DE1054720B

DE1054720B - Verfahren zur Herstellung von schwerschmelzenden Metallen, insbesondere von Titan, und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1054720B
Application number: DEN8764A
Authority: DE
Inventors: Carl Kerby Stoddard; Charles Louis Schmidt
Original assignee: Titan GmbH
Current assignee: Titan GmbH
Priority date: 1953-04-16
Filing date: 1954-04-17
Publication date: 1959-04-09
Also published as: FR1098878A; US2882143A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von schwerschmelzenden Metallen, und zwar insbesondere auf die Herstellung von Titan, und betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Man hat schon vorgeschlagen, schwerschmelzende Metalle, wie beispielsweise Titan, dadurch herzustellen, daß in ein Reaktionsbad, das aus geschmolzenen Halogenidsalzen der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder des Magnesiums besteht, ein Reduktionsmetall eingeführt und ein Halogenid des schwerschmelzenden Metalls eingeleitet wird und daß das Halogenid durch das Reduktionsmetall zu dem schwerschmelzenden Metall reduziert wird. Dieses bekannte Verfahren ist ebenso wie die anderen zur Herstellung von Titanmetall benutzten Verfahren, bei denen das Titanmetall im Wege der Reduktion von Titantetrachlorid mit Alkalimetall, Erdalkalimetall oder Magnesium hergestellt wird, ein diskontinuierliches Verfahren. Bei diesen diskontinuierlichen Verfahren wird das Titanmetall in Form kleiner getrennter Partikeln oder als Schwamm diskontinuierlich unter Verwendung komplizierter und kostspieliger Apparaturen gewonnen. Aus diesem Grunde sind die bekannten Verfahren zur Herstellung schwerschmelzender Metalle, insbesondere von Titanmetall, bisher umständlich, schwierig und kostspielig.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese den. bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile und ermöglicht die Herstellung des Titanmetalls in einer kontinuierlich gewonnenen kompakten Masse. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird hochwertiges schwerschmelzendes Metall in kompakter Form bei praktisch kontinuierlicher Arbeitsweise auf einer wirtschaftlichen Basis erzielt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das schwerschmelzende Metall in dem aus geschmolzenen Halogenidsalzen bestehenden Reaktionsbad, dem ein Reduktionsmetall und ein Halogenid des schwerschmelzenden Metalls zugeführt werden, unter Druckanwendung vereinigt, als dichte, kompakte Masse gewonnen und aus dem Reaktionsbad ausgestoßen wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Bildung der kompakten Metallmasse in periodischer Wiederholung, wobei die bei jeder Druckanwendung gewonnene kompakte Masse mit der jeweils vorhergehend gebildeten Metallmasse einigt und in kontinuierlicher Länge aus dem Reaktionsbad ausgestoßen wird. Die Bildung der kompakten Metallmasse erfolgt in weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Boden des Reaktionsbades, während der die kompakte Masse umgebende Teil des Salzbades zur Erstarrung gebracht wird. Die Verdichtung des schwerschmelzbaren Metalls erfolgt erfindungsgemäß mit einem solchen Druck, daß praktisch sämtliche Einschlüsse geschmolzenen Me-Verfahren zur Herstellung
von schwerschmelzenden Metallen,

insbesondere von Titan,

und Vorrichtung zur Durchführung

des Verfahrens

Anmelder:
Titangesellschaft m.b.H., Leverkusen 1

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. April 1953

Carl Kerby Stoddard, Las Vegas, Nev.,
und Charles Louis Schmidt, Fair Haven, N. J.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

tails und Salze aus der Metalilmasse entfernt werden.

Die Reaktionskammer, die zur Aufnahme des Reaktionsbades dient, wird erfindunggemäß unterschiedlich erhitzt, und zwar derart, daß die Temperatur am Boden der Kammer der Erstarrungstemperatur des Reaktionsbades entspricht und bis auf etwa 840° C im oberen Ende des Bades ansteigt und daß die Bildung und Verdichtung der kompakten Metallmasse kurz oberhalb des Erstarrungspunktes des Reaktionsbades erfolgt. Durch diese unterschiedliche Beheizung der Reaktionskammer wird die Temperatur des Salzbades in der Nähe des unteren Kammerendes auf einem tiefsten, der Erstarrungstemperatur des Salzbades entsprechenden Wert gehalten und nach oben gleichmäßig bis zu dem maximalen, Wert in dem oberen Kammerende erhöht, um die größtmögliche Wirksamkeit bei der Reaktion zwischen dem Halogenid des schwerschmelzenden Metalls und dem Reduktionsmetall zu erzielen. Dieser Temperaturbereich schwankt in Abhängigkeit von den Schmelzpunkten der für das Salzbad verwendeten Materialien. Wenn als Salzbad Magnesiumchlorid benutzt wird., so reicht die Temperatursteigerung des Bades von der Erstarrungstemperatur bei etwa 712° C in der Bodennähe der Reaktionskammer bis zu einer oberen Temperatur von 840 bis 890° C in der Nähe des Badspiegels. Die bevorzugte Durchschnittstemperatur des Bades liegt bei ungefähr 800° C. Infolge dieser unterschiedlichen Beheizung der Reaktionskammer erstarrt

