Вдосконалення магнієтермічного процесу отримання титану губчастого з метою зменшення потрапляння домішок

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ

УДК 669.295:669.721.9

ВДОСКОНАЛЕННЯ МАГНІЄТЕРМІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ТИТАНУ ГУБЧАСТОГО З МЕТОЮ ЗменшЕННЯ потрапляННЯ ДОМІШОК

05.16.02 - Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Листопад Дмитро Олександрович

Запоріжжя 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Червоний Іван Федорович, завідувач кафедри металургії кольорових металів Запорізької державної інженерної академії МОНМС України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Малишев Віктор Володимирович, директор Інституту інженерних технологій Університету «Україна» МОНМС України,

кандидат технічних наук, доцент Овчинников Олександр Володимирович, Запорізький національний технічний університет МОНМС України, доцент кафедри механіки

Захист відбудеться «_12__» _жовтня__ 2011 р. о _13-00_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 17.100.02 в Запорізькій державній інженерній академії (ЗДІА) за адресою 69006, м. Запоріжжя, пр. Леніна, 226.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Запорізької державної інженерної академії, 69006, м. Запоріжжя, пр. Леніна, 226.

Автореферат розісланий «__09__» ______09_______ 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 17.100.02 В.П. Грицай

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виробництво титану та його більш широке використання стримується відносно високою вартістю виробництва якісного металу. Це пояснюється головним чином складністю технології відновлення тетрахлориду титану магнієм і недостатньою продуктивністю апаратури відновлення та вакуумної сепарації. В усіх країнах - виробниках титану, триває пошук нових, більш раціональних та ефективних вдосконалень існуючої технології його отримання, в тому числі спрямованих на підвищення якості титану губчастого.

У зв'язку з цим дисертаційна робота присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в розкритті закономірностей процесів надходження домішок до титану губчастого в процесі його виробництва й підвищенні ефективності відновлення тетрахлориду титану магнієм та вакуумної сепарації реакційної маси з метою отримання якісного титану.

Проблема забезпечення інтенсифікації виробництва і підвищення якості титану губчастого може бути вирішена шляхом вдосконалення апаратурно-технологічного оформлення процесу відновлення тетрахлориду титану магнієм. Ця проблема відображена в роботах Гармати В. А., Сергєєва В. В., Мальшина В. М., Сандлера Р. О., Скрипнюка В. М., Огурцова С. В., Яценко О. П., Андрєєва А. Є., Черепанова В. П., Петрунько А. М. та інших.

Аналіз науково-технічної інформації показав, що для інтенсифікації магнієтермічного способу відновлення тетрахлориду титану необхідно поліпшити транспортування реагентів в зону реакції, забезпечити відведення продуктів реакції і тепла, підтримуючи оптимальний температурний режим в зоні реакції. Подальший процес вакуумної сепарації має незначні можливості інтенсифікації і визначається тривалістю прогріву блоку реакційної маси, транспортом магнію та хлористого магнію з пористої структури блоку і вимагає удосконалення апаратурно-технологічної схеми. В літературі недостатньо розкрито механізми забруднення домішками блоку титану губчастого і причини мікроруйнування матеріалу реактора в процесі його експлуатації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі металургії кольорових металів Запорізької державної інженерної академії. Експериментальні дослідження виконувалися на Державному підприємстві «Запорізький титано-магнієвий комбінат», а також у Державному науково-дослідному та проектному інституті титану. Проведені дослідження узгоджуються з «Державною програмою розвитку та реформування гірничо-металургійного комплексу України на період до 2012 р.» (Постанова Кабінету Міністрів України від 28.07.04 р., № 967, код 333), «Комплексною програмою розвитку кольорової металургії на період до 2010 р.» (Постанова Кабінету Міністрів України від 18.10.99 р. № 1917, код 080), а також виконувалися відповідно до теми «Дослідження умов і методів керування потоками та інтенсифікації рафінування металевих розплавів», номер держреєстрації 0109U008658 (наказ МОНУ № 686 від 22.07.2009 р.). Дослідження в частині рентгеноспектрального аналізу при розробці механізму переходу домішок з матеріалу реактора в титан губчастий виконувалися за темою «Дослідження механізму та теоретичні узагальнення синтезу оксидно-металовуглецевих наноматеріалів широкого спектру застосування», номер держреєстрації 0108U000583 (наказ МОНУ № 960 від 22.12.2004 р.) відповідно до планів науково-дослідних робіт ЗДІА.

Метою дослідження є зменшення надходження домішок в блок титану губчастого та підвищення ефективності процесів відновлення та вакуумної сепарації.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання дослідження:

1) провести термодинамічний аналіз взаємодії легуючих елементів матеріалу реактора з хлоридами титану і встановити можливі шляхи надходження домішок з матеріалу реактора в титан губчастий;

2) встановити вплив тривалості експлуатації промислового реактора на зміну складу його внутрішньої поверхні, мікроруйнування, що виникають, накопичення і перехід домішок заліза, нікелю, азоту, кисню та інших в титан губчастий в процесі виробництва;

3) дослідити вплив порційно-періодичної подачі магнію на потрапляння домішок у блок титану губчастого і можливість інтенсифікації процесів відновлення та вакуумної сепарації реакційної маси.

Об'єкт дослідження - технологічний процес магнієтермічного отримання титану губчастого.

Предмет дослідження - процес надходження домішок з матеріалу реактора в титан губчастий, вплив способу завантаження магнію на інтенсифікацію відновлення тетрахлориду титану та ефективність вакуумної сепарації реакційної маси. титан губчастий магній домішка

Методи досліджень. Визначення хімічного складу титану виконували рентгеноспектральним і хімічними методами. Лабораторні випробування порційно-періодичної подачі магнію виконували на спеціально розроблених експериментальних установках магнієтермічного відновлення тетрахлориду титану та вакуумної сепарації реакційної маси титану губчастого. Механічні властивості виплавлюваних злитків титану визначали за стандартними і атестованими методиками. Відбір зразків термодифузійного шару титанування виконували з внутрішньої поверхні промислових реакторів продуктивністю 0,87 т/цикл після вилучення з нього блоку титану губчастого. Дослідження фазового складу домішкових елементів в термодифузійних шарах титанування проводили рентгеноструктурним аналізатором. Зразки матеріалу реактора відбирали з промислових реакторів продуктивністю 0,87 т/цикл, що вже відпрацювали свій ресурс експлуатації. Дослідження зміни вмісту легуючих елементів у матеріалі реактора проводили з використанням рентгено-спектрального мікроаналізу. Експериментальні дані обробляли методами математичної статистики. Оцінка адекватності розроблених методик та правильності запропонованих теоретичних уявлень виконували шляхом зіставлення з даними досить великого обсягу лабораторних і промислових досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше встановлено причинно-наслідкову залежність зміни складу і мікроруйнування матеріалу стінок реактора на потрапляння домішок у блок титану губчастого.

