ES2635463T3 - Equipo de destilación para producir esponja de titanio - Google Patents
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Abstract
Un equipo de destilación para la producción de esponja de titanio, que comprende: un horno de calentamiento (10) y un reactor (20) para contener un condensado, en donde una cubierta de horno de calentamiento (11) está dispuesta por encima del horno de calentamiento (10), una cubierta del reactor (21) está dispuesta por encima del reactor (20), la cubierta de horno de calentamiento (11) está conectada a la cubierta del reactor (21) por una tubería (40), un cable de resistencia está dispuesto en la tubería (40), un primer dispositivo elevador (30) está dispuesto por encima de la cubierta de horno de calentamiento (11) y un segundo dispositivo elevador (30) está dispuesto por encima de la cubierta del reactor (21), una tubería de bombeo de vacío (22) está dispuesta por encima de dicha cubierta del reactor (21), y una primera junta metálica y una segunda junta metálica están dispuestas entre los dos extremos de la tubería (40) y la cubierta de horno de calentamiento (11) y respectivamente la cubierta del reactor (21), en donde la primera junta metálica tiene un punto de reblandecimiento de 900 ºC y un punto de fusión de 1000 ºC, y la segunda junta metálica tiene un punto de reblandecimiento de 1100 ºC y un punto de fusión de 1200 ºC.
Description
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DESCRIPCION
Equipo de destilacion para producir esponja de titanio Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un elemento de un equipo de destilacion para producir esponja de titanio, y en particular a un elemento de un equipo de destilacion para producir esponja de titanio, que sea de facil funcionamiento y que permita ahorrar energia.
Antecedentes de la invencion
Las principales rutas tecnicas para producir esponja de titanio de alta calidad incluyen: 1. el estudio de un proceso y equipo para preparar magnesio de pureza elevada para permitir que el magnesio fino alcance los requisitos para la production de esponja de titanio de calidad elevada; 2. el estudio de un proceso y equipo para preparar tetracloruro de titanio fino profundamente purificado para permitir que el tetracloruro de titanio fino alcance los requisitos para la produccion de esponja de titanio de calidad elevada; 3. el estudio de un proceso para mejorar el grado de vacio del sistema de vacio y la estanqueidad del equipo de destilacion y reduction; 4. el estudio de un proceso y equipo para la destilacion y reduccion y la ruptura del producto acabado para producir una esponja de titanio de alta calidad satisfactoria.
En la actualidad, el proceso de produccion de una esponja de titanio tanto a nivel nacional como en el extranjero adopta principalmente el proceso de reduccion metalotermica, y en particular se refiere a la preparation de metal M a partir de un agente reductor de metal (R) y de oxido o cloruro metalico (MX). El metodo metalurgico del titanio en el cual se ha logrado su produccion industrial es el proceso de reduccion magnesiotermica (proceso de Kroll) y el proceso de reduccion sodiotermica (proceso de Hunter). Dado que el proceso de Hunter genera unos costos de produccion mas elevados que el proceso de Kroll, actualmente en la industria se utiliza ampliamente el proceso de Kroll. Los principales procesos del proceso de Kroll son que se coloca un lingote de magnesio en un reactor, se calienta y se funde despues de someterlo a la elimination de peliculas de oxido e impurezas, a continuation, se introduce tetracloruro de titanio (TiCL) en el reactor, se depositan particulas de titanio generadas por la reaction, y el cloruro de magnesio liquido generado se descarga rapidamente a traves de un orificio de escorias. La temperatura de reaccion se mantiene por lo general de 800 °C a 900 °C, y el tiempo de reaccion oscila entre varias horas y varios dias. El magnesio metalico residual y el cloruro de magnesio en el producto final se pueden eliminar por lavado con acido clorhidrico, tambien pueden eliminarse por destilacion al vacio a 900 °C, y mantienen alta la pureza del titanio. El proceso de Kroll tiene la desventaja de un costo elevado, un ciclo de produccion largo, y un ambiente contaminado, limitando aun mas la aplicacion y la popularization. En la actualidad, el proceso no ha cambiado en esencia, y aun pertenece a la produccion intermitente, lo que impide llevar a cabo una produccion continua y no existe un equipo mejorado desarrollado correspondiente, que no es propicio para un mayor desarrollo de la tecnologia de fabrication de esponja de titanio.
