Установка для получения порошка из титановой губки и способ его получения
INSTALLATION FOR RECEIVING THE POWDER FROM THE TITANIUM SPONGE AND THE METHOD OF ITS OBTAINING

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к области получения порошков титана.
Известны установка для получения порошка из титановой губки и способ его получения (кн. Титан. Гармата В.А., Петрунько А.Н., Олесов Ю.Г., Сандлер Р.А., Галицкий Н.В. М.: Металлургия, 1983, стр. 487-501). Установка включает магнитный сепаратор, измельчитель в виде шаровой, вибрационной или вихревой мельницы, седиментационный разделитель (механическое сито) для разделения порошков на фракции, емкость для выщелачивания, печь для сушки и емкость для сбора порошка титана. Для работы установки предложен способ, который включает магнитную сепарацию и рассев порошков титана на фракции, измельчение их в шаровых мельницах, разделение на фракции, выщелачивание водой или раствором соляной кислоты, сушку порошка и комплектование товарных партий.
Недостатком указанных установки для получения порошка из титановой губки и способа его получения является то, что применение в качестве устройства для измельчения порошков титана шаровой, вибрационной или вихревой мельницы не позволяет интенсифицировать процесс измельчения из-за длительности процесса измельчения (процесс измельчения длится 6-20 часов), что приводит к снижению производительности способа и установки. Кроме того, при длительном времени измельчения происходит нагрев порошков титана и частое их возгорание, что создает риск возникновения пожаро- и взрывоопасной ситуации в цехе. В результате выход годных партий порошков снижается, снижается и качество порошков титана.
Известны установка для получения порошка из титановой губки и способ его получения (ст. Получение порошков титана термохимической переработкой губчатого титана. Петрунько А.Н., Дробенко В.А. Ж. Титан, №1, 2005 г, стр. 17-23). Установка для получения порошка из титановой губки включает барабанные магнитные сепараторы, дробилку типа ДГТ для измельчения губчатого титана, классификаторы для рассева порошков на фракции. Дробилка для губчатого титана типа ДГТ включает корпус, зубчатые накладки, ротор, рифленую плиту, неподвижный нож, лоток. Для получения порошков титана используют пористый титан фракции -12+2 мм, который подвергают магнитной сепарации на барабанных магнитных сепараторах и проводят классификацию их на фракции, доизмельчение порошков на дробилке губчатого титана типа ДГТ с последующим рассеиванием и повторной классификацией на фракции. Крупную фракцию направляют вновь на доизмельчение, а мелкую фракцию рассеивают на фракции более 1 мм и менее 1 мм. Фракцию более 1 мм упаковывают и направляют потребителю, а фракцию менее 1 мм вновь рассеивают на фракции -1+0,63 мм и -0,63 мм и направляют на гидрометаллургическую обработку растворами азотной или соляной кислоты, водную отмывку и дополнительную сепарацию на валковых магнитных сепараторах с отделением из порошков железосодержащих отходов. Затем порошки сушат, упаковывают и направляют потребителю.
Недостатком указанных установки для получения порошка из титановой губки и способа его получения является то, что при измельчении порошков титана на дробилке для губчатого титана типа ДГТ при быстром истирании происходит возгорание порошков. В результате выход годных партий порошков очень низкий. При этом происходит нарушение техники безопасности и риск возникновения пожароопасных ситуаций.
