способ получения губчатого титана, легированного кислородом

Формула изобретения

1. Способ получения губчатого титана, легированного кислородом, включающий получение четыреххлористого титана с повышенным содержанием кислорода в виде кислородсодержащего соединения, восстановление четыреххлористого титана магнием и вакуумную сепарацию полученной реакционной массы, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего соединения используют окситрихлорид ванадия, содержание которого в четыреххлористом титане регулируют в диапазоне 0,01 - 0,2 мас.% ванадия в зависимости от требуемого содержания кислорода в титане.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окситрихлорид ванадия используют в чистом виде или в виде его раствора в четыреххлористом титане, являющегося продуктом ректификационной очистки четыреххлористого титана от ванадия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что получение четыреххлористого титана с повышенным содержанием кислорода ведут путем очистки четыреххлористого титана до 0,01 - 0,2 мас.% ванадия в виде его окситрихлорида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к области получения губчатого титана магниетермическим восстановлением четыреххлористого титана.

В связи с повышением чистоты производимого губчатого титана и необходимостью создания новых титановых сплавов, работающих под нагрузкой при высоких температурах, возникла необходимость легирования титана кислородом.

Известны способы получения титана с повышенным содержанием кислорода путем использования в шихте при выплавке слитков двуокиси титана и окисленных отходов титана [1], низших окислов TiO или Ti₂O₃ (Япония. Заявка 50-29410. Публ. 1975.23.09 N2-736), специально приготовленной лигатуры, титан-кислород (В.D.Глазова. Легирование титана, 1966, с.61).

Все эти способы не обеспечивают равномерного распределения кислорода в слитках, вызывают необходимость дополнительных переплавов, что неизбежно ухудшает качество титана, увеличивает затраты на производство.

Наиболее близким аналогом по совокупности признаков и назначению является способ прямого получения титановой губки высокой твердости, используемой в качестве исходного материала для производства высокопрочных титановых продуктов прокатного производства [2]. Способ по прототипу применительно к получению губчатого титана с заданным содержанием кислорода заключается в следующем:

подготовка титановой кислоты путем взаимодействия четыреххлористого титана с водой;

добавление кислоты к чистому четыреххлористому титану для получения реакционной смеси, содержащей четыреххлористый титан и растворенный кислород;

регулирование температуры смеси (повышение температуры увеличивает содержание кислорода, понижение - уменьшает);

магниетермическое восстановление реакционной смеси с получением титановой губки с требуемым содержанием кислорода.

Недостатками данного способа (прототипа) являются:

Сложность технологии приготовления реакционной смеси с заданным содержанием растворенного кислорода вследствие необходимости строгой стабилизации температуры четыреххлористого титана в условиях реального производства;

дополнительные операции по приготовлению титановой кислоты и реакционной смеси увеличивают затраты на производство титана, легированного кислородом.

Заявляемое техническое решение направлено на упрощение и удешевление технологии.

Данная задача решается способом получения губчатого титана, легированного кислородом, включающим получение четыреххлористого титана с повышенным содержанием кислорода в виде кислородсодержащего соединения, восстановление четыреххлористого титана магнием и вакуумную сепарацию полученной реакционной массы, сущность которого заключается в том, что в качестве кислородсодержащего соединения используют окситрихлорид ванадия.

Причем окситрихлорид ванадия используют в виде чистого оксихлорида ванадия или в виде его раствора в четыреххлористом титане, являющегося продуктом ректификационной очистки четыреххлористого титана от ванадия.

В другом варианте реализации в качестве четыреххлористого титана с повышенным содержанием кислорода используют четыреххлористый титан, очищенный, до 0,01-0,2 мас.% ванадия в виде его окситрихлорида.

Существенным отличительным признаком заявляемого способа является то, что необходимое количество кислорода вводится в форме оксихлорида ванадия - соединения с неограниченной растворимостью в четыреххлористом титане.

Следует отметить, что оксихлорид ванадия практически всегда присутствует в четыреххлористом титане до его очистки, и, регулируя глубину очистки от ванадия, можно задавать требуемое содержание кислорода в титане.

Присутствие в губчатом титане соответствующего количества ванадия допускается во всех сплавах, а в сплавах, легированных ванадием существенно снижает стоимость лигатур.

В современных ректификационно-химических схемах очистки четыреххлористого титана от ванадия раствор оксихлорида ванадия в четыреххлористом титане получается в качестве попутного продукта.

При прочих равных условиях новый технологический прием и новый порядок выполнения операций обеспечивает достижение технического результата при осуществлении изобретения, который заключается в следующем:

упрощение процесса производства губчатого титана, легированного кислородом, вследствие исключения сложной операции приготовления титановой кислоты,

возможность получения строго заданного содержания кислорода в губчатом титане из-за неограниченной растворимости окситрихлорида ванадия в четыреххлористом титане,

снижение затрат на производство губчатого титана, легированного кислородом, вследствие исключения дополнительных операций по приготовлению титановой кислоты и удешевления операции очистки четыреххлористого титана от ванадия.

Необходимо учитывать и попутный результат, связанный с прямым введением в титан ванадия, минуя стадии получения пятиокиси и лигатуры алюминий-ванадий.