El documento CN 101831562 A proporciona un reactor para la produccion de esponja de titanio y un metodo del mismo. El documento CN 201080492Y proporciona un dispositivo de destilacion en forma de U que produce esponja de titanio.
Sumario de la invencion
Con el fin de resolver las deficiencias de un costo elevado, la contamination grave y un ciclo de produccion largo de la tecnica anterior, la presente invencion proporciona un equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la revindication independiente 1. Varias mejoras en el equipo de destilacion se definen en las reivindicaciones dependientes. Aplicando el equipo de destilacion, un metodo para producir esponja de titanio puede ser segun se indica:
Esquema 1: un metodo de preparacion de titanio a partir de fluotitanato de potasio con un proceso de reduccion aluminotermica:
Ecuacion involucrada: 3K2TiF6+4AI=3Ti+6KF+4AIF3
Esquema 2: un metodo de preparacion de esponja de titanio a partir de fluotitanato de potasio con el proceso de reduccion magnesiotermica:
Ecuacion involucrada: K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
Esquema 3: un metodo de preparacion de esponja de titanio a partir de fluotitanato de potasio con un proceso de reduccion termica de aluminio y magnesio:
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Ecuaciones involucradas:
3K2TiF6+4AI=3Ti+6KF+4AIF3
K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
Dado que el fluotitanato de potasio, el aluminio y el magnesio son solidos en la materia prima, que son diferentes del proceso de production tradicional, la presente invention proporciona un elemento de un equipo de destilacion para producir esponja de titanio, que incluye: un horno de calentamiento y un reactor para contener un condensado, en el que por encima del horno de calentamiento se dispone una cubierta del horno de calentamiento, por encima del reactor se dispone una cubierta del reactor, la cubierta del horno de calentamiento se conecta con la cubierta del reactor por una tuberia, en la tuberia se dispone un cable de resistencia, por encina de la cubierta del horno de calentamiento y de la cubierta del reactor se dispone cada dispositivo elevador, por encima de una cubierta del calentador se dispone una tuberfa de bombeo de vatio, y una primera junta metalica y una segunda junta metalica se disponen respectivamente entre dos extremos de la tuberfa, la cubierta del horno de calentamiento y la cubierta del reactor.
La presente invencion, tiene la ventaja de que, mediante la adoption de los esquemas tecnicos anteriores, la tuberfa esta densamente provista de cables de resistencia, particularmente los cables de resistencia se disponen en la esquina de la tuberfa, de manera que durante la destilacion, los productos destilados no se coagulan en la tuberfa evitando asf el bloqueo, se mejora la eficacia de destilacion, el equipo evita la refrigeration de la destilacion al vacfo en el metodo tradicional, ahorra tiempo y electricidad, ademas, por encima del reactor y el horno de calentamiento se dispone cada dispositivo elevador, lo que hace que la operation sea mas facil y ahorra en gran medida mano de obra. Ademas, el producto no entra en contacto con el aire, evitando la posibilidad de que la esponja de titanio entre en contacto con el oxfgeno y mejora la calidad del producto.
Preferentemente, la primera junta metalica tiene un punto de reblandecimiento de 900 °C y un punto de fusion de 1.000 °C, y la segunda junta metalica tiene un punto de reblandecimiento de 1.100 °C y un punto de fusion de 1.200 °C.
La presente invencion, tiene la ventaja de que, mediante la adopcion adicional de las caracterfsticas tecnicas anteriores, en el equipo de destilacion de la presente invencion, la temperatura en el horno de calentamiento es por lo general de 850 °C a 950 °C, la temperatura en el reactor es por lo general de 1.000 °C, la junta metalica anterior puede utilizarse para asegurar aun mas la estanqueidad durante la destilacion y la mejora de la velocidad de destilacion.
Preferentemente, la pared interna del reactor esta provista de un crisol metalico y una camisa de refrigeracion por agua para la refrigeracion.
Preferentemente, la cubierta del reactor tambien esta provista de un mecanismo de bloqueo conectado fijamente con el reactor y un cilindro de cierre para suministrar energfa para el mecanismo de bloqueo.
La presente invencion, tiene la ventaja de que, mediante la adopcion adicional de las caracterfsticas tecnicas anteriores, el reactor se mantiene bajo una condition de sellado completo para mejorar aun mas la eficacia de destilacion.