2. Уточнено фазовий склад і закономірності розподілу домішок заліза, нікелю, азоту, кисню і вуглецю за висотою термодифузійного шару титанування промислового реактора та кількістю циклів експлуатації реактора.

3. Вперше встановлена термодинамічна можливість взаємодії легуючих елементів матеріалу реактора з TiCl₄, TiCl₃, TiCl₂ з утворенням продуктів, які можуть обумовлювати надходження домішок до титану губчастого.

4. Отримали подальший розвиток уявлення про вплив на якість титану губчастого порційно-періодичної подачі магнію під шар реакційної маси, що дозволило знизити надходження домішок з матеріалу реактора, інтенсифікувати відновлення тетрахлориду титану до 10 %, а також підвищити ефективність вакуумної сепарації реакційної маси на 10... 15 % за рахунок особливої конфігурації блоку.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено установку, спосіб і технологічні режими проведення процесу відновлення тетрахлориду титану при порційно-періодичній подачі магнію з використанням суміщеного апарату для розплавлення і завантаження магнію, нову установку захищено патентами України на корисну модель № 47555 і 47566 від 10.02.2010.

2. Показано, що проведення процесу відновлення TiCl₄ при порційно-періодичній подачі магнію в лабораторних умовах дозволяє підвищити якість титану губчастого шляхом зменшення надходження до нього домішок (зменшення вмісту домішок: заліза з 0,09 до 0,02 %, азоту з 0,800 до 0,014 % та інших), інтенсифікувати процес відновлення тетрахлориду титану магнієм і підвищити ефективність вакуумної сепарації на 10 … 15 %, що в свою чергу знижує енерговитрати і підвищує продуктивність технологічного устаткування.

3. Надано технологічні рекомендації щодо скорочення частки домішок, які перейшли з матеріалу реактора до титану губчастого, зниження накопичення домішок в термодифузійному шарі титанування, які забезпечують підвищення якості очищення та підготовки внутрішньої поверхні реактора, мінімізацію тривалості перебування порожнього реактора між циклами виробництва у відкритому стані.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. Ним виконано постановку задач, розробку методик, обробку, аналіз та узагальнення результатів, сформульовано всі основні положення, рекомендації та висновки.

У роботах, опублікованих у співавторстві, автор запропонував методику проведення експериментів та обробки результатів рентгеноспектрального аналізу [1], що дозволили виявити характер зміни складу матеріалу реактора за його висотою та товщиною стінки [5], а також встановив фази, що містять домішки, і перетворення в поверхневому шарі термодифузійного титану на внутрішній поверхні реактора від тривалості експлуатації [2, 3]. Автор виконав аналіз промислових технологій виробництва титану губчастого та фізико-хімічних закономірностей [4, 6]. Виконав термодинамічні розрахунки реакцій взаємодії хлоридів титану з легуючими елементами матеріалу реактора та оцінив можливість їхнього потрапляння до титану губчастого [3, 5, 11]. Розробив методику проведення експериментальних досліджень і безпосередньо брав участь в їх проведенні, розробив конструкцію апарату для порційно-періодичної подачі магнію для відновлення тетрахлориду титану [7 - 10].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на Міжнародних конференціях: «Титан в СНД» (м. Ялта, 2007; м. Санкт-Петербург, 2008; м. Одеса, 2009; м. Єкатеринбург, 2010; м. Львів, 2011); міжнародній науково-технічній конференції молодих вчених і фахівців «Титан: виробництво та застосування» в 2008 і 2010 рр.; Міжнародних конференціях: «Обладнання та технології термічної обробки металів» - 7 (м. Харків, 28 травня - 1 червня 2007 р.); на Харківській нанотехнологічній асамблеї "Вакуумні нанотехнології та обладнання" (м. Харків, 2006 р.); на IX Міжнародному науково-технічному конгресі термістів і металознавців (м. Харків, 21-25 квітня, 2008 р.); на Харківській нанотехнологічній асамблеї "Наноструктурні матеріали" (м. Харків, 2007 р.); на VIII Міжнародній конференції «Актуальні проблеми сучасної науки» (м. Самара, 2007 р.); на I науково-практичній конференції з міжнародною участю «Комп'ютерне моделювання в хімії та технологіях» (м. Черкаси, 12-16 травня 2008 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації відображено в 24 публікаціях, з них 8 статей у спеціалізованих наукових журналах, затверджених ВАК України, 3 патенти на корисні моделі, 1 стаття в зарубіжному міжнародному журналі, 12 тез доповідей на вітчизняних та міжнародних науково-практичних конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел та двох додатків. Робота викладена на 180 стор., містить 52 рис., 12 табл. (у тому числі 8 рис. на 6 стор., 3 табл. на 3 стор.), списку використаних літературних джерел з 154 найменувань на 20 стор., двох додатків на 10 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано цілі та завдання досліджень, визначено наукову новизну і практичну значущість отриманих результатів, відзначено особистий внесок автора.

У першому розділі проведено аналіз стану ринку і матеріально-технічної бази виробництва титану губчастого (ТГ) в Україні, країнах СНД і за кордоном. Проаналізовано літературні дані про механізм процесу магнієтермічного відновлення тетрахлориду титану (ТХТ), технологічні особливості подальшого процесу вакуумної сепарації (ВС) отриманого блоку реакційної маси (РМ), а також джерела надходження домішок в процесі виробництва ТГ.