Известны установка для получения порошков губчатых металлов, например губчатого титана, и способ их получения (Авт. свид. СССР №1014661, опубл. 30.04.1983, бюл. №16), по количеству общих признаков принятые за ближайшие аналоги - прототипы. Установка для получения порошков губчатых металлов, например губчатого титана, включает загрузочное устройство с люком для загрузки порошков титана в секции загрузочного устройства, молотковую дробилку, соединенную с загрузочным устройством и с разгрузочным трубопроводом. Циклон снабжен бункером с нижним патрубком для подачи на доизмельчение порошков титана в загрузочное устройство, классификатором, размещенным внутри циклона, и нижним, боковым и верхним патрубками. При этом нижний патрубок соединен через управляемый клапан с загрузочным устройством, боковой патрубок - с разгрузочным трубопроводом, а верхний патрубок - с емкостью для сбора порошков титана. Разгрузочный патрубок соединен одной стороны с источником подачи аргона, с другой стороны - с боковым патрубком циклона и с молотковой дробилкой. Загрузочное устройство выполнено в виде кожуха и секционного барабана, разделенного на секции, и снабжено управляемым клапаном и вакуумным насосом, причем секции барабана расположены в плоскости, параллельной его оси вращения, а кожух связан с вакуумным насосом и бункером циклона через управляемый клапан. Способ получения порошков титана включает загрузку губчатого титана или кусковых отходов титана через люк в одну из секций загрузочного устройства. Секцию поворачивают на 90° по часовой стрелке, отсекают от атмосферы (создают герметичность), включают управляемый клапан и вакуумный насос, производят отсос воздуха из секции и создают в секции вакуум. Затем через патрубок бункера циклона, соединенный с секцией загрузочного устройства, подают аргон в секцию. Одновременно из циклона в секцию попадают нераздробленные частицы губчатого титана, собранные в бункере циклона. По окончании заполнения секции аргоном и негабаритными кусками губчатого титана давление в секции и в бункере выравнивается. Секцию вновь поворачивают на 90°, нераздробленный материал подают в дробилку на доизмельчение. Из дробилки полученная пылегазовая смесь и измельченные порошки титана через нижний патрубок поступают одновременно в разгрузочный трубопровод и выносятся с помощью газовой струи аргона в циклон, где на классификаторе производят ее разделение. Мелкая фракция порошка и пылегазовая смесь с газовым потоком аргона выносится из циклона, порошок осаждают в емкостях для сбора порошков, а газ – аргон - возвращают обратно в процесс. Крупная фракция порошков оседает в бункере циклона, и через загрузочный патрубок ее вновь подают во вторую секцию загрузочного устройства. Заявленная совокупность признаков позволяет повысить качество порошков титана.
Недостатком указанных выше установки для получения порошка из титановой губки и способа его получения является длительность получения порошков за счет дополнительных операций: вакуумирования и секционной загрузки и выгрузки губчатого титана из секции в дробилку, выноса смеси пылегазовой смеси и измельченных порошков по разгрузочному трубопроводу с помощью подачи в него струи аргона, классификации порошков в циклоне. Это приводит к снижению производительности процесса измельчения губчатого титана и установки для его осуществления. Выполнение в загрузочном устройстве секций, создание вакуума в одной из секций, применение вакуумного насоса, подача аргона насосом в разгрузочный трубопровод приводят к дополнительным затратам на изготовление установки и ее обслуживание, что повышает себестоимость получения порошков. Кроме того, процесс измельчения порошков титана является пожаро- и взрывоопасным, приводит к частным возгораниям порошка и снижает количество выхода качественных партий товарной продукции порошков.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет упростить технологию и установку для получения порошка из титановой губки, равномерно подавать титановую губку на измельчение, что позволяет повысить производительность, снизить затраты на материалы и на обслуживание установки. Кроме того, предложенная установка позволяет уменьшить пожаро- и взрывоопасность получения порошков и тем самым исключить количество бракованных партий порошков, снизить простои при возникновении опасных ситуаций и тем самым повысить производительность и работоспособность установки.
Задачами, на которые направлено изобретение, являются повышение производительности установки, снижение затрат на производство порошка из титановой губки.
Технический результат достигается тем, что в предложенной установке для получения порошка из титановой губки, включающей загрузочное устройство, новым является то, что она снабжена герметичной системой, состоящей из дозирующего устройства, роторной дробилки с патрубком для загрузки губчатого титана, патрубком для выгрузки порошка титана, патрубком для подачи аргона и патрубком для вывода пылевой смеси, циклона, соединенного с дробилкой и выполненного в виде бункера с верхним, боковым и нижним патрубками, и емкости для сбора порошка титана, при этом патрубок для вывода пылевой смеси роторной дробилки соединен с верхним патрубком бункера циклона, патрубок для выгрузки порошка титана из роторной дробилки соединен с боковым патрубком циклона, нижний патрубок бункера циклона соединен с емкостью для сбора порошка титана, а дозирующее устройство установлено под загрузочным устройством и состоит из воронки и лотка, выполненного с возможностью вибрации посредством электромагнитной катушки.
Кроме того, загрузочное устройство выполнено в виде бункера, герметично закрытого крышкой.
