УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

Полезная модель относится к области металлургии, в частности, к установкам для магниетермического получения губчатого титана.
6
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой установке является установка для получения губчатого титана (см. п. Украины №31069А, МПК С 22 В 34/12, заявл. 07.07.98 г., опубл. 15.12.2000 г.), включающая установленный в электрической печи реактор с крышкой, снабженной центральным патрубком с фланцем, размещенный в холодильнике и снабженный вакуумпроводом конденсатор с крышкой, снабженной центральным патрубком с фланцем, паропровод, соединяющий реактор и конденсатор и выполненный в виде трубы, и систему автономного прямого нагрева паропровода, содержащую источник низковольтного напряжения с двумя токовводами, шинопровод и два клеммных соединения, электрически соединенные с концами паропровода. Паропровод соединен с фланцами центральных патрубков крышек реактора и конденсатора методом электросварки. Клеммные соединения системы автономного прямого нагрева паропровода размещены на крышках реактора и конденсатора соответственно и с помощью шинопровода подсоединены к токовводам источника низковольтного напряжения.
Известная установка работает следующим образом. После проведения в реакторе процесса восстановления тетрахлорида титана магнием осуществляют вакуумную сепарацию полученной титансодержащей реакционной массы. Для этого паропроводом соединяют реактор, установленный в электрической печи, и конденсатор, размещенный в холодильнике, приваривая концы паропровода к фланцам центральных патрубков крышек реактора и конденсатора соответственно. Клеммные
соединения, размещенные на крышках реактора и конденсатора, с помощью шинопровода подключают к токовводам источника низковольтного напряжения.
Вакуумпровод, установленный в крышке конденсатора, подсоединяют к вакуумблоку и производят откачку воздуха из внутреннего пространства установки. Включают охлаждение поверхности конденсатора в холодильнике и одновременно включают нагрев реактора в электрической печи. Включают питание источника низковольтного напряжения для нагрева паропровода. При нагревании реактора до температуры 1000-1020°С происходит очистка титансодержащей реакционной массы от дихлорида магния и металлического магния, которые испаряются, по паропроводу поступают в конденсатор, где конденсируются и накапливаются в виде твердой фазы. После окончания процесса вакуумной сепарации установку демонтируют, отрезая паропровод от фланцев центральных патрубков крышек реактора и конденсатора соответственно.
Недостатком известной установки является неравномерная температура паропровода по его длине и, следовательно, нестабильная температура паровой среды в нем, что обуславливает возможность осаждения паров в паропроводе и на выходе из него и приводит к его забиванию. Это объясняется следующим.
В процессе вакуумной сепарации полученной титансодержащей массы реактор нагревают до температур 1000-1020°С, а конденсатор охлаждают в холодильнике. Минимальная температура, которая должна поддерживаться в любой точке паропровода, должна быть выше температуры конденсации паров магния и дихлорида магния, т.е. должна быть не ниже 720-750°С.
В известной установке паропровод включен в электрическую схему последовательно, по всей его длине проходит одинаковый ток, что обуславливает выделение одинакового количества теплоты для нагрева паропровода. Но, поскольку один конец паропровода установлен в крышке нагреваемого реактора, а другой - в крышке охлаждаемого конденсатора,
температура паропровода по его длине, а, следовательно, и температура паровой среды в нем, существенно изменяются. Т.е. происходит перегрев паропровода со стороны, подсоединенной к реактору, что приводит к повышенным затратам электроэнергии. Либо, если паропровод нагревать до более низкой температуры, в паропроводе, на участке, примыкающем к конденсатору, могут осаждаться магний и дихлорид магния, что приводит к забиванию паропровода, ухудшению условий проведения вакуумной сепарации и необходимости проведения трудоемкой операции очистки паропровода.
Кроме того, при включении системы автономного прямого нагрева паропровода участок паропровода, примыкающий к конденсатору, нагревается в меньшей степени, поскольку происходит его охлаждение за счет более низкой температуры центрального патрубка крышки конденсатора. Соответственно, снижается температура паровой среды на участке паропровода, примыкающем к центральному патрубку, и на выходе паровой среды из паропровода в конденсатор. Это также приводит к забиванию паропровода со стороны конденсатора, ухудшению условий проведения вакуумной сепарации и необходимости демонтажа установки для очистки паропровода. Вследствие этого процесс вакуумной сепарации в известной установке характеризуется низкой эффективностью.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования установки для получения губчатого титана, в которой введение новых конструктивных элементов и наличие новых связей между элементами установки обеспечивают выравнивание температуры паропровода и, следовательно, стабилизацию температуры паровой среды в нем, что позволяет оптимизировать процесс вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы и за счет этого повысить эффективность сепарации при одновременном снижении энергозатрат на производство губчатого титана.