Встановлено, що інтенсифікація магнієтермічного відновлення TiCl₄ може бути досягнута поліпшенням транспорту реагентів, відведення продуктів реакції і підтриманням оптимальних температур і тиску в газовому об'ємі реактора. Запропоновані вдосконалення апаратів відновлення не враховують можливість забруднення ТГ домішками з матеріалу реактора і не перешкоджають їх надходженню.

Аналіз існуючого способу ВС РМ показав, що відомі методи (підвищення температури і загального тиску в апараті відновлення) не дозволяють підвищити пористість і прискорити відгонку летючих продуктів реакції з блоку ТГ. Можливості інтенсифікації існуючого процесу ВС незначні, визначаються тривалістю прогріву блоку і транспортом металевого й хлористого магнію в пористій структурі блока і вимагають удосконалення апаратурно-технологічної схеми виробництва.

В літературних джерелах недостатньо розкриті причини забруднення домішками ТГ, причини мікроруйнування матеріалу реактора в процесі його експлуатації. Це вимагає подальших досліджень для підбору нових легуючих елементів матеріалу реактора з метою підвищення його експлуатаційних характеристик.

На підставі критичного аналізу літератури сформульовані основні напрямки досліджень.

У другому розділі представлено методики, устаткування і матеріали, які використовувалися в ході виконання роботи відповідно до завдань дослідження.

Вміст регламентованих домішок в отриманих блоках ТГ контролювався стандартними методами за ГОСТ 9853-96. Твердість зразків титану, виплавлених з отриманого ТГ, визначали за стандартними та атестованим методиками ГОСТ 30311-96 (за Бринеллем). Структурні складові термодифузійного шару титанування аналізували рентгеноструктурним методом на дифрактометрі ДРОН-3. Для оцінки ймовірностей протікання реакцій взаємодії компонентів матеріалу реактора і хлоридів титану застосовувалися стандартні методики термодинамічних розрахунків (за класичним алгоритмом) в діапазоні від 298 до 1600 К.

Третій розділ присвячений дослідженню накопичення домішок в приповерхневих термодифузійних шарах титанування (ТДШТ) (табл. 1) і надходження їх у блок ТГ.

Для визначення ступеня накопичення домішок було досліджено зразки ТДШТ, відібрані з внутрішньої поверхні реакторів, що відпрацювали 1; 11; 24 і 32 цикли (табл. 1), з чотирьох рівновисотних зон. В процесі експлуатації реактора цей шар накопичує в собі значні кількості домішок заліза, нікелю, кисню та азоту (табл. 1), тому внутрішня поверхня реактора в промисловій практиці підлягає періодичному очищенню від ТДШТ.

Аналіз зразків ТДШТ показав, що основною домішкою, що міститься в ньому, є залізо, його вміст коливається від 0,8 до 17,0 % (табл. 1).

З метою встановлення ступеня надходження домішок з поверхні промислового блоку масою 850 кг відбиралися зразки кричної частини блоку (табл. 2), отриманого в тому ж реакторі, з якого відбиралися зразки ТДШТ, що відпрацював 1 цикл виробництва.

Забруднення блоку відбувається вже після першого процесу, і надалі ця динаміка зберігається до кінця експлуатації реактора, незважаючи на те, що перед кожним новим циклом проводиться очищення внутрішньої поверхні реактора.

Таблиця 1

Результати аналізу проб термодифузійних шарів титанування

Зона	Масова частка, %
	Fe	С	Cl	N
1 (11 циклів)	2,0	0,009	0,028	0,067
1 (24 цикли)	7,2 - 5,5	0,017	0,029	0,13
1 (32 цикли)	8,1 - 9,3	0,110	0,124	1,20
2 (11 циклів)	0,807	0,012	0,033	0,11
2 (24 цикли)	4,3	0,011	0,027	0,088
2 (32 цикли)	10,4	0,018	0,043	0,15
3 (11 циклів)	2,5 - 5,6	0,011	0,024	0,077
3 (24 цикли)	8,3 - 9,4	0,020	0,037	0,13
3 (32 цикли)	>12 (~ 19)	0,067	0,062	0,54
4 (11 циклів)	7,6	0,010	0,029	0,10
4 (24 цикли)	5,3 - 8,1	0,016	0,029	0,15
4 (32 цикли)	>12 (~ 17)	0,077	0,092	0,26 - 0,41
ГОСТ 9853-96 ТГ-90 / ТГ-ТВ	0,06 / 2,0	0,02 / 0,15	0,08 / 0,30	0,02 / 0,30

Таблиця 2

Результати аналізу титану після 1-го циклу експлуатації реактора

Зона	Масова частка, %
	Fe	С	Ni	Cl	N
ТДШТ	1	1,3	0,010	-	0,069	0,032
	2	0,90	0,009	-	0,049	0,078
	3	1,20	0,013	-	0,066	0,074
	4	1,55	0,010	-	0,077	0,088
Блок	1	0,18	0,011	0,088	-	0,009
	2	0,29	0,011	0,160	-	0,007
	3	0,067	0,008	0,110	-	0,002
	4	0,041	0,007	0,014	-	0,007

Залізо. У зразках ТДШТ, відібраних з чотирьох зон реактора, вміст заліза відрізняється більше ніж у 5 разів (рис. 1). Вміст заліза () в залежності від кількості відпрацьованих реактором циклів () за висотою стінки реактора () описується рівнянням:

де - тут і надалі - відстань від кришки до фальшивого днища, м (від 0 до 1,2 м);

- тут і надалі - кількість циклів експлуатації реактора (від 1 до 36).

Рис. 1 Залежність вмісту заліза в ТДШТ за висотою реактора (продуктивністю 0,87 т) від кількості циклів його експлуатації

Накопичення заліза в ТДШТ впродовж терміну експлуатації реактора (кількості циклів його роботи) можна умовно розподілити на 4 періоди.

