DE118921C

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Titan-Eisen-Legirungen, welche weniger Kohlenstoff enthalten und auf schnellere, sowie billigere Weise gewonnen werden, als die bisher bekannten Titan-Eisen-Legirungen.

. Zunächst besteht vorliegende Erfindung darin, dafs zur Herstellung der Legirung ein ganz oder theilweise aus geschmolzenem Metall bestehendes Bad benutzt wird, bei welchem die Bildungswärme des Eisenoxyds gröfser ist als diejenige des Titanoxyds bei gleichen Temperaturen. Aufserdem beruht vorliegende Erfindung auf den weiter unten erörterten Gesichtspunkten.

In der deutschen Patentschrift 82282 sowie auch in der britischöh Patentschrift 3073 vom Jahre 1895 ist bereits die Herstellung von Titan-Eisen-Legirungen beschrieben. Bei der praktischen Ausführung der bisher bekannten Verfahren wird aber die einer aufserordentlichen Hitze von mindestens etwa 2000 ° C. unterworfene Kohle als Hauptreductionsmittel der Titansäure in Gegenwart eines Bades von geschmolzenem Eisen benutzt. Dieses auch von den Erfindern früher angewendete Verfahren hat sich zwar als aufserordentlich gut und brauchbar erwiesen, jedoch haben sich Fälle ergeben, wo es wünschenswerth ist, die genannten Titan-Eisen-Legirungen kohlenfreier und auch bei einem geringeren Wärmeaufwande, als es nach dem genannten Verfahren möglich war, herzustellen.

Vorliegende Erfindung trägt nun gerade diesen besonderen Bedingungen Rechnung und beruht in gewissem Sinne auf der Thatsache, dafs die Wärme einer gegebenen Metallverbindung mit Sauerstoff sich bei'verschiedenen Temperaturen im Allgemeinen verringert, während letztere steigt, und dafs, während die Bildungswärme solcher Verbindungen in dem Fall von zwei gegebenen Metallen bei einer bestimmten sehr hohen Temperatur gleich sein kann, derartige Wärmebeträge sich absolut und besonders auch in Beziehung zu einander ändern, wie sich die Temperaturen ändern, so dafs bei gewissen niedrigen Temperaturen die genannte Oxydbildungswärme des einen nach vorliegendem Verfahren als Reductionsmittel verwendeten Metalls sehr viel gröfser sein kann als die entsprechende Wärme eines anderen in analoger Weise verwendeten Metalles oder Stoffes bei derselben Temperatur. Nimmt man z. B. an, dafs die Temperaturen der Oxydbildung von Kohle und Aluminium für ein Atomgewicht Sauerstoff wesentlich gleich sind bei der Temperatur von etwa 2000 ° C, so beträgt die Bildungswärme des Aluminiums bei der verringerten Temperatur von ο bis 500⁰ ziemlich 130000 Calorien und diejenige der Kohle nur 28000 Calorien, während bei Temperaturen über 2000° die Bildungswärme des Kohlenoxyds gröfser als diejenige der Thonerde ist und die Kohle die Thonerde zu zersetzen beginnt.

Aus vorstehender Darlegung ergiebt sich, dafs bestimmte Metalle mit grofsem Vortheil unter den nachstehend gegebenen Vorschriften als Reductionsmittel für ein derartiges feuer-

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festes Oxyd, wie dasjenige des Titans, verwendet werden können, was durch die in dieser Hinsicht angestellten Versuche bestätigt worden ist. Dafs Aluminium ein sehr wirksames Reductionsmittel ist, war lange bekannt; dasselbe wurde bisher in geringem Umfange zur Reduction von Metalloxyden verwendet. Aber nach den angestellten Ermittelungen sind Aluminium und die Oxyde in solchen Fällen vorher in äufserst feine Pulverform gebracht und innig mit einander vermischt, oder sie sind der Wirkung von hülfsweise wirkenden Mitteln, z. B. den Fluorverbindungen der alkalischen Metalle und Aluminium, unterworfen. In dieser Weise ist eine für den Beginn der gewünschten Reaction ausreichende Temperatur gesichert, worauf dann dieselbe bis zur Vollendung endothermisch, also ohne Wirkung äufserer Hitze, wirkt. Aber der Aufwand der genannten vorherigen Behandlung des Aluminiums hat die industrielle Ausnutzung einer solchen Reaction wenigstens in vielen Fällen verhindert, namentlich aber bei der Herstellung von Titan-Eisen-Legirungen.

