RU2586187C1 - Method for production of spongy titanium - Google Patents
Method for production of spongy titanium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586187C1 RU2586187C1 RU2014153179/02A RU2014153179A RU2586187C1 RU 2586187 C1 RU2586187 C1 RU 2586187C1 RU 2014153179/02 A RU2014153179/02 A RU 2014153179/02A RU 2014153179 A RU2014153179 A RU 2014153179A RU 2586187 C1 RU2586187 C1 RU 2586187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- mixture
- tetrachloride
- carbon
- magnesium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана.The invention relates to non-ferrous metallurgy, and in particular to the production of sponge titanium by magnetothermic reduction of titanium tetrachloride.
Известен способ получения тугоплавких соединений титана магниетермическим восстановлением смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода (докл. О перспективных технологиях получения лигатур и соединений. - Гулякин АИ. и др. - Наука, производство и применение титана в условиях конверсии. Сб. научных докладов 1 международной научно-технической конференции по титану стран СНГ. - (г. Москва, 7-9 апреля 1994) - М. ВИЛС, 1994, стр. 208-214). Способ заключается в том, что основной процесс получения металлического титана совмещают с его карбонизацией, осуществляя совместное восстановление тетрахлоридов титана и углерода металлическим магнием. Суммарная реакция складывается из параллельно последовательных реакций:A known method for producing refractory titanium compounds by magnetothermic reduction of a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride (report. On promising technologies for producing ligatures and compounds. - Gulyakin AI. Et al. - Science, production and use of titanium under conversion conditions. Collection of scientific reports of 1 international scientific -technical conference on titanium of the CIS countries. - (Moscow, April 7-9, 1994) - M. VILS, 1994, p. 208-214). The method consists in the fact that the main process for producing metallic titanium is combined with its carbonization, carrying out a joint reduction of titanium tetrachlorides and carbon with metallic metal. The total reaction consists of parallel sequential reactions:
TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2 TiCl 4 + 2Mg = Ti + 2MgCl 2
CCl4+2Mg=С+2MgCl2 CCl 4 + 2Mg = C + 2MgCl 2
Ti+С=TiC.Ti + C = TiC.
Процесс проводят при температуре 800-900°C и при коэффициенте использования магния 30%. Полученный в процессе восстановления губчатый титан подвергают вакуумной сепарации при температуре 1000°C. Титан получают в виде плотных кусков различной крупности не более 150 мм с содержанием углерода связанного в пределах 16,2-18,2 мас.%, по своей структуре и свойствам соответствующего карбиду титана.The process is carried out at a temperature of 800-900 ° C and with a utilization of magnesium of 30%. Sponge titanium obtained during the reduction process is subjected to vacuum separation at a temperature of 1000 ° C. Titanium is obtained in the form of dense pieces of various sizes of not more than 150 mm with a carbon content of between 16.2-18.2 wt.%, In structure and properties corresponding to titanium carbide.
Недостатком способа является низкое качество полученного губчатого титана за счет высокого содержания примесей железа и углерода в получаемом продукте, что не позволяет использовать его для получения сплавов титана, применяемых в авиационной и космической отраслях промышленности. Кроме того, высокая активность хлора, образующегося при диссоциации тетрахлорида углерода при температурах выше 350°C, вызывает разрушение материала аппарата восстановления и узла подачи смеси хлоридов в аппарат восстановления. Это приводит к снижению срока службы оборудования и к повышению себестоимости продукции. Из-за высокой плотности расплава металлического магния за счет присутствия в нем углеродных соединений титана снижается степень разделения металлического магния и хлорида магния, а низкая степень использования магния до 30% уменьшает цикловую производительность аппаратов. Извлечение блока губчатого титана с высоким содержанием углерода затруднено из-за высокой твердости материала и прочного сцепления его со стенками реторты-реактора. Процесс дробления такого блока затруднен из-за отсутствия высокопрочного инструмента, что приводит к быстрому износу оборудования для разделки блоков и к снижению срока его службы.The disadvantage of this method is the low quality of the obtained sponge titanium due to the high content of impurities of iron and carbon in the resulting product, which does not allow using it to obtain titanium alloys used in the aviation and space industries. In addition, the high activity of chlorine formed during the dissociation of carbon tetrachloride at temperatures above 350 ° C, causes the destruction of the material of the recovery apparatus and the site of supply of the mixture of chlorides in the recovery apparatus. This leads to a decrease in the service life of the equipment and to an increase in the cost of production. Due to the high density of the magnesium metal melt due to the presence of titanium carbon compounds in it, the degree of separation of magnesium metal and magnesium chloride is reduced, and the low degree of magnesium use reduces the cyclic performance of the apparatus by up to 30%. Removing a block of sponge titanium with a high carbon content is difficult due to the high hardness of the material and its strong adhesion to the walls of the retort reactor. The process of crushing such a block is difficult due to the lack of a high-strength tool, which leads to rapid wear of equipment for cutting blocks and to reduce its service life.