Кроме того, лоток дозирующего устройства выполнен герметичным и соединен с одной стороны с воронкой, а с другой - с патрубком для загрузки губчатого титана в дробилку.
Кроме того, лоток дозирующего устройства снабжен смотровым патрубком с фланцем, который герметично закрыт крышкой с фланцем. Кроме того, лоток дозирующего устройства снабжен проушиной, в которой установлена электромагнитная катушка.
Кроме того, емкость для сбора порошка титана выполнена в виде контейнера с фланцем, закрытого герметичной крышкой с фланцем.
Кроме того, верхний патрубок циклона соединен с помощью разгрузочного трубопровода с патрубком для вывода пылевой смеси из роторной дробилки, боковой патрубок циклона соединен с помощью разгрузочного трубопровода с патрубком для выгрузки порошка титана из дробилки, а нижний патрубок бункера циклона соединен с помощью разгрузочного трубопровода с герметичной крышкой емкости для сбора порошка титана.
Технический результат достигается также тем, что в предложенном способе получения порошка из титановой губки в установке по п. 1, включающем подачу губчатого титана в загрузочное устройство, новым является то, что используют герметичную систему, состоящую из дозирующего устройства, роторной дробилки, циклона и емкости для сбора порошка титана, при этом в роторную дробилку подают аргон с обеспечением заполнения всей герметичной системы до избыточного давления аргона 0,97-1,5 кПа, проводят выдержку в течение 2-30 минут, затем осуществляют равномерную подачу губчатого титана для измельчения из загрузочного устройства посредством дозирующего устройства в роторную дробилку, раздельную подачу полученных в роторной дробилке измельченного порошка титана и пылевой смеси в циклон, причем порошок титана улавливают в циклоне и выгружают в емкость для сбора порошка титана, а пылевую смесь осаждают на стенках циклона.
Кроме того, порошок титана выгружают из емкости для сбора порошка титана и подвергают классификации на фракции.
Кроме того, пылевую смесь, осажденную на стенках циклона, периодически удаляют из циклона.
Выполнение установки в виде герметичной системы, связывающей между собой загрузочное устройство - дозирующее устройство - дробилку - циклон - емкость для сбора порошков, заполненную аргоном (инертной атмосферой), позволяет снизить пожаро- и взрывоопасность процесса получения порошков и тем самым повысить выход готовых партий порошков (снизить брак, уменьшить простои установки по устранению аварийных ситуаций) и повысить работоспособность установки и ее производительность.
Проведение процесса измельчения губчатого титана при избыточном давлении аргона, равном 970-1500 Па, в системе загрузочное устройство - дозирующее устройство - дробилка - циклон - емкость для сбора порошка титана позволяет снизить пожаро- и взрывоопасность процесса получения порошков и тем самым повысить выход готовых партий порошков (снизить брак), уменьшить простои установки по устранению аварийных ситуаций и тем самым повысить работоспособность установки и ее производительность. Проведение процесса при меньшем избыточном давлении (менее 970 Па) не позволяет достичь полностью инертной атмосферы в системе, и может возникнуть возгорание порошков при измельчении, проведение процессе при большем избыточном давлении (более 1500 Па) приводит к большому расходу аргона и к повышению материальных затрат на аргон.
Подача губчатого титана на измельчение равномерно с помощью дозирующего устройства, размещенного под загрузочным устройством и выполненного в виде воронки, электромагнитной катушки и лотка, выполненного с возможностью вибрации и соединенного с одной стороны с воронкой, а с другой - с патрубком для подачи губчатого титана в дробилку, позволяет повысить производительность работы установки за счет исключения неравномерного поступления губчатого титана в дробилку и тем самым повысить производительность работы установки для получения порошка из титановой губки.
Раздельная выгрузка из дробилки пылевой смеси и порошков титана после измельчения в циклон и конструктивное выполнение связи дробилки и циклона с помощью патрубков, соединенных между собой разгрузочным трубопроводом, позволяет отделить загрязненную пылевую фракцию от товарной продукции и использовать ее как некондиционные отходы, периодически выгружая их из циклона по мере накопления.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - установка для получения порошка из титановой губки, другой - способ его получения. При этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата - повышение производительности и снижение затрат за счет упрощения технологии и установки для получения порошка из титановой губки, снижения простоев установки, устранения пожаро- и взрывоопасности, новой последовательности действий и режимов ведения процесса измельчения.
