устройство для магниетермического получения губчатого титана

Формула изобретения

Устройство для магниетермического получения губчатого титана, содержащее шахтную электропечь с аппаратом восстановления в виде реторты с крышкой, ложным дном и сливным устройством, выполненную с двумя рядами каналов для подачи охлаждающего воздуха, с каналами для вывода горячего воздуха и с отверстием в подине, отличающееся тем, что верхний ряд каналов для подачи охлаждающего воздуха расположен на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,10-0,12 ее высоты, второй ряд каналов для подачи охлаждающего воздуха расположен на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,25-0,27 ее высоты, каналы для вывода горячего воздуха расположены на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,35-0,45 ее высоты, а соотношение высоты реторты аппарата восстановления и высоты шахты электропечи составляет 0,85-0,95.

Описание изобретения к патенту

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

Известно устройство, изображенное в книге «Металлургия титана», В.В.Сергеев и др., М.: Металлургия, 1971 г., стр.174, рис.44, включающее электропечь с аппаратом восстановления, отверстием в подине печи с тепловым экраном, расположенным в нижней части отверстия, с каналами для подвода охлаждающего воздуха и отвода горячего воздуха. Аппарат восстановления герметизирован крышкой с патрубками и имеет небольшое ложное дно.

К недостаткам этого устройства относится следующее: каналы для подачи охлаждающего воздуха находятся весьма низко, вне зоны реакции восстановления тетрахлорида титана магнием. Следовательно, возможно прогорание реторты в зоне реакции, расположенной выше. Аппарат восстановления имеет весьма низкое ложное дно, что приводит к простоям аппарата из-за неделения магния и его хлорида. Перечисленные недостатки приводят к снижению производительности устройства магниетермического получения губчатого титана.

Наиболее близким к заявляемому устройству является схема установки восстановления четыреххлористого титана (тетрахлорид титана), изображенная в книге «Титан» В.А.Гармата и др., М.: Металлургия, 1983 г., стр.372, рис.104. Установка состоит из электропечи шахтного типа с отверстием в подине, каналами, подводящими холодный воздух, и каналами для вывода горячего воздуха. В печь установлен аппарат восстановления с крышкой и ложным днищем.

К недостаткам этой установки следует отнести низкое расположение каналов, подающих холодный воздух, что приводит к переохлаждению средней зоны аппарата и полному отсутствию охлаждения зоны реакции, расположенной под его крышкой. Отсутствие отвода тепла от зоны реакции приведет к прогоранию реторты, что значительно снизит производительность установки. Близкое расположение каналов отвода горячего воздуха (300°С) от низа аппарата приводит к значительному охлаждению нижней части аппарата, например до 750°С, что снизит производительность аппарата из-за неделения магния от его хлорида. Высокое ложное днище уменьшает реакционный объем аппарата, тем самым снижает его производительность.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение производительности устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для магниетермического получения губчатого титана, содержащем шахтную электропечь с аппаратом восстановления в виде реторты с крышкой, ложным дном и сливным устройством, выполненную с двумя рядами каналов для подачи охлаждающего воздуха, с каналами для вывода горячего воздуха и с отверстием в подине, новым является то, что верхний ряд каналов для подачи охлаждающего воздуха расположен на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,10-0,12 ее высоты, второй ряд каналов для подачи охлаждающего воздуха расположен на расстоянии 0,25-0,27 ее высоты; каналы для вывода горячего воздуха расположены на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,35-0,45 ее высоты, а соотношение высоты реторты аппарата восстановления и высоты шахты электропечи составляет 0,85-0,95.

Расположение верхнего ряда каналов для подачи охлаждающего воздуха от верха электропечи, составляющем 0,10-0,12 ее высоты, позволяет отводить экзотермическое тепло от зоны реакции тетрахлорида титана с магнием в начале процесса восстановления, тем самым предотвращается прогорание стенки реторты, за счет чего повышается производительность устройства.

Второй ряд каналов подачи охлаждающего воздуха расположен на расстоянии от верха электропечи, составляющем 0,25-0,27 ее высоты, обеспечивает охлаждение стенки аппарата восстановления во второй половине процесса, что исключает перегрев стенки аппарата и ее прогорание. Следовательно, такое расположение каналов второго ряда повышает производительность устройства.

