. Принципиальная технологическая схема n

. Принципиальная технологическая схема n Очистка тетрахлорида титана вакуумной дистиляцией и ректификацией.

Схема регулирования процесса

1 - нижняя реторта, 2 - верхняя оборотная реторта, 3 - экраны, 4 - электропечь, 5 - -соединительная труба, 6 - патрубок для подсоединения к вакуумной системе, 7 – конденсат, 8 - реакционная масса, 9 – вводы электронагревателей

n Устройство содержит реторту-реактор 1, крышку 2 с центральным патрубком 3 и легкоплавкой заглушкой 4, тепловой экран 5, меньшим основанием внутренней обечайки заглубленный в цилиндрическое кольцо 6 с солевой засыпкой, оборотную реторту-конденсатор 7, ороситель 8. n Устройство работает следующим образом. n После окончания пpоцесса восстановления на центральный патрубок 3 устанавливают легкоплавкую заглушку 4; на крышку 2 устанавливают тепловой экран 5 так, чтобы меньшее основание внутренней обечайки заглублялось в цилиндрическое кольцо 6 с солевой засыпкой; затем устанавливают оборотную реторту- конденсатор 7 и ороситель 8. n Собранное устройство устанавливают в печь сепарации, оборотную реторту-конденсатор 7 подсоединяют к вакуумной системе. Включают нагреватели печи, подают воду на орошение оборотной pеторты и резиновых уплотнений, создают разрежение в печи сепарации. После разрушения легкоплавкой заглушки 4 пары магния и хлористого магния направленным потоком переносятся в оборотную реторту-конденсатор 7 и конденсируются на ее поверхности. Солевая засыпка в цилиндрическом кольце 6 во время разогрева аппарата расплавляется и, выполняя роль гидравлического затвора, препятствует проникновению и конденсации паров магния в открытую зону между крышкой 2 и тепловым экраном 5. Тепло от крышки 2 передается излучением на внутреннюю обечайку теплового экрана 5 и повышает ее температуру, поддерживая ее выше температуры конденсации магния и хлористого магния. n После окончания процесса устройство охлаждают водой в холодильнике и демонтируют для извлечения титановой губки.

Цех производства титановой губки (2006 г. )

Цех производства титановой губки (2008 г. )

Блок титановой Завершение Отделение губки на сепарации восстановления разделочном стенде титановой губки

В промышленной практике восстановление ведут в реакторах (ретортах) из жаростойкой стали 12 Х 18 Н 9 Т, рассчитанных на получение за один цикл от 2, 0 до 4, 7 т титановой губки. Диаметр реторт варьируют от 1 до 2 м, высоту - от 2 до 3 м. По окончании процесса реактор извлекают из печи и охлаждают до 25 -40 С водой на специальном стенде.

Реторты Основными узлами аппаратов сепарации и восстановления являются реторты и крышки. Климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4 ГОСТ 15 -150. Наименование Код по каталогу Обозначение Вес (кг) изделия 1500 ТУ 647 РК- 5. 1. 1 Реторта 3657. 0 00195506 -36 -98 Дополнительные параметры Диаметр внутренний, мм 1500 Высота 3680 Вместимость, куб. м. (не более 5, 85

Реторты n Рeтoрты для шахтных печей типа Ц-105 (СШЦМ, СШО, СШЗ и др. ) производятся нашим предприятием серийно одном ряду с такими изделиями как рeтoрты Ц-150, -105, -75, -60, -35, рeтoрты газогенераторов и эндогенераторов различной модификации. n Производство большинства рeтoрт шахтных печей осуществляется по следующей спецификации: n Труба исполнение - центробежное литье; n Дно – сферическое или плоское исполненное фасонным литьем с последующей механической обработкой и приваркой; n Горловина – фасонная отливка с последующей механической обработкой и приваркой n Материал 20 Х 25 Н 19 С 2 Л – сталь коррозионо-стойкая, жаростойкая, аустеничного класса; рабочий диапазон температур до 1100 С; ГОСТ 977 -88 либо другой материал в соответствии с пожеланиями Заказчика n Механическая обработка трубы рeтoрты производится по внутренней поверхности, наружная поверхность остается без механической обработки (кроме двух поясков под расточку), т. к. оставленная корочка значительно увеличивает стойкость изделий. n Стойкость трубы рeторты исполненной методом центробежного литья составляет не менее 10 000 часов при трехсменном режиме работы изделия в температуре 950 С. Кроме того, изготовление таких рeтoрт как Ц-105, Ц-90, Ц-75, Ц-60 может производится как со сферическим, так и с плоским дном; с песчаными затворами и без них. Посадочные места исполняются по усмотрению потребителя и согласовываются на стадии оформления договора. Также рeтoрты могут поставляться с использованием вальцованной из листа трубы. Комплектующие рeтoрт шахтных печей: n крыльчатка n крестовина n стенды (литьё) n крышка с электродвигателем n Производство ориентировано на изготовление барабанов и рeтoрт для проходных вращающихся печей типа ВГТП-8, Бостон, Б-70 и т. п.