Известен способ получения тугоплавких соединений титана в виде карбида титана (патент РФ №2130424, опубл. 20.05.1999, МПК C01B 31/30, C22B 5/04, C22B 34/12) магниетермическим восстановлением смеси тетрахлоридов титана и углерода, включающий загрузку смеси хлоридов титана и углерода в термостат, охлаждение до температуры -5-(-20)°C при постоянном перемешивании магнитной мешалкой, загрузку в реторту-реактор магния-восстановителя, разогрев аппарата и заливку жидкой смеси тетрахлоридов титана и углерода в аппарат восстановления. Температуру процесса поддерживали 800-900°C и при коэффициенте использования магния 35-50%. По окончании подачи смеси осуществляли выдержку и охлаждение реактора. Затем осуществляли вакуумную сепарацию при температуре 900-980°C. Полученный продукт охлаждали, измельчали с получением порошка карбида титана с содержанием углерода свободного 0,1-0,6 масс.% и связанного углерода 19,2-19,8 масс.%. В результате получали продукт с повышенным выходом гомогенного продукта в виде карбида титана и максимальным содержанием в нем связанного углерода.A known method for producing refractory titanium compounds in the form of titanium carbide (RF patent No. 2130424, publ. 05.20.1999, IPC C01B 31/30, C22B 5/04, C22B 34/12) by magnetothermal reduction of a mixture of titanium tetrachlorides and carbon, including loading a mixture of chloride titanium and carbon to the thermostat, cooling to a temperature of -5 - (- 20) ° C with constant stirring with a magnetic stirrer, loading a magnesium reducing agent into the retort reactor, heating the apparatus and pouring a liquid mixture of titanium and carbon tetrachlorides into the recovery apparatus. The process temperature was maintained at 800-900 ° C and with a magnesium utilization factor of 35-50%. At the end of the mixture, the reactor was held and cooled. Then, vacuum separation was carried out at a temperature of 900-980 ° C. The resulting product was cooled, crushed to obtain titanium carbide powder with a carbon content of free 0.1-0.6 wt.% And bound carbon 19.2-19.8 wt.%. As a result, a product was obtained with an increased yield of a homogeneous product in the form of titanium carbide and a maximum content of bound carbon in it.
Недостатками способа являются большие затраты на использование криогенного оборудования, что удорожает процесс получения тугоплавких соединений титана. Полученный в процессе магниетермического восстановления губчатый титан содержит высокое содержание примесей, обладает высокой хрупкостью и прочностью, что не позволяет его использовать при производстве титановых сплавов специального назначения.The disadvantages of the method are the high costs of using cryogenic equipment, which increases the cost of the process for producing refractory titanium compounds. Sponge titanium obtained in the process of magnetothermic reduction contains a high content of impurities, has high brittleness and strength, which does not allow it to be used in the production of titanium alloys for special purposes.