Preferentemente, el dispositivo elevador incluye una estructura elevadora vertical conectada con la cubierta del reactor, por debajo de la estructura elevadora vertical se disponen un cilindro hidraulico elevador para suministrar energia y un motor de control hidraulico para ajustar el cilindro hidraulico elevador.
Preferentemente, un primer termopar y un material de aislamiento se disponen en la cubierta del horno de calentamiento.
Preferentemente, los extremos superior e inferior de la tuberia estan provistos de anillos metalicos de sellado.
Preferentemente, por encima del cilindro hidraulico elevador se disponen una pantalla tactil y un armario electrico para controlar el movimiento del dispositivo elevador.
Preferentemente, por debajo del armario electrico se dispone un soporte pivotante.
Preferentemente, la tuberia esta provista de un segundo termopar, una capa de aislamiento y un cable calefactor ordenados.
La presente invencion tiene el efecto beneficioso de que, mediante la adopcion de los esquemas tecnicos anteriores, el equipo de produccion puede asegurar la produccion normal, y asegurar de manera eficaz la calidad del producto de esponja de titanio. La junta metalica realiza la agitation bajo una temperatura elevada, no requiere condensation,
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y resuelve el problema de obstruction del tubo de destilacion.
En comparacion con la tecnica anterior, el equipo tiene un bajo costo, protection medioambiental y es inocuo durante la production, y la esponja de titanio producida por el equipo tiene un rendimiento de destilacion que alcanza casi el 100 %, lo que resuelve fundamentalmente el problema del equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio.
Breve descripcion de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama estructural de una realization del equipo para la produccion de esponja de titanio en la presente invention.
Descripcion detallada de las realizaciones
Las realizaciones preferentes de la presente invencion se describen adicionalmente con detalle a continuation:
Un elemento de un equipo para la produccion de esponja de titanio, que incluye un horno de calentamiento 10 y un reactor 20 para contener un condensado, en el que una cubierta de horno de calentamiento 11 se dispone por encima del horno de calentamiento 10, una cubierta del reactor 21 se dispone por encima del reactor 20, la cubierta de horno de calentamiento 11 se conecta con la cubierta del reactor 21 por una tuberia 40, un cable de resistencia 43 se dispone en la tuberia 40, cada dispositivo elevador 30 se dispone por encima de la cubierta de horno de calentamiento 11 y la cubierta del reactor 21, una tuberia de bombeo de vacio 22 se dispone por encima de una cubierta del calentador 21, y una primera junta metalica y una segunda junta metalica 25 se disponen respectivamente entre dos extremos de la tuberia 40 y la cubierta de horno de calentamiento 11 y la cubierta del reactor 21.
La pared interna del reactor 20 esta provista de un crisol metalico 26 y una camisa de refrigeration por agua 27 para la refrigeracion. Un primer termopar 13 y un material de aislamiento 12 se disponen en la cubierta de horno de calentamiento 11.
La cubierta del reactor 21 tambien esta provista de un mecanismo de bloqueo 24 conectado fijamente con el reactor 20 y un cilindro de cierre 23 para suministrar energia para el mecanismo de bloqueo 24.
El dispositivo elevador 30 incluye una estructura elevadora vertical 31 conectada con la cubierta de horno de calentamiento 11 o la cubierta del reactor 21, un cilindro hidraulico elevador 35 para suministrar energia y un motor de control hidraulico 32 para ajustar el cilindro hidraulico elevador 35 se disponen por debajo de la estructura elevadora vertical 31.
Los extremos superior e inferior de la tuberia 40 estan provistos de anillos 44 metalicos de sellado.
Una pantalla tactil 33 y un armario electrico 34 para controlar el movimiento del dispositivo elevador 30 se disponen por encima del cilindro hidraulico elevador 35.
Un soporte pivotante 36 se dispone por debajo del armario electrico 34.
La tuberia 40 esta provista de un segundo termopar 41 y una capa de aislamiento 42 ordenada.
Esquema 1: un metodo de preparation de titanio a partir de fluotitanato de potasio con un proceso de reduction aluminotermica:
Ecuacion involucrada: 3K2TiF6+4AI=3Ti+6KF+4AIF3
Realizacion 1:
Bajo una condition de vacio, se hacen reaccionar 36 g de aluminio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C; en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.000 °C, KF y AlF3 resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
50,22 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 90,8 % y el indice de reduccion es del 95 %.