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im Bereich des unteren Kammerendes das geschmolzene Salzbad und bildet selbsttätig einen wirksamen Abschluß zwischen der im Bereich des Kammerendes gebildeten kompakten Masse aus Metall und den Innenwänden der Kammer. In weiterer Ausbildung des erfindtmgsgemäßen Verfahrens erfolgt bei der Herstellung von Titanmetall durch Reduktion von Titantetrachlorid mittels Magnesiums die Einleitung des Magnesiummetalls in das flüssige Magnesiumchlorid oberhalb des Badspiegels in Stabform, während die Einleitung des Titantetrachlorids in Gasform im Bereich der unteren Badhälfte annähernd in der Achsmitte des Bodens erfolgt. Auch bei Anwendung von Magnesium, Calcium, Natrium oder anderen Metallen mit einem größeren Reduktionspotential als Titan kann die Einleitung in das geschmolzene Salzbad von oben her entweder in Form festen Materials oder auch in geschmolzenem Zustand erfolgen. Das dampfförmige Titantetrachlorid kann auch oberhalb des Salzbadspiegels zugeführt werden; vorzuziehen ist jedoch seine Einführung in das geschmolzene Salzbad.

Der aus der Reaktionskammer ausgestoßene Titanmetallstrang wird erfindungsgemäß einer Hitzebehandlung unterzogen, um die Verflüchtigung der in ihm verbleibenden restlichen Salzeinschlüsse zu erreichen. Hierbei wird vorzugsweise der Titanmetallstrang als Elektrode eines mit inertem Gas gefüllten Lichtbogenofens verwendet, wobei der als Elektrode dienende Titanmetallstrang unter Verflüchtigung seiner Salzeinschlüsse zu einem reinen Titanmetaliblock geschmolzen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß aus einem aufrecht stehenden, vorzugsweise zylindrischen Reaktionskessel zur Aufnahme des Reaktionsbades und der Reaktionsmaterialien; der Kessel ist erfindtmgsgemäß an seinem uiiteren Ende offen und mit einem in ihm längsverschieblieh gleitenden, nach unten aus dem Kessel absenkbaren kolbenartigen Verschlußorgan ausgestattet, während er in seinem oberen Ende einen über den gesamten Bereich des Reaktionskessels heb- und senkbaren, von einem vorzugsweise hydraulisch arbeitenden Organ betätigten, der Verdichtung des in dem Reaktionsbad gebildeten Titanmetalls dienenden Druckstempel besitzt. Das aus dem Kolben absenkbare Verschlußorgan besteht zweckmäßigerweise aus einem Vorsatzstöpsel, der an seiner Unterseite durch ein vorzugsweise hydraulisch arbeitendes Huborgan abgestützt ist. Der Reaktionskessel wird erfindungsgemäß von einem vorzugsweise zylindrischen Ofen umgeben, der mit auf seine Länge verteilten Heizquellen mit unterschiedlicher, nach dem oberen Kesselende zu wachsender Heizwirkung ausgestattet ist. Die Unterseite des Reaktionskessels läuft in weiterer Ausbildung der Erfindung unterhalb des Ofens in ein gegebenenfalls mit Kühleinrichtungen ausgestattetes, an der Unterseite offenes Ausstoßende aus, dessen Innendurchmesser sich nach Art eines schwachen Konus erweitert, um das Ablösen des von erstarrter Salzschmelze umgebenen Metallstranges von den Kesselwänden zu erleichtern. Der in dem oberen Ende des Reaktionskessels angeordnete Druckstempel besteht erfindungsgemäß aus einem an den Kesselwandungen gleitenden, von einer Stempelstange betätigten scheibenförmigen Stempelkopf, der mit Durchtrittsöffnungen für die flüssigen Bestandteile des Reaktionsbades versehen ist und unterseitig an seinem Umfange eine Schneidkante besitzt.

In weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur Einleitung des gasförmigen Halogenids des schwerschmelzbaren Metalls ein schräg abwärts verlaufendes, in die Kesselwandung im Bereich der unteren Hälfte des Reaktionsbades einmündendes Führungsrohr angeordnet, in dem ein bis zur ungefähren Badmitte reichendes Rohr längsverschieblich angeordnet ist. Dieses Rohr wird über eine mit einem Abschlußventil ausgestattete Leitung von einem beheizten, flüssigen Titantetrachlorid enthaltenden Behälter mit gasförmigem Titantetrachlorid gespeist und ist mit seinem Ende an eine inerte Gasquelle angeschlossen, die bei Unterbrechung der Ti tanchloridzufuhr in dem Innenrohr eine inerte Atmo-Sphäre aufrechterhält und den Eintritt des geschmolzenen Bades in das Rohr verhindert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung stellen eine einfache, wirtschaftliche und hochergiebige Methode zur Herstellung von Titanmetall hoher Reinheit und Schmiedbarkeit dar, bei der das Titanmetall in Strangform als kompaktes Material in endloser Länge gewonnen wird, die in ihm enthaltenden Verunreinigungen leicht mit einem minimalen Aufwand entfernt werden können und hohe Verluste an Metall, Zeit und Ausrüstung vermieden werden, wie sie bei den früheren, bekannten diskontinuierlichen Methoden auftraten.

Um aus dem Reaktionsbad die bei der Reaktion laufend gebildeten geschmolzenen Metallsalze abzuführen, kann der Spiegel des Reaktionsbades durch eine Überlaufemrichtung auf einer bestimmten konstanten Höhe gehalten werden. Die Überlaufeinrichtung kann hierbei aus einem von einer Wandung des Reaktionskessels in leichter Neigung aufwärts laufenden Überlaufrohr bestehen, das in ein abwärts gerichtetes, in einen beheizten Auffangkessel mündendes Auffangrohr mündet. Zweckmäßigerweise werden die Rohre der Überlaufemrichtung so ausgebildet, daß sie von außen her mit geeigneten Vorrichtungen frei gehalten und gereinigt werden können. Das durch den Überlauf abfließende Material besteht hauptsächlich aus dem geschmolzenen Magnesiumchlorid; dieses fließt bei fortschreitender Reaktion durch das Überlauf rohr in den Auffangkessel. Da das geschmolzene Magnesiummetall ein geringeres spezifisches Gewicht besitzt als geschmolzenes Magnesiumchlorid, müßte an sich das Magnesium über das Magnesiumchlorid steigen und durch das Überlaufrohr verlorengehen. Dies geschieht tatsächlich jedoch nicht, da Teilchen von Titanmetall sich mit den Kügelchen des geschmoizenen Magnesiummetalls vereinigen und dadurch das spezifische Gewicht erhöhen, so daß die geschmolzenen Magnesiummetallkügelchen auf den Boden des Bades fallen und kein wesentlicher Anteil des geschmolzenen Magnesiummetalls über das Überlauf rohr verlorengeht.

Da die Anwesenheit von Sauerstoff in dem Reaktionskessel während der Reaktion außerordentlich schädlich auf die Qualität des Titanmetalls sich einwirkt, wird zweckmäßigerweise während des gesamten Betriebes durch Anordnung geeigneter Verschlüsse.

Luftschleusen oder zusätzlicher Quellen inerten Gases in der Reaktionseinrichtung eine inerte Atmosphäre aufrechterhalten und der Zutritt von Sauerstoff verhindert.

Die Einführung des Magnesiummetalls in den Reaktionskessel kann durch eine schräg aufwärts verlaufende, mit einer an sich bekannten Luftschleuse ausgestatteten, in die Kesselwandung oberhalb des Reaktionsbades mündende Rohrleitung erfolgen.
Das Zuf&hrungsrohr für das Magnesiummetall und die Zuführungsleitung für das Titantetrachlorid

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können in gleicher oder in verschiedenen senkrechten metallstäbe oder -barren nacheinander in die Leitung

Plänen angeordnet sein. 16 ohne Zutritt von Luft eingeführt werden. Das Zu-

Um einen unnötigen Wärmeverlust zu vermeiden, führungsrohr 16 ist beispielsweise unter einem Winist es zweckmäßig, die Zuführungsleitung für das kel von 45° schräg abwärts gerichtet und endet im Titantetrachlorid und die Überlaufeinrichtung ent- 5 Punkt 19 oberhalb des Bades 13 in der Wandung des

sprechend zu isolieren. Reaktionskessels 8.