Известен способ получения тугоплавких соединений титана в виде карбида титана (патент РФ №2083708, опубл. 10.07.1997, МПК C22B 34/12, C01B 31/30). магнитермическим восстановлением смеси тетрахлоридов титана и углерода, включающий загрузку в реторту-реактор магния-восстановителя, насыщенного водородом до 1-2 мас.%, заполнение реторты аргоном, разогрев аппарата и заливку жидкой смеси хлоридов титана и углерода в реторту-реактор. Общая загрузка составляет 350 г, тетрахлорид углерода брали с избытком от стехиометрии на 0,5%. Совместное магниетермическое восстановление хлоридов титана и углерода проводили при температуре 800-850°C, при коэффициенте использования магния 35-50% и скорости подачи смеси тетрахлоридов 0,6-0,8 г/см2 в час. По окончании подачи смеси осуществляли выдержку и охлаждение реторты-реактора. Затем осуществляли вакуумную сепарацию при температуре 980-1000°C в течение 47 часов. Кроме того, предложено также насыщать водородом смесь тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода. Предложенная технология позволяет интенсифицировать процесс восстановления, образующиеся гидриды и карбогидриды титана имеют более развитую удельную поверхность, повышается их активность и скорость взаимодействия исходных продуктов. Выход годного продукта возрастает до 86%, гомогенность карбида титана достигает 84-88% масс.A known method of producing refractory compounds of titanium in the form of titanium carbide (RF patent No. 2083708, publ. 07/10/1997, IPC C22B 34/12, C01B 31/30). magnetothermic reduction of a mixture of titanium and carbon tetrachlorides, including loading a magnesium reductant saturated with hydrogen up to 1-2 wt.% in the retort reactor, filling the retort with argon, heating the apparatus, and pouring a liquid mixture of titanium and carbon chlorides into the retort reactor. The total load is 350 g, carbon tetrachloride was taken in excess of stoichiometry by 0.5%. The joint magnetothermic reduction of titanium and carbon chlorides was carried out at a temperature of 800-850 ° C, with a magnesium utilization factor of 35-50% and a feed rate of a mixture of tetrachlorides of 0.6-0.8 g / cm 2 per hour. At the end of the mixture, the retort reactor was held and cooled. Then, vacuum separation was carried out at a temperature of 980-1000 ° C for 47 hours. In addition, it is also proposed to saturate with hydrogen a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride. The proposed technology makes it possible to intensify the reduction process, the resulting hydrides and titanium carbohydrides have a more developed specific surface, their activity and the rate of interaction of the starting products increase. The yield of the product increases to 86%, the homogeneity of titanium carbide reaches 84-88% of the mass.
Недостатком способа является то, что добавка водорода в металлический магний и в смесь тетрахлоридов титана и углерода приводит к взрывоопасной ситуации при производстве губчатого титана и требует большой осторожности ведения процесса восстановления. Полученный в процессе магниетермического восстановления титан губчатый содержит высокое содержание примесей, обладает высокой хрупкостью и прочностью, что не позволяет его использовать при производстве сплавов титана, используемых в отраслях промышленности специального назначения.The disadvantage of this method is that the addition of hydrogen to metallic magnesium and to a mixture of titanium tetrachlorides and carbon leads to an explosive situation in the production of sponge titanium and requires great caution in conducting the recovery process. Sponge titanium obtained in the process of magnetothermic reduction contains a high content of impurities, has high brittleness and strength, which does not allow it to be used in the production of titanium alloys used in special industries.
Известен способ получения губчатого титана, содержащего тугоплавкие соединения, магниетермическим восстановлением хлоридов металлов (кн.: Получение дисперсных порошков титана, циркония и скандия и синтез их тугоплавких наносоединений металлотермическим восстановлением хлоридов. - Александровский С.В., Сизяков В.М. и др. - М.: Изд. дом «Руда и металлы, 2006, с. 42-44 и с. 186-197), включающий загрузку в аппарат металлического магния чистотой 99,9 мас.%, нагрев до температуры 850-900°C, подачу насосом смеси тетрахлоридов титана и углерода. При подаче смеси тетрахлоридов в аппарат происходит испарение смеси и в газообразном состоянии его взаимодействие с магнием. Скорость подачи смеси тетрахлоридов титана и углерода равна 10-35 г/мин, температуру процесса поддерживают в пределах 880-1050°C. Для устранения образования оксикарбидов титана смесь хлоридов титана и углерода, магния и все внутренние трубопроводы защищены аргоном под избыточным давлением для предотвращения проникновения воздуха в систему. По окончании процесса восстановления реактор устанавливают в печь вакуумной сепарации, процесс сепарации проводят при температуре 900-1050°C с возгонкой магния и хлорида магния из блока. Затем блок губчатого титана извлекают из реактора и измельчают.A known method of producing sponge titanium containing refractory compounds by magnetothermic reduction of metal chlorides (book: Obtaining dispersed powders of titanium, zirconium and scandium and the synthesis of their refractory nanocompounds by metallothermic reduction of chlorides. - Aleksandrovsky S.V., Sizyakov V.M. and others. - M.: Publishing House "Ore and Metals, 2006, p. 42-44 and p. 186-197), including loading into the apparatus of metallic magnesium with a purity of 99.9 wt.%, Heating to a temperature of 850-900 ° C, pumping a mixture of titanium tetrachlorides and carbon. When a mixture of tetrachlorides is fed into the apparatus, the mixture evaporates and, in a gaseous state, interacts with magnesium. The feed rate of the mixture of titanium tetrachlorides and carbon is 10-35 g / min, the process temperature is maintained within the range of 880-1050 ° C. To eliminate the formation of titanium oxycarbides, the mixture of titanium and carbon chlorides, magnesium chlorides and all internal pipelines are protected by argon under excessive pressure to prevent air from entering the system. At the end of the recovery process, the reactor is installed in a vacuum separation furnace, the separation process is carried out at a temperature of 900-1050 ° C with sublimation of magnesium and magnesium chloride from the block. Then the sponge titanium block is removed from the reactor and ground.