Realizacion 2:
Bajo una condicion de vacio, se hacen reaccionar 40 g de aluminio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C; en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.000 °C, KF y AlF3 resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
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48,39 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 97 % y el indice de reduction es del 97,8 %.
Realizacion 3:
Bajo una condition de vacio, se hacen reaccionar 44 g de aluminio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C; en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.000 °C, KF y AlF3 resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
48,29 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 98,6 % y el indice de reduccion es del 99,2 %.
Tabla 1: Datos del ensayo de destilacion
- Realizacion
- Cantidad de materia prima anadida, g Cantidad teorica de Ti, g Producto de esponja de titanio obtenido, g Contenido de Ti del producto, % Indice de reduccion, %
- K2TiF6
- Al
- 1
- 240 36 48 50,22 90,8 95
- 2
- 240 40 48 48,39 97 97,8
- 3
- 240 44 48 48,29 98,6 99,2
Indice de reduccion (%) = (producto de esponja de titanio obtenido * contenido de Ti del producto)/cantidad teorica de Ti
Esquema 2: un metodo de preparation de esponja de titanio a partir de fluotitanato de potasio con un proceso de reduccion magnesiotermica:
Ecuacion involucrada: K2TiF6+2Mg-Ti+2MgF2+2KF
Realizacion 4:
Bajo la condicion de introduction al vacio de argon, se hacen reaccionar 48 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 750 °C;
en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
48,93 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 87,5 % y el indice de reduccion es del 89,2 %.
Realizacion 5:
Bajo la condicion de introduccion al vacio de argon, se hacen reaccionar 24 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 750 °C;
en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, AlF3, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
23,90 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 95,2 % y el indice de reduccion es del 92,1 %.
Realizacion 6:
Bajo la condicion de introduccion al vacio de argon, se hacen reaccionar 12 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 750 °C;
en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
11,89 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 99,2 % y el indice de reduccion es del 98,3 %.
Realizacion 7:
Bajo la condicion de introduccion al vacio de argon, se hacen reaccionar 6 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 750 °C;
en un estado de vacio, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberia;
6,33 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vacio despues de la refrigeracion, el contenido de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
titanio en el producto es de 91,6 % y el Indice de reduccion es del 96,7 %.
Tabla 2: Datos del ensayo de destilacion
- Realizacion
- Cantidad de materia prima anadida, g Cantidad teorica de Ti, g Producto de esponja de titanio obtenido, g Contenido de Ti del producto, % Indice de reduccion, %
- K2TiF6
- Mg
- 4
- 240 48 48 48,93 87,5 89,2
- 5
- 240 24 24 23,90 92,5 92,1
- 6
- 240 12 12 11,89 99,2 98,3
- 7
- 240 6 6 6,33 91,6 96,7
Esquema 3: un metodo de preparacion de esponja de titanio a partir de fluotitanato de potasio con un proceso de reduccion termica de aluminio y magnesio:
Ecuaciones qui'micas involucradas:
3 K2Ti F6+4 Al=3Ti+6 KF+4 Al F 3 K2TiF6+2Mg=Ti+2MgF2+2KF
Realizacion 10:
Bajo la condition de introduction al vaclo de argon, se hacen reaccionar 36 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C;
en un estado de vaclo, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, AlF3, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberla;
42,12 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vaclo despues de la refrigeration, el contenido de titanio en el producto es de 96,5 % y el Indice de reduccion es del 90,7 %.
Realizacion 11:
Bajo la condicion de introduccion al vaclo de argon, se hacen reaccionar 36 g de aluminio, 18 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C;
en un estado de vaclo, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, AlF3, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberla;
45,45 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vaclo despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 98 % y el Indice de reduccion es del 92,8 %.
Realizacion 12:
Bajo la condicion de introduccion al vaclo de argon, se hacen reaccionar 36 g de aluminio, 9 g de magnesio y 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C;
en un estado de vaclo, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, AlF3, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberla;
47,9 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vaclo despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 99,5 % y el Indice de reduccion es del 99,3 %.
