируют колпаком с прокладкой из вакуумной резины. Привод 13 устанавливают в состояние "открыто". Демонтируют привод сливного устройства, устанавливая на патрубок 4 сливного устройства реторты-реактора 1 вакуумный колпак 17. Реторту-реактор 1 устанавливают в печь.

На монтажном участке реторту-конденсатор 2 закрывают крышкой 5, с водоохлаждаемым фланцем 6 и кольцом 7 с каналом для привода и каналом для вакуум-отвода 18. На внутренний патрубок 10 устанавливают затвор клапана 12 с приводом 13, который пропускают через каналы фланца 9 и кольца 7 фланца 6. На патрубок 4 сливного устройства устанавливают вакуум-отвод 18. На реторту-конденсатор 2 устанавливают охладитель 14 с оросительным кольцом 15 и люками 16. Герметично устанавливают реторту-конденсатор 2 на аппарат восстановления 1, причем фланцы 9 центрального патрубка 8 реторты-реактора 1 и реторты-конденсатора 2 герметично скрепляют друг с другом, герметизируют фланцы 6 крышек 5. Фланцы 9 центрального патрубка 8 и кольца 7 фланцев 6 располагают на одном уровне.

Реторту-реактор 1 с реакционной массой, состоящей из 6 тонн губчатого титана, 2 тонн хлорида магния и 4 тонн непрореагировавшего магния, герметизируют, вакуумируют через вакуум-отвод 18, нагревают реторту-реактор 1 до 1000^oC и начинают процесс возгонки магния и хлорида магния из губчатого титана.

В оросительное кольцо 19 подают воду в течение 20 ч для охлаждения реторты-конденсатора 2, охлаждая реторту-конденсатор до 100-300^oC.

При нагреве реторты-реактора 1, центральных патрубков 8 и внутреннего патрубка 10 легкоплавкая заглушка 11 плавится и начинается возгонка хлорида магния и магния из реакционной массы, оседая на охлаждаемых стенках реторты-конденсатора 2. После 20 ч орошения подачу воды отключают, открывают люки 16 и охлаждение реторты-конденсатора 2 продолжают с помощью естественной аэрации воздухом. Окончание процесса вакуумной сепарации определяют по остаточному давлению в аппарате вакуумной сепарации и по натеканию в аппарат. После чего отключают нагрев реторты-реактора 1. В аппарат задают аргон, закрывают отверстие внутреннего патрубка 10 с помощью затвора 12 клапана путем поворота привода 13 на 90^o, с целью исключения попадания в реторту-реактор 1 и в реторту-конденсатор 2 воздуха ставят на патрубки 8 заглушки. Реторту-конденсатор 2 снимают и переносят на монтажный участок, а реторту-реактор 1 устанавливают в холодильник. Полученную титановую губку извлекают из реторты-реактора после охлаждения, а реторту-конденсатор 2 используют повторно на процессе восстановления.

Таким образом, данное устройство позволит значительно повысить производительность устройства вакуумной сепарации за счет сокращения времени монтажа и демонтажа аппарата, сокращения времени использования печи вакуумной сепарации за цикл.

Изобретение позволяет повысить производительность устройства для очистки губчатого титана вакуумной сепарацией. Устройство содержит реторту-реактор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, реторту-конденсатор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, охладитель и легкоплавкую заглушку. Каждая из реторт снабжена кольцом, жестко закрепленным на фланце крышки, центральный патрубок каждой из реторт снабжен фланцем и внутренним патрубком с установленным в нем клапаном. Кольцо и фланец центрального патрубка установлены на одном уровне и имеют канал, в котором размещен выполненный с возможностью поворота привод клапана. Легкоплавкая заглушка установлена во внутреннем патрубке. В кольце и фланце крышки каждой из реторт выполнен канал для вакуум-отвода. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для вакуумной сепарации губчатого титана, содержащее реторту-реактор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, реторту-кондерсатор с ложным днищем, закрытую герметичной заглубленной крышкой с фланцем и с заглубленным в крышку центральным патрубком, охладитель и легкоплавкую заглушку, отличающееся тем, что каждая из реторт снабжена кольцом, жестко закрепленным на фланце крышки, центральный патрубок каждой из реторт снабжен фланцем и внутренним патрубком с установленным в нем клапаном, кольцо и фланец центрального патрубка установлены на одном уровне и имеют канал, в котором размещен выполненный с возможностью поворота привод клапана. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что легкоплавкая заглушка установлена во внутреннем патрубке. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в кольце и фланце крышки каждой из реторт выполнен канал для вакуум-отвода.