Die Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Aus- Das dampfförmige Titantetrachlorid wird in das

führungsform der Erfindung, und es bedeutet geschmolzene Salzbad 13 unterhalb des Spiegels 19

Fig. 1 eine Vorderansicht im Schnitt der zur Durch- durch ein Zuführungsrohr 20 eingeleitet. Die Längsführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforder- io achse des Zuführungsrohres 20 verläuft in spitzem liehen Vorrichtung, Winkel zur Längsachse des Reaktionskessels. Das

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 der Zuführungrohr 20 für das Titantetrachlorid besteht

Fig. 1, aus einem an der Kesselwandung befestigten Metall-

Fig. 3 bis 9 eine schematische Darstellung der rohr. In dem Zuführungsrohr ist teleskopartig ver-

Arbeitsstufen der Vorrichtung gemäß Fig. 1, 15 schiebbar ein Metallrohr 22 angeordnet, das eine

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines elek- solche Länge besitzt, daß das Ende des Rohres 22 bis

irischen Lichtbogenofens zur Abtrennung der Salz- in die Mitte des Salzbades geführt werden kann. Die

einschlüsse aus dem Titanmaterial. Anordnung und Ausbildung des Rohres 22 verhindern

Die Fig. 1 zeigt einen zylindrischen Reaktions- die Bildung von Titanmetallschwamm an der kessel 8 aus nichtrostendem Stahl oder ähnlichem ao Kammerwand selbst zuverlässig. Um die Anwesenheit Material. Das Ausstoßende 9 des Reaktionskessels von Sauerstoff bei der Reaktion auszuschließen, ist besitzt einen nach außen schwach konischen Innen- die Zuführungsleitung 20, 22 für das Titantetradurchmesser, um die Ablösung des gebildeten Metall- chlorid zuverlässig gegenüber dem Reaktionskessel stranges von den Kesselwandungen zu erleichtern; abgedichtet. Dies wird erreicht durch eine an dem zweckmäßigerweise ist der untere Innendurchmesser 25 Ende des Rohres 22 angeschlossene inerte Gasquelle, des Ausstoßendes 9 bei einer Länge des Ausstoßendes beispielsweise aus Helium, die bei Abschluß der Zuvon 500 mm und einem Innendurchmesser des Kessels fuhr des Titantetrachlorids den Eintritt von Luft in von 150 mm um 5 mm größer als der Innendurch- das Rohr 22 verhindert Das aus dem Behälter 26 in messer des oberen Randes des Ausstoßendes. Ober- das Rohr 22 strömende inerte Gas verhindert auch halb des Ausstoßendes bildet der Reaktionskessel die 3° den Eintritt des Salzbades 13 in das untere Ende des Reaktionskammer 10, in deren offenen Boden ein Rohres 22. Zweckmäßigerweise wird der Eintrittsherausnehmbarer, als Verschluß dienender Stöpsel 11 punkt des Titantetrachlorids im Bereiche der unteren aus Metall eingepaßt ist. Der Stöpsel 11 wird durch Hälfte des Bades 13 in der Bodennähe gewählt,
eine beispielsweise als hydraulischer Heber auisge- Der Spiegel 19 des Salzbades 13 wird durch das bildete Abstützvorrichtung 12 gehalten und im Laufe 35 Überlaufrohr 27 in konstanter Höhe gehalten. Das des Verfahrens entsprechend dem gebildeten festen Überlaufrohr 27 ist leicht aufwärts geneigt, sein Metall nach unten abgesenkt. Ist der Stöpsel 11 aus äußeres Ende ist mit einem abnehmbaren Verschluß dem Ausstoßende 9 entfernt, dient die Abstützvor- ausgestattet, um eine Reinigung zur Freihaltung der richtung 12 zur unmittelbaren Abstützung des in der Leitung zu ermöglichen. Das Überlaufrohr 27 ist mit Reaktionskammer gebildeten Titanmetallstranges. 40 einem Ablaufrohr 28 verbunden, das sich nach ab-Der Stöpsel 11 und die Abstützvorrichtung 12 können wärts erstreckt, an seinem oberen Ende einen abnehmjedoch auch in anderer, bekannter Weise ausgebildet baren Verschluß trägt und mit seinem unteren Ende sein. Die Reaktionskammer 8, die das Salzbad 13 ent- in ein senkrechtes Auslauf rohr 29 übergeht, das an hält, wird durch einen Deckel 14 verschlossen. Um seinem oberen Ende ebenfalls einen abnehmbaren das Salzbad 13 in der Reaktionskammer 10 auf den 45 Verschluß 30 trägt und in einen Auffangkessel 31 erforderlichen Temperaturen zu halten, ist der Reak- mündet, der von einer Heizquelle 32 beheizt wird, um tionskessel 8 mit einem Ofen 15 umgeben, der — auf das Magnesiumchlorid in geschmolzenem Zustand zu seine Länge verteilt —· Heizquellen, besitzt. Der Ofen halten; um ein freies Fließen des durch die Überlauf-15 reicht mit seinem unteren Ende bis dicht an das einrichtung ablaufenden Magnesiumchlorids zu geEnde der Reaktionskammer 10 heran, so daß das Aus- 5° währleisten, sind die Rohre 27, 28 und 29 und der stoßende 9 des Reaktionskessels 8 nicht beheizt ist. Auffangkessel 31 mit einer Wärmeisolierung um-Die Länge des Ausstoßendes 9 ist so bemessen, daß geben.

