УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ РЕТОРТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

Полезная модель относится к цветной металлургии, а именно к получению губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана, в частности, к подготовке оборудования - реторт для получения губчатого титана для нанесения термодиффузионного покрытия.
В практике получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана большое значение имеет качество получаемого губчатого титана по содержанию в нем примесей, в частности, примесей железа. Примеси железа переходят в губчатый титан из материала реторты. Для предотвращения загрязнения титана предусмотрено нанесение термодиффузионного покрытия на внутреннюю поверхность реторты с помощью специального устройства, позволяющего получить на внутренней поверхности реторты равномерное, сплошное диффузионное покрытие, прочно связанное с материалом реторты (ст. Диффузионное титанирование - перспективный способ защиты металлов и сплавов от коррозии. - Шаповалов В.П., Байдак Н.П., Ковальчук Г.Н., Горбунов Н.С. - Ж. Цветные металлы, 1974, №10, стр.66; ст. Получение губчатого титана повышенного качества - Шаповалов В.П., Поплавко В.Г., Вихарев А.Ф. и др. - Ж. Цветная металлургия, 1971, №8, стр.46-47; ст. Титанирование реакторов для магниетермического получения титана. - Шаповалов В.П., Поплавков В.Г. - Ж. Цветные металлы, 1971, №3, стр.64-66). В качестве металлизатора используют отходы губчатого титана.
Общим недостатком указанных устройств является низкое качество термодиффузионного покрытия за счет его окисления при монтаже и демонтаже установки при соприкосновении с воздухом при высоких температурах. Кроме того, устройство для нанесения термодиффузионного покрытия при высоких температурах скрепляется с металлической поверхностью реторты, отделение его от поверхности реторты требует больших затрат и качество нанесенного покрытия становится низкое. Процесс нанесения термодиффузионного покрытия на реторту проводят под вакуумом, который создают в реторте, а нагрев реторты в электропечи осуществляют без вакуума, поэтому в процессе нанесения термодиффузионного покрытия возможна деформация реторты под воздействием атмосферы воздуха снаружи.
Известна установка для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана (авт.свид. СССР №1750265, опубл. 10.07.2000 г, бюл.19), включающая электрическую печь, реторту с крышкой и фланцем для вакуумирования, в которую установлена съемная обечайка с металлизатором, выполненная в виде стакана с фланцем и с отверстием для вакуумирования, в стакан коаксиально установлена теплоизоляционная вставка с нагревательным элементом. На дно стакана приварена заглушка. Собранный аппарат помещают в электропечь. В реторте и в съемной обечайке создают вакуум. Данное изобретение позволяет повысить производительность за счет увеличения скорости насыщения и в 2-10 раз увеличить толщину термодиффузионного покрытия на внутренней поверхности реторты.
Недостатком устройства является низкое качество термодиффузионного покрытия за счет его окисления при монтаже и демонтаже установки при соприкосновении с воздухом. Кроме того, в данном изобретении предлагается увеличение производительности за счет установки дополнительного нагревательного элемента. Это приводит к дополнительным операциям по вакуумированию, как обечайки так и реторты, по установке и извлечению нагревательного элемента, т.е. к увеличению энерго- и трудозатрат. Кроме того, создание вакуума в реторте и в обечайке приведет к деформации реторты, так как в печи вакуум не создается. По этой причине данное устройство не нашло практической реализации.
Известна установка для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана (патент на полезную модель №74637, опубл. 10.07.2008, бюл.19), по количеству общих признаков принятая за ближайший аналог-прототип и включающая расположенные последовательно друг за другом ложемент, поворотное устройство, стенд для сборки реторты, вакуумную шахтную электропечь, устройство для охлаждения, при этом реторта выполнена с возможностью перемещения с помощью крана последовательно из устройства в устройство: ложемент - поворотное устройство - стенд для сборки реторты - вакуумная шахтная электропечь - устройство для охлаждения, при этом вакуумная линия соединена со стендом для сборки реторт и вакуумной печью, а линия подачи аргона - с вакуумной печью и устройством для охлаждения.
Недостатком данной установки является низкое качество термодиффузионного покрытия за счет загрязнения внутренней поверхности реторты маслами, пылью, твердыми и жидкими включениями при ее хранении и транспортировке. Устранение таких включений из реторты приводит к необходимости вхождения обслуживающего технологического персонала внутрь реторты, что в свою очередь повышает опасность проведения работ и приводит к нарушению техники безопасности.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить качество термодиффузионного покрытия за счет устранения масел, пыли, твердых и жидких включений с внутренней поверхности реторты путем тщательной промывки внутренней поверхности реторты моющим раствором. Кроме того, за счет применения дополнительного оборудования исключается использование ручного труда и улучшается техника безопасности.