Die Herstellung der Titan-Eisen-Legirungen nach vorliegender Erfindung ist folgende.

Zur Aufnahme der Titansäure und des Eisens wird ein Bad bereitet, welches ganz oder theilweise aus einem geschmolzenen Metall besteht, dessen Oxydbildungswärme bei einer gewissen hohen Temperatur muthmafslich gröfser ist als diejenige des Titans, z. B. Thonerde. In irgend einem geeigneten Gefäfs, z. B. in dem auf der beiliegenden Zeichnung im Schnitt dargestellten Schmelztiegel a, wird das Bad bereitet, welches nach den bisherigen Erfahrungen zweckmäfsig aus geschmolzenem Aluminium besteht. Jedoch lassen sich für das Bad auch sonst geeignete Metalle, z. B. Zink, verwenden. Das verwendete Metall wird unter Anwendung der erforderlichen Temperatur in den geschmolzenen Zustand gebracht. Alsdarin wird in den Schmelztiegel die für die gewünschte Legirung erforderliche Menge Eisen gebracht. Dieses Eisen wird ebenfalls geschmolzen, so dafs es ein Bestandtheil des Bades wird. Nun wird Titansäure in das Bad eingeführt, z. B. Rutil oder Eisen enthaltende Titansäure oder eine Mischung beider, worauf dann die Temperatur bis zum Beginn der erforderlichen Reaction erhöht wird, bei welcher die feuerbeständige Titansäure ihren Sauerstoff abgiebt und dieser sich mit den vorgenannten Metallen verbindet, also im Falle der Verwendung von Aluminium Thonerde bildet. Der Betrieb wird fortgesetzt, bis die Reaction vollendet ist, wobei in dem Schmelztiegel eine Eisen-Titan-Legirung zurückbleibt.

Wie dem Sachverständigen ohne W'eiteres klar sein wird, ändert sich die Zubereitung der in den Schmelztiegel einzuführenden Stoffe je nach den Verhältnissen. Wenn z. B. titanhaltiges Eisenerz verwendet wird, so ist es möglich, dafs dieses selbst eine genügende Menge von Eisenoxyd enthält, um den gewünschten Eisengehalt in der Titan - Eisen-Legirung zu haben. Man kann auch das Erz benutzen, um einen Theil des Eisens zu liefern und den übrigen Theil im metallischen Zustande in den Schmelztiegel zu bringen. Die diesbezüglichen Versuche· haben zu dem Schlufs geführt, dafs es auf alle Fälle rathsam ist, dafs wenigstens ein Theil des Bades von geschmolzenem Metall aus geschmolzenem metallischen Eisen besteht, weil dies die Reaction erleichtert. Weil bei dem neuen Verfahren Kohle nicht als Reductionsmittel dient, so kann sie im Wesentlichen von der Ladung des Schmelztiegels und infolge dessen auch von dem erhaltenen Product ausgeschlossen werden. Es ist zu bemerken, dafs im Falle der Anwendung von Aluminium zufolge der grofsen Bildungswärme der Thonerde die zum Schmelzen der Metalle und zum Einleiten der Reaction zugeführte äufsere Wärme ganz beträchtlich verringert werden, wenn nicht ganz aufhören kann, nachdem die endothermische Wirkung begonnen hat.