I період роботи реактора (1 - 5 цикли). Після першого циклу експлуатації реактора вміст заліза в ТДШТ невеликий (від 0,90 до 1,55 %) по всій висоті стінки, що можна пояснити наявністю захисного шару первинного титану, який наносять перед запуском реактора в перший цикл. У верхній частині реактора (зона № 1) в шарі ТДШТ накопичується найменша кількість домішки заліза (від 0,9 до 1,3 %), що можна пояснити процесами відновлення хлоридів титану і присутністю в цій зоні хлоридів титану, під впливом яких залізо в ТДШТ перетворюється в FeCl₂ і виноситься з потоками MgCl₂ в нижню частину - до зон № 2, № 3 та № 4. В цих зонах магній відновлює FeCl₂ до Fe, який осідає на ТДШТ і блоці ТГ.

У II період роботи реактора (6 - 15 цикли): відбувається зниження надходження заліза до ТДШТ і зменшення його накопичення (до 2... 5 %). Це ймовірно пов'язано з наявністю сформованого шару ТДШТ і процесами втоми матеріалу реактора - надлишкове залізо з внутрішнього шару матеріалу реактора перейшло до ТДШТ і у вироблені раніше блоки ТГ, а також було виведено зі MgCl₂, що зливають.

III період роботи реактора (16 - 25 цикли) характеризується невеликим вмістом заліза (3... 5 %) в ТДШТ по всіх чотирьох зонах реактора, в цей період роботи реактора формуються найбільш якісні блоки ТГ.

У IV періоді роботи реактора (26 - 36 цикли) відзначено збільшення вмісту домішки заліза в ТДШТ (до 20 % і більше), а також з градієнтом від кришки реактора до фальшивого днища. Це відбувається внаслідок зношування матеріалу реактора під час його експлуатації через знакозмінний температурний та механічний вплив. У цей період матеріал реактора в значній мірі окислюється і розчиняється (до 35 % товщини, близько 10... 15 мм), а також змінюється його склад.

Вуглець. Вміст вуглецю (C_С) в ТДШТ в залежності від кількості відпрацьованих циклів () описується рівнянням:

У I період роботи реактора (1 - 5 цикли): у чотирьох зонах реактора (рис. 2) вміст вуглецю незначно коливається від 0,01 до 0,02 %. Це пояснюється надходженням вуглецю в ТГ у процесі відновлення в основному з ТХТ у вигляді вуглецевмісних компонентів (COCl₂, CCl₄, тощо), при цьому відбувається рівномірне зв'язування вуглецю по всьому об'єму блоку ТГ.

II і III періоди роботи реактора (6 - 15 і 16 - 25 цикли): вміст вуглецю залишається практично на одному рівні (від 0,01 до 0,02 %) і пов'язаний зі стабільними режимами роботи реактора і сформованим ТДШТ.

IV період роботи реактора (26 - 36 цикли): відзначено зростання вмісту вуглецю від 0,02 до 0,12 %, що пояснюється втратою ТДШТ своїх захисних властивостей в результаті фізико-хімічних перетворень в матеріалі реактора.

Рис. 2 Залежність вмісту вуглецю в ТДШТ за висотою реактора (продуктивністю 0,87 т) від кількості циклів його експлуатації

Хлор в ТДШТ розподілений нерівномірно за висотою реактора. Вміст хлор-іона (C_Cl) в ТДШТ реактора, залежно від кількості відпрацьованих циклів, описується рівнянням:

I період роботи реактора (1 - 5 цикли): вміст хлору коливається від 0,03 до 0,06 % (рис. 3), причому у верхній частині реактора в 1 і 4 зонах вміст хлору є трохи вищий (від 0,028 до 0,128 %), ніж в 2 і 3 зонах.

Це пов'язано з тим, що у верхній частині (зона № 1) утворюються НХТ при взаємодії з ТХТ, що подається, з утвореним титаном в умовах нестачі магнію на останній стадії відновлення, а також часткової недосепарації хлориду магнію. Підвищення вмісту в зоні так званого «капелюха» блоку РМ, обумовлено особливостями прогріву блоку: РМ у верхній частині має конусну форму і не доторкається до стінок реактора, до яких підводиться тепло.

Рис. 3 Залежність вмісту хлору у ТДШТ за висотою реактора (продуктивністю 0,87 т) від кількості циклів його експлуатації

У II і III періоди роботи реактора (6 - 15 і 16 - 25 цикли): вміст хлору зменшується, досягаючи від 0,02 до 0,03 %, що пояснюється стабільними режимами роботи реактора і сформованим шаром ТДШТ.

IV період роботи реактора (26 - 36 цикли) характеризується зростанням вмісту хлору до 0,14 %, що пояснюється втратою ТДШТ своїх захисних властивостей в результаті глибоких перетворень в матеріалі реактора.

Азот. Вміст азоту (C_N) в ТДШТ в залежності від кількості відпрацьованих циклів описується рівнянням:

В I, II і III періодах роботи реактора (1 - 5, 6 - 15 і 16 - 25 цикли) визначено порівняно рівномірний розподіл азоту в ТДШТ (рис. 4) по всім чотирьом зонам стінки реактора, що дозволяє припустити його стабільне надходження з вихідними речовинами (з Mg, ТХТ і аргоном).

IV період роботи реактора (26 - 36 цикли): відзначено зростанням вмісту азоту до 0,8 %, що за наявності постійно контрольованих джерел дозволяє припустити появу нових джерел - мікроруйнування стінок реактора, «натікання» повітря в результаті погіршення вакуумних ущільнень, а також втрату ТДШТ своїх захисних властивостей в результаті фізико-хімічних перетворень в матеріалі реактора.

Рис. 4 Залежність вмісту азоту в ТДШТ по висоті реактора (продуктивністю 0,87 т) від кількості циклів його експлуатації

Рентгеноспектральним аналізом зразків виявлено мікроруйнування і зміну складу матеріалу промислового реактора (сталь 12Х18Н10Т) продуктивністю 0,87 т / цикл.

Встановлено, що шар металу, який утворюється на внутрішній поверхні реактора, за своїм складом і структурою відповідає ферітоаустенітній сталі з підвищеним вмістом хрому (до 35 % Cr замість вихідного 18 % Cr) і зниженим вмістом нікелю, можливо через його розчинення розплавом магнію. Висока концентрація хрому визначає стійкість приповерхневого шару матеріалу реактору до впливу TiCl₄ і продуктів реакції відновлення.