пресс

ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДТВГ-7 ПФ ДЛЯ ОАО "ВСМПО-АВИСМА" n АО "СИБЭЛЕКТРОТЕРМ" спроектированы, изготовлены и отгружены две уникальные электропечи серии ДТВГ-7 ПФ, предназначенные для выплавки высококачественного титана из отходов титанового производства и титановой губки методом вакуумной гарнисажной плавки с расходуемым электродом (ГРЭ). n Заказчик электропечей — ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» (г. Верхняя Салда, Свердловской области), которое является крупнейшим в мире производителем титана, покрывающим до четверти его мирового производства, за что в среде металлургов именуется «титановой Магниткой» .

ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДТВГ-7 ПФ ДЛЯ ОАО "ВСМПО-АВИСМА" n Примечательно, что сотрудничество между ВСМПО и СИБЭЛЕКТРОТЕРМ имеет большую историю, одних только электропечей вакуумного дугового переплава, обеспечивающих основное титановое производство, на ВСМПО работает 48 штук. Все они спроектированы и изготовлены Сибэлектротермом. n Потребность в увеличении объемов выпуска высококачественного титана поставило вопрос о создании нового, более производительного и современного оборудования. Созданная новые электропечи модели ДТВГ- 7 ПФ уникальны, каждая рассчитана на производство 2800 тонн титана в год с массой получаемого слитка 7 тонн. Диаметр слитка составляет 700 мм, высота более 6 метров. Суммарная мощность источников питания одной электропечи составляет 10, 8 МВт, масса основных металлоконструкций 292 тонны, высота всех конструкций в смонтированном виде составляет более 30 метров.

n Процесс вакуумной гарнисажной плавки с расходуемым электродом (в качестве которого используется сам гарнисаж удаляемый после плавки из тигля и закрепляемый в электрододержателе) позволяет переплавлять как титановую губку, так и титановые отходы без предварительного измельчения и сортировки. В тигель электропечи могут загружаться темплеты, ленты, трубы, обрези, слитки, возгоны и пр, где они подвергаются электродуговой плавке в вакууме, перемешиваются и усредняются по химическому составу. При этом вредные тугоплавкие, твердосплавные и пр. включения переходят в гарнисаж, формируемый на стенках и днище водоохлаждаемого медного тигля, а газовые и легкоплавкие загрязнения удаляются в виде паро-газовой фазы. Масса гарнисажа для ДТВГ-7 ПФ составляет 21 тонну. n После слива в кристаллизатор чистый металл образует слиток, который после переплавляется на классической электропечи вакуумно-дугового переплава, после чего получается слиток «роторного» качества марки «гд 3» для производства проката и изделий, которые ВСМПО, помимо внутрироссийских нужд российского рынка, поставляет таким компаниям как, BOEING и AIRBUS.

Электродуговые вакуумные печи (ЭВП)

Электродуговые вакуумные печи (ЭВП) "Нева-6" "Нева-4 М" "Нева-5" Количество сливаемого титана, кг 200 500 800 3600 Наибольшая масса отливки (из титана), кг 100 300 500 2200 Наибольшие размеры отливок, мм 1000 х700 1200 х900 1300 х900 2500 х1250 Диаметр титанового расходуемого электрода, мм 270 360 480 650 Остаточное давление воздуха в печи, Па 0, 7 Количество плавильных тиглей 1 1 1 2 Расход охлаждающей воды, м 3/ч 8 10 15 30 8500 x 5100 x 8000 х5900 х 11000 х6450 х 19000 х9500 х Габариты, мм 4600 4000 5650 9250 Масса, т 26, 8 35 37, 5 100

Электродуговые вакуумные печи (ЭВП)

Плазменно-дуговые печи n электрическая печь для нагрева, плавки и металлургической переработки металлов и сплавов, в которой источником тепла служит плазма , получаемая с помощью плазматронов.

