RU2111273C1

RU2111273C1 - Apparatus for spongy titanium production

Info

Publication number: RU2111273C1
Application number: RU95101408A
Authority: RU
Inventors: О.А. Путина; А.А. Путин
Original assignee: Акционерное общество "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния"
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1998-05-20
Also published as: RU95101408A

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: apparatus has condenser with cooler, vapor duct, integrated reduction-separation apparatus with drainage device placed in integrated electric furnace. The latter consists of casing, lining, and heaters. Furnace accommodates, on two horizontal levels, canals with pipes connected to manifolds and serving for air supply, furnace evacuation, and hot air discharge and is provided with electric sensors. Air-supply and air-discharge canals are disposed in lining at angle 25-35 deg. to lining surface tangent and are differently oriented with regard to levels. Manifolds are placed in the furnace lining, and temperature sensors are provided with sealed displacement equalizer. EFFECT: increased productivity. 1 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению титана магниетермическим способом. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of titanium by a magnetothermal method.

Известна электрическая вакуумная печь для сепарации губчатого титана [1] . Known electric vacuum furnace for the separation of sponge titanium [1].

Печь выполнена из герметичного цилиндрического кожуха, футеровки, нагревателей, термодатчиков, вакуумпровода. В этой печи возможно проводить лишь процесс вакуумной сепарации, но невозможно вести процесс восстановления. Следовательно, производительность печи недостаточно высока, т.к. в печь устанавливают охлажденный аппарат сепарации с реакционной массой и требуется время для его разогрева. Наиболее близким известным устройством для проведения совмещенного процесса восстановление-сепарация является устройство [2] (прототип). Оно состоит из конденсатора с холодильником, паропровода, совмещенного аппарата восстановления-сепарации, помещенного в совмещенную электропечь, состоящую из кожуха и футеровки, в которой размещены на двух горизонтальных уровнях каналы с патрубками для подвода воздуха и вакуумирования печи и для отвода горячего воздуха, соединенные с коллекторами, расположенными вне футеровки. В печь помещается совмещенный аппарат. Во время ведения процесса восстановления в совмещенном аппарате в верхний ряд каналов печи подается воздух. Из нижнего ряда он выходит. Аппарат имеет нижнее сливное устройство. The furnace is made of a sealed cylindrical casing, lining, heaters, temperature sensors, vacuum conduit. In this furnace, it is only possible to carry out a vacuum separation process, but it is not possible to carry out a reduction process. Therefore, the productivity of the furnace is not high enough, because a cooled separation apparatus with a reaction mass is installed in the furnace and time is required for its heating. The closest known device for conducting a combined process of recovery-separation is a device [2] (prototype). It consists of a condenser with a refrigerator, a steam pipe, a combined recovery-separation apparatus placed in a combined electric furnace consisting of a casing and a lining, in which channels with nozzles for supplying air and evacuating the furnace and for venting hot air, connected to collectors located outside the lining. A combined apparatus is placed in the oven. During the process of recovery in a combined apparatus, air is supplied to the upper row of channels of the furnace. He leaves the bottom row. The device has a lower drain device.

Во время ведения процесса вакуумной сепарации к верхнему патрубку подсоединяется вакуумная система, отверстие в подине заглушается металлическим колпаком. Аппарат с помощью паропровода подсоединяется к конденсатору, установленному в холодильнике. During the process of vacuum separation, the vacuum system is connected to the upper nozzle, the hole in the bottom is drowned out with a metal cap. The device is connected via a steam line to a condenser installed in the refrigerator.

Недостатком описанного устройства является плохая теплоизоляция пода печи, коллекторов печи, зон подвода и отвода воздуха. Размещение и теплоизоляция термодатчиков вообще отсутствует. Плохая теплоизоляция приводит к увеличению длительности процесса, следовательно, к уменьшению производительности устройства. The disadvantage of the described device is poor thermal insulation of the hearth of the furnace, the collectors of the furnace, the zones of supply and exhaust air. The placement and thermal insulation of temperature sensors is generally absent. Poor thermal insulation leads to an increase in the duration of the process, therefore, to a decrease in the productivity of the device.

Целью данного изобретения является увеличение производительности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для получения губчатого титана, включающем конденсатор с холодильником, паропровод, совмещенный аппарат восстановления-сепарации, помещенный в совмещенную электропечь, состоящую из кожуха и футеровки, в которой размешены на двух горизонтальных уровнях каналы с патрубками для подвода воздуха, вакуумирования печи и для отвода горячего воздуха, соединенные с коллекторами термодатчики, каналы для подвода и отвода воздуха расположены в футеровке под углом 25 - 35^o к касательной поверхности футеровки и имеют разную направленность по уровням, коллектора размещены в футеровке печи, а термодатчики снабжены герметичными компенсаторами перемещения.The aim of this invention is to increase the performance of the device. This goal is achieved by the fact that in the known device for producing sponge titanium, including a condenser with a refrigerator, a steam line, a combined recovery-separation apparatus, placed in a combined electric furnace, consisting of a casing and a lining, in which channels with supply pipes are placed at two horizontal levels air, vacuum furnace and for discharging the hot air temperature sensors are connected to the collectors of the channels for air supply and discharge are arranged in the lining at an angle of 25 - 35 ^o to the tangent erhnosti lining and have a different orientation at the levels collector arranged in the lining of the furnace, and temperature sensors provided with leakproof bellows displacement.