Недостатком способа является низкое качество полученного губчатого титана за счет высокого содержания примесей железа и углерода в получаемом продукте, что не позволяет использовать его для получения сплавов титана специального назначения. Кроме того, высокая активность хлора, образующегося при диссоциации тетрахлорида углерода выше температуры 350°C, вызывает разрушение материала реактора и узла подачи смеси хлоридов в аппарат восстановления, что приводит к снижению срока службы оборудования и к повышению себестоимости продукции. Из-за высокой плотности расплава металлического магния снижается степень разделения металлического магния и хлорида магния, что снижает цикловую производительность процесса восстановления. Низкая степень использования магния до 30-50% уменьшает цикловую производительность аппаратов. Извлечение блока губчатого титана с высоким содержанием углерода затруднено из-за высокой твердости материала и прочного сцепления его со стенками реторты-реактора. Процесс дробления такого блока затруднен из-за отсутствия высокопрочного инструмента, что приводит к быстрому износу оборудования для разделки блоков и к снижению срока его службы.The disadvantage of this method is the low quality of the obtained sponge titanium due to the high content of impurities of iron and carbon in the resulting product, which does not allow using it to obtain titanium alloys for special purposes. In addition, the high activity of chlorine generated during the dissociation of carbon tetrachloride above a temperature of 350 ° C causes the destruction of the reactor material and the site of supply of the mixture of chlorides in the recovery apparatus, which leads to a decrease in the service life of the equipment and to increase the cost of production. Due to the high density of the magnesium metal melt, the degree of separation of magnesium metal and magnesium chloride decreases, which reduces the cyclic productivity of the reduction process. A low degree of magnesium use up to 30-50% reduces the cyclic performance of the apparatus. Removing a block of sponge titanium with a high carbon content is difficult due to the high hardness of the material and its strong adhesion to the walls of the retort reactor. The process of crushing such a block is difficult due to the lack of a high-strength tool, which leads to rapid wear of equipment for cutting blocks and to reduce its service life.
Известен способ получения тугоплавких соединений титана (кн. Новые процессы получения тугоплавких соединений титана. - Александровский С.В., Донг ВонЛи, Гопиенко В.Г. - М.: ГУП Руда и металлы, 2001, с. 51-53, с. 81-98 и с.107-110), по количеству общих признаков принятый за ближайщий аналог-прототип. Способ заключается в том, что на поверхность расплавленного магния с помощью перистальтического насоса с заданной скоростью, равной 0,5 г/мин, подают смесь тетрахлоридов титана и углерода. Процесс восстановления протекает в газовой фазе, коэффициент использования магния 30-50%. Образующийся в процессе реакции хлорид магния периодически сливают из реактора, а полученную реакционную массу, состоящую из титана, хлорида магния и магния, направляют на вакуумную сепарацию, затем аппарат охлаждают, извлекают титан в виде спеченного блока, измельчают и отбирают пробы на анализ. Содержание связанного углерода составляет 15,1-17,1% масс.A known method of producing refractory compounds of titanium (Prince. New processes for producing refractory compounds of titanium. - Aleksandrovsky S.V., Dong WonLi, Gopienko V.G. - M.: GUP Ore and Metals, 2001, pp. 51-53, p. 81-98 and p.107-110), by the number of common features adopted for the closest analogue prototype. The method consists in the fact that a mixture of titanium and carbon tetrachlorides is supplied to the surface of the molten magnesium using a peristaltic pump at a predetermined speed of 0.5 g / min. The recovery process takes place in the gas phase, the utilization of magnesium is 30-50%. Magnesium chloride formed during the reaction is periodically drained from the reactor, and the resulting reaction mass, consisting of titanium, magnesium chloride and magnesium, is sent to vacuum separation, then the apparatus is cooled, titanium is removed in the form of a sintered block, crushed, and samples are taken for analysis. The content of bound carbon is 15.1-17.1% of the mass.