Поставленная задача решается тем, что в установке для получения губчатого титана, включающей установленный в электрической печи
реактор с крышкой, снабженной центральным патрубком с фланцем, размещенный в холодильнике и снабженный вакуумпроводом конденсатор с крышкой, снабженной центральным патрубком с фланцем, паропровод, соединяющий реактор и конденсатор и выполненный в виде трубы, и систему автономного прямого нагрева паропровода, содержащую источник низковольтного напряжения с двумя токовводами, шинопровод и два клеммных соединения, электрически соединенные с концами паропровода, новым, согласно заявляемой полезной модели, является то, что установка дополнительно содержит элемент термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, а система автономного прямого нагрева паропровода снабжена дополнительным клеммным соединением, расположенным на паропроводе между его концами, причем первый токоввод источника низковольтного напряжения соединен с клеммными соединениями, электрически соединенными с концами паропровода, а второй - с дополнительным клеммным соединением.
Новым также является то, что элемент термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, выполнен в виде электронагревателя, размещенного на крышке конденсатора.
Новым также является то, что элемент термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, выполнен в виде стакана с фланцем, установленного в центральном патрубке крышки конденсатора, соединенного с центральным патрубком посредством фланцев и герметично соединенного в нижней части с концом паропровода.
Новым также является то, что между стаканом и паропроводом установлена вставка из электроизоляционного материала.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Заявляемое конструктивное выполнение установки для получения губчатого титана, а именно:
- введение в установку элемента термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору;
- введение в систему автономного прямого нагрева паропровода дополнительного клеммного соединения, расположенного на паропроводе между его концами;
- соединение первого токоввода источника низковольтного напряжения с клеммными соединениями, электрически соединенными с концами паропровода, а второго - с дополнительным клеммным соединением в совокупности с известными признаками полезной модели обеспечивают выравнивание температуры паропровода и, следовательно, стабилизацию температуры паровой среды в нем, что позволяет оптимизировать процесс вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы и за счет этого повысить эффективность сепарации при одновременном снижении энергозатрат на производство губчатого титана.
Введение в установку элемента термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, предотвращает охлаждение паропровода в месте его контакта с центральным патрубком крышки конденсатора, что способствует выравниванию температуры паропровода и, следовательно, исключает возможность осаждения в паропроводе и на выходе из него магния и дихлорида магния.
Введение в систему автономного прямого нагрева паропровода дополнительного клеммного соединения, расположенного на паропроводе между его концами и соединение первого токоввода источника низковольтного напряжения с клеммными соединениями, электрически соединенными с концами паропровода, а второго - с дополнительным клеммным соединением позволяет повысить эффективность вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы за счет выравнивания температуры паропровода и, следовательно, стабилизации температуры паровой среды в нем. Это объясняется следующим.
В заявляемой установке участок паропровода между клеммным соединением, электрически соединенным с концом паропровода, размещенным в крышке реактора, и клеммным соединением, размещенным на паропроводе, (участок А) и участок паропровода между клеммным соединением, электрически соединенным с концом паропровода, размещенным в крышке конденсатора, и клеммным соединением, размещенным на паропроводе, (участок Б) включены в электрическую схему параллельно. Поэтому напряжение на всех участках одно и то же, а общая сила тока определяется токами, протекающими по каждому участку паропровода. Количество теплоты, выделяющейся при прохождении тока по каждому участку паропровода, прямо пропорционально квадрату силы тока. Следовательно, в заявляемой установке может быть реализован разный нагрев участков паропровода для выравнивания температуры паропровода и стабилизации температуры паровой среды в нем.
Положение дополнительного клеммного соединения на паропроводе, обеспечивающее больший нагрев участка Б паропровода по сравнению с нагревом участка А паропровода, который дополнительно нагревается парами, выходящими из реактора, установлено экспериментально. Такое выполнение установки позволяет поддерживать температуру паровой среды в каждой точке паропровода на уровне, минимально допустимом для исключения конденсации паров магния и дихлорида магния в паропроводе, т.е. в пределах 720-750°С. Это обеспечивает оптимизацию процесса вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы, поскольку исключает возможность осаждения в паропроводе и на выходе из него магния и дихлорида магния, а также позволяет снизить энергозатраты на производство губчатого титана
Элемент термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, может быть выполнен в виде электронагревателя, размещенного на крышке конденсатора. При включении электронагревателя происходит разогрев крышки конденсатора и центрального патрубка,
соединенного с паропроводом, что позволяет предотвратить охлаждение паропровода в месте его соединения с центральным патрубком и, следовательно, исключает возможность осаждения в паропроводе и на выходе из него магния и дихлорида магния.