der Metallstrang so lange in dem verhältnismäßig Zur Verdichtung des in dem Bad gebildeten Titankalten Ausstoßende bleibt, bis die in ihm mitgeführten metalls ist in der Kammer 10 ein Druckstempel 33 an-Salze erstarrt sind und eine Verunreingung durch den 55 geordnet, der durch das geschmolzene Bad nach unten Sauerstoff der Atmosphäre nicht mehr erfolgt. Um bewegt wird, wobei er das in dem Bad befindliche die Abkühlung des Stranges zu erhöhen, sind im Titanmetall auffängt und am Boden der Reaktionsoberen Teil des Ausstoßendes Kühlschlangen 21 ange- kammer 10 auf dem Stöpsel 11 durch Druck verordnet. Der Stöpsel 11 wird zweckmäßigerweise als dichtet. Die Verdichtung erfolgt mit einem solchen Unterlage für die beginnende Bildung des kompakten 6° Preßdruck, daß der größte Teil der in dem Titan-Titanmetalls in der Reaktionskammer etwas oberhalb metall befindlichen Einschlüsse aus geschmolzenem des Erstarrungspunktes des geschmolzenen Salzbades Magnesium und geschmolzenem Salz ausgetrieben angeordnet, zweckmäßigerweise an einem Punkt, bei und ein festes, kompaktes Titanmetall gebildet wird, dem die Temperatur des Bades bei 715 bis 72O⁰C Der Druckstempel 33 ist kolbenartig ausgebildet und liegt. 65 besteht aus dem Stempelkopf 34 und der Betätigungs-

Das Magnesium wird in Form von Stäben oder stange 35. Die Betätigungsstange 35 ist ein Teil der

Barren über das Zuführungsrohr 16 in den Reaktions- hydraulischen Vorrichtung 36, die dem Stempelkopf

kessel 8 oberhalb des Salzbades 13 gegeben. Das Ende 34 den zur Verdichtung des Titanmetalls erforder-

des Rohres 16 ist mittels einer Kupplung 17 mit einer liehen Druck verleiht. Der Stempelkopf 34 ist

Luftschleuse 18 verbunden, durch die die Magnesium- 7° scheibenförmig ausgebildet und wird reibungsfrei in

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der Reaktionskammer 10 geführt. Er besitzt eine fortgesetzt, bis eine kompakte Masse aus Titanmetall Reihe von Durchtrittsöffnungen 37 (Fig. 2), um den von ausreichender Stärke am Boden der Reaktions-Durchtritt des geschmolzenen Magnesiumchlorids zu kammer gebildet ist. Diese Titanmetallmasse wird ermöglichen. Bei Abwärtsbewegung des Stempel- aus der Reaktionskammer ausgestoßen, indem der kopfes 34 durch das Bad 13 wird das Titanmetall auf 5 Stöpsel 11 durch entsprechende Betätigung der den Boden der Reaktionskammer befördert und dort hydraulischen Einrichtung 12 -um ein geeignetes Maß zu einer kompakten Masse zusammengepreßt. Wenn abgesenkt wird. Ist eine ausreichende Menge Titander Stempelkopf 34 wieder nach oben bewegt wird, metall in der Reaktionskammer gebildet (Fig. 4), so fließt das geschmolzene Salz durch die öffnungen wird die hydraulische Vorrichtung 12 um einen der 37 nach unten, ohne daß auf der Oberseite des 10 Stärke der Masse entsprechenden Betrag abgesenkt, Stempelkopfes 34 Material aus dem Salzbad zurück- worauf der Stempel 33 gegen die Titanmetallmasse gehalten wird. nach unter bewegt wird, wie Fig. 5 zeigt. Da sich der