Недостатком способа является низкое качество полученного губчатого титана за счет высокого содержания примесей железа (0,14-1,85 мас.%) и углерода (15,0-17,0 мас.%), что не позволяет использовать его для получения сплавов специального назначения. Кроме того, высокая активность хлора, образующегося при диссоциации тетрахлорида углерода при температуре выше 350°C, вызывает разрушение материала аппарата восстановления и узла подачи смеси тетрахлоридов титана и углерода в аппарат восстановления, что приводит к снижению срока службы оборудования и к повышению себестоимости продукции. Из-за высокой плотности расплава металлического магния из-за присутствия в нем карбидных соединений титана снижается степень разделения металлического магния и хлорида магния. Извлечение блока губчатого титана с высоким содержанием углерода затруднено из-за высокой твердости материала и прочного сцепления его со стенками реторты-реактора. Процесс дробления такого блока затруднен из-за отсутствия высокопрочного инструмента, что приводит к быстрому износу оборудования для разделки блоков и к снижению срока его службы.The disadvantage of this method is the low quality of the obtained sponge titanium due to the high content of impurities of iron (0.14-1.85 wt.%) And carbon (15.0-17.0 wt.%), Which does not allow using it to obtain special alloys destination. In addition, the high activity of chlorine generated during the dissociation of carbon tetrachloride at temperatures above 350 ° C causes the destruction of the material of the reduction apparatus and the feed unit of the mixture of titanium tetrachlorides and carbon in the reduction apparatus, which leads to a decrease in the service life of the equipment and to increase the cost of production. Due to the high density of the magnesium metal melt, due to the presence of titanium carbide compounds in it, the degree of separation of magnesium metal and magnesium chloride decreases. Removing a block of sponge titanium with a high carbon content is difficult due to the high hardness of the material and its strong adhesion to the walls of the retort reactor. The process of crushing such a block is difficult due to the lack of a high-strength tool, which leads to rapid wear of equipment for cutting blocks and to reduce its service life.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет получить губчатый титан с заданным содержанием углерода (0,1-0,2 мас.%) и с пониженным содержанием примесей в губчатом титане, таких как железо, хлор, кислород, азот, кремний и никель. Кроме того, увеличивается срок службы оборудования за счет снижения коррозии материала.The technical result is aimed at eliminating the disadvantages of the prototype and allows to obtain sponge titanium with a given carbon content (0.1-0.2 wt.%) And with a reduced content of impurities in sponge titanium, such as iron, chlorine, oxygen, nitrogen, silicon and nickel . In addition, the service life of the equipment is increased by reducing the corrosion of the material.
Задачей, на которую направлено изобретение, является получение губчатого титана заданного состава, что позволяет использовать его для получения сплавов из титана для космической и авиационной отраслей промышленности, и повышение срока службы оборудования.The task to which the invention is directed is to obtain sponge titanium of a given composition, which allows it to be used to produce titanium alloys for the space and aviation industries, and to increase the service life of the equipment.
Технический результат достигается тем, что в способе получения губчатого титана, включающем приготовление смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода, ее перемешивание, подачу полученной смеси на процесс восстановления металлическим магнием при избыточном давлении аргона, слив образующегося хлорида магния, вакуумную сепарацию полученного блока губчатого титана от примесей, новым является то, что смесь тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода готовят при соотношении, равном 1:(0,009-0,01), перемешивают и подают на восстановление сначала в течение одного часа при скорости подачи смеси не более 100 кг/час и затем при скорости подачи не более 150 кг/час, поддерживая в процессе подачи смеси постоянную температуру и постоянное избыточное давление аргона.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing sponge titanium, which includes preparing a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride, mixing it, supplying the resulting mixture to the reduction process with metallic magnesium under argon pressure, draining the resulting magnesium chloride, vacuum separation of the resulting block of sponge titanium from impurities , it is new that a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride is prepared at a ratio of 1: (0.009-0.01), mixed and served for recovery with start within one hour at a feed rate of the mixture of not more than 100 kg / h and then at a feed rate of not more than 150 kg / h, while maintaining a constant temperature and constant overpressure of argon during the supply of the mixture.
Кроме того, процесс восстановления проводят при температуре 850-860°C. Кроме того, процесс восстановления проводят при избыточном давлении аргона 4,9-25,5 кПа.In addition, the recovery process is carried out at a temperature of 850-860 ° C. In addition, the recovery process is carried out at an argon overpressure of 4.9-25.5 kPa.
Кроме того, перед подачей на процесс восстановления аргон предварительно чистят от примесей азота и кислорода.In addition, before being fed to the reduction process, argon is first cleaned of nitrogen and oxygen impurities.
