устройство для магниетермического получения губчатого титана

Формула изобретения

1. Устройство для магниетермического получения губчатого титана, включающее электропечь с отверстием в подине, размещенный в печи аппарат восстановления, выполненный в виде реторты с эллиптическим дном, с донным патрубком, к которому приварен фланец сливного устройства, ложным днищем, крышкой с центральным патрубком для заливки магния, штуцерами для вакуумирования, замера давления и стравливания аргона, отличающееся тем, что в центральный патрубок для заливки магния вварен конус с герметично соединенным с патрубком стаканом, в дно которого вварен проходящий через ограничитель штуцер для подачи тетрахлорида титана, ложное днище имеет кольца подставки, приваренные к эллиптическому дну реторты прерывистым сварным швом, решетку и упор, крепящиеся пластинами, жестко закрепленными к стенке реторты, при этом толщина футеровки подины печи на 10-30% больше толщины футеровки цилиндрической части печи, а отверстие в подине печи перекрыто экраном.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что экран установлен внутри печи над отверстием в подине печи и соотношение его внешнего диаметра к диаметру отверстия составляет 1,1-1,5.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что экран установлен вне печи на кожухе подины печи и состоит из двух шиберов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения губчатого титана восстановлением его тетрахлорида магнием.

Известно устройство для магниетермического получения губчатого титана, состоящее из аппарата восстановления, установленного в электропечь («Титан», В.А. Гармата и др. - М.: Металлургия, 1983 г., с.372). Аппарат состоит из реторты с донным патрубком, к фланцу которого приварен фланец сливного устройства, вставного ложного днища, крышки с двумя патрубками для заливки магния и подачи тетрахлорида титана (TiCl₄ ), вакуумирования и подачи аргона.

На подине печи установлены нагреватели, а отверстие в подине ничем не закрыто.

Описанное устройство имеет пониженную производительность в связи с тем, что нагреватели на печи часто перегорают из-за замыкания окалиной, что приводит к недостаточному прогреву нижней части аппарата и к появлению простоев из-за неделения хлорида магния (MgCl ₂) с металлическим магнием (Mg) при сливах MgCl ₂. К такому же эффекту приводит и отсутствие устройства, перекрывающего отверстие в подине.

Высокое ложное днище снижает полезный объем аппарата, т.е. снижает его производительность.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для магниетермического получения губчатого титана по патенту №2265070 от 30.04.2004 г. авторов: Путин А.А., Путина О.А., Гулякин А.И. и др.

Устройство для магниетермического получения губчатого титана, включающее электропечь с отверстием в подине, размещенный в печи аппарат восстановления, выполненный в виде реторты с эллиптическим дном, донным патрубком, к которому приварен фланец сливного устройства, ложным днищем, крышкой с центральным патрубком для заливки магния, штуцерами для вакуумирования, замера давления и стравливания аргона, на фланце сливного устройства жестко крепится стакан. На подине печи нет нагревателей, а толщина футеровки подины равна толщине футеровки цилиндрической части печи. Отсутствует экран, закрывающий отверстие в подине.

Производительность этого устройства недостаточно высокая вследствие потерь тепла через подину печи и отверстие в ней, что влияет на снижение температуры нижней части аппарата восстановления и ведет к неделению MgCl₂ от Mg и простоям аппарата. Наличие двух патрубков на крышке аппарата восстановления увеличивает трудозатраты на монтажных и демонтажных работах аппарата восстановления, следовательно, снижает его производительность.

Технический результат изобретения заключается в устранении недостатков прототипа и в повышении производительности устройства за счет снижения потерь тепла через подину печи, уменьшения трудозатрат при его монтаже и демонтаже.

1. Технический результат достигается тем, что в устройстве для магниетермического получения губчатого титана, включающем электропечь с отверстием в подине, размещенный в печи аппарат восстановления, выполненный в виде реторты с эллиптическим дном, донным патрубком, к которому приварен фланец сливного устройства, ложным днищем, крышкой с центральным патрубком для заливки магния, штуцерами для вакуумирования, замера давления и стравливания аргона, новым является то, что в центральный патрубок для заливки магния вварен конус с герметично соединенным с патрубком стаканом, в дно которого вварен проходящий через ограничитель штуцер для подачи тетрахлорида титана, ложное днище имеет кольца подставки, приваренные к эллиптическому дну реторты прерывистым сварным швом, решетку и упор, крепящиеся пластинами, жестко закрепленными к стенке реторты, при этом толщина футеровки подины печи на 10-30% больше толщины футеровки цилиндрической части печи, а отверстие в подине печи перекрыто экраном.

- Кроме того, устройство по п.1, отличающееся тем, что экран установлен внутри печи над отверстием в подине печи и соотношение его внешнего диаметра к диаметру отверстия составляет 1,1-1,5.

- Кроме того, устройство по п.1, отличающееся тем, что экран установлен вне печи на кожухе подины печи и состоит из двух шиберов.

Снабжение крышки аппарата восстановления одним центральным патрубком сокращает трудозатраты при монтажных и демонтажных работах аппарата восстановления, следовательно, повышает производительность устройства.

Приварка конуса к центральному патрубку сокращает монтажные работы при сборке аппарата вакуумной сепарации, следовательно, повышает производительность устройства.

