Спосіб одержання легованого губчастого титану відновленням тетрахлориду титану магнієм

Корисна модель відноситься до галузі металургії титану й може бути використана при одержанні легованої титанової губки, губчатих металів, губчатих сполук металів, а також інших матеріалів і сплавів, що отримуються відновленням різними рідкісними металевими відновлювачами. Відомий спосіб одержання легованої титанової губки [С.Г. Мойнов, В.А. Резниченко, B.C. Лактюшин. Изучение распределения тугоплавких металлов в легированной титановой губке. Сб. Процессы производства титана и его двуокиси. Изд. «Наука». М.: 1973, 224с.] методом сумісного відновлення пентахлориду молібдену, танталу, гексахлориду вольфраму в чотирихлористому титані. Недоліком цього способу є те, що при одержанні титанової губки з високим вмістом молібдену доводиться використовувати не розчини, а суспензії МоСl5 в ТiСl4. При цьому виникають великі труднощі із рівномірним розподілом суспензії, що подається в розчин у процесі відновлення. Також можливий підвищений вміст кисню в одержаній титановій губці, що пов'язане з вмістом у хлоридах легуючих елементів оксихлоридних складових. Найбільш близьким по сукупності ознак до заявляємого способу є спосіб одержання губчатого титану методом Кроля [Патент Росії №2003115992 кл. С22 В34/12, 27.01.05], що включає монтаж апарату відновлення, розплавлення й злив конденсату, завантаження магнію, подачу тетрахлорида титану з періодичним зливом розплавленого хлориду магнію з апарату, монтаж апарату вакуумної сепарації, вакуумну сепарацію з утворенням конденсату в реторті-конденсаторі, повернення реторти з конденсатом на процес відновлення, витяг блоку губчатого титану й листа з реторти, установку металевого листа і його витягування з реторти. При монтажі апарату сепарації, за допомогою легкоплавких клинів до вертикальних ребер жорсткості фіктивного днища реторти-конденсатора прикріплюють металевий лист і осаджують на нього конденсат у процесі вакуумної сепарації, потім металевий лист із конденсатом направляється на процес відновлення, клини розплавляють разом з конденсатом і металевим листом вільно укладають на фіктивне днище. Недоліком даного способу є те, що одержувана титанова губка містить забруднюючі елементи, які попадають у губку з матеріалу реактора й металевого листа. В основу способу поставлено завдання розробки способу одержання губчатого титану відновленням тетрахлорида титану магнієм методом Кролю, в якому, за рахунок використання нового матеріалу для апарату відновлення, забезпечується підвищення якості губчатого титану, продуктивності пристрою й продовження строків експлуатації апаратури. Для вирішення поставленого завдання в способі одержання легованого губчатого титану відновленням тетрахлорида титану магнієм методом Кроля, що включає монтаж апарата відновлення, завантаження магнію, подачу тетрахлорида титану і його відновлення до металевого титану з періодичним зливом розплавленого хлориду магнію з апарата, монтаж апарата вакуумної сепарації, вакуумну сепарацію, повернення реторти з конденсатом на процес відновлення, витягування блоку губчатого титану з реторти, відповідно до корисної моделі апарат відновлення виготовляють із матеріалу, що містить задані легуючий елемент в кількості 0,01...10%. Заданий вміст легуючих елементів у матеріалі реторти дозволяє підвищити якість губчатого титану. При вмісті легуючих елементів менше 0,01% легування титанової губки в ході проведення процесу не відбувається. При вмісті легуючих елементів більше 10% собівартість реактора стає високою, і проведення процесу в дорогій реторті не буде окупатися підвищеною вартістю більш якісної легованої губки. Легування титанової губки відбувається при неминучій корозійній і абразивній взаємодії з матеріалом реторти хлоридів титану, розплавлених магнію й дихлорида магнію, а також титанової губки, що утворюється. Легування титану, на стадії одержання титанової губки, дозволяє одержувати титан з рівномірно розподіленими по всьому об'ємі легуючими заданими елементами й у заданій кількості. Особливо це важливо при легуванні титану такими тугоплавкими ніж титан, елементами, які мають набагато більшу густину - такими як вольфрам, молібден, тантал і деякі інші. Спосіб, що заявлено, також дозволяє одержувати титанову губку, леговану заданими легуючими компонентами в мікрокількостях. Введення до складу матеріалу реактора заданих легуючих елементів таких, як W, Mo, Nb, Та, Zr, Hf і ін., дозволяє знизити влучення шкідливих для сплавів титану домішок заліза, нікелю, хрому з матеріалу апарата в губчатий титан і легувати губчатий титан елементами, що поліпшують механічні властивості виливків з титану і його сплавів безпосередньо під час виробництва. Спосіб одержання легованої титанової губки був апробований таким чином. Змонтований апарат з металу, що містить задані легуючі елементи такі, як W, Мо, Nb, Та, Zr, Hf і ін. (використалися сталі 18Х12ВМБФР, 20Х12ВНМФ, 09Х14Н19У2БР1, 10Х16Н14У2БР, Х16Н16МВ2БР, 3Х16Н22У6Б, 10Х17Н13М3Т, 015Х18Н2Б-ВИ, 01Х19Ю3БЧ-ВИ), для магнійтермічного одержання губчатого титану апарат вакуумують, задають аргон через патрубок і встановлюють у шахтну електропіч, у якій апарат нагрівають до 800°С Після цього через патрубок в апарат заливають магній марки МГ-95 у кількості 1500±25кг (для порожніх апаратів) і прогрівають всю масу магнію до 800°С. Потім задають через патрубок в апарат тетрахлорид титану марки ОЧТ-О із середньою швидкістю 110кг/рік у кількості 3500кг. Періодично через зливальний отвір зливають із апарата хлористий магній. У результаті за цикл відновлення ТіСl4 магнієм одержують 1000кг губчатого титана. Із усього товарного металу 670кг має твердість 85кг/мм2 од. НВ (твердість за Бринелем) і містить заліза 0,005%, нікелю - 0,002%, хрому 0,004%, заданих легуючих елементів - до 1%. Зміст примісних елементів у губчатому титані, що отриманий в апаратах зі звичайної сталі 12Х18Н10Т, на порядок вище. Застосування різних сталей у різному ступені позначалося на тривалості безпечної експлуатації реторти, виконаної з перелічених вище сталей і становило від 10 до 45...50 циклів. При цьому підвищилася якість губчатого титану (у губці відзначено знижений вміст кисню й азоту), а також фізико-механічні й хімічні властивості виплавлюваних з отриманого губчатого титану злитків металевого титану. Губчатий титан і виплавлюваний з нього металевий титан, отриманий заявленим способом в апараті, має більш цінні механічні властивості, ніж нелегована губка і може знайти нові сфери застосування, наприклад при створенні відповідальної цивільної й військової техніки з титанових сплавів з поліпшеними механічними властивостями, також в авіа-, судно-, авто-, ракето-, машинобудуванні, у хімічному устаткуванні, предметах побуту, медицині, будівництві й багатьох інших сферах.