Технический результат достигается тем, что предложена установка для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана, включающая реторту, ложемент, поворотное устройство, стенд для сборки реторты, вакуумную электропечь, устройство для охлаждения, вакуумную линию, линию подачи аргона, съемную обечайку с полочками и с металлизатором, новым является то, что она содержит емкость для приготовления моющего раствора, центробежный насос, емкость для сбора отработанного моющего раствора, ванну для сбора и декантации отработанного моющего раствора, насадок-смеситель с патрубком для подачи сжатого воздуха, линию подачи моющего раствора, линию подачи отработанного моющего раствора, линию подачи очищенного от твердых взвесей отработанного моющего раствора и запорную арматуру, при этом емкость для приготовления моющего раствора соединена с одной стороны с помощью линии подачи моющего раствора с насадком-смесителем, а с другой стороны с ванной для сбора и декантации отработанного моющего раствора, емкость для сбора моющего раствора соединена с помощью линию подачи с ванной для сбора и декантации отработанного моющего раствора, а патрубок насадка-смесителя соединен с источником подачи сжатого воздуха.
Кроме того, она снабжена поддоном для улавливания крупных твердых включений, размещенного в ванне для сбора и декантации отработанного моющего раствора.
Кроме того, она содержит фильтр, размещенный на линии подачи отработанного моющего раствора от емкости для сбора моющих растворов с ванной для сбора и декантации отработанных моющих растворов.
Кроме того, она содержит уровнемер, размещенный на емкости приготовления моющего раствора.
Предложенная технологическая линия позволяет повысить качество термодиффузионного покрытия за счет устранения масел, пыли, твердых и жидких включений с внутренней поверхности реторты путем тщательной промывки внутренней поверхности реторты моющим раствором. Кроме того, за счет применения дополнительного оборудования исключается использование ручного труда и улучшается техника безопасности.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующихся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам установки для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителю техническому результату отличительных признаков в заявленной установке. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
На фиг.1 показана установка для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана, включающая реторту 1, ложемент 2, поворотное устройство 3, стенд для сборки реторты 4, вакуумную электропечь 5, устройство 6 для охлаждения, вакуумную линию 7, линию подачи аргона 8, съемную обечайку 9 с полочками 10 и с металлизатором 11, емкость 12 для приготовления моющего раствора, центробежный насос 13, емкость 14 для сбора отработанного моющего раствора, ванну 15 для сбора и декантации отработанного моющего раствора, насадок-смеситель 16 с патрубком 17 для подачи сжатого воздуха, линию 18 подачи моющего раствора, линию подачи 19 отработанного моющего раствора, линию 20 подачи очищенного от твердых взвесей отработанного моющего раствора, запорную арматуру 21, источник 22 для подачи сжатого воздуха, поддон 23 для улавливания твердых частиц, фильтр 24, уровнемер 25 и мостовой кран 26.
Пример работы установки для нанесения термодиффузионного покрытия на поверхность реторты для получения губчатого титана.
3
3
3
3
3
Электромостовым краном 26 реторту 1 укладывают на вращающийся ложемент 2, где производят очистку внутренней поверхности реторты 1 от масляных, пылевых и твердых загрязнений, которые возникают в процессе транспортировки реторты 1 с завода-изготовителя. Емкость 12 для приготовления моющего раствора соединяют с одной стороны трубопроводной линией 18 подачи моющего раствора с насадком-смесителем 16, а с другой стороны - с помощью линии 20 с ванной 15 для сбора и декантации отработанного моющего раствора. Подачу моющего раствора осуществляют с помощью насоса 13 центробежного типа. Патрубок 17 насадка-смесителя 16 для подачи сжатого воздуха подсоединяют к источнику сжатого воздуха 22. В ванну 15 для сбора и декантации устанавливают поддон 23 для улавливания крупных твердых включений, а на линии 19, соединяющей емкость 14 для сбора промывных вод с ванной 15 для сбора и декантации, размещают сетчатый фильтр 24 марки с размером ячеек 1 мм. В емкость 12 для приготовления моющего раствора заливают 1 м очищенной воды по уровнемеру 25 и добавляют в нее 20 г/л моющего средства марки «Выбор-3(3М) (ТУ 9144-02-0121858111-2004), а также очищенный от твердых взвесей моющий раствор в количестве 0,7 м. Включают насос 13 центробежного типа и в режиме рециркуляции производят перемешивание раствора не менее 30 минут. Затем по линии 18 в реторту 1 с помощью насоса 13 в насадок-смеситель 16 подают моющий раствор в количестве 0,2 м/час, в который также подают сжатый воздух через патрубок 17 от источника 22 сжатого воздуха в количестве 1,5 м/час и раствора в количестве 2 м/час. Гидрообработку внутренней поверхности реторты 1 для смыва загрязнений и очистки поверхности проводят до полного исключения в моющем растворе мелкодисперсных включений (визуально). Затем, переключая вентили 21, отключают насос 13, и реторту 1 подают в последующий цикл для нанесения термодиффузионного покрытия, а отработанный моющий раствор непрерывно собирают в емкости 14 и затем подают по линии 19 через фильтр 24 в ванну 15 для сбора и декантации отработанного моющего раствора. Отработанный раствор отстаивают в течение 1,5 час, и очищенный от твердых взвесей моющий раствор подают по линии 20 с помощью центробежного насоса 13 в емкость 12 для приготовления моющего раствора. Твердый осадок, осажденный на поддоне 23, удаляют из ванны 15 в отвал.