Размещение каналов подвода и отвода воздуха под углом 25 - 35^o к касательной поверхности футеровки и разная направленность их на уровнях ввода и вывода воздуха исключает большую потерю тепла через кожух печи путем излучения, обеспечивает равномерное охлаждение стенки аппарата по его периметру при ограничении количества каналов, подводящих воздух. При разной направленности каналов на уровнях подвода и отвода воздуха обеспечивается отвод горячего воздуха при ограничении количества отводящих каналов. Все эти меры направлены на лучшую теплоизоляцию печи, следовательно, на сокращение длительности процесса, на повышение производительности устройства.The placement of air supply and exhaust channels at an angle of 25 - 35 ^o to the tangent surface of the lining and their different directions at the air inlet and outlet levels eliminates large heat loss through the furnace casing by radiation, provides uniform cooling of the apparatus wall along its perimeter while limiting the number of channels supplying air. With different directivity of the channels at the levels of supply and exhaust air, hot air is discharged while limiting the number of exhaust channels. All these measures are aimed at better thermal insulation of the furnace, therefore, to reduce the duration of the process, to increase the productivity of the device.

Размещение коллектора в футеровке печи направлено на повышение теплоизоляции шахты печи, сокращение длительности процесса вакуумной сепарации, т. е. повышение производительности устройства. The placement of the collector in the furnace lining is aimed at increasing the thermal insulation of the furnace shaft, reducing the duration of the vacuum separation process, i.e., increasing the productivity of the device.

Снабжение термодатчиков герметичными компенсаторами перемещения также сокращает длительность их установки, следовательно, способствует повышению производительности устройства. The supply of temperature sensors with sealed expansion joints also reduces the duration of their installation, therefore, helps to increase the productivity of the device.

На чертеже изображено устройство для получения губчатого титана, включающее совмещенный аппарат восстановления-сепарации 1 со сливным устройством 2, помещенный в совмещенную электропечь 3, состоящую из кожуха 4, футеровки 5, в которой размещены на двух горизонтальных уровнях каналы 6, 7 соответственно для подвода воздуха и отвода воздуха под углом 25 - 35^o к касательной поверхности футеровки, противоположно направленные коллектора 8, 9, герметично размещенные в футеровке, термодатчики 10 с герметичными компенсаторами 11 перемещения, нагреватели 12, патрубки 13, 14. Совмещенный аппарат 1 паропроводом 15 соединен с конденсатором 16, помещенным в холодильник 17.The drawing shows a device for producing sponge titanium, comprising a combined recovery-separation apparatus 1 with a drain device 2, placed in a combined electric furnace 3, consisting of a casing 4, a lining 5, in which channels 6, 7 are placed on two horizontal levels for supplying air and air exhaust at an angle of 25 - 35 ^o to the tangent surface of the lining, oppositely directed collectors 8, 9, hermetically placed in the lining, temperature sensors 10 with hermetic expansion joints 11, heaters 12, pipes 13, 14. The combined apparatus 1 is connected by a steam line 15 to a condenser 16 placed in the refrigerator 17.