Der Stempelkopf 34 besitzt einen Schneidrand 38, untere Teil der kompakten Masse in der Nähe des

der die an der Wandung der Reaktionskammer 10 an- Erstarrungspunktes des Salzbades befindet, bildet sich

haftenden Partikeln aus Titanmetall entfernt. 15 eine verhältnismäßig dünne Schicht von erstarrtem

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Voirrich- Salz zwischen dem unteren Ende der kompakten

tung ist in Fig. 3 bis 9 dargestellt und läuft wie Masse und den Wandungen der Reaktionskammer,

folgt ab: die, an den Kammerwandungen haftend, das untere

Der Reaktionskessel wird betriebsfertig gemacht, Ende der Reaktionskammer gegen den. Austritt von indem der Stempelkopf 34 angehoben und in seiner ₂o geschmolzenem Salz abdichtet. Entsprechend dem oberen Ruhelage in der Reaktionskammer 10 fest- schrittweisen Ausstoßen einer kompakten Masse aus gelegt wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist; der hydraulische der Reaktionskammer wird die periodische EinHeber 12 wird so eingestellt, daß er den aus Stahl leitung von Titantetrachlorid und Magnesiummetall bestehenden Stöpsel 11 fest in seiner Stellung im in die Reaktionskammer fortgesetzt und von periodi-Boden der Reaktionskammer hält. Gegebenenfalls ist 25 sehen Stempelstößen unterbrochen, bis eine zweite es zweckmäßig, ein Stück Titanmetallschwamm in die kompakte Titanmetallmasse in der Reaktionskammer Reaktionskammer auf die Oberseite des Stöpsels 11 gebildet worden ist, wie sich aus Fig. 6 und 7 ergibt, zu geben, wo es als Ausgangsmaterial für die Bildung Hierbei bewirkt der Druck des Stempels nicht nur die der kompakten Masse dient. \^ferdichtung des in dem Salzbad befindlichen Titan-

Der Reaktionskessel wird so weit erhitzt, daß das ₃₀ metalls, sondern dient auch dazu, das Metall der wasserfreie Magnesiumchlorid schmilzt und in dem zweiten kompakten Masse mit dem oberen Teil der Salzbad eine Durchschnittstemperatur von ungefähr vorhergehenden, aus der Reaktionskammer 10 abge-800° C erhalten wird. Der Auffangkessel 31 für das senkten Metallmasse zu vereinigen, überlaufende Magnesiumchlorid wird ebenfalls auf Nach Herstellung der zweiten kompakten Titaneine Temperatur von 800° C erhitzt, und auch die Zu- ₃₅ metallmasse wird der hydraulische Heber wiederum führungsleitung20 für das Titantetrachlorid und die gesenkt und gibt den Stöpsel 11 frei; hierauf wird der Überlaufleitungen 27, 28, 29 für das Magnesium- Stempel nach unten in Kontakt mit der zweiten komchlorid werden in ähnlicher Weise beheizt, um eine pakten Masse gebracht, wie sich aus Fig. 8 ergibt; Verfestigung der in ihnen enthaltenden Verbindungen hierbei wird ein Teil naah unten aus dem offenen zu verhindern. 40 Ende der Reaktionskammer herausgedrückt.

Nach Reinigung des gesamten Systems von Sauer- Die Materialzuleitungen und Betätigungen des stoff und nach Anschluß des Heliumbehälters 26 wird Stempels werden in der Folge wiederhalt, wobei nachdampfförmiges Titantetrachlorid aus der durch den einander in der Reaktionskammer kompakte Massen Brenner 23 beheizten Verdampfungskammer 24 über aus Titanmetall gebildet und vereinigt werden, die die Leitung 25 in das Rohr 22 und damit in das Bad 45 aus der Kammer als Titanmetallstrang fortlaufender 13 eingeleitet. Eine optimale Wirkung wird, erreicht, Länge ausgestoßen werden.

