Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХЛОРИРОВАНИЯ ТИТАНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В РАСПЛАВЕ ХЛОРИДОВ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для хлорирования титансодержащего сырья в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов.

Известно устройство для хлорирования титансодержащего сырья в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов (Гармата В.А., Петрунько А.Н., Галицкий Н.В., Олесов Ю.Г., Сандлер Р.А. Титан. - М.: Металлургия, 1983, с. 260-262), включающее шахту из огнеупорного материала, в нижней части которой установлены фурмы и газораспределительное устройство для подачи хлора. В боковые стенки шахты вмонтированы угольные или графитовые электроды, внутри которых проходят стальные водоохлаждаемые штанги. В верхней крышке хлоратора имеются отверстия для заливки расплава, загрузки шихты и патрубки для отвода парогазовой смеси. В центре шахты установлена перегородка с переточным каналом и распределительный шамотный камень. Шахта хлоратора выполнена из двух частей: прямоугольной нижней камеры и расширяющейся верхней камеры для парогазовой смеси.

Недостатком данного устройства является то, что срок службы перегородки значительно меньше самого устройства, поскольку она находится постоянно в среде расплавленных хлоридов и испытывает гидродинамическое воздействие среды. При разрушении перегородки приходится останавливать процесс, сливать расплав и ремонтировать устройство с полной заменой перегородки и свода устройства. Это приводит к снижению производительности устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для хлорирования - солевой хлоратор с возвратом пульп (кн. Производство четыреххлористого титана. - Байбеков М.К., Попов В.Д., Чепрасов И.М. - 2-е изд. перераб. и доп. - М. Металлургия, 1987. - С. 45- 47), включающее стальной корпус, футеровку, графитовые электроды с водоохлаждаемыми штангами, узел для загрузки титансодержащей шихты, узел верхнего слива расплава, фурмы для подачи хлора. Шахта хлоратора выполнена из двух частей: камеры хлорирования прямоугольной формы и камеры парогазовой смеси с расширением в верхней части.

Недостатком данной конструкции устройства для хлорирования является низкая производительность за счет уменьшения циркуляции расплава, что приводит к образованию осадка на подине. Кроме того, такая конструкция шахты хлоратора приводит к уносу титансодержащей шихты вместе с парогазовой смесью в систему конденсации, что также снижает производительность устройства.

Задачей изобретения является повышение производительности устройства за счет повышения циркуляции расплава, снижения уноса титансодержащей шихты с парогазовой смесью, уменьшения образования осадка в камере для хлорирования.

Данная задача решается тем, что в устройстве для хлорирования титансодержащего сырья в расплаве, включающем футерованную шахту, разделенную на камеру хлорирования и камеру парогазовой смеси, с устройством для подачи титансодержащей шихты, сливом расплава и фурмами для подачи хлора, электродами для подогрева расплава, новым является то, что камера хлорирования выполнена в форме усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз камеры, камера парогазовой смеси выполнена цилиндрической формы постоянного диаметра по всей высоте, а фурмы размещены в камере хлорирования радиально.

Кроме того, отношение диаметра нижней части шахты устройства к диаметру верхней части равно 1:(1,02 - 1,05).

Кроме того, отношение высоты камеры хлорирования к высоте камеры парогазовой смеси равно 1:(2,2 - 2,3).

Кроме того, патрубки для слива расплава, для размещения электродов и фурм выполнены герметичными.

Кроме того, фурмы размещены радиально под углом 45-55^o к горизонтальной оси.

Кроме того, соотношение высоты камеры хлорирования к общей высоте шахты равно 1:(3,2- 3,3).

Выполнение камеры хлорирования в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз камеры хлорирования, позволяет улучшить газообмен хлора и расплава, улучшить циркуляцию расплава, уменьшить содержание твердых взвесей в камере хлорирования и тем самым повысить производительность устройства.

Выполнение камеры парогазовой смеси цилиндрической формы постоянного диаметра по всей высоте позволяет обеспечить более полную по сечению плотность орошения парогазовой смеси пульпой, тем самым предотвращает образование гарниссажа на стенках и повышает производительность устройства.