З метою встановлення найбільш ймовірних реакцій надходження основних домішок з матеріалу реактора в ТГ був виконаний термодинамічний аналіз. Розраховано ДG_T реакцій взаємодії хлоридів титану з залізом і нікелем (рис. 5). Результати розрахунків показують, що в заданих технологічних умовах є найімовірнішою взаємодія заліза з ТХТ за реакцією «а», що протікає при температурі більше за 1200 К (рис. 5 а, «а»). При цій температурі FeCl₂ знаходиться в газоподібному стані, тобто перехід заліза з матеріалу реактора, очевидно, здійснюється через газову фазу. Взаємодія хлоридів титану з нікелем термодинамічно можлива при температурах до 600 К тільки за реакцією «а» (рис. 5 б). Отже, нікель не може надходити у ТГ за рахунок утворення хлоридів. Вважаємо, що основна маса нікелю потрапляє в ТГ з матеріалу реактора шляхом взаємодії з розплавом магнію і утворенням Mg₂Ni і MgNi₂, а також шляхом термодифузії.



(а) (б)

Рис. 5 Залежність ДG_T реакцій взаємодії заліза та нікелю та їх сполук з хлоридами титану

(а): «а» - Fe + 2TiCl₄ > FeCl₂ + 2TiCl₃;

«б» - Fe + TiCl₄ > FeCl₂ + TiCl₂;

«г» - Fe + 3TiCl₄ > FeCl₃ + 3TiCl₃;

«д» - Fe + 3TiCl₃ > FeCl₃ + 3TiCl₂;

«е» - Fe +2TiCl₄ > FeCl₃+TiCl₃+TiCl₂;

«ж» - FeCl₂ + TiCl₄ > FeCl₃ + TiCl₃;

«з» - FeCl₂ + TiCl₃ > FeCl₃ + TiCl₂

(б): «а»-Ni+2TiCl₄> NiCl₂ + 2TiCl₃;

«б» - Ni + TiCl₄> NiCl₂ + TiCl₂;

«в»-Ni+2TiCl₃>NiCl₂+2TiCl₂;

Також в дисертації наведені результати розрахунків взаємодії хлоридів титану з хромом, марганцем, молібденом, танталом, ніобієм і цирконієм. Побудовано графічні залежності для їх перетворень. Виявлено реакції, за якими можлива їх взаємодія. В якості альтернативних легуючих елементів для матеріалу реактора запропоновано застосовувати молібден, ніобій і тантал. Ці елементи можуть підвищити корозійну стійкість та окалиностійкість реактора при магнієтермічному виробництві титану.

Таким чином, зроблено висновок, що забезпечення підвищення випаровування магнію в об'єм реактора та його вмісту в зоні реакції може бути досягнута зміною схеми транспортування, що призводить до зниження надходження домішок та інтенсифікації відновлення. Отримані результати зумовили розробку та дослідження порційно-періодичної подачі магнію (ПППМ) під шар РМ.

Четвертий розділ присвячено дослідженням формування ТГ при порційно-періодичній подачі магнію. При роботі установки (рис. 6) створювали умови, щоб після кожного зливу розплаву хлористого магнію верхня частина поверхні ТГ (з активними центрами відновлення) перебувала вище загального рівня розплаву, що сприяє інтенсифікації відновлення хлоридів титану. При завантажені нової порції магнію загальний рівень розплаву за рахунок обсягу знову завантаженого магнію збільшувався, підвищуючи концентрацію магнію в зоні реакції в циклах між завантаженнями магнію, а також під час відновлення.

Рис. 6 Схема експериментальної установки для отримання ТГ магнієтермічного відновленням ТХТ при порційно-періодичній подачі розплаву магнію в реактор

I - апарат відновлення;

II - апарат для розплавлення Mg;

1 - завантажувальна труба;

2 - реактор;

3 - реакційний стакан;

4 - термопари;

5 - піч плавильника електрична;

6 - плавильник;

7 - вузол кріплення плавильника до завантажувальної системи реактора;

8 - трубчастий нагрівач;

9 - сифон для зливання MgCl₂

При проведенні процесів відновлення зареєстровано інтенсивне протікання реакцій відновлення над сформованим блоком. Про це свідчить підвищення температури стінки реактора на 50... 70 °С - до 900... 950 °С. Встановлено, що процеси відновлення в газовому об'ємі ПППМ-реактора і на поверхні блоку РМ призводять до підвищення випаровування магнію і швидкості взаємодії TiCl₄ і НХТ з парами магнію. Фіксоване зниження тиску в реакторі, внаслідок відновлення хлоридів титану, компенсувалося присутністю в реакторі аргону і випаровуванням магнію, що сприяло більш повному і швидкому відновленню хлоридів титану, а також зменшенню їхньої корозійної дії на стінки реактора.

В експериментальних процесах швидкість споживання TiCl₄ і, відповідно, відновлення в початковий період (для 1-го та 2-го завантажень магнію) в 1,2...1,5 рази перевищують швидкість споживання TiCl₄ для базового процесу порівняння, а тривалість індукційного періоду процесу ПППМ скорочується.

Вакуум-термічна сепарація сформованих блоків РМ проводилась для двох серій експериментів ПППМ і базового процесу порівняння з метою дослідження впливу конфігурації блоку РМ на ефективність випаровування залишкових магнію і двохлористого магнію.

Зафіксовані зміни температури і тиску в апаратах впродовж ВС представлені на рис. 7. Температурні режими нагріву РМ від ПППМ і РМ, яку отримано за базовою технологією, підтримувалися максимально ідентичними (рис. 7, криві 3, 4). Встановлено, що тривалість ВС зменшується на 10... 15 % для блоків від ПППМ процесів. Це пояснюється тим, що швидкість випаровування летючих компонентів РМ пропорційна площі поверхні випаровування, а наявність наскрізного отвору в центрі блоку РМ після вилучення завантажувальної труби збільшує площу та інтенсивність процесу випаровування на першій стадії ВС (рис. 7). На другій стадії процесу сепарації наявність отвору сприяє швидшому випаровуванню з блоку Mg і MgCl₂ за рахунок скорочення шляху парів по капілярах блоку РМ. Це призводить до зменшення вмісту залишкового хлору у отриманих блоках ТГ.