wenn die Verdampfungskammer des Titantetrachlorids In der Praxis wird der Stöpsel 11, der anfänglich auf einer Temperatur von 500 bis 600° C und die Zu- zwischen dem hydraulischen Heber und der ersten führungsleitung auf einer Temperatur zwischen 300 kompakten Metallmasse angeordnet ist, so' weit ab- und 400° C gehalten werden. Das Magnesium wird in 50 gesenkt, bis der Titanmetallstrang lang genug ist, daß Stabform über die Luftschleuse 18 oberhalb des der hydraulische Heber unmittelbar das untere Bades, und zwar vorzugsweise in einem Überschuß, Strangende abstützen kann, während anschließend der 5% über der theoretischen, zur Reduktion des kompakte Massen gebildet und innerhalb des Salz-Titantetrachlorids erforderlichen Menge liegt, züge- bades mit dem oberen Ende der vorhergehenden komführt. Nachdem eine für die Bildung von Titanmetall 55 pakten Masse vereinigt werden, wie aus der Fig. 9 ausreichende Menge Titantetrachlorid in das Salzbad hervorgeht.

eingeleitet ist, wird die Titantetrachloridzufuhr unter- Der Strang besteht in der Hauptsache aus praktisch brachen und das Rohr 22 aus dem Reaktionsbad 13 reinem Titanmetall und verhältnismäßig geringen Anherausgezogen. Darauf wird der Stempelkopf 34 durch teilen erstarrten Salzes, die von dem reinen Titandie hydraulische Einrichtung 36 nach unten durch das 60 metall in an sich bekannter Weise durch Laugen Salzbad 13 bewegt, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Das undfoder Destillieren entfernt werden können. Es in der Reaktionskammer gebildete Titanmetall wird liegt auch im Rahmen der Erfindung, das Titanmetall hierbei gegen den Stöpsel 11 zu einer kompakten zu gewinnen, indem der Strang auf eine zur VerMasse verdichtet. Der Stempel 33 wird in die Ruhe- flüchtigung der Salze und zum Schmelzen des Titanlage zurückgeführt, worauf erneut Titantetrachlorid 65 metalls ausreichende Temperatur erhitzt wird. Hierzur weiteren Umsetzung eingeleitet wird; das dabei bei kann der Strang als die .eine Elektrode eines gebildete Titanmetall wird durch erneute Betätigung Lichtbogenofens 40 gemäß Fig IO dienen, wobei ein des Stempels wiederum verdichtet. Die periodische Lichtbogen zwischen der Stabelektrode 41, deren Zuführung von Titantetrachlorid und das Vereinigen oberes Ende durch Wasser bei 42 gekühlt wird, und des Titanmetalls durch den Stempel 33 wird so lange 70 einer zweiten Elektrode des Ofens, beispielsweise des