Использование стакана с ограничителем с вваренным в него штуцером для подачи тетрахлорида титана, герметично соединенного с патрубком, позволяет ограничиться одним центральным патрубком для заливки в аппарат магния и подачи в него тетрахлорида титана. Стакан и конус перекрывают сечение центрального патрубка, исключая его зарастание титаном, что способствует быстрому извлечению стакана со штуцером для TiCl ₄ из патрубка на монтажном участке, что также позволяет повысить производительность устройства.

Приварка колец (кольцевые подставки) прерывистым сварным швом компенсирует их тепловые расширения и повышает их срок службы и, следовательно, увеличивает производительность устройства.

Крепление решетки и упора ложного днища стальными пластинами, жестко закрепленными к стенке реторты надежно закрепляет детали ложного днища в реторте даже тогда, когда реторта служит верхним конденсатором, что способствует повышению производительности устройства.

Увеличение толщины футеровки подины печи восстановления на 10-30% по сравнению с толщиной футеровки цилиндрической части печи позволяет значительно снизить потери тепла через подину, на которой нет нагревателей, следовательно, повышает производительность устройства.

Перекрытие экраном отверстия в подине печи также служит снижению потерь тепла, при этом повышается производительность устройства.

Следовательно, все признаки заявляемого изобретения способствуют повышению производительности устройства за счет снижения потерь тепла и сокращения продолжительности монтажа и демонтажа устройства.

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

Устройство состоит из электропечи 1, аппарата восстановления 2, состоящего из реторты восстановления 3 с донным патрубком 4, к которому приварен фланец 5 сливного устройства 6, через отверстие которого проходит запорная игла 7. На эллиптическое дно реторты 3 установлено ложное дно 8, состоящее из приваренных к дну реторты кольцевых подставок 9, упора 10, установленного на центральное кольцо 9, решетки 11, закрепленной стальными пластинами 12, которые приварены к стенке реторты 3. Реторта 3 герметизирована крышкой 13 с центральным патрубком 14, в который вварен конус 15, а на период подачи TiCl ₄ в аппарат 2 герметично устанавливается стакан 16, в дно которого вварен штуцер 17 для подачи TiCl₄ , проходящий через ограничитель 18. Через штуцера 19 аппарат 2 вакуумируют, измеряют давление, задают и стравливают аргон. Толщина футеровки подины 20 печи 1 увеличена на 10-30% относительно толщины футеровки цилиндрической части печи 1. Отверстие 21 в подине 20 печи 1 перекрыто экраном 22. Сливное устройство 6 имеет фланец 23.

На фиг.2 изображено устройство с внешним расположением экрана 22, состоящего из двух шиберов.

Устройство для магниетермического получения губчатого титана работает следующим образом.

Монтаж устройства. В реторту 3 на центральное кольцо 9 с окнами устанавливают упор 10 и сверху решетку 11, которую жестко крепят, например, четырьмя стальными пластинами 12, приваренными к стенке реторты 3. К донному патрубку 4 приваривают фланец 5 сливного устройства 6. На фланец 23 подвешивают разъемный экран 22. Реторту 3 герметизируют крышкой 13 с центральным патрубком 14 с вваренным в него конусом 15, со штуцерами 19.

Смонтированный аппарат восстановления устанавливают в печь восстановления 1. При этом разъемный экран 22 передвигается по сливному устройству вверх и остается на подине 20 внутри печи 1, так как его диаметр больше диаметра отверстия 21 в подине 20 и равен 1,4 диаметра этого отверстия.

Печь разогревают до 800°С. С центрального патрубка 14 снимают стакан 16 и заливают магний в количестве 9 т. На центральный патрубок 14 устанавливают герметично стакан 16 со штуцером 17 для подачи тетрахлорида титана, который зафиксирован ограничителем 18 во избежание его разрушения. В аппарат 2 начинают подавать тетрахлорид титана. Периодически опускают запорную иглу 7 и сливают хлорид магния через сливное устройство 6. В результате получают 5,2 т губчатого титана. Во время ведения процесса восстановления за счет увеличения толщины футеровки подины 20 на 20% относительно футеровки цилиндрической части печи 1 и экрана 22, установленного на подину, создается оптимальный тепловой режим, при котором сливы хлорида магния из аппарата 2 идут без задержек, что способствует повышению производительности установки на 10%. После окончания процесса электропечь 1 выключают, охлаждают сливное устройство 6 и перевозят аппарат 2 на монтажный участок. Там из центрального патрубка 14 извлекают стакан 16 со штуцером 17 и устанавливают на патрубок 14 плавкую заглушку. Поскольку патрубок 14 не зарастает титаном, так как в его объеме находится конус 15 и стакан 16, то демонтаж проходит без задержек, что способствует повышению производительности устройства.

При использовании экрана, установленного вне печи на кожухе подины печи, монтаж устройства и процесс проводятся аналогично выполненному выше описанию. В этом случае экран не устанавливают внутри печи. Экран 22 закреплен на кожухе подины 20 печи 1. После установки аппарата 2 в печь 1 шибера экрана 22 сдвигают до сливного устройства 6 и закрывают отверстие 21 в подине 20 печи 1. Эффект от использования экрана вне печи тот же, что и при использовании экрана внутри печи.

На базе аппарата восстановления монтируют аппарат вакуумной сепарации, в котором очищают губчатый титан от магния и его хлорида.