Кроме того, приготовление смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода проводят в герметичной емкости, при этом последовательно в емкость заливают тетрахлорид титана, а затем тетрахлорид углерода.In addition, the preparation of a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride is carried out in a sealed container, with titanium tetrachloride and then carbon tetrachloride being successively poured into the container.
Кроме того, смесь тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода перемешивают путем подачи смеси самотеком из одной герметичной емкости в другую и затем перекачки смеси обратно.In addition, the mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride is stirred by feeding the mixture by gravity from one pressurized container to another and then pumping the mixture back.
Кроме того, смесь перекачивают из одной герметичной емкости в другую и обратно не менее 3 раз.In addition, the mixture is pumped from one sealed container to another and vice versa at least 3 times.
Выбранные экспериментальными исследованиями условия и режимы приготовления смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода при соотношении, равном 1:(0,009-0, 01), и перемешивание смеси позволяют создать оптимальные условия процесса и получить губчатый титан с заданным содержанием углерода, что позволяет использовать его при изготовлении сплавов титана особого назначения.The conditions and modes of preparation of a mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride selected by experimental studies at a ratio of 1: (0.009-0, 01), and mixing the mixture, create optimal process conditions and obtain sponge titanium with a given carbon content, which allows its use in the manufacture special titanium alloys.
Подача смеси тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода на восстановление сначала в течение одного часа при скорости подачи смеси не более 100 кг/час и затем при скорости подачи не более 150 кг/час, поддерживая в процессе подачи смеси постоянную температуру и постоянное избыточное давление аргона, позволяет получить губчатый титан заданного состава для получения сплава титана специального назначения, а также повысить срок службы оборудования за счет уменьшения коррозии материала патрубка для подачи смеси и аппарата восстановления.The flow of the mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride for recovery, first within one hour at a feed rate of the mixture of not more than 100 kg / h and then at a feed speed of not more than 150 kg / h, while maintaining a constant temperature and constant overpressure of argon during the supply of the mixture, allows to obtain sponge titanium of a given composition to obtain a titanium alloy for special purposes, as well as to increase the service life of equipment by reducing corrosion of the material of the pipe for supplying the mixture and the recovery apparatus.
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 заявленном способе получения губчатого титана, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (identical) to all the essential features of the invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinctive features as seen by the applicant in the claimed method for producing sponge titanium set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
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. В заявленном изобретении имеются новая совокупность признаков и новые условия осуществления действий. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. In the claimed invention there is a new set of features and new conditions for the implementation of actions. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Промышленную применимость предлагаемого изобретения подтверждает следующий пример осуществления способа получения губчатого титана.The industrial applicability of the invention is confirmed by the following example implementation of a method for producing sponge titanium.
Предварительно готовят смесь тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода. Для этого в герметичную емкость, например напорный бак, последовательно заливают тетрахлорид титана (ТУ 1715-455-03785388-2011) в количестве 6000 кг, а затем через верхний патрубок емкости с помощью воронки заливают тетрахлорид углерода (ГОСТ 20288-74) в количестве 54 кг, поддерживая соотношение, равное 1:0,009. Смесь тетрахлорида титана и тетрахлорида углерода перемешивают. Для этого смесь самотеком сливают по трубопроводу во вторую герметичную емкость, и затем с помощью герметичного насоса типа ЦНГ-68 смесь подают обратно в первую герметичную емкость. Такое перемешивание проводят 3 раза. Очистку аргона проводят путем пропускания его через слой губчатого титана при температуре 800°C в герметичном реакторе. Губчатый титан активно взаимодействует с присутствующим в аргоне кислородом и азотом и происходит очистка аргона. Очищенный аргон (ГОСТ 10157-79) подают на процесс восстановления магнием смеси тетрахлоридов титана и углерода. Реторту герметично закрывают крышкой с патрубками для подачи магния и смеси присоединяют сливное устройство, подсоединяют к трубопроводу для подачи аргона и устанавливают в электропечь типа СШО (шахтная печь сопротивления). В реторту заливают магний (ТУ 1714-004-05785388-2012) в количестве 2250 кг, аппарат восстановления разогревают до температуры 