DE1508270C

DE1508270C - Verfahren zur Herstellung von Ferro titan Legierungen

Info

Publication number: DE1508270C
Authority: DE
Inventors: Charlos Mexico City Pardo
Original assignee: Tammet International, Chicago, 111 (V St A)
Publication date: 1972-04-06

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung · c) die so gefüllten und geschlossenen Rohre werden

einer Ferrotitan-Legierung aus feinstückigem Titan- in eine Schmelze von Ferrotitan-Legierung ein-

schrott in Form von Spänen oder irgendeiner anderen geschmolzen.

fein zerteilten Form. Hierdurchist es erstmalig möglich, auch feinstückigen • Aus der USA.-Patentschrift 2 240 231 ist ein Ver- 5 Titanschrott, wie Späne, zur Herstellung von Ferrofahren zur Herstellung von Chrom oder ähnlichen titan-Legierungen mit vorbestimmten Zusammen-Metallegierungen bekanntgeworden, wobei die pulveri- Setzungen gefahrlos einzuschmelzen,
sierten Legierungsbestandteile in einem Rohr ein- Zunächst wird kleinstückiger Titanschrott in ein an gefüllt sind und mit Hilfe dieses Rohres in einem mit einem Ende geschlossenes Eisen- oder Stahlrohr geSchlacke abgedeckten Metallbad eingeschmolzen ίο füllt. Dieser kleinstückige Titanschrott kann Abfall werden. . aus der Industrie sein, z. B. Späne und ähnliches fein-

Das Problem des Verfahrens nach dieser USA.-Pa- zerteiltes Schrottmaterial, das jetzt noch als Abfall tentschrift liegt in der Tatsache, daß bei der Beschik- betrachtet wird und ohne Schwierigkeiten von Verkung des Reaktionsmaterials, das zu reduzieren ist, arbeitern von Titan oder Titanlegierungen bezogen dieses Material in den oberen Schichten der Schmelze ¹S werden kann. Die gewünschte Spanbreite beträgt im steckenbleibt, so daß die Reduktionsreaktion in der allgemeinen 1,6 bis 6,4 mm. Das Verhältnis von Titanoberen, eine große Menge Schlacke enthaltenden schrottgewicht zu Rohrgewicht wird entsprechend den Schicht erfolgt, und. zwar unter Bedingungen, die für gewünschten chemischen Eigenschaften der Ferrotitandie Reaktion nicht vorteilhaft sind. Dieses Problem Legierung festgesetzt. Kennt man die Zusammenwird nach der USA.-Patentschrift dadurch gelöst, daß 20 Setzung und Massendichte des Schrotts, kann man die die Beschickung des zu reduzierenden Materials nicht Größe und Wandstärke des Rohres entsprechend ausin die oberen Schichten der Schmelze, sondern tief in wählen, um das gewünschte Verhältnis zu erzielen. Die die untere Schicht der Schmelze durchgeführt wird. Die Massendichte des Schrotts kann durch Zerkleinern Reaktion erfolgt dann unter den günstigsten Bedin- und/oder Sortieren verändert werden. Falls gewünscht, gungen. Eine derartige Beschickung wird durch die ²5 kann Eisenschrott mit Titanschrott vermischt werden, Verwendung eines Rohres durchgeführt, dessen unteres um eine Ferrotitan-Legierung mit hohem Eisengehalt Ende tief in die Schmelze eingetaucht wird, wobei das zu bekommen. Das offene Ende des Rohres wird dann obere Ende aus der Schmelze hervorragt und das z. B. durch Sicken oder Aufsetzen einer Kappe ver-Rohr durch Einstecken von neuen Rohren, erneuert schlossen. An den Enden oder entlang der ganzen wird. Man kann diese Lösung einfach so ansehen, als 3° Länge des Rohres kann eine Lüftung vorgesehen ob eine Rohrleitung verwendet würde, die tief in die werden, um eingeschlossene Luft während der folgenunteren Schichten der Schmelze mündet, durch welche den Erhitzung und beim Schmelzen entweichen zu die Beschickung des Materials durchgeführt wird. lassen. Der verwendete Schrott muß im wesentlichen Wegen «der hohen Temperaturen schmilzt dabei das frei von Fremdkörpern, öl, Schmutz, Wasser usw. sein, untere Ende -des Rohres, so daß eigentlich das Be- 35 da dies eine übermäßige Gasbildung während des schickungsmaterial nicht durch das ganze Rohr ge- Schmelzvorganges verursachen würde. Die Länge des schoben wird, sondern es wird das Rohr immer tiefer verschlossenen Rohres ist verhältnismäßig unwichtig in die Schmelze eingetaucht, wobei das untere Ende und wird nur mit Rücksicht auf die leichte Handhabung des Rohres allmählich geschmolzen wird. beim Beschicken in den Ofen festgelegt. Im allgemeinen