Плазменно-дуговые печи n Плазменно-дуговые печи постоянного тока (ПДППТ): n – это новейшее поколение агрегатов, используемых для плавки и выдержки: n Сталей любых марок. n Чугунов (в т. ч. синтетического и чугунов на основе Fе-АL-С). n Алюминия и сплавов на его основе (в т. ч. шлаков, содержащих 30 - 45% металлического алюминия, с высвобождением до 98% алюминия из шлаков). n Меди и сплавов на ее основе, любых отходов меди (в шихте допускается до 100% стружки, выход годного до 98, 5%). n Различных ферросплавов, в т. ч. ферротитана, феррохрома, феррованадия, низкоуглеродистого и металлического ферромарганца, силикокальция, карбида кальция, а также шлаковых отходов, образующихся при производстве ферросплавов на типовых печах.

Схемы плазменно-дуговых печей а - для плавки металла, 1 - плазматрон; 2 - камера печи; 3 - соленоид для перемешивания жидкого металла; 4 - подовый электрод - анод; б - для переплава металла; 1 - электрод; 2 - камера; 3 - сопло плазмотрона; 4 - кристаллизатор

Электронно-лучевые печи Электроннолучевая печь (ЭЛП), разновидность электрической печи, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую непосредственно в расплавляемом металле в результате соударения с ним электронов (разгоняются электрическим полем высокого напряжения (10— 35 Кб) в условиях низкого давления (ниже 10 мн/м 2)), вылетающих из электронной пушки. Основные узлы и системы ЭЛП: n излучатель электронов (электронная пушка) с катодом, ускоряющим анодом и магнитной фокусирующей системой; n плавильная камера со шлюзовыми устройствами и кристаллизатором (изложницей или тиглем) для металла; n вакуумная система; n механизмы перемещения переплавляемого металла; n блок электропитания с системой автоматического регулирования.

Электронно-лучевые печи n Электронная пушка, устройство для получения потоков (пучков) электронов в объёме, из которого удалён воздух (в вакууме). Электроны вылетают из катода и ускоряются электрическим полем. Испускание электронов из катода происходит главным образом в процессах термоэлектронной эмиссии, эмиссии из плазмы, автоэлектронной эмиссии и фотоэлектронной эмиссии, формирование заданного распределения электронного пучка на выходе осуществляется подбором конфигурации и величины электрического и магнитного полей.

n Электроннолучевая плавка, происходит при высокой температуре и глубоком вакууме, что обеспечивает протекание многих реакций рафинирования, невозможных в иных условиях (например, при вакуумной дуговой плавке и индукционной плавке). Применяется для получения особо чистых тугоплавких металлов и сплавов, крупных слитков из стали и сплавов для деталей ответственного назначения и в других случаях. n Основные достоинства: n регулирование в широких пределах скорости наплавления (определяет макроструктуру слитка); n возможность высокого перегрева металлов; n глубокая дегазация металла в вакууме; n отсутствие контакта жидкого металла с загрязняющей его футеровкой; n переплав практически любой шихты и возобновление процесса плавки после случайного перерыва без ухудшения качества слитка.

n Основное оборудование печи производства фирм LEWHennigsdorfи von. Ardenne. Anlagentechnik, Германия. n В печи используется принцип переплава металла или специального сплава под глубоким вакуумом, используя энергию электронного луча. Комплекс позволяет производить стальные, титановые, медные слябы и слитки. Мощность печи рассчитана на 4, 5 тыс. тонн в год стальных слитков максимальной массой 40 тонн и более. n Основные размеры выплавляемых слитков: n - диаметр круглых (мм) – 800, 1100, 1300 (по размерам кристаллизаторов) прямоугольных: n - поперечное сечение (мм) 400× 1250 n Длина слитка - до 4 м. n Печь электронно-лучевого переплава снабжена: n - пятью электронно-лучевыми пушками, мощностью до 1200 к. Вт каждая; n - двумя независимыми устройствами подачи исходного материала в зону плавки. Эти загрузочные устройства обеспечивают подачу исходного материала, как в виде "электрода", так и в виде брикетов. n Специфика металлургических процессов электронно-лучевого переплава позволяет повышать технологические и эксплуатационные свойства многих сталей и сплавов. Повышение уровня свойств достигается в результате одновременного протекания нескольких процессов, к важнейшим из которых относятся: n - удаление и измельчение неметаллических включений (оксидов, нитридов, сульфидов); n - уменьшение дендритной ликвации; n - удаление легкоплавких металлических примесей; n - направленная кристаллизация; n - изменение ближнего порядка расплавленного металла (разрушение кластеров) вследствие значительного перегрева выше температуры плавления.