Рис. 7 Зміна тиску та температури в реакторі при вакуумній сепарації блоків, отриманих при ПППМ та традиційному відновленні: 1 - - тиск в ПППМ апараті; 2 - - тиск в апараті порівняння; 3 - - температура печі ПППМ процесу; 4 - - температура печі процесу порівняння

Аналіз структури блоків ТГ, отриманих після ВС, показав, що блоки ТГ мають шарувату будову з висотою шарів, пропорційною порціям завантаження магнію. Макроструктура отриманих зразків ТГ представлена на рис. 8.

В структурі шарів відзначені великі пори (більше за 500 мкм), які зосереджені в напрямку руху висхідних потоків магнію і східних потоків MgCl₂, які стікають. Основна кількість дрібніших пор має розміри від 50 до 200 мкм. Зразки, отримані при ПППМ, відрізнялися від зразків порівняння підвищенням пористості з 65,7... 70,5 до 74,3... 77,2 %, і зменшенням щільністю з 1,33... 1,55 до 1,03... 1,16 г/см³.

У зразках ТГ, отриманих в лабораторних умовах із застосуванням ПППМ, встановлено такі масові частки домішок, %: Fe - 0,020 … 0,046; Ni - 0,032 … 0,037; О - 0,045 … 0,054; N - 0,014 … 0,043; Cl - 0,023 … 0,030, а масова частка зразків порівняння, %: Fe - 0,090; Ni - 0,036; О - 0,055; N - 0,080; Cl - 0,032.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а б в

Рис. 8 Структура зразків ТГ, отриманого на установці ПППМ (збільшення Ч5): а - структура блоку титану навколо труби завантаження, d = 10 мм; б - структура центральної частини блоку титану; в - структура поверхні блоку

За рахунок інтенсифікації процесів відновлення і ВС при ПППМ очікується скорочення споживання електроенергії з 6,665 до 5,859 тис. кВт·ч/(т ТГ). Ґрунтуючись на результатах хімічного аналізу експериментальних блоків ТГ виконаний прогноз розподілу складових частин блоку і виходу марок ТГ для промислового апарату продуктивністю 0,87 т/цикл. Отримані дані дозволяють говорити про переваги ПППМ технології, яка дозволяє підвищити вихід кричної частини блоку з 81,16 до 94,29 %, зменшення утворення гарнісажу з 13,45 до 3,91 %, зменшення кількості низового обрубу з 2,67 до 0,89 %. Така зміна розподілу складових частин блоку дозволить підвищити середній вихід марок, мас. долі %: ТГ-90 з 26,28 до 30,53; ТГ-100 з 16,43 до 19,09.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу науково-технічної літератури визначені шляхи підвищення інтенсивності магнієтермічного відновлення тетрахлориду титану за рахунок поліпшення транспорту реагентів в зону реакції, відведення продуктів реакції й встановлення оптимального температурного та манометричного режимів у вільному об'ємі реактора над реакційною масою. Показано, що підвищення температури більше за 930 °С і загального тиску в апараті відновлення від 20 до 300 кПа не дозволяє підвищити пористість одержуваних блоків титану губчастого і не сприяє інтенсифікації відгонки летючих продуктів реакції на стадії вакуумної сепарації.

2. Перехід домішок у процесі відновлення у титан губчастий відбувається як внаслідок хімічного, теплового, так і механічного впливу, що призводить до зменшення товщини стінки реактора на 75... 50 % і, в свою чергу, знижує термін експлуатації реактора.

3. Проведено термодинамічний аналіз, який дозволив встановити найімовірніші реакції взаємодії компонентів матеріалу реактора (заліза, нікелю, хрому та марганцю) та їхніх сполук з хлоридами титану і киснем в діапазоні температур від 298 до 1600 К.

4. Термодинамічний аналіз показав доцільність застосування як легуючих елементів для матеріалу реактора танталу, ніобію і молібдену, що можуть підвищити корозійну стійкість матеріалу реактора в середовищі хлоридів титану в умовах магнієтермічного відновлення тетрахлориду титану і подальшої вакуумної сепарації. Застосування цирконію для легування матеріалу реактора є недоцільним, тому що він активно реагує з хлоридами титану при температурах від 298 до 1600 K і більше, і може знизити корозійну стійкість реактора.

5. Металографічними, рентгенофазними і хімічними дослідженнями встановлено, що одним із джерел домішок, що надходять у титан губчастий є термодифузійний шар титанування, який зі збільшенням циклів експлуатації реактора накопичує домішки (для 1 і 32 циклу відповідно, масова частка, %: заліза з 0,9 до 9,3; азоту з 0,032 до 1,200; хлору з 0,049 до 0,124; вуглецю з 0,009 до 0,110) та їхній вміст є нерівномірним за висотою реактора. Рекомендовано для зменшення вмісту домішок, що надходять з поверхневого шару, підвищити якість очищення, у тому числі шляхом механізації процесу, а також мінімізувати контакт внутрішньої поверхні реактора з повітрям між циклами.

6. Запропоновано механізми надходження домішок до титану губчастого з поверхневих шарів матеріалу реактора в процесі магнієтермичного відновлення тетрахлориду титану магнієм:

- залізо і нікель надходять до титану губчастого внаслідок хімічної взаємодії матеріалу реактора з нижчими хлоридами титану, а також в результаті термічної дифузії з матеріалу реактора при відновленні та вакуумній сепарації;

- кисень і азот надходять до титану губчастого з шару титану на внутрішній поверхні реактора, на якому ці домішки адсорбуються під час перебування реактора у відкритому стані, а також в результаті натікання повітря при проведенні процесу вакуумної сепарації;

- хлор надходить до титану губчастого у вигляді нижчих хлоридів титану, частково недосепарованого MgCl₂ і хлоридів домішкових елементів;

- вуглець надходить до титану губчастого з вуглецевмісними сполуками у тетрахлориді титану (COCl₂, CCl₄ тощо), а також часткового насичення вуглецем термодифузійного шару титанування;

- надходження хрому до титану губчастого в значних кількостях не виявлено, що пояснюється неможливістю термодинамічної взаємодії хрому з хлоридами титану при температурах ведення процесу і підтверджується збільшенням вмісту хрому до 30 % на внутрішній поверхні реактора.