Bezüglich der Temperatur ist die Anwendung einer anfänglichen äufseren Wärme erforderlich, welche hoch genug ist, um die verlangte Reaction einzuleiten. Während die endothermische Wirkung eintritt und infolge dessen hohe Temperaturen auftreten, kann die äufsere Hitze gewünschtenfalls verringert werden. Nach Beendigung der endothermischen Wirkung mufs die äufsere Wärme wieder auf einen solchen Grad gebracht werden, dafs die Flüssigkeit und die Homogenität der erzeugten Legirung gewährleistet ist. Zu diesem Zwecke ist es bei dem neuen Verfahren zweckmäfsig und vortheilhaft, elektrische Heizung zu verwenden, da die elektrische Heizung in jedem Augenblick des Verfahrens leicht überwacht und geregelt werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dafs die erforderliche elektrische Energie ganz wesentlich niedriger ist als die bei den früheren Verfahren erforderliche, bei denen ausschliefslich Kohlenstoff als Reductionsmittel verwendet wurde.

Bei den nachstehenden Beispielen wurde die erforderliche Hitze von einem Strom von verhältnifsmäfsig niedriger Spannung und Stromstärke geliefert. Die verwendeten Stoffe befanden sich in einem Graphittiegel a, welcher in einen Eisenkasten eingesetzt war. An den so gebildeten Tiegel wurde der eine Pol herangeführt, während die an den anderen Pol angeschlossene Elektrode b so in den Schmelztiegel eingeführt wird, dafs ein Lichtbogen c entsteht. Zu diesem Zwecke wird die Kohlenelektrode b in der üblichen Weise von dem

über eine Rolle d geführten Seil e getragen, so dafs sie leicht mit der Leitung f verbunden werden kann, während die Leitung g an den Eisenkasten des Schmelztiegels angeschlossen ist. Statt den Lichtbogen zu benutzen, könnte man den Schmelztiegel mit seiner Ladung als Widerstand in den Stromkreis einschalten. Es ist zu bemerken, dafs bei den angestellten Versuchen eine an Titan verhältnifsmäfsig arme Legirung erzielt wurde, wenn der Strom nicht die hinreichende Spannung besafs, um die erforderliche Gleichmäfsigkeit der Legirung zu sichern. Infolge dessen wurde der Inhalt des Bades an geschmolzenem Eisen annäherungsweise vergröfsert, zu dem Zwecke, die Schmelzbarkeit der Legirung bei einer entsprechend geringeren Temperatur zu erleichtern.

Es können auch andere Metalle, z. B. Zink, deren Oxydbildungswärme bei gewissen Temperaturen gröfser ist als diejenige der Titansäure, ganz oder theilweise statt des Aluminiums verwendet werden, obwohl sich letzteres bei den . bisherigen Versuchen als das geeignetste Mittel bewährt hat. In Fällen, wo der Ausschlufs des Kohlenstoffs aus der erzeugten Legirung nicht wichtig ist, kann auch Kohle in den Schmelztiegel eingeführt und zur Reduction der Eisenoxyde in den verwendeten Erzen benutzt werden.

Das neue Verfahren soll keineswegs auf irgend welche besondere Formeln oder die Bereitung der Bestandtheile beschränkt werden. Derartige Einzelheiten liefert den Sachverständigen die Erfahrung. Diese Einzelheiten ändern sich auch je nach den Anforderungen der verschiedenen Erze und je nach dem Verhältnifs der verschiedenen Metalle in den erhaltenen Legirungen. Zur besseren Erläuterung werden nachstehend einzelne Beispiele für die Anwendung des neuen Verfahrens gegeben.

I. Titanhaltige Mischung. 275,

Aluminium 100 (Reductions-

mittel),
Eisenbad 50.

. Bei diesem ebenso wie bei den folgenden Beispielen II und III enthielt das titanhaltige Gemisch etwa 56 pCt. Titandioxyd und 44 pCt. Eisenoxyd mit nur einem geringen Theil Silicium und erdigen Basen. Das Aluminium wurde in den Schmelztiegel gebracht und ge_r schmolzen. Darauf wurde das Eisen zugesetzt und ebenfalls geschmolzen. Nachdem das Bad gut flüssig war und die Wärme gut wirkte, wurde das in Form von Ziegeln, Würfeln oder Cylindern gebrachte gepulverte Gemisch zugesetzt. Das Gemisch schmolz und verschwand in dem Bad unter Glühen. Dann wurde die Stromstärke etwas verringert, bis das ganze Gemisch im Bade etwas geschmolzen war. Darauf wurde die Temperatur für eine kurze Zeit so weit erhöht, dafs die Legirung flüssig und homogen wurde.