Газоразрядные электронно- лучевые пушки серии BTP n В последние годы все большее применение в металлургии находят электронно-лучевые пушки высоковольтного тлеющего разряда с холодным катодом (ВТР), в которых эмиссия свободных электронов из катода обеспечивается его бомбардировкой ионами водорода из тлеющего разряда. Отличительной чертой этих пушек является простота конструкции и возможность работы в вакууме 0, 1 - 10 Па. n Основным достоинством электронно- лучевого нагрева является возможность независимо от процесса плавления плавно и в широких пределах изменять мощность вкладываемого тепла и конфигурацию зоны нагрева.

Технические характеристики газоразрядных электронно-лучевых пушек серии ВТР BTP-100 BTP-300 BTP-450 BTP-600 Максимальная 150 300 450 600 мощность, к. Вт Пределы регулирования 0. . . 100 0. . . 300 0. . . 450 0. . . 600 мощности, к. Вт Номинальное ускоряющее 30 напряжение, к. В Угол отклонения электронного луча от оси 300 пушки, не более Диапазон рабочего давления в полости 10… 0, 01 пушки, Па Максимальный расход рабочего газа (водорода технического) при 3 • 10 -3 8 • 10 -3 11 • 10 -3 14 • 10 -3 давлении 0, 1 МПа, л/сек , l/sec Время работы катода, 300 часов, не менее, hours Расход охлаждающей 0. 15 0. 75 1. 0 воды, л/сек Высота, мм 460 480 550 650 Масса, кг 22 40 55 80

базовый комплект поставки № Наименование оборудования Количество 1 Механические узлы: 1. 1 Плавильная камера 1 1. 2 Устройство боковой подачи 2 1. 3 Блок электронно-лучевого нагрева (Блок ЭЛН) 1 1. 4 Устройство приёма литой заготовки 1 1. 5 Технологический модуль (на каждый типоразмер слитка/сляба) 1 2 Специальное оборудование: 2. 1 Электронно-лучевая газоразрядная пушка ПГЭ до 7 3 Системы: 3. 1 Вакуумная система 1 3. 2 Система подготовки и подачи рабочей газовой смеси 1 3. 3 Система водяного охлаждения: 3. 3. 1 Главная система охлаждения печи 1 Автономная система охлаждения электронно-лучевых газоразрядных пушек и 3. 3. 2 1 высоковольтных источников питания 3. 3. 3 Система аварийного охлаждения 1 4 Электроснабжение: 4. 1 Система электроснабжения 1 4. 2 Высоковольтный источник питания ВИП до 7 5 Программно-технический комплекс управления (ПТКУ) ФОТОН 1 6 Платформа обслуживания 1 7 Запасное оборудование 7. 1 Электронно-лучевая газоразрядная пушка ПГЭ 2 7. 2 Высоковольтный источник питания ВИП 1 8 Комплект специальной оснастки 1 9 Комплект запасных частей на 1 год эксплуатации 1

Схема плавки n Шихта (4), загруженная в не сплавляемые контейнеры (3) подается с двух сторон в зону плавки, которая осуществляется в плавильной камере в вакууме посредством электронных пучков газоразрядных пушек (6). Управление сканированием пучков позволяет контролировать технологические режимы плавки шихты на торцах заготовок, в промежуточной емкости (2), на сливном носке и в кристаллизаторе (1) и исключает прожоги технологической оснастки. Для исключения попадания брызг расплавленного металла в кристаллизатор установлен экран (5). Сигнал с камер видеонаблюдения (7) транслируется на мониторы главного пульта управления в режиме реального времени, а также автоматически обрабатывается системами ПТКУ. Сигнал с камеры контроля уровня ванны металла в кристаллизаторе (8) позволяет в автоматическом режиме управлять устройством вытягивания слитка (9).