850°C, создают избыточное давление 19,6 кПа и начинают подачу смеси хлоридов через патрубок в реторту первоначально в течение часа со скоростью подачи смеси не более 100 кг/час и затем со скоростью подачи не более 150 кг/час. В течение всего времени подачи смеси в аппарат процесс восстановления проводят при поддерживании постоянных режимов без отклонений от заданных значений (при температуре 850°C и избыточном давлении 19,6 кПа). Процесс ведут до коэффициента использования магния, равного 55%. В результате восстановления тетрахлорида титана магнием в аппарате образуется титан губчатый в твердом виде, поры которого заполнены жидким магнием и хлористым магнием. Так как плотность хлористого магния больше плотности магния, то он концентрируется в нижней части аппарата и его периодически сливают через сливное устройство в короб. Полученный в аппарате восстановления губчатый титан подвергают очистке методом вакуумной сепарации. Для этого проводят демонтаж реторты из печи, охлаждение и установку на него реторты-конденсатора с охладителем. Собранный аппарат устанавливают в вакуумную электропечь типа СШВ (шахтная вакуумная печь сопротивления), подключают к вакуумным насосам и начинают процесс очистки губчатого титана от магния и хлорида магния. Процесс вакуумной сепарации основан на способности магния и хлористого магния интенсивно испаряться при высоких температурах в условиях глубокого вакуумметрического давления с последующей конденсацией в охлаждаемой зоне аппарата. Процесс проводят в вакууме при температуре 1020°C. По окончании процесса вакуумной сепарации блок титана губчатого в реторте охлаждают в атмосфере аргона: сначала в печи, затем в холодильнике. Из реторты после удаления гарниссажа производят извлечение блока титана губчатого с помощью крана. Блок обрабатывают с помощью отбойных молотков и измельчают.A mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride is preliminarily prepared. To do this, in a sealed container, for example a pressure tank, titanium tetrachloride (TU 1715-455-03785388-2011) is sequentially poured in an amount of 6000 kg, and then carbon tetrachloride (GOST 20288-74) in an amount of 54 is poured through the upper nozzle of the container using a funnel. kg, maintaining a ratio of 1: 0.009. A mixture of titanium tetrachloride and carbon tetrachloride is mixed. For this purpose, the mixture is drained by gravity through a pipeline into a second sealed container, and then, using a TsNG-68 type sealed pump, the mixture is fed back to the first sealed container. This mixing is carried out 3 times. Purification of argon is carried out by passing it through a layer of sponge titanium at a temperature of 800 ° C in a sealed reactor. Sponge titanium actively interacts with the oxygen and nitrogen present in argon, and argon is purified. Purified argon (GOST 10157-79) is fed to the process of magnesium reduction of a mixture of titanium tetrachlorides and carbon. The retort is hermetically sealed with a lid with nozzles for supplying magnesium and the mixture is connected to a drain device, connected to a pipeline for supplying argon and installed in an electric furnace of the SCO type (resistance shaft furnace). Magnesium (TU 1714-004-05785388-2012) is poured into the retort in the amount of 2250 kg, the recovery apparatus is heated to a temperature of 850 ° C, an overpressure of 19.6 kPa is created and the mixture of chlorides is fed through the nozzle into the retort for an initial hour at a speed feeding the mixture is not more than 100 kg / h and then with a feed rate of not more than 150 kg / h. During the entire time the mixture is fed into the apparatus, the recovery process is carried out while maintaining constant conditions without deviations from the set values (at a temperature of 850 ° C and an overpressure of 19.6 kPa). The process is conducted up to a magnesium utilization rate of 55%. As a result of the reduction of titanium tetrachloride by magnesium in the apparatus, spongy titanium is formed in solid form, the pores of which are filled with liquid magnesium and magnesium chloride. Since the density of magnesium chloride is higher than the density of magnesium, it is concentrated in the lower part of the apparatus and it is periodically drained through a drain device into a box. The sponge titanium obtained in the reduction apparatus is purified by vacuum separation. To do this, the retort is dismantled from the furnace, the retort condenser with a cooler is cooled and installed on it. The assembled apparatus is installed in a vacuum electric furnace of the SShV type (mine resistance vacuum furnace), connected to vacuum pumps and the process of cleaning sponge titanium from magnesium and magnesium chloride begins. The vacuum separation process is based on the ability of magnesium and magnesium chloride to intensively evaporate at high temperatures under conditions of deep vacuum pressure, followed by condensation in the cooled area of the apparatus. The process is carried out in vacuum at a temperature of 1020 ° C. At the end of the vacuum separation process, the sponge titanium block in the retort is cooled in an argon atmosphere: first in an oven, then in a refrigerator. After removing the skull from the retort, a sponge titanium block is removed using a crane. The block is treated with jackhammers and crushed.