Элемент термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, может быть выполнен в виде стакана с фланцем, размещенного в центральном патрубке крышки конденсатора, соединенного с центральным патрубком посредством фланцев и герметично соединенного в нижней части с концом паропровода. При включении системы автономного прямого нагрева паропровода электрическим током нагревается не только паропровод, но и стакан, герметично соединенный с концом паропровода. За счет этого предотвращается охлаждение участка паропровода, примыкающего к конденсатору, что способствует выравниванию температуры паропровода и, следовательно, исключает возможность осаждения в нем магния и дихлорида магния.
Между стаканом и паропроводом может быть установлена вставка из электроизоляционного материала для исключения возможности электрического контакта стакана с паропроводом в любом другом месте, кроме герметичного соединения их в нижней части, что исключает возможность короткого замыкания и повышает надежность установки.
Таким образом, заявляемое конструктивное выполнение установки для получения губчатого титана обеспечивает выравнивание температуры паропровода и, следовательно, стабилизацию температуры паровой среды в нем, что позволяет оптимизировать процесс вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы и за счет этого повысить эффективность сепарации при одновременном снижении энергозатрат на производство губчатого титана.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид заявляемой установки с элементом термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, в
виде электронагревателя, на фиг.2 - то же с элементом термостабилизации участка паропровода, примыкающего к конденсатору, в виде стакана.
Установка для получения губчатого титана содержит реактор 1 с крышкой 2, снабженной центральным патрубком 3, установленный в электрической печи 4, размещенный в холодильнике 5 и снабженный вакуумпроводом 6 конденсатор 7 с крышкой 8, снабженной центральным патрубком 9, паропровод 10, соединяющий реактор 1 и конденсатор 7 и выполненный в виде трубы, и систему 11 автономного прямого нагрева паропровода 10, содержащую источник 12 низковольтного напряжения с двумя токовводами 13 и 14, шинопровод 15 и клеммные соединения 16, 17 и 18. Центральные патрубки 3 и 9 снабжены фланцами 19 и 20 соответственно.
Установка содержит также элемент 21 термостабилизации участка паропровода 10, примыкающего к конденсатору 7.
Элемент 21 может быть выполнен в виде электронагревателя, размещенного на крышке 8 конденсатора 7. При этом один конец паропровода 10 соединен с фланцем 19 центрального патрубка 3 крышки 2 реактора 1, а другой конец паропровода 10 соединен с фланцем 20 центрального патрубка 9 крышки 8 конденсатора 7 (см. фиг.1).
Элемент 21 может быть выполнен в виде стакана 22 с фланцем 23, размещенного в центральном патрубке 9. При этом фланец 23 стакана 22 соединен с фланцем 20 патрубка 9. Один конец паропровода 10 соединен с фланцем 19 центрального патрубка 3 крышки 2 реактора 1, а другой конец паропровода 10 размещен в стакане 22 и герметично соединен с ним в нижней части (см. фиг.2).
Клеммные соединения 16 и 17, электрически соединенные с концами паропровода 10, могут быть размещены на крышках 2 и 8 реактора 1 и конденсатора 7 соответственно, или концах паропровода 10 в местах его соединения с фланцами 19 и 20 центральных патрубков 3 и 9 (как указано на фиг.1), или на стакане 22 и на конце паропровода 10 в месте его соединения
с фланцем 19 центрального патрубка 3 (как указано на фиг.2). Клеммные соединения 16 и 17 с помощью шинопровода 15 подключены к токовводу 13 источника 12 низковольтного напряжения. Клеммное соединение 18 размещено на паропроводе 10 между его концами и с помощью шинопровода 15 подключено к токовводу 14 источника 12 низковольтного напряжения. Между стаканом 22 и паропроводом 10 может быть установлена вставки 24 из электроизоляционного материала. В качестве электроизоляционного материала может быть использован любой электроизоляционный материал, характеризующийся необходимой термостойкостью, прочностью и жесткостью.
Заявленная установка для получения губчатого титана работает следующим образом.