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, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленных установке для получения порошка из титановой губки и способе его получения, изложенных в двух независимых пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа и установки для получения порошка из титановой губки. В заявленной группе изобретений имеется новая совокупность признаков, выразившаяся в новой последовательности действий во времени, в сокращении дополнительных операций способа и новых условиях осуществления способа, новой совокупности размещения оборудования в установке. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
На фиг. 1 показана установка для получения порошка из титановой губки, состоящая из загрузочного устройства 1 в виде бункера 2, герметично закрытого крышкой 3, дозирующего устройства 4, выполненного в виде воронки 5, электромагнитной катушки 6, установленной на проушине 7 лотка 8 со смотровым патрубком 9, закрытого герметичной крышкой 10 с фланцами 11, роторной дробилки 12 с рабочей камерой 13 с ротором 14 с источником тока 15, с патрубком 16 для подачи губчатого титана, с патрубком 17 для подачи аргона, патрубком 18 для вывода пылевой смеси, соединенным разгрузочным трубопроводом 19 с верхним патрубком 20 циклона 21 с бункером 22, и с патрубком 23 для выгрузки порошка титана, соединенным разгрузочным трубопроводом 24 с боковым патрубком 25 циклона, нижнего 26 патрубка циклона, соединенного разгрузочным трубопроводом 27 с герметичной крышкой 28 емкости 29 для сбора порошка титана. Установка выполнена в виде герметичной системы, состоящей из загрузочного устройства 1 - дозирующего устройства 4 - роторной дробилки 12 - циклона 21 - емкости 29 для сбора порошка титана.
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример осуществления способа и установки для получения порошка из титановой губки.
В процессе восстановления тетрахлорида титана металлическим магнием губчатый титан получают в виде твердого губчатого блока, который подвергают измельчению с помощью прессового оборудования для комплектования товарных партий определенных фракций (см. кн. Титан. Гармата В.А., Петрунько А.Н., Олесов Ю.Г., Сандлер Р.А., Галицкий Н.В. М.: Металлургия, 1983, стр. 443-453). В процессе измельчения блока губчатого титана мелкую часть фракций титана с размерами частиц до 12 мм используют для получения порошков титана. Массовая доля примесей составляет, мас.%: хлора - не более 0,3, азота - не более 0,2 и железа - не более 1,5. Для получения порошка из титановой губки предложена установка и способ его получения. Перед началом работы производят сборку установки для получения порошка из титановой губки. Для этого изготавливают загрузочное устройство 1 в виде бункера 2 с герметичной крышкой 3, которое соединяют с помощью резиновой диафрагмы с воронкой 5 дозирующего устройства 4. К нижней части воронки 5 дозирующего устройства 4 подсоединяют с помощью резиновой диафрагмы лоток 8, выполненный из нержавеющей стали толщиной 5 мм и прикрепленный к опорной раме. На лотке 8 изготавливают смотровой патрубок 9 с герметичной крышкой 10 с фланцами 11. Лоток 8 с помощью сварки выполняют из нержавеющей стали в виде герметичной трубы длиной 390 мм, шириной 80 мм и высотой 40 мм. Лоток 8 с помощью резиновой диафрагмы герметично прикрепляют к патрубку 16 для подачи губчатого титана в роторную дробилку 12. На поверхности лотка 8 с помощью сварки крепят проушину 7, в которой устанавливают электромагнитную катушку 6 типа ЭД 33-6, подключенную к источнику переменного тока на 220 В. При подаче переменного тока на электромагнит катушки 6 сердечник внутри токоподводящей обмотки начинает совершать возвратно-поступательные колебательные движения, создавая вибрацию лотка 8 дозирующего устройства 4. Вследствие вибрации губчатый титан, двигаясь по лотку 8, равномерно поступает в рабочую камеру 13 роторной дробилки 12. Для измельчения используют роторную дробилку 12 типа дезинтегратора ударного действия для измельчения серии Горизонт или ТКМ. Дробилка представляет собой два вращающихся вала, на каждом валу закреплен ротор 14 с диаметром, равным 500 мм, и с ударными элементами - пальцами. Валы с роторами 14 размещены в рабочей камере 13. Роторы 14 