Устройство для получения губчатого титана работает следующим образом. В совмещенную электропечь 3 помещают совмещенный аппарат восстановления-сепарации 1 со сливным устройством 2. С помощью герметичных компенсаторов 10 перемещения (например сильфона) к стенке аппарата прижимают термодатчики. Затем включают нагреватели 11 электропечи 3 и разогревают аппарат 1 до 800^oC. В аппарат заливают 6,5 т магния, который разогревают до 800^oC и подают тетрахлорид титана со скоростью 350 кг/ч в количестве 16,0 т. Периодически сливают хлорид магния из аппарата через сливное устройство 2 по 700 кг. Во время ведения процесса температура стенки аппарата в зоне реакции поддерживается в пределах 780 - 850^oC с помощью охлаждающего воздуха, подаваемого через коллектор 8, нижний ряд каналов 6, наклоненных в горизонтальной плоскости к касательной поверхности футеровки под углом 25^o и выходящего через верхний ряд каналов 7, противоположно направленных каналам 6, но также под углом 25^o к касательной футеровки 5 в горизонтальной плоскости, коллектор 9 и патрубок 14. При этом воздух подают с большой скоростью, с которой справляются противоположно направленные каналы для его отвода из печи. Интенсивность охлаждения аппарата в зоне реакции способствует повышению его производительности. Охлаждение аппарата потоком воздуха, направленного под углом 25^o к касательной поверхности футеровки, происходит равномерно по всему периметру, т. е. процесс за счет плохого охлаждения стенки аппарата не задерживают, скорость подачи TiCl₄ не снижают из-за перегревов. Следовательно, производительность такого аппарата высокая. Периодически из аппарата во время ведения процесса восстановления сливают хлорид магния через сливное устройство 2 по 700 кг. По окончании процесса восстановления получают реакционную массу, в которую входит 4 т титана. По окончании процесса восстановления к совмещенному аппарату подсоединяют помещенный в холодильник 17 конденсатор 16 с помощью паропровода 15, заглушают патрубок 14, патрубок 13 подсоединяют к вакуумной системе, создают вакуум в конденсаторе, нагревают печь и аппарат 1 до 980^oC, отгоняют из губчатого титана под вакуумом магний и хлорид магния. После очистки титана совмещенный аппарат охлаждают и демонтируют. Размещение коллекторов внутри футеровки печи повышает ее теплоизоляционные свойства, способствует сокращению длительности процесса, повышению производительности устройства. Снабжение термодатчиков герметичными компенсаторами перемещения также повышает теплоизоляционные свойства печи, способствует сокращению длительности процесса и повышению производительности устройства. Размещение каналов под углом 25^o к касательной поверхности футеровки исключает потери тепла путем излучения, следовательно, сокращается длительность процесса, повышается производительность устройства.A device for producing sponge titanium works as follows. In a combined electric furnace 3, a combined recovery-separation apparatus 1 is placed with a drain device 2. Using pressure-tight expansion joints 10 (for example, a bellows), temperature sensors are pressed against the wall of the apparatus. Then, the heaters 11 of the electric furnace 3 are turned on and the apparatus 1 is heated to 800 ^° C. 6.5 tons of magnesium are poured into the apparatus, which is heated to 800 ^° C. and titanium tetrachloride is supplied at a rate of 350 kg / h in an amount of 16.0 tons. Chloride is periodically drained magnesium from the apparatus through a drain device 2 of 700 kg During the process, the temperature of the wall of the apparatus in the reaction zone is maintained within 780 - 850 ^o C using cooling air supplied through the manifold 8, the lower row of channels 6, inclined in the horizontal plane to the tangent surface of the lining at an angle of 25 ^o and exiting through the upper row channels 7, oppositely directed channels 6, but also at an angle of 25 ^o to the tangent of the liner 5 in a horizontal plane, the collector 9 and the nozzle 14. The air is supplied at high speed, which is opposite to cope eg lennye channels for its removal from the furnace. The intensity of the cooling apparatus in the reaction zone helps to increase its productivity. The cooling of the apparatus by air flow directed at an angle of 25 ^o to the tangent surface of the lining occurs uniformly around the entire perimeter, i.e., the process is not delayed due to poor cooling of the apparatus wall, the TiCl ₄ feed rate is not reduced due to overheating. Therefore, the performance of this machine is high. Periodically, magnesium chloride is drained from the apparatus during the recovery process through a drain device 2 of 700 kg. At the end of the recovery process receive a reaction mass, which includes 4 tons of titanium. At the end of the recovery process, a condenser 16 placed in the refrigerator 17 is connected to the combined apparatus using a steam line 15, the nozzle 14 is muffled, the nozzle 13 is connected to a vacuum system, a vacuum is created in the condenser, the furnace and apparatus are heated to 980 ^° C, and distilled from titanium sponge under vacuum magnesium and magnesium chloride. After cleaning the titanium, the combined apparatus is cooled and dismantled. Placing the collectors inside the lining of the furnace increases its thermal insulation properties, helps to reduce the duration of the process, to increase the productivity of the device. The supply of temperature sensors with hermetic expansion joints also increases the thermal insulation properties of the furnace, helps to reduce the process time and increase the productivity of the device. The placement of the channels at an angle of 25 ^o to the tangent surface of the lining eliminates heat loss by radiation, therefore, the duration of the process is reduced, the productivity of the device is increased.

Claims

A device for producing sponge titanium, including a condenser with a refrigerator, a steam line, a combined recovery-separation apparatus placed in a combined electric furnace, consisting of a casing and a lining, in which channels with nozzles for supplying air, evacuating the furnace and for removing hot water are placed on two horizontal levels air connected to the collectors, temperature sensors, characterized in that the channels for supplying and discharging air are located in the lining at an angle of 25 - 35 ^o to the tangent surface of the lining and have p different directional levels, the collectors are placed in the lining of the furnace, and the temperature sensors are equipped with sealed expansion joints.