Claims

'Kupfertiegels 43, 'der-ebenfalls- durch Wasser bei 44 gekühlt wird, gebildet wird. Bei der Temperatur des Lichtbogens werden die Salze in der Stabelektrode verflüchtigt und das Titanmetall zu einem Block aus praktisch reinem, von Salzeinschlüssen freiem Metall 5 geschmolzen. Während dieser Behandlung werden die verflüchtigten Chloride fortlaufend bei 45 aus dem Tiegel gespült, indem bei 46 inertes Gas durch den Tiegel gegeben" wird. Beispiel 10 Ein Arbeitsgang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde wie folgt ausgeführt: 36,3 kg wasserfreies Magnesiumchlorid wurden in den Reaktionskessel eingeführt und S Stunden lang- erhitzt, bis das Magnesiumchlorid ein geschmolzenes Bad in dem Reaktionsgefäß bildete. Dann wurde Heliumgas in das System eingeleitet, um es von Sauerstoff zu reinigen, wonach Magnesiumstäbe von 225 g Gewicht mit Unterbrechungen 76 Stunden lang in einer Menge von 73 g/Min, eingegeben wurden, um während des Betriebes einen 5°/oigen Überschuß an Magnesium in dem Bad aufreöhtzuerhalten; die Gesamtmenge des in das Bad eingeführten Magnesiums betrug ungefähr 70,3 kg; während dieser Zeit wurden 260,4 kg dampfiörmiges Titantetrachlorid in das Bad an einem Punkt 60 cm unterhalb des Badspiegels in Teilmengen von je 9 kg eingeleitet. Nach jeder Teilmenge von 9 kg- Titantetrachlorid wurde der Stempel periodisch betätigt, um das in dem Bad gebildete Titanmetall zu sammeln, zu komprimieren und zu einer kompakten Masse zu bilden; an- ·' schließend wurde der hydraulische Heber tun einen der Stärke der einzelnen kompakten Masse entsprechenden Betrag abgesenkt und der Stempel betätigt, um die vereinigte kompakte Titanmetallmasse um einen entsprechenden Betrag aus dem geschmolzenen Salzbad auszustoßen. Auf diese Weise wurden durch aufeinanderfolgende Betätigungen des Stempels zum Komprimieren und zum Ausstoßen die nacheinander gebildeten kompakten Massen vereinigt und aus dem Reaktionsgefäß ausgestoßen in Form eines Titanmetallstranges von 168 cm Länge mit einem dem Innendurchmesser des Reaktionsgefäßes entsprechenden Durchmesser. Der Titanmetallstrang bestand zu 85 bis 90% aus metallischem Titan. Ein Teil dieses Stranges wurde zu einer Elektrode von 4 cm2 Querschnitt und 150 mm Länge geformt. Diese Elektrode mit einem Titanmetallgehalt von 90 Gewichtsprozent wurde als die eine Elektrode in einem Lichtbogenofen angeordnet, wie in Fig. 10 gezeigt ist; ein Strom von 200 his 300 Amp. bei 20 bis 30 V wurde durch die Stabelektrode und eine zweite Ofenelektrode gegeben, wobei in dem Ofen eine hohe Temperatur entstand. Nach einem 2 Minuten langen Betrieb des Lichtbogens war ein Sechstel der Stabelektrode abgeschmolzen; die in der Elektrode erstarrten Salze waren verflüchtigt und durch Argongas ausgetrieben worden, das mit einem Druck von 0,14 kg/cm2 in dem Ofen zirkulierte. Das geschmolzene Titanmetall sammelte sich am Boden des Ofens in Form eines kugelförmigen Körpers aus praktisch reinem Titanmetall an, der ein Gewicht von 30 g besaß. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von schwerschmelzenden Metallen, insbesondere von Titan, wobei in ein aus geschmolzenen Halogenidsalzen der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle oder' des Magnesiums bestehendes Reaktiorisbad ein Reduktionsmetall eingeführt und : ein Halogenid des schwerschmelzenden Metalls eingeleitet- werden und dieses "Halogenid durch das Reduktionismetall zu dem schwerschmelzenden Metall reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das schwerschmelzende Metall in dem Bad, unter Druckanwendung vereinigt, als dichte, kompakte Masse gewonnen und aus dem Reaktionsbad -ausgestoßen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der kompakten Metallmasse in periodischer A¥iederholung erfolgt und daß die bei jeder Druckanwendung- gewonnene kompakte Masse mit der jeweils vorhergehend gebildeten Metallmasse vereinigt und in kontinuierlicher Länge aus dem Reaktionsbad ausgestoßen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der kompakten Metallmasse am Böden des Reaktionsbades erfolgt und der die kompakte Masse umgebende Teil des Salzbades zur Erstarrung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung des sdhwerschmelzbaren Metalls mit einem derartigen Druck erfolgt, daß praktisch sämtliche Einschlüsse geschmolzenen Salzes- aus der Metallmasse entfernt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer zur Aufnahme des Reaktionsbades derart unterschiedlich erhitzt wird, daß die Temperatur am Boden der Kammer der Erstarrungstemperatur des Magnesiumchlorids entspricht und sich bis auf etwa 840° C im oberen Ende des Bades steigert und daß die Bildung und Verdichtung der kompakten Metallmassen kurz oberhalb des Erstarrungspunktes des Magnesiumchlorids erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Titanmetall durch Reduktion von Titantetrachlorid mittels Magnesiums die Einleitung des Magnesiummetalls in das flüssige Magnesiumchlorid oberhalb des Badspiegels in Stabform erfolgt und daß die Einleitung des Titantetrachlorids in Gasform im Bereich der unteren Badhälfte annähernd in der Achsmitte des Bodens erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Reaktionskammer ausgestoßene Titanmetallstrang einer Hitzebehandlung zwecks Verflüchtigung der in ihm verbliebenen restlichen Salzeinschlüsse unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Titanmetallstrang als Elektrode eines mit inertem Gas gefüllten Lichtbogenofens verwendet wird, wobei der als Elektrode dienende Titanmetallstrang unter Verflüchtigung seiner Salzeinschlüsse zu einem reinen Titannietallblock geschmolzen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Aufnahme des Reaktionsbades (13) und der Reaktionsmaterialien ein aufrecht stehender, vorzugsweise zylindrischer Reaktionskessel (8) angeordnet ist, der an seinem unteren Ende offen ist und mit einem in ihm

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