В реакторе 1 известным способом осуществляют процесс восстановления тетрахлорида титана магнием. После завершения восстановления осуществляют вакуумную сепарацию полученной реакционной массы. Для этого паропроводом 10 соединяют реактор 1, установленный в электрической печи 4, и конденсатор 7, размещенный в холодильнике 5.
При использовании в качестве элемента 21 термостабилизации участка паропровода 10, примыкающего к конденсатору 7, электронагревателя концы паропровода 10 подсоединяют к фланцам 19 и 20 центральных патрубков 3 и 9 соответственно, а электронагреватель размещают на крышке 8 конденсатора 7 (см. фиг.1).
При использовании в качестве элемента 21 термостабилизации участка паропровода 10, примыкающего к конденсатору 7, стакана 22 один конец паропровода 10 размещают в стакане 22, герметично соединяя их в нижней части. Стакан 22 устанавливают в центральный патрубок 9, размещенный в крышке 8 конденсатора 7, и соединяют с центральным патрубком 9, сваривая фланцы 23 и 20, которыми снабжены стакан 22 и центральный патрубок 9 соответственно. Между стаканом 22 и
паропроводом 10 устанавливают вставку 24 из электроизоляционного материала. Другой конец паропровода 10 соединяют с фланцем 19 центрального патрубка 3. (см. фиг.2).
К крышкам 2 и 8, или к концам паропровода 10 в местах его соединения с фланцами 19 и 20 центральных патрубков 3 и 9 (как указано на фиг.1), или к стакану 22 и концу паропровода 10 в месте его соединения с центральным патрубком 3 (как указано на фиг.2) приваривают клеммные соединения 16 и 17 соответственно, которые с помощью шинопровода 15 подключают к токовводу 13 источника 12 низковольтного напряжения. Клеммное соединение 18 приваривают к паропроводу 10 между его концами в месте, установленном экспериментально, и с помощью шинопровода 15 подключают к токовводу 14 источника 12 низковольтного напряжения.
Вакуумпровод 6, установленный в конденсаторе 7, подсоединяют к вакуумблоку и производят откачку воздуха из внутреннего пространства установки. Включают охлаждение поверхности конденсатора 7 в холодильнике 5 и одновременно включают нагрев реактора 1 в электрической печи 4. Включают питание источника 12 низковольтного напряжения для нагрева паропровода 10.
При использовании в качестве элемента 21 электронагревателя включают также его питание. При этом происходит разогрев крышки 8 конденсатора 7 и центрального патрубка 9, соединенного с паропроводом 10, что позволяет предотвратить охлаждение участка паропровода 10, примыкающего к конденсатору 7, и, следовательно, исключает возможность осаждения в паропроводе 10 и на выходе из него магния и дихлорида магния.
При использовании в качестве элемента 21 стакана 22 при включении системы 11 автономного прямого нагрева паропровода 10 электрическим током нагревается не только паропровод 10, но и стакан 22, герметично соединенный с концом паропровода 10. За счет этого предотвращается охлаждение участка паропровода 10, примыкающего к конденсатору 7, что
способствует выравниванию температуры паропровода 10 и, следовательно, исключает возможность осаждения в нем магния и дихлорида магния.
При нагревании паропровода 10 заявляемой системой 11 автономного прямого нагрева паропровода 10 обеспечивается выравнивание температуры паровой среды на всех участках паропровода 10 и поддержание ее на уровне 720-750°С. При нагревании реактора 1 до температуры 1000-1020°С происходит очистка титансодержащей реакционной массы от дихлорида магния и металлического магния, которые испаряются, по паропроводу 10 поступают в конденсатор 7, где конденсируются и накапливаются в виде твердой фазы. При этом за счет выравнивания температуры паропровода 10 на всех участках и стабилизации температуры паровой среды в нем на необходимом и достаточном уровне исключается возможность осаждения дихлорида магния и магния в паропроводе 10 и на выходе из него, что предотвращает его забивание.
Таким образом, заявленная установка для получения губчатого титана обеспечивает выравнивание температуры паропровода и стабилизацию температуры паровой среды в нем, что позволяет оптимизировать процесс вакуумной сепарации титансодержащей реакционной массы и за счет этого повысить эффективность сепарации при одновременном снижении энергозатрат на производство губчатого титана.
Заявленная установка была испытана в промышленных условиях. В результате опытно-промышленных испытаний было установлено, что в заявленной установке за счет выравнивания температуры паропровода исключается возможность осаждения в паропроводе и на выходе из него магния и дихлорида магния, что предотвращает забивание паропровода и исключает необходимость демонтажа установки для очистки паропровода.