Реторту 1 после очистки с помощью поворотного устройства 3 переводят в вертикальное положение и устанавливают на стенд 4 для сборки реторты 1. Во внутрь реторты 1 устанавливают съемную обечайку 9 с полочками 10, на которых размещен металлизатор 11 в виде титановой губки. Для нанесения защитного термодиффузионного покрытия на внутреннюю поверхность реторты 1 диаметром 1,6 м и высотой 3,8 м для получения губчатого титана, выполненной из нержавеющей стали Х18Н10Т, применяют металлизатор 11 - губчатый титан марки ТГ-ТВ (ГОСТ 17746, регламентированного состава, а именно массовой доли хлора - не более 0,5%, железа - не более 2,1%, азота - не более 1,1%). Съемная обечайка 9 представляет собой цилиндрическую полую емкость с наружным диаметром 1,4 м и внутренним диаметром 0,9 м, высотой 2,9 м, на наружной поверхности которой размещены стальные полочки 10 шириной 0,47 м с ребрами жесткости. На полочки 10 вручную раскладывают металлизатор 11 в виде кусков губчатого титана крупностью около 70 мм. Реторту 1 закрывают герметичной крышкой. Собранную реторту 1 проверяют на герметичность в стенде 4 путем открытия запорного устройства вакуумной системы 7 и откачки воздуха через отверстие во фланца крышки. Проверенную на герметичность реторту 1 устанавливают электромостовым краном 26 в вакуумную печь 5 типа СШВ мощностью 410 кВт, соединяют с системой вакуумирования 7 путем открытия вентиля, откачивают воздух из шахтной вакуумной печи до 5,3-13,3 кПа и реторты 1 до 15 кПа. После откачки воздуха включают электронагреватели вакуумной печи 5 на разогрев реторты 1 до температуры 1000°, выдерживают при температуре 950-1030°С в течение 15 часов, при этом абсолютное давление в реторте 1 во время высокотемпературной выдержки поддерживают в пределах 9,3-133 Па. После окончания высокотемпературной выдержки реторту 1 отсоединяют от системы вакуумирования 7 - от насоса ВН-6Г и подключают патрубок крышки к линии подачи аргона 8 путем открытия запорной арматуры. Реторту 1 заполняют аргоном (ГОСТ 10157) до избыточного давления 9,8-29,4 кПа. Затем реторту 1 краном 26 извлекают из вакуумной печи 5 и устанавливают в устройство для охлаждения 6. В реторту 1 задают через патрубок крышки дополнительное количество аргона. Охлаждение проводят водой, которую подают через патрубок водоохлаждаемой рубашки в течение 3 часов и выводят ее через патрубки. Затем закрывают патрубки, и воду начинают подавать через отверстия рубашки непосредственно на реторту 1. Слив воды осуществляют через нижний патрубок, а водяные пары удаляют через верхний патрубок. Общая продолжительность охлаждения реторты 1 составляет 15 часов. В течение этого времени реторта 1 охлаждается до температуры 50°С. После охлаждения реторту 1 направляют на демонтаж. Для этого снимают крышку с реторты 1, извлекают съемную обечайку 9, удаляют с полочек 10 окисленный титан - металлизатор 11. Реторту 1 направляют на процесс получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана.
Таким образом, предложенная установка для нанесения термодиффузионного покрытия позволяет повысить качество термодиффузионного покрытия за счет устранения масел, пыли, твердых и жидких включений с внутренней поверхности реторты путем тщательной промывки внутренней поверхности реторты моющим раствором. Кроме того, за счет применения дополнительного оборудования исключается использование ручного труда и улучшается техника безопасности.