способ вакуумной сепарации губчатого титана

Формула изобретения

Способ вакуумной сепарации губчатого титана, включающий вакуумирование аппарата сепарации, нагрев блока реакционной массы, последующий нагрев с испарением магния и хлористого магния и высокотемпературную выдержку блока, регулирование температуры в зонах нагрева аппарата, отличающийся тем, что нагрев блока реакционной массы с испарением магния и хлористого магния проводят со скоростью 0,02 0,9^oС/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству губчатого титана магниетермическим способом, и может быть использовано для вакуумной сепарации магниетермической реакционной массы.

Известен способ вакуумной сепарации губчатого титана, основанный на вакуумировании аппарата, нагреве блока реакционной массы, регулировании скорости испарения магния и хлористого магния, высокотемпературной выдержке блока [1] Одновременно с вакуумированием аппарата проводят нагрев блока реакционной массы. При повышении температуры блока выше 600 700^oC cнижают скорость испарения магния и хлористого магния периодическим отключением электрообогрева печи для исключения перегрева конденсатора и забивания возгонами магния и хлористого магния вакуумной системы аппарата. По окончании бурной возгонки летучих компонентов блок реакционной массы нагревают до температуры 960 1000^oC, при котором проводят выдержку блока для удаления остатков хлористого магния. Недостаток данного способа в том, что при периодическом отключении электрообогрева печи снижается скорость испарения магния и хлористого магния, что ведет к увеличению времени высокотемпературной выдержки и снижению производительности процесса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ вакуумной сепарации, основанный на вакуумировании аппарата, нагреве блока реакционной массы, последующем нагреве с испарением магния и хлористого магния и высокотемпературной выдержке блока, регулировании температуры в зонах нагрева аппарата [2]

Перед началом процесса сепарации в блоке уставок регулятора температуры задают для каждой зоны нагрева аппарата заданные значения (уставки) в интервале допустимых температур нагрева блока 900 1050^oC, при которой проводят выдержку блока.

Нагрев блока реакционной массы до момента начала испарения магния и хлористого магния и последующий нагрев с испарением магния и хлористого магния проводят в данном способе непрерывно, к реактору подводится максимальная мощность нагревателей печных зон. Это позволяет увеличить скорость испарения магния и хлористого магния и сократить время высокотемпературной выдержки блока реакционной массы. Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет увеличить скорость испарения магния и хлористого магния из центральной части блока реакционной массы, в результате чего снижается производительность процесса. Известно, что основное количество магния и хлористого магния испаряется с поверхности блока реакционной массы, куда они переносятся из центральной части блока в жидком виде за счет капиллярных сил [3] В то же время перенос жидких магния и хлористого магния к поверхности блока реакционной массы протекает по механизму неизотермического переноса, скорость которого зависит от перепада температуры (температурного градиента) между поверхностью и центром блока реакционной массы [4,5] В процессе интенсивного нагрева блока реакционной массы до 900 1050^oC при испарении магния и хлористого магния температура блока неодинакова: поверхность блока быстро нагревается до 900 1050^oC, а нагрев центральной части блока протекает значительно медленнее, при этом между поверхностью и центром блока реакционной массы возникает температурный градиент 250 500^oC [2] Температурный градиент замедляет скорость переноса жидких магния и хлористого магния по капиллярам из центра к поверхности блока реакционной массы и, следовательно, снижает скорость их испарения, что приводит к увеличению времени выдержки и снижению производительности процесса.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение производительности процесса за счет сокращения времени высокотемпературной выдержки блоки реакционной массы.

Для этого в способе, включающем вакуумирование аппарата, нагрев блока реакционной массы, последующий нагрев с испарением магния и хлористого магния и высокотемпературную выдержку блока, регулирование температуры в зонах нагрева аппарата, нагрев блока реакционной массы с испарением магния и хлористого магния проводят со скоростью 0,02 0,9^oC/мин. Нагрев блока реакционной массы с испарением магния и хлористого магния ведут со скоростью 0,02 0,9^oC/мин, в результате чего температуры поверхности и центра блока выравниваются и становятся практически одинаковыми.