Выбор соотношения диаметров нижней части шахты к диаметру верхней части 1: (1,02-1,05), высоты камеры хлорирования к высоте камеры парогазовой смеси равным 1: (2,2-2,3), высоты камеры хлорирования к общей высоте шахты равным 1: (3,2-3,3) позволяет улучшить циркуляцию расплава хлором, уменьшить унос шихты с парогазовой смесью и тем самым повысить производительность устройства.

Размещение фурм в камере хлорирования радиально под углом 45-55^o к горизонтальной оси позволяет уменьшить образование твердых отходов на подине камеры хлорирования, увеличить циркуляцию расплава, полнее вовлечь в процесс хлорирования частицы титансодержащей шихты за счет создания встречных потоков хлора, которые, разбиваясь друг от друга, осуществляют циркуляцию расплава.

Выполнение патрубков для слива расплава, для графитовых электродов, фурм герметичными, едиными с кожухом устройства позволяет уменьшить выделение газообразных продуктов хлорирования в атмосферу цеха, и тем самым улучшить условия труда.

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 аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле 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 устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано устройство для хлорирования титансодержащего сырья в расплаве хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов На фиг. 2 - размещение фурм в камере для хлорирования радиально под углом 45-55^o к горизонтальной оси.

Устройство включает футерованную шахту 1, камеру хлорирования 2, выполненную в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием вниз шахты, камеру парогазовой смеси 3, выполненную цилиндрической формы с постоянным диаметром по всей высоте, устройство для загрузки титансодержащей шихты 4, устройство для слива расплава 5, фурмы 6, электроды 7, патрубок для вывода парогазовой смеси 9. Шахта устройства выполнена так, что соотношение диаметра (d) нижней части шахты к диаметру (D) ее верхней части равно 1: (1,02-1,05), соотношение высоты (h₁) камеры хлорирования к высоте (h₂) камеры парогазовой смеси равно 1:(2,2-2,3), соотношение высоты (h₁) камеры хлорирования к общей высоте (H) шахты равно 1:(3,2 - 3,3). Фурмы 6 размещены под углом 45-55^o к диагонали. Патрубки 5 для слива расплава, фурмы 6 и патрубки 7 для размещения электродов выполнены герметичными и едиными с кожухом устройства и снабжены крышками 8 для герметизации патрубков.

Устройство работает следующим образом.

Футерованную шахту 1 предварительно разогревают до температуры 500-550^oC. Затем в шахту 1, (в камеру хлорирования 2) заливают расплав хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов (отработанный электролит магниевых электролизеров) до уровня, необходимого для погружения в расплав графитовых электродов 7 для нагрева расплава. После этого осуществляют нагрев расплава до 650-700^oC при барботировании воздухом путем подачи через фурмы 6. Расплав накапливали до уровня рабочей зоны подгрузкой хлоридов щелочных металлов и кокса. Тепло реакции с поверхности электродов 7 снимали подачей воды через охлаждаемые штанги
При достижении рабочего уровня расплава и заданной температуры по фурмам 6 подали хлоргаз под давлением 50 кПа, и через устройство для подачи титансодержащей шихты 4 подали шихту. В зоне распределения хлора происходит интенсивное перемешивание расплава и хлора, дробление газового потока на мелкие пузырьки, однородное насыщение расплава хлором. В процессе хлорирования низколетучие и химически активные хлориды переходили в расплав, образуя в нем связанные комплексы, а летучие (тетрахлорид титана и тетрахлорид кремния) и образующиеся в процессе хлорирования газы (CO, Ce, HCl, COCl₂ и др.) через камеру 3 парогазовой смеси направляли к патрубку 9 системы конденсации. Через устройство для слива расплава 5 осуществляли слив расплава из шахты хлоратора.

Анализ технического тетрахлорида титана показал, что суммарное содержание в нем твердых взвесей составит 30-35 г/л против 50-100 г/л по прототипу. Это объясняется новым перераспределением газовых пузырьков в объеме расплава. При однородном газонасыщении расплава большее количество частиц титансодержащей шихты взаимодействует с хлором, следовательно, меньшее их количество уносится в конденсационную систему, что увеличивает скорость процесса хлорирования и тем самым производительность устройства.