7. Розроблені установка, спосіб і технологічні режими для виробництва титану губчастого шляхом порційно-періодичної подачі магнію, що дозволяє підвищити якість і знизити масові частки домішок в блоках титану губчастого, %: Fe - з 0,090 до 0,020... 0,046; Ni - з 0,036 до 0,032... 0,037; O₂ - з 0,055 до 0,045... 0,054; N - з 0,080 до 0,014... 0,043; Cl - з 0,032 до 0,023... 0,030.

8. Проведеними дослідженнями порційно-періодичної подачі магнію для відновлення тетрахлориду титану встановлено:

- формування періодично-поновлюваного шару розплавленого магнію над реакційною масою призводить до інтенсифікації газофазних реакцій у вільному обсязі реактора над розплавом реагентів і супроводжується зростанням швидкості процесу відновлення до 10%;

- зменшення площі контакту і тривалості взаємодії розплаву магнію із стінками реактора призводить до зменшення переходу масової частки заліза з матеріалу реактора в блок титану губчастого з 0,90 %, характерних для базового процесу, до 0,25... 0,20 %.

- можливість підвищення пористості блоку титану губчастого (від 74,3 до 77,2 %), та наявність наскрізного отвору в блоці дозволяють скоротити тривалість високотемпературної витримки при вакуумній сепарації блоку реакційної маси в порівнянні з базовим процесом на 10... 15 %.

9. Показано, що проведення процесу відновлення TiCl₄ при порційно-періодичній подачі магнію дозволяє підвищити якість титану губчастого, інтенсифікувати процес відновлення тетрахлориду титану магнієм, підвищити ефективність вакуумної сепарації, що, в свою чергу, знижує енерговитрати і підвищує продуктивність технологічного устаткування.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Червоный И. Ф. Загрязнение примесями губчатого титана из материала реторты / И. Ф. Червоный, В. И. Иващенко, Д. А. Листопад // Теория и практика металлургии: сб. научн. тр., № 2-3 (57-58), Днепропетровск, 2007. С. 40-47.

2. Листопад Д. А. Анализ взаимодействия легирующих элементов стали с хлоридами титана и с кислородом / Д. А. Листопад, В. И. Иващенко, Д. В. Прутцков [и др.] // Металургія. Збірник наукових праць ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА 2007. Вип. 16. С. 53 - 59.

3. Червоный И. Ф. Использование перехода легирующих элементов из материала реактора в титановую губку для получения слитков титана заданного состава / И. Ф. Червоный, В. И. Иващенко, Д. А. Листопад // Металургія. Збірник наукових праць ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА, 2007. Вип. 15. С. 67 - 72.

4. Листопад Д. О. До питання про механізм утворення губчастого титану при відновленні чотирихлористого титану магнієм / Д. О. Листопад, І. Ф. Червоний, А. М. Петрунько [та ін.] // Вісті академії інженерних наук України. № 2 (36) Науково-технічний та громадський часопис Президії АІН України. ВДК Відкритого міжнародного університету розвитку людини «Україна», 2008. С. 25 - 34.

5. Червоный И. Ф. Распределение примесных элементов в поверхностных слоях блока губчатого титана / И. Ф. Червоный, А. Н. Масленников, Д. А. Листопад, В. И. Иващенко // Металургія. Збірник наукових праць ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА, 2008. Вип. 18. С. 49 - 56.

6. Червоный И. Ф. Обзор технологий производства титана / И. Ф. Червоный, Д. А. Листопад, В. И. Иващенко, Р. Н. Воляр // Металургія. Збірник наукових праць ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА, 2009. Вип. 19. С. 24 - 28.

7. Червоный И. Ф. Порционно-периодическая подача магния в процессе магниетермического восстановления тетрахлорида титана / И. Ф. Червоный, Д. А. Листопад, В. И. Иващенко [та ін.] // Металургія. Збірник наукових праць ЗДІА. Запоріжжя: ЗДІА, 2009. Вип. 20. С. 63 - 70.

8. Пат. 31857 Україна, МПК⁵¹ С22В34/00. Спосіб одержання легованого губчастого титану відновленням тетрахлориду титану магнієм / Листопад Д. О., Червоний І. Ф., Пожуєв В. І., Іващенко В. І. заявник і патентоволодар. Запоріж. держ. інж. академія. № u 2007 13807; заявл. 10.12.2007.; опубл. 25.04.2008, Бюл. № 8.

9. Пат. 47555 Україна, МПК⁵¹ С22В34/00. Спосіб виробництва губчастого титану магнієтермічним відновленням тетрахлориду титану / Червоний І. Ф., Листопад Д. О., Лупінос С. М., Щербань Р. А.; заявник і патентоволодар. Запоріж. держ. інж. академія. № u 2009 08881; заявл. 10.02.2010.; опубл. 10.05.2010, Бюл. № 3. С. 5.37.

10. Пат. 47566 Україна, МПК⁵¹ С22В34/00. Пристрій для виробництва губчастого титану магнієтермічним відновленням тетрахлориду титану / Червоний І. Ф., Листопад Д. О., Лупінос С. М., Щербань Р. А. заявник і патентоволодар. Запоріж. держ. інж. академія. № u 2009 09778; заявл. 10.02.2010.; опубл. 10.05.2010.Бюл. № 3. С. 5.37.

11. Chervonij I. F. Termodinamic laws of impurities in the titanium sponge inflow during its production / I. F. Chervonij, D. O. Listopad // Acta Mechanica Slovaca. Vol. 13 № 4. The technical University of Kosice, 2009. P. 40-47.

АНОТАЦІЯ

Листопад Д. О. Вдосконалення магнієтермічного процесу отримання титану губчастого з метою зменшення потрапляння домішок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.02 - «Металургія чорних і кольорових металів та спеціальних сплавів». - Запорізька державна інженерна академія, Запоріжжя, 2011.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню технології одержання титану губчастого, зниження вмісту в ньому домішок шляхом застосування порційно-періодичної подачі магнію для відновлення тетрахлориду титану.