Das Titaneisen enthielt 40,62 pCt. Titan mit nur geringen Spuren von Kohle und wenige Hundertstel an Silicium. Bei diesem Beispiel wurde keine Kohle zugesetzt, sondern Aluminium ausschliefslich als Reductionsmittel verwendet.

II. In diesem Falle wurde ebenfalls wie unter I. angegeben verfahren, jedoch wurde ein Theil Kohle als Reductionsmittel für das Eisenoxyd des Gemisches verwendet.
Titanhaltige Mischung (dieselbe wie

bei I) 275,

(Kohle 35 oder'
C)

Reductionsmittel

(Aluminium 60

oder 63- pCt.)

Eisenbad 125.

Die Legirung enthielt 29,46 pCt. Titan und Spuren von Kohle. " Die Kohle wurde in Gestalt von feinem Pulver mit dem gepulverten titanhaltigen Gemisch vermengt.

III. Hierbei wurde die Kohle bis zu einem solchen Betrage vermehrt, dafs gerade alles Eisenoxyd reducirt wurde, wobei also das Aluminium allein zur Reduction des Titanoxyds diente.

Titanhaltige Mischung (wie bei I
und II).

Reductionsmittel

70 pCt.),
(Aluminium 25
oder 30 pCt.)

Eisenbad 250.

Die Legirung enthielt 19,82 pCt. Titan und einige Zehntel Procent Kohle.

IV. Hierbei war ein Theil der titanhaltigen Mischung stark titanhaltige Schlacke, welche etwa 60 bis 62 pCt. Titansäure und praktisch kein Eisen (0,9 pCt. Eisenoxyd) enthielt. Das titanhaltige Gemisch wurde gepulvert und wie oben vermengt.

Titanhaltige Schlacke (60 bis 62 pCt.

Titandioxyd) 100,

Titanhaltiges Erz (etwa 80 pCt.

Titandioxyd) 175,

Eisenbad . 200,

Reductionsmittel ausschliefslich Alu-.

minium 90.

Die Legirung enthielt 14,08 pCt. Titan.

Einer der wesentlichsten Vortheile des beschriebenen Verfahrens besteht in der Thatsache, dafs das Oxyd des aus der Zersetzung der Titansäure auftretenden Reductionsmittels nicht verloren wird. Durch geeignete Vorkehrungen, welche der Sachverständige ohne Weiteres versteht und anzuwenden vermag, kann das. Oxyd wieder aufgefangen werden,

mag dasselbe in gasförmigem Zustande entweichen oder als Schlacke auf · dem Bade schwimmen.

Claims

Patent-Ansprüche:

Verfahren zur Herstellung von Titan-Eisen-Legirungen, dadurch gekennzeichnet, dafs in ein Bad eines geschmolzenen Metalles, dessen Oxyd eine Bildungswärme besitzt, die bei einer gewissen Temperatur gröfser ist als diejenige der Titansäure, bei Anwesenheit von geschmolzenem Eisen Titansäure eingeführt wird, worauf die in dem Schmelztiegel enthaltene Ladung auf eine für die erforderliche Reaction zwischen dem reducirenden Metall und dem Sauerstoff der Titansäure genügende Temperatur gebracht wird, damit das flüssig werdende metallische Titan mit dem flüssigen Eisen eine Legirung eingeht.
Eine Ausführungsform des zu ι. gekennzeichneten Verfahrens, bei welcher ein Bad von geschmolzenem Aluminium verwendet wird.

Eine Ausführungsform des zu i. gekennzeichneten Verfahrens, bei welcher ein Bad von geschmolzenem Zink verwendet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.