Пример 1. Процесс ректификационно-химической очистки четыреххлористого титана от примесей, согласно действующей технологической инструкции, проводили дозированием медного порошка в технический четыреххлористый титан для получения в фильтрате 0,002-0,010% ванадия в четыреххлористом титане. Далее в ректификационной и дистилляционной колоннах производилась окончательная очистка четыреххлористого титана с дозированием в куб дистилляционной колонны пульпы с низшими хлоридами титана с получением четыреххлористого титана, соответствующего ТУ-48-10-102-89, т.е. с содержанием ванадия в виде его окситрихлорида, определенного по методике СТП 05-01-340.2-86, не более 0,0005% макс, в соответствии с СТП 05-01-243-88.

Очищенный четыреххлористый титан с обычным для действующей технологии содержанием кислорода и ванадия накапливался в 2 промежуточных баках общей емкостью 16 т и передавался в отдельный приемный бак емкостью 64 т, а из него на дегазационную установку, из которой поступал в аппараты магниетермического восстановления и на последующую вакуумную сепарацию.

Технологический процесс получения губчатого титана осуществлялся согласно действующей технологической инструкции. Приемка обработанных блоков производилась в соответствии с действующим стандартом предприятия СТП-73-94. Далее осуществлялась комплексы товарных партий фракции -70+12 мм и -12+2 мм кричного губчатого титана.

Получили губчатый титан с содержанием кислорода 0,03 мас.%

Пример 2. Процесс ректификационно-химической очистки четыреххлористого титана от примесей, согласно действующей технологической инструкции, проводили дозированием медного порошка в технический четыреххлористый титан для получения в фильтрате 0,002-0,010% ванадия в четыреххлористом титане. Далее в ректификационной и дистилляционной колоннах но обычной схеме примера 1 производилась окончательная очистка четыреххлористого титана с дозированием в куб дистилляционной колонны пульпы с низшими хлоридами титана с получением четыреххлористого титана, соответствующего ТУ-48- 10-102-89, т.е. с содержанием ванадия в виде его окситрихлорида, определенного по методике СТП 05-01-340.2-86, не более 0,0005% макс, в соответствии с СТП 05-01-243-88.

Очищенный четыреххлористый титан с обычным для действующей технологии содержанием кислорода и ванадия в количестве 14400 кг накапливался в 2 отдельных промежуточных баках общей емкостью 16 т, в которые предварительно или по мере наполнения баков вводили 56 кг промежуточного продукта получения и очистки оксихлорида ванадия с содержанием 15% окситрихлорида ванадия в четыреххлористом титане. Смесь передавалась в отдельный приемный бак емкостью 64 т, а из него на дегазационную установку, из которой поступала в аппараты магниетермического восстановления и на последующую вакуумную сепарацию.

Технологический процесс получения губчатого титана осуществлялся согласно действующей технологической инструкции. Приемка обработанных блоков производилась в соответствии с действующим стандартом предприятия СТП-73-94. Далее осуществлялась комплектация товарных партий фракции -70+12 мм и -12+2 мм кричного губчатого титана.

Получили губчатый титан с содержанием кислорода 0,05 мас.%

Пример 3. На отдельной технологической нитке, включающей ректификационную и дистилляционную колонны, технологический режим очистки четыреххлористого титана осуществляли согласно действующей технологической и рабочей инструкций, за исключением дозировки пульпы с низшими хлоридами титана, а содержание ванадия в фильтрате очищенного четыреххлористого титана поддерживали в пределах 0,01-0,2% за счет дозирования медного порошка. Очищенный четыреххлористый титан соответствовал ТУ 48-10-102-89, за исключением содержания оксихлорида ванадия, которое соответствовало его содержанию в фильтрате и составляло 0.01-0,2 мас.% ванадия в четыреххлористом титане.

Четыреххлористый титан с повышенным содержанием кислорода и ванадия накапливался в 2 отдельных промежуточных баках и передавался в отдельный приемный бак емкостью 64 т, а из него на дегазационную установку, из которой поступал в аппараты восстановления.

Технологический процесс получения губчатого титана осуществлялся согласно действующей технологической инструкции. Приемка обработанных блоков производилась в соответствии с действующим стандартом предприятия СТП-73-94. Комплектация партий фракции -70+12 мм и -12+2 мм кричного губчатого титана осуществлялась отдельно от губки текущего производства.

Получили губчатый титан с содержанием кислорода 0,04-0,25 мас.%.

Таким образом, техническими приемами, предлагаемыми в заявляемом техническом решении, решается поставленная техническая задача - устраняются недостатки прототипа:

упрощается технология и оборудование для приготовления кислородсодержащего соединения и его введения в четыреххлористый титан и транспортировки по трубопроводам вследствие исключения сложных операций приготовления титановой кислоты, ее введения в очищенный четыреххлористый титан и транспортировки полученной смеси по трубопроводам при фиксированной температуре;

снижается стоимость очистки четыреххлористого титана за счет исключения операций и оборудования для получения и введения низших хлоридов титана, снижения расхода дорогостоящего медного порошка, вследствие чего снижаются и общие затраты на производство губчатого титана, легированного кислородом;

достигается возможность получения строго заданного равномерного содержания кислорода в губчатом титане в широких пределах.