1 - коллекторы для подачи воздуха, обдувающего реторту; 2 - косынки для подвески печи; 3 - охлаждаемые водой фланцы реторты и крышки; 4 - футеровка печи; 5 - штуцер для присоединения к вакуумной системе и линии подачи аргона; б - патрубок для заливки жидкого магния; 7 - узел подачи Т1С14; 8 - крышка реторты; 9 - реторта; 10 - термопара для замера температуры стенок и крышки реторты; 11 - нагреватели; 12 - крепление запора сливного устройства; 13 -песочный затвор; 14 - шток запорной иглы сливного устройства; 15 - ложное днище
На первый взгляд представляется, что восстановление при избытке магния в аппарате может протекать беспрепятственно, так как при температурах процесса (800-900 С) фазы должны расслаиваться по плотности: верхний слой -жидкий магний (плотность 1,47 г/см3), ниже - МgС12 (плотность 1,67 г/см3) и на дне аппарата - более тяжелые частицы - сростки титановой губки (плотность 4,5 г/см3). При этом зеркало жидкого магния в течение всего этого периода восстановления было бы открыто для реагирование с ТiC14.
Действительный механизм восстановления и формирования блока титановой губки в промышленном реакторе сложнее. Исследования температурного поля реактора показали, что в первый период восстановления (до израсходования примерно 40 % магния) в центре реактора температура достигает 1100-1350 °С. При таких температурах магний интенсивно испаряется и взаимодействие его с ТiС14 протекает преимущественно в паровой фазе. Образующийся ТiС12 (вместе с МgС12) конденсируется на поверхности расплава и восстанавливается до металла, частицы которого опускаются на дно реактора, где спекаются, образуя пористую массу (губку). Дихлорид титана и МgС12 конденсируются также на охлаждаемых стенках реактора, откуда стекают на поверхность расплава.
Часть губки наращивается на стенках реактора над расплавом (гарниссаж). Гарниссажная часть губки растет за счет капиллярного поднятия магния по порам и восстановления сконденсировавшихся низших хлоридов титана.
В ходе восстановления в реакторе накапливается жидкий МgС12 (на 1 л израсходованного магния образуется 3,68 л МgС12). Уровень шлака постепенно поднимается и становится выше уровня губки, что резко замедляет процесс. С целью обнажения поверхности губки и более полного использования рабочего объема реактора хлористый магний периодически выпускают через донный слив (см. рис. 52).
По мере накопления в реакторе губки восстановление протекает в основном благодаря капиллярному поднятию магния по порам губки к ее поверхности, причем наиболее быстро губка растет в центральной части, так как в центре более высокая концентрация ТiС14 и выше температура.
В завершающий период (после использования 50-60 % магния) большая часть магния находится в порах губки, труднодоступных для контакта с хлоридами титана. Процесс замедляется, поэтому подачу ТiС14 прекращают, реактор выдерживают при 900 С (нагрев печью для завершения восстановления низших хлоридов).
В процессе восстановления сливают 75-80 % общего количества образовавшегося МgС12, который направляют на электролиз.
В промышленной практике восстановление ведут в реакторах (ретортах) из жаростойкой стали 12Х18Н9Т, рассчитанных на получение за один цикл от 2,0 до 4,7 т титановой губки. Диаметр реторт варьируют от 1 до 2 м, высоту - от 2 до Зм. Крышка реактора заглублена в реторту (на ~300 мм), что исключает образование в верхней части холодной зоны, где могут конденсироваться низшие хлориды. В процессе восстановления контролируют и регулируют температуру стенок реактора, расход тетрахлорида титана и давление в аппарате. Автоматическая система по сигналам датчиков температуры связывает расход ТiС14 и подачу охлаждающего воздуха от вентиляционной установки в нужные зоны печи.
По окончании процесса реактор извлекают из печи и охлаждают до 25-40 С водой на специальном стенде.
Вакуумная сепарация, выборка и обработка губки. Продукт восстановления - реакционная масса, содержит 55-69% Тi, 25-35% Мg, 9-12% МgС12.
Для отделения магния и МgС12 от титановой губки применяют вакуумную дистилляцию, которая основана на высоком давлении пара магния и МgС12 при 850-950 С:
При длительном нагревании титановой губки в вакууме хлористый магний и магний испаряются и осаждаются на поверхности охлаждаемого водой конденсатора.
На заводах дистилляцию осуществляют в реторте восстановления без выгрузки реакционной массы, причем в качестве конденсатора используют оборотную реторту, т.е. пустой очищенный от губки реактор восстановления (рис. 53). После окончания сепарации реторту-конденсатор отделяют и применяют в качестве реактора в следующем цикле восстановления. В варианте, приведенном на рис. 53, перед монтажом оборотной реторты на центральный патрубок восстановительного реактора быстро устанавливают действием атмосферного давления кожух печи делают герметичным и в нем поддерживают "контрвакуум" около 1,3 -2кПа. Внутри реторты к концу процесса дистилляции поддерживают остаточное давление порядка 0,013 Па системой, состоящей из ротационных и паромасляных бустерных насосов (типа БН-2000).
Общая продолжительность сепарации достигает 50-60 ч для аппарата с цикловой нагрузкой 2 т губки, расход электроэнергии на этой операции равен 6000-8000 кВт • ч/т титана.
На рис. 54 показана примерная установка аппаратов восстановления и вакуумной сепарации в производственном помещении.
После окончания дистилляции аппарат заполняют аргоном, охлаждают, и реактор с губкой поступает в отделение переработки губки. Губку, припекшуюся к стенкам реактора, отделяют пневматическими зубилами, после чего извлекают блок. Эта операция трудоемкая. В последнее время разработан более совершенный процесс выдавления блока на прессе. Гарниссажную и кричную (основную) части блока губки комплектуют в товарные партии отдельно в связи с несколько более высоким содержанием в первой примесей. Блок раздавливают под прессом на крупные куски, затем проводят среднее дробление на зубчатой и мелкое на дисковой дробилках. Измельченную губку разделяют на товарные фракции по крупности (например, 12-70 мм, 5-12 мм). После визуальной отбраковки на транспортной ленте их объединяют в партии.
Качество титановой трубки первого сорта ТГ-100 отечественного производства характеризуется следующим максимально допустимым содержанием примесей, %: С1 0,08; Fе 0,07; Н 0,02; С 0,03; Si 0,04; О 0,04; твердость по Бринеллю переплавленного образца ‹1000 МПа.
Рис.53. Установка вакуумной сепарации губки с оборотной ретортой и магниевой
заглушкой;
1 - патрубок для присоединения к вакуумной системе; 2 - ороситель; 3 - верхняя (поворотная) реторта-конденсатор; 4 - конденсат; 5 - водосборник; 6 -уплотнитель; 7 - теплоизолирующий пояс; 8 - соединительная труба; 9 - магниевая заглушка; 10 - электропечь; 11 - нижняя реторта; 12 - заглушка - приварной стакан; 13 - вакуум-провод; 14 - экраны; 15,16 - крышки реторт; 17 -реакционная масса
Do'stlaringiz bilan baham: |