Индукционные печи n Индукционный нагрев металлов основан на двух физических законах: законе электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла и законе Джоуля-Ленца. Металлические тела (заготовки, детали и др. ) помещают в переменное магнитное поле, которое возбуждает в них вихревое электрическое поле. ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока. Под действием ЭДС индукции в телах протекают вихревые (замкнутые внутри тел) токи, выделяющие теплоту по закону Джоуля-Ленца. Эта ЭДС создает в металле переменный ток, тепловая энергия, выделяемая данными токами, является причиной нагрева металла. Индукционный нагрев является прямым и бесконтактным. Он позволяет достигать температуры, достаточной для плавления самых тугоплавких металлов и сплавов. n Интенсивный индукционный нагрев возможен лишь в электромагнитных полях высокой напряженности и частоты, которые создают специальными устройствами - индукторами. Индукторы питают от сети 50 Гц (установки промышленной частоты) или от индивидуальных источников питания - генераторов и преобразователей средней и высокой частоты. n Простейший индуктор устройств косвенного индукционного нагрева низкой частоты - изолированный проводник (вытянутый или свернутый в спираль), помещенный внутрь металлической трубы или наложенный на ее поверхность. При протекании по проводнику-индуктору тока в трубе наводятся греющие ее вихревые токи. Теплота от трубы (это может быть также тигель, емкость) передается нагреваемой среде (воде, протекающей по трубе, воздуху и т. д. ).

Преимущества индукционного нагрева n 1) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело позволяет осуществить прямой нагрев проводниковых материалов. При этом повышается скорость нагрева по сравнению с установками косвенного действия, в которых изделие нагревается только с поверхности. n 2) Передача электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело не требует контактных устройств. Это удобно в условиях автоматизированного поточного производства, при использовании вакуумных и защитных средств. n 3) Благодаря явлению поверхностного эффекта максимальная мощность, выделяется в поверхностном слое нагреваемого изделия. Поэтому индукционный нагрев при закалке обеспечивает быстрый нагрев поверхностного слоя изделия. Это позволяет получить высокую твердость поверхности детали при относительно вязкой середине. Процесс поверхностной индукционной закалки быстрее и экономичнее других методов поверхностного упрочнения изделия. n 4) Индукционный нагрев в большинстве случаев позволяет повысить производительность и улучшить условия труда.

Индукционные печи n Индукционные плавильные печи можно разделить на канальные печи промышленной частоты и тигельные печи промышленной, средней и высокой частоты.

Индукционные печи n Основные узлы канальной индукционной печи: n плавильная ванна n индукционная единица, состоящая из подового камня, магнитного сердечника и индуктора. n Отличие канальных печей от тигельных состоит в том, что преобразование электромагнитной энергии в тепловую происходит в канале тепловыделения, который должен быть постоянно заполнен электропроводящим телом.

Индукционная печь n Принцип действия и конструкция n Электропечь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемая катушка-индуктор, вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – находящийся в тигле металл. n Нагрев и расплав металла происходит за счет протекающих в нем токов, которые возникают под действием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. При этом возникают также электродинамические силы, которые создают интенсивное перемещение металла, обеспечивающее равномерность температуры и однородность расплавленного металла.

Индукционные печи Преимущества: - максимальная температура расплава 2000 градусов; - мгновенная готовность к работе и высокая скорость плавки; - высокая экономичность и экологичность технологического процесса; - активное перемешивание металла; - возможность регулировки температуры расплава;

Индукционная установка 1 - крышка 2 - тигель 3 - индуктор 4 - индикатор мощности 5 - регулятор 6 - выключатель 7 - теплоизоляционная вставка 8 - выход воды 9 - вход воды 10 - сетевой разьем

Индукционная установка n Установка представляет собой регулируемый преобразователь частоты, нагрузкой которого является тигель, помещенный в индуктор. Индуктор охлаждается водой. Индуктор изготовлен из медной трубы, покрытой внутри и снаружи полимерным покрытием. Подключение воды может осуществляться к водопроводной сети или к автономной системе подачи воды. Подключение электропитания установки осуществляется к стандартной евророзетке 220 В, имеющей заземляющий контакт и обеспечивающей мощность нагрузки - 2 к. Вт. Внутри индуктора (3) расположена теплоизоляционная вставка (7), в которую помещается графитовый тигель(2). Теплоизоляционная вставка (футеровка) разделяет холодный индуктор и разогретый до высокой температуры тигель. Так как тигель графитовый, а графит - проводник, он разогревается под действием индукционных токов, наводимых индуктором. Для сохранения тепла, тигель накрывается съемной огнеупорной теплоизоляционной керамической крышкой (1). Снаружи индуктор закрыт разборным зашитным кожухом. Такое исполнение позволяет исключить проток воздуха, уменьшить тепловые потери, обгорание тигля и дает возможность использования для плавки аргона.