Realizacion 13:
Bajo la condicion de introduccion al vaclo de argon, se mezclan 36 g de aluminio, 2 g de magnesio y 144 g de cinc, a continuation, se hacen reaccionar con 240 g de fluoroaluminato de potasio a 800 °C;
en un estado de vaclo, el reactivo se destila en el horno de calentamiento a 1.100 °C, KF, AlF3, MgF2 y Mg resultantes se introducen en el reactor a traves de la tuberla;
48,29 g de esponja de titanio se obtienen manteniendo el estado de vaclo despues de la refrigeracion, el contenido de titanio en el producto es de 98,9 % y el Indice de reduccion es del 99,5 %.
Tabla 3: Datos del ensayo de destilacion
- Realization
- Cantidad de materia prima anadida, g Cantidad teorica de Ti, g Producto de esponja de titanio obtenido, g Contenido de Ti del producto, % Indice de reduccion, %
- K2TiF6
- Al Mg
- 5
- 240 36 36 48 45,12 96,5 90,7
- 6
- 240 36 18 48 45,45 98 92,8
- 7
- 240 36 9 48 47,9 99,5 99,3
- 8
- 240 36 2 48 48,29 98,9 99,5
De acuerdo con lo antecedente, puede apreciarse que el Indice de reduction y la productividad de la esponja de titanio producida por el equipo de destilacion para la production de esponja de titanio de la presente invention se 5 mejoran en gran medida.
Lo anterior es la description mas detallada realizada para la invencion junto con realizaciones especlficas preferentes, pero no se debe considerar que las realizaciones especlficas de la invencion esten unicamente limitadas a estas descripciones. Para un experto en la materia a la que pertenece la invencion, se pueden realizar 10 muchas deducciones y reemplazos sencillos sin apartarse del concepto de la invencion. Dichas deducciones y reemplazos deben caer dentro del alcance de proteccion de la invencion.
Claims (8)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Un equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio, que comprende: un horno de calentamiento(10) y un reactor (20) para contener un condensado, en donde una cubierta de horno de calentamiento (11) esta dispuesta por encima del horno de calentamiento (10), una cubierta del reactor (21) esta dispuesta por encima del reactor (20), la cubierta de horno de calentamiento (11) esta conectada a la cubierta del reactor (21) por una tuberla (40), un cable de resistencia esta dispuesto en la tuberla (40), un primer dispositivo elevador (30) esta dispuesto por encima de la cubierta de horno de calentamiento (11) y un segundo dispositivo elevador (30) esta dispuesto por encima de la cubierta del reactor (21), una tuberla de bombeo de vaclo (22) esta dispuesta por encima de dicha cubierta del reactor (21), y una primera junta metalica y una segunda junta metalica estan dispuestas entre los dos extremos de la tuberla (40) y la cubierta de horno de calentamiento (11) y respectivamente la cubierta del reactor (21), en donde la primera junta metalica tiene un punto de reblandecimiento de 900 °C y un punto de fusion de 1000 °C, y la segunda junta metalica tiene un punto de reblandecimiento de 1100 °C y un punto de fusion de 1200°C.
- 2. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la pared interna del reactor (20) esta provista de un crisol metalico (26) y una camisa de refrigeracion por agua (27) para la refrigeracion.
- 3. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la cubierta del reactor (21) esta tambien provista de un mecanismo de bloqueo (24) conectado fijamente al reactor (20) y un cilindro de cierre (23) para suministrar energla para el mecanismo de bloqueo (24).
- 4. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el segundo dispositivo elevador (30) comprende una estructura elevadora vertical (31) conectada a la cubierta del reactor (21), un cilindro hidraulico elevador (35) para suministrar energla y un motor de control hidraulico (32) para ajustar el cilindro hidraulico elevador (35) estan dispuestos por debajo de la estructura elevadora vertical (31).
- 5. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que un primer termopar (13) y un material de aislamiento (12) estan dispuestos en la cubierta de horno de calentamiento(11) .
- 6. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que una pantalla tactil (33) y un armario electrico (34) para controlar el movimiento del dispositivo elevador (30) estan dispuestos por encima del cilindro hidraulico elevador (35).
- 7. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que un soporte pivotante (36) esta dispuesto por debajo del armario electrico (34).
- 8. El equipo de destilacion para la produccion de esponja de titanio de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que la tuberla (40) esta provista de un segundo termopar (41) y de una capa de aislamiento (42) ordenados.
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