подключают к электроприводу типа 4A1100S2Y3 источника тока 15 - трехфазной сети напряжением 380 В. Сила электрического тока не должна превышать 9,5 А и 8,0 А соответственно. На корпусе роторной дробилки 12 изготавливают патрубок 16 для подачи губчатого титана, патрубок 17 для подачи аргона, патрубок 18 для вывода пылевой смеси и патрубок 23 для выгрузки порошка титана. На корпусе циклона 21 приваривают верхний патрубок 20, боковой патрубок 25, которые герметично соединяют резиновыми прокладками с помощью разгрузочных трубопроводов 19 и 24 с патрубком 18 для вывода пылевой смеси роторной дробилки 12 и патрубком 23 для выгрузки порошка титана из роторной дробилки 12. Емкость 29 для сбора порошка титана герметично закрывают крышкой 28 с фланцами. В нижней части бункера 22 циклона 21 выполнен патрубок 26 для выгрузки порошка, который соединяют герметично с помощью резинового уплотнения с разгрузочным трубопроводом 27 и с герметичной крышкой 28 емкости 29 для сбора порошка титана. Электрическое управление установкой производится органами контроля и управления, которые находятся на передней панели шкафа управления. Собранная установка для получения порошка из титановой губки в виде герметичной системы, состоящей из загрузочного устройства 1 - дозирующего устройства 4 - роторной дробилки 12 - циклона 21 - емкости 29 для сбора порошка титана, готова к работе. Для этого в бункер 2 загрузочного устройства 1 загружают губчатый титан в количестве 150 кг, закрывают бункер 2 герметичной крышкой 3. Затем открывают вентиль на линии аргона и через патрубок 17 для подачи аргона подают аргон в рабочую камеру 13 роторной дробилки 12 и заполняют им равномерно герметичную систему до избыточного давления аргона, равного 990 Па. Из рабочей камеры 13 аргон поступает через патрубок для вывода пылевой смеси 18 по разгрузочному трубопроводу 19 через верхний патрубок 20 в циклон 21 и затем в емкость 29 для сбора порошка титана. А через патрубок 16 загрузки губчатого титана аргон из рабочей камеры поступает в лоток 8, воронку 5 в бункер 2 загрузочного устройства 1. Расход аргона определяют по ротаметру по показаниям мановакуумметра двухтрубного. Воздух и излишний аргон выходят из системы через выхлопные клапаны (на фиг. 1 не показаны). Затем систему выдерживают в течение 15 минут для полного распределения аргона в системе. После выдержки включают дозирующее устройство 4 и по лотку 8 через патрубок 16 для загрузки губчатого титана роторной дробилки 12 подают губчатый титан на измельчение равномерными порциями. Губчатый титан подают в центр рабочей камеры 13 роторной дробилки 12, ударяясь о пальцы первого ротора 14, губчатый титан приобретает скорость и с центробежной силой выбрасывается на следующий ряд пальцев второго ротора 14, вращающегося в противоположном направлении. Во время измельчения в циклон 21 поступает раздельно пылевая смесь через патрубок 18 для вывода пылевой смеси, разгрузочный трубопровод 19 и верхний патрубок 20. Пылевая смесь осаждается на стенках циклона 21, и по мере накопления ее выгружают из циклона 21 в виде некондиционных отходов. Порошки титана центробежной силой роторов 14 роторной дробилки 12 выбрасываются в патрубок 23 для выгрузки порошка из роторной дробилки 12 и через разгрузочный трубопровод 24 и боковой патрубок 25 циклона 21 поступают в циклон 21. Проходя через циклон 21, порошки титана оседают в бункере 22, и через нижний патрубок 26 циклона, соединенного разгрузочным трубопроводом 27, поступают в емкость 29 для сбора порошка титана, герметично закрытую крышкой 28. Затем порошки выгружают из емкости 29 для сбора порошка титана и подвергают классификации на фракции. Полученный порошок титана соответствует техническим условиям ТУ 1791-449-05785388-2010.
Таким образом, заявленная группа изобретений позволяет упростить технологию и установку для получения порошка из титановой губки, повысить производительность, снизить затраты на материалы и на обслуживание установки. Кроме того, предложенная установка позволяет уменьшить пожаро- и взрывоопасность получения порошков и тем самым исключить количество бракованных партий порошков, снизить простои при возникновении опасных ситуаций и тем самым повысить производительность и работоспособность установки.