Установка для получения губчатого титана

(51) 22 34/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ нительно 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. Технический результат обеспечение выравнивания температуры паропровода и, следовательно, стабилизации 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.(72) Тэлин Владислав ВладимировичТеслевич Сергей МихайловичСеменов Александр ИвановичШварцман Леонид ЯковлевичЛейбенсон Наум ВладимировичФеофанов Константин ЛьвовичКузьменко Николай НиколаевичМурашов Валерий ПавловичКожуховский Виктор Максимович(73) Казенное предприятие Запорожский титаномагниевый комбинат(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА(57) Полезная модель относится к металлургии, в частности, к установкам для магниетермического получения губчатого титана. Сущность полезной модели установка для получения губчатого титана включает 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 является то, что установка допол 323 Полезная модель относится к области металлургии, в частности, к установкам для магниетермического получения губчатого титана. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой установке является установка для получения губчатого титана(см. п. Украины 31069 А, МПК 6 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 2 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 снабжен 323 ный 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 3 323 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 можетбыть 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 со 4 единен 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 вставка 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(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 опытнопромышленных 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. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1.Установка для получения губчатого титана,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, отличающаяся тем, 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. 2.Установка по п.1, отличающаяся тем, что элемент термостабилизации участка паропровода,примыкающего к конденсатору, выполнен в виде электронагревателя, размещенного на крышке конденсатора. 3.Установка по п.1, отличающаяся тем, 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. 4.Установка по п.3, отличающаяся тем, что между стаканом и паропроводом установлена вставка из электроизоляционного материала.