Показано актуальність розкриття закономірностей процесів надходження домішок до титану губчастого в процесі його виробництва й підвищенні ефективності відновлення тетрахлориду титану магнієм та вакуумної сепарації реакційної маси з метою отримання якісного титану.

Розроблено установку, спосіб і технологічні режими проведення процесу відновлення тетрахлориду титану при порційно-періодичній подачі магнію з використанням суміщеного апарату для розплавлення і завантаження магнію. Відновлення TiCl₄ при порційно-періодичній подачі магнію дозволяє підвищити якість титану губчастого шляхом зменшення надходження до нього домішок (заліза з 0,09 до 0,02 %, азоту з 0,800 до 0,014 % та інших), інтенсифікувати процес відновлення і підвищити ефективність вакуумної сепарації на 10 … 15 %, що в свою чергу знижує енерговитрати і підвищує продуктивність технологічного устаткування.

Вперше встановлено причинно-наслідкову залежність зміни складу і мікроруйнування матеріалу стінок реактора на потрапляння домішок у блок титану губчастого. Вперше встановлена термодинамічна можливість взаємодії легуючих елементів матеріалу реактора з TiCl₄, TiCl₃, TiCl₂ з утворенням продуктів, які можуть обумовлювати надходження домішок до титану губчастого.

Ключові слова: титан губчатій, домішки, магніетермічне відновлення тетрахлорида титану, вакуумна сепарація.

Аннотация

Листопад Д. А. Усовершенствование магниетермического процесса получения титана губчатого с целью снижения поступления примесей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02 - «Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов». - Запорожская государственная инженерная академия, Запорожье, 2011.

Диссертационная работа посвящена исследованию технологии получения титана губчатого, интенсификации и уменьшения содержания в нем примесей путем применения порционно-периодической подачи магния для восстановления тетрахлорида титана.

Показана актуальность раскрытия закономерностей процессов поступления примесей в титан губчатый в процессе его производства и повышение эффективности восстановления тетрахлорида титана магнием и вакуумной сепарации реакционной массы с целью получения качественного титана губчатого. Показано, что для интенсификации магниетермического способа восстановления тетрахлорида титана необходимо улучшить транспортировку реагентов в зону реакции, обеспечить отвод продуктов реакции, поддерживая оптимальный температурный режим в зоне реакции. Установлено, что переход примесей в процессе восстановления в ТГ происходит как вследствие химического, теплового так и механического воздействия, что приводит к уменьшению толщины стенки реактора на 75…50 %, что в свою очередь, снижает срок эксплуатации реактора.

Проведен термодинамический анализ, позволивший установить наиболее вероятные реакции взаимодействия компонентов материала реактора (железа, никеля, хрома и марганца) и их соединений с хлоридами титана и кислородом в диапазоне температур 298…1600 К.

Металлографическими, рентгенофазовыми и химическими исследованиями установлено, что одним из источников примесей в ТГ является слой ТДСТ, который за 32 - 36 циклов эксплуатации реактора накапливает примеси, масс. долю, %: железа с 0,90 до 9,30; азота с 0,032 до 1,200; хлора с 0,049 до 0,124; углерода с 0,009 до 0,110) и их содержание неравномерно по высоте реактора. Рекомендовано для снижения содержания примесей, поступающих из поверхностного слоя, повысить качество очистки, в том числе путем механизации процесса, а также минимизировать контакт внутренней поверхности реактора с воздухом между циклами.

Для исследований разработана и создана экспериментальная установка, способ и технологические режимы проведения процесса восстановления при порционно-периодической подаче магния под слой реакционной массы с использованием совмещенного аппарата для расплавления и загрузки магния. Разработанный процесс позволил снизить поступление примесей из материала реактора, за счет уменьшения площади контакта и длительности взаимодействия расплава магния со стенками реактора, (уменьшения содержания примесей: железа с 0,09 до 0,02 %, азота с 0,800 до 0,014 % и др.), интенсифицировать восстановление тетрахлорида титана до 10 %. Повышение пористости блока титана губчатого (от 74,3 до 77,2 %), и наличие сквозного отверстия в блоке позволяют повысить эффективность вакуумной сепарации, сократить длительность высокотемпературной выдержки блока реакционной массы в сравнении с базовым процессом на 10…15 % за счет оригинальной конфигурации блока.

Ключевые слова: титан губчатый, примеси, магниетермическое восстановление тетрахлорида титана, вакуумная сепарация.

Annotation

Listopad D. A. Improvements of magnic-termical process of obtaining titanium sponge to reduce the income of impurities. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.16.02 - "Ferrous and nonferrous metals and special alloys." - Zaporozhye State Engineering Academy, Zaporozhye, 2011.

Thesis is dedicated to the development and intensification of research and technology for production of titanium sponge, reduce the amount of impurities by use of portions of the periodic feed-magnesium recovery of titanium tetrachloride. The urgency of finding ways to reduce the amount of impurities in the block of titanium sponge and appropriateness of improving the effectiveness of recovery and vacuum separation is represented in thesis. Setting, method and process conditions for the recovery of titanium tetrachloride with portions periodic supply of magnesium, using a combined apparatus for melting and loading of magnesium are developed in thesis. Reduction of TiCl₄ at a la carte-periodic supply of magnesium can improve the quality of titanium sponge by reducing the income of its impurities (reduce the amount of impurities of iron from 0.09 to 0.02%, nitrogen from 0.800 to 0.014%, etc.), to intensify the process of restoring tetrachloride titanium and magnesium and increase the efficiency of vacuum separation of 1015 %, which in turn reduces energy consumption and improves the performance of process equipment. It is determined for the first time a cause-and-effect relation between changes in the composition and microfractures of the material of the reactor walls on the flow of impurities in the titanium sponge unit. The thermodynamic possibility of interaction of the alloying elements of the material of the reactor with TiCl₄, TiCl₃, TiCl₂ to form products that may cause flow of impurities in titanium sponge is established for the first time.

Keywords: titanium sponge, impurities, magnic-termical reduction of titanium tetrachloride, vacuum separation.

Размещено на Allbest.ru