Температурный градиент при этом близок к нулю и не оказывает существенного сопротивления переносу жидких магния и хлористого магния из центра к поверхности блока реакционной массы, что дает возможность увеличить скорость их испарения и сократить время последующей высокотемпературной выдержки.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что нагрев блока реакционной массы с испарением магния и хлористого магния проводят со скоростью 0,02 0,9^oC/мин.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "Новизна". При изучении известных технических решений в данной и других областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

Опытно-промышленные испытания предлагаемого способа проводили на аппаратах сепарации диаметром 1,5 м с помощью установки, представленной на чертеже.

Установка содержит аппарат сепарации, состоящий из реторты 1 с блоком реакционной массы и реторты-конденсатора 2; электропечь 3 с хромель-алюмелевыми термопарами 4 и нихромовыми нагревателями 5, установленными в зонах нагрева реторты 1; регулятор 6 температуры зон нагрева реторты 1 с заданными для каждой зоны нагрева значениями температуры (стрелка 7); контакторы 8 нагревателей зон; вакуумные насосы 9; прибор 10 для измерения вакуума.

В качестве регулятора 6 температуры использовали прибор КСП 4 с блоком задания уставок и двухпозиционным регулирующим устройством, в качестве контакторов 8 использовали электромеханические контакторы серии К6053. Регулятор 6, термопары 4, нагреватели 5 и контакторы 8 образуют систему регулирования температуры зон нагрева реторты 1, обеспечивающую поддержание температуры на уровне заданных значений 7. Измерения термопарой 4 температура сравнивается с заданным значением температуры 7 для данной зоны нагрева реторты 1. Если температура в зоне нагрева превышает заданное значение, то регулятор 6 через контактор 8 отключает соответствующий нагреватель 5. Если измеренная термопарой температура ниже заданного значения, то регулятор 6 включает соответствующий нагреватель 5. Вакуумирование аппарата производили двумя вакуумными насосами 9 насосом предварительного разрежения ВН-6 в начальной стадии процесса, бустерным насосом БН-2000 на стадии высокотемпературной выдержки. В качестве прибора 10 измерения вакуума использовали вакуумметр термопарный ВТ-2А в комплекте с датчиком вакуума - преобразователем манометрическим термопарным ПМТ-2.

Аппарат сепарации устанавливали в электропечь 3, включали вакуумный насос 9 и одновременно с вакуумированием нагревали реторту 1 с максимальной скоростью при одновременном включении нагревателей 5 всех зон на полную мощность.

После момента начала интенсивного испарения магния и хлористого магния из блока реакционной массы и конденсации их паров в реторте конденсаторе 2, который определяли по резкому падению вакуума [6] c помощью прибора 10, проводили нагрев блока реакционной массы до температуры 1000^oC cо скоростью 0,02 0,9^oC/мин путем повышения с указанной скоростью заданных значений 7 температуры в регуляторе 6.

При этом температура в зонах нагрева реторты 1 поддерживалась системой регулирования на уровне заданных значений 7. При достижении температуры в зонах нагрева 1000^oC проводили выдержку блока реакционной массы.

Результаты опытно-промышленных испытаний приведены в таблице.

Установлено, что снижение скорости нагрева блока реакционной массы менее 0,02^oC/мин увеличивает время нагрева блока реакционной массы до температуры выдержки и дает незначительное повышение производительности процесса. Повышение скорости нагрева блока реакционной массы более 0,9^oC/мин нецелесообразно, т.к. при этом снижается скорость переноса жидких магния и хлористого магния к поверхности блока реакционной массы, что ведет к увеличению времени высокотемпературной выдержки и снижению производительности процесса. оптимальным является нагрев блока реакционной массы со скоростью 0,02 0,9^oC/мин, позволяющий увеличить скорость переноса жидких магния и хлористого магния к поверхности блока реакционной массы. При этом за время нагрева блока до температуры выдержки испаряется основное количество магния и хлористого магния, что дает возможность сократить время высокотемпературной выдержки и повысить производительность процесса.

Внедрение предлагаемого способа в металлургическом цехе по производству титана позволит повысить производительность процесса за счет сокращения времени высокотемпературной выдержки на 7 12%