Каналы для выхода горячего воздуха, расположенные на расстоянии от верха электропечи 0,35-0,45 ее высоты, находятся в верхней половине высоты электропечи. Следовательно, не может переохлаждаться дно аппарата восстановления, в результате чего возникает неделение магния от его хлорида. Следовательно, не будет остановок процесса. Производительность устройства повысится.

Соотношение высоты реторты, заглубленной в шахту электропечи, к ее высоте, равное 0,085-0,95, обеспечивает прогрев сливного устройства, через которое сливается хлорид магния, что обеспечивает бесперебойное проведение процесса восстановления тетрахлорида титана магнием. Следовательно, повышается производительность устройства.

Следовательно, все признаки заявляемого изобретения способствуют повышению производительности устройства для магниетермического получения губчатого титана.

Устройство для магниетермического получения губчатого титана изображено на чертеже.

Устройство состоит из шахтной электропечи 1, с каналами для подачи холодного воздуха 2 и каналами для отвода горячего воздуха 3, с отверстием в подине 4, аппарата восстановления 5, включающего реторту 6, крышку 7 с патрубками для заливки магния 8 и подачи тетрахлорида титана 9, с штуцерами для вакуумирования аппарата восстановления 10 и подачи аргона 11, ложным дном 12, сливным устройством 13, а отверстие в подине электропечи закрыто внутри него тепловым экраном 14.

Устройство для магниетермического получения губчатого титана работает следующим образом. Смонтированный аппарат восстановления 5 устанавливают в шахтную электропечь 1. Через штуцер 10 аппарат 5 вакуумируют, через штуцер 11 в аппарат задают аргон. Электропечь 1 нагревают до 800°С и через патрубок 8 в аппарат 5 заливают расплавленный магний в количестве 11 т. После чего патрубок 8 заглушают. Магний прогревают до 800°С и через патрубок 9 в аппарат 5 подают тетрахлорид титана. Взаимодействие тетрахлорида титана с магнием происходит с выделением большого количества тепла. Температура в зоне реакции поднимается до 1100°С. Чтобы не прожечь стенку аппарата 5 ее в период проведения процесса периодически охлаждают воздухом, который в начале процесса подают через верхний ряд каналов 2, а во второй половине процессов подают через нижний ряд каналов 2, так как уровень реакции понижается. В обоих случаях горячий воздух выходит через каналы 3.

Расположение верхнего ряда каналов 2 для подачи охлаждающего воздуха под крышкой 7 аппарата 5 на расстоянии от верха печи h₁, составляющем к высоте H₁ электропечи 0,12, позволяет надежно охлаждать стенку аппарата 5 в начале процесса восстановления тетрахлорида титана (TiCl₄ ) магнием (Mg), не допускать прогорание стенки аппарата 5, тем самым способствуя повышению производительности устройства.

Расположение нижнего ряда каналов 2 для подачи охлаждающего воздуха на расстоянии от верха печи h₂, составляющем к высоте электропечи H₁0,27, позволяет надежно охладить стенку аппарата 5 во второй половине процесса при понижении уровня реакции TiCl₄ с магнием Mg и не допускать прогорание стенки аппарата 5, тем самым повышая производительность устройства.

Уровень каналов на расстоянии h₃ для выхода горячего воздуха от верха электропечи, составляющем к высоте электропечи H₁ 0,45, не позволяет переохладить низ аппарата 5, способствует бесперебойному сливу хлорида магния из него, исключает неделение магния с его хлоридом, тем самым повышает производительность устройства.

Соотношение высоты Н₂ реторты 6, заглубленной в электропечь, к высоте Н₃ шахты электропечи, составляющее 0,85, позволяет не захолаживать дно реторты и вести процесс без остановки, то есть иметь высокую производительность устройства. Тому же способствует и тепловой экран 14, расположенный внутри отверстия подины печи.

В ходе процесса восстановления тетрахлорида титана магнием образуется хлорид магния, который периодически сливается через сливное устройство 13, на ложном днище 12 формируется блок губчатого титана массой 7 т, что на 2-4 т выше, чем в известных устройствах, описанных ранее и эксплуатируемых в отечественном производстве.