В результате получают губчатый титан, соответствующий ТУ 1715-483-05785388-2014 с содержанием углерода 0,1-0,2 мас.% и железа 0,09 мас.%.The result is sponge titanium corresponding to TU 1715-483-05785388-2014 with a carbon content of 0.1-0.2 wt.% And iron 0.09 wt.%.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153179/02A RU2586187C1 (en) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | Method for production of spongy titanium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153179/02A RU2586187C1 (en) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | Method for production of spongy titanium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2586187C1 true RU2586187C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014153179/02A RU2586187C1 (en) | 2014-12-25 | 2014-12-25 | Method for production of spongy titanium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2586187C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4441925A (en) * | 1981-04-04 | 1984-04-10 | Hiroshi Ishizuka | Method and an apparatus for producing titanium metal from titanium tetrachloride |
| RU2145979C1 (en) * | 1998-11-06 | 2000-02-27 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титаномагниевый комбинат" | Method of preparing spongy titanium |
| RU2163936C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-03-10 | Евдокимов Владимир Иванович | Continuous magnesium-reduction method of titanium production |
| RU2201984C2 (en) * | 2001-07-16 | 2003-04-10 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" | Method of production of sponge titanium |
-
2014
- 2014-12-25 RU RU2014153179/02A patent/RU2586187C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4441925A (en) * | 1981-04-04 | 1984-04-10 | Hiroshi Ishizuka | Method and an apparatus for producing titanium metal from titanium tetrachloride |
| RU2145979C1 (en) * | 1998-11-06 | 2000-02-27 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титаномагниевый комбинат" | Method of preparing spongy titanium |
| RU2163936C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-03-10 | Евдокимов Владимир Иванович | Continuous magnesium-reduction method of titanium production |
| RU2201984C2 (en) * | 2001-07-16 | 2003-04-10 | Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" | Method of production of sponge titanium |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АЛЕКСАНДРОВСКИЙ С.В., ДОНГ ВОН ЛИ и др., Новые процессы получения тугоплавких соединений титана, М., ГУП Руда и металлы, 2001, с.51-53, 81-98, 107-110. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109536751B (en) | Method for producing magnesium-lithium alloy and by-product magnesium aluminate spinel by aluminothermic reduction | |
| KR101214939B1 (en) | Grain refiner of magnesium alloys and method for grain refining, method for manufacturing of magnesium alloys using the same, and magnesium alloys prepared thereby | |
| US20220204353A1 (en) | Method for Synthesizing Ammonia, and Apparatus for Said Method | |
| US10106415B2 (en) | Production of boron phosphide by reduction of boron phosphate with an alkaline metal | |
| Tian et al. | Magnesium production by carbothermic reduction in vacuum | |
| CN108439422B (en) | Method for preparing titanium boride alloy through aluminothermic reduction | |
| RU2586187C1 (en) | Method for production of spongy titanium | |
| Miloserdov et al. | High-temperature synthesis of cast Cr 2 AlC at an inert gas overpressure | |
| RU2583980C2 (en) | Method of producing nitrogen-bearing alloy | |
| CN104495845B (en) | A kind of pure Fe3the preparation technology of C block | |
| CN102121076B (en) | Method for synthetizing particle reinforced metal matrix composite material in pulsed electric field | |
| JP2016094628A (en) | Manufacturing method of intermetallic compound grain, crystal grain refining agent for cast aluminum using the same and manufacturing method therefor, manufacturing method of aluminum or aluminum alloy casting material using the same | |
| Amosov et al. | Fabrication of Al-AlN nanocomposites | |
| JP6281261B2 (en) | Method for reducing boron content of rare earth oxides containing boron | |
| JPS6351965B2 (en) | ||
| CN103725912B (en) | The method that waste hard alloy mixture reclaims and processes | |
| RU2533245C1 (en) | Method of base metal production for aluminium alloys | |
| RU2635211C1 (en) | Alloy spongy titanium obtaining method | |
| Di et al. | Extracting lithium from a lithium aluminate complex by vacuum aluminothermic reduction | |
| Andreev et al. | Gravity-assisted metallothermic SHS of titanium aluminide with Al–Ca mixture as a reducing agent | |
| KR20140004869A (en) | Method for manufacturing metal-silicon using low-grade silica-materials and metal-silicon manufactured by using the same | |
| JP5052963B2 (en) | Method for producing molten zinc | |
| KR102638196B1 (en) | Thermal reduction reaction mixture for preparing low-oxygen transition metal powder from group IV transition metal oxide and method for preparing low-oxygen transition metal powder using the same | |
| JP7067196B2 (en) | Method for producing rare earth element oxalate | |
| RU2269585C1 (en) | Method for thermal melting of metal |