Diese USA.-Patentschrift offenbart ferner, daß be- 40 werden Rohre von 45 bis 120 cm Länge vorgezogen,

vorzugterweise an Stelle eines Rohres eine Versteifungs- Vor dem Beschicken eines Induktionsofens mit dem

stange vorgesehen werden soll, um welche das Reak- in Rohre gefüllten Schrott wird eine Ladung aus

tionsmaterial herum angeordnet wird, und daß ferner großen Stücken, am besten mit der gewünschten Le-

große Querschnitte für das Reaktionsmaterial gewählt gierungszusammensetzung, in einem ausgekleideten

werden sollen, um Verunreinigungen der Schmelze 45 Ofentiegel geschmolzen, der bei Berührung mit Ferro-

durch die Versteifungselemente möglichst niedrig zu titan genügend stabil bleibt. Die Ofentiegelauskleidung

halten. besteht gewöhnlich aus Material mit Aluminium- oder

Ein solches Verfahren ist aber zur Herstellung von Magnesiumgehalt. Das Volumen der geschmolzenen

Ferrotitan-Legierungen bestimmter Zusammensetzun- Charge aus großen Stücken darf im allgemeinen 10

gen ungeeignet, weil zudem bei Titanschrott die Nei- 50 bis 30% der Tiegelkapazität betragen. Während des

gung einer starken Oxydation besteht, die sich sogar Schmelzvorganges muß diese Charge vor Oxydation

explosionsartig vollziehen kann, wenn es sich um fein- geschützt werden. Diesen Schutz bietet eine Schicht

stückigen Titanschrott, z. B. Späne handelt. aus flüssigem Salz. Für diese flüssige Salzdecke werden

Zur Lösung dieser Probleme wird ein Verfahren zur vorzugsweise Materialien wie Bariumchlorid, Mischun-

Herstellung von Ferrotitan-Legierungen unter Ver- 55 gen aus Barium- und Natriumchlorid, Kryolith und

Wendung von feinzerteiltem Titanschrott, bei welchem ähnliche Chloride oder Fluoride verwendet, die bei den

die Schmelze von Ferrotitan von einer nicht reaktiven gewöhnlich verwendeten Schmelztemperaturen ver-

Salzdecke bedeckt ist, vorgeschlagen, das sich durch hältnismäßig stabil gegenüber Ferrotitan sind,

folgende Arbeitsschritte kennzeichnet: Wenn die Charge aus großen Stücken vollständig

a) der Titanschrott wird in an sich bekannter Weise 60 geschmolzen ist, wird sie genügend überhitzt, um eine in Rohre eingefüllt, wobei Rohre aus Eisen oder zu starke Abkühlung während der Beschickung mit den Stahl .verwendet und die Masse dieser Rohre und Rohren zu vermeiden. Nun wird ein mit Schrott gedie Menge des Titanschrottes derart gewählt fülltes Rohr in den Ofentiegel herabgelassen. Es tritt werden, daß das Verhältnis Titan zu Eisen jedes ein Auflösen des Rohres und des Schrottmetalls in der mit Schrott gefüllten Rohres gleich der Zusammen- 65 Schmelze ein. Da das Verhältnis von Titan und Eisen setzung der Ferrotitan-Legierung der Schmelze des Rohres und seines Inhalts mindestens ungefähr ist; das gleiche ist wie das der Schmelze, tritt während des

b) die Rohrenden werden geschlossen, und Einschmelzens des Rohres und des Schrottmetalls

Claims

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keine wesentliche Veränderung der Schmelzzusammen- wobei 1,74 kg Schrott ein Rohr von 0,55 kg Gewicht

setzung auf. füllten. Das so gefüllte Rohr wurde verschlossen und

Während des Schmelzens der Metalle wird die Ober- in eine überhitzte, von geschmolzenem Salz bedeckte

fläche der Schmelze weiterhin von der geschmolzenen Schmelze gegeben, die während der Beschickung und

Salzschicht geschützt, so daß keine Oxydation auf- 5 beim Schmelzvorgang auf 1343° C gehalten wurde. Das

treten kann. Der Schmelze werden weitere feinzerteilte erzielte Produkt wurde bei der gleichen Temperatur

Schrott enthaltende Rohre zugeführt, bis der Tiegel von 1343⁰C abgegossen,

die gewünschte Füllung erreicht hat. Die eutektische Temperatur der Legierung von der

Vor dem Abstich wird der größte Teil der Salzdecke erzeugten und vorbeschriebenen Zusammensetzung

durch Abgießen oder Abschöpfen auf bekannte Art io ist nicht genau bekannt.

und Weise entfernt. Soll eine neue Charge der gleichen Es wird angenommen, daß die eutektische Tempe-

Legierung geschmolzen werden, werden nur vier ratur der erzielten Legierung zwischen 1121 und

Fünftel der Schmelze in geeignete Masselformen ge- 1149° C liegt.

gössen. Der Rest dient als Grundmasse für den Fort- Werden Eisenrohre von großem Durchmesser vergang des Schmelzens. Das abgeschöpfte Salz wird vor 15 wendet, ist es ratsam, Eisen- oder Stahlschrott in der jedem weiteren Schmelzvorgang wieder in den Tiegel Form von Spänen beizufügen, um den Eisenanteil der zurückgegossen. Das genannte Salz kann mehrere Male erzielten Ferrolegierung zu steuern. Derartige Beiais Deckschicht verwendet werden, je nach Stabilität fügungen dienen zum Ausgleich für zwei Probleme, und Verschmutzungsgrad. Eine Analyse ist natürlich die eventuell bei der Verwendung großkalibriger Rohre in passenden Zeitabständen empfehlenswert. 20 auftreten können. Zunächst kann ein Diffusions-

Das Verfahren ist am wirtschaftlichsten, wenn das problem auftauchen, da das Material in der Mitte des

Titan-Eisen-Verhältnis gleich oder nahe dem detn Rohres in allen radialen Richtungen von Titanschrott

Eutektikum entsprechenden Verhältnis liegt. Der umgeben ist. Zweitens vergrößert sich das Verhältnis

Grund dafür ist der verhältnismäßig niedrige Schmelz- des eingeschlossenen Volumens zur Eisenmasse mit

punkt solcher Legierungen im Gegensatz zu anderen 25 zunehmendem Rohrdurchmesser.

Ferrotitan-Legierungen. Dieser niedrige Schmelzpunkt Die sogenannten Grundlegierungen von Ferrotitan

verringert die Reaktivität zwischen Schmelze, Ofen- werden gewöhnlich durch Reduktion von Ferrotitan-

auskleidung und Schlacke beträchtlich. Müssen jedoch oxyden, wie Ilmenit, mit einem reduzierenden Agens

Ferrolegierungen von 10 bis 80% Titan erzielt werden, wie Aluminium in Lichtbogenofen hergestellt. Da-

dann können sie am wirtschaftlichsten durch Ver- 30 durch werden diese Verfahren zur Herstellung solcher

dünnungderoptimalenZusammensetzungder Schmelze Grundlegierungen verhältnismäßig kostspielig, und die

mit festem Eisenschrott oder Titan erreicht werden. Grundlegierungen sind ebenfalls teuer. Die Verwen-

Ein anderer Vorteil der Methode nach dieser Erfin- dung des Verfahrens nach de - Erfindung gestattet dung ist die Möglichkeit, den Kohlenstoffgehalt der aber eine wirtschaftlichere Produktion von Grundin diesem Verfahren erschmolzenen Legierungen durch 35 legierungen und die vorteilhafte Verwendung von Auswahl von Schrott mit geeignetem Kohlenstoff- Material, das im Augenblick noch als Abfall betrachtet gehalt und/oder durch Zugabe von festem Graphit wird,
von 0,05 bis 8,0% zu variieren. Auf diese Weise

können mit dem Verfahren auch Ferrotitan-Legie- Patentansprüche:

rungen produziert werden, die geringe, mittlere oder 40

große Kohlenstoffgehalte aufweisen. 1. Verfahren zur Herstellung von Ferrotitan-

So wurde z. B. das Verfahren nach dieser Erfindung " Legierungen unter Verwendung von feinstückigem

mit gutem Erfolg verwendet, um eine wie folgt zu- Titanschrott, bei welchem die Schmelze von Ferro-

sammengesetzte Ferrotitan-Legierung zu bilden: titan von einer nicht reaktiven Salzdecke bedeckt

Titan 66,6°/ ⁴⁵ '^st> gekennzeichnet durch folgende

Eisen 250°/° Arbeitsschritte:

Vanadium 2'4°/° ^a) ^^er Titanschrott wird in an sich bekannter

5JJjJj_0n " o'4°/° Weise in Rohre eingefüllt, wobei Rohre aus

Kohlenstoff 01 °/° Eisen oder Stahl verwendet und die Masse

Aluminium'''.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.■'.'.'.'.'.'.'.'.'. sis % So dieser Rohre und die Menge des Titanschrottes

_. ■ . , _Pi.. _1T,- ' , ._it1 _Λ τ derart gewählt werden, daß das Verhältnis

Em einzelnes Stuck Eisenrohr mit folgender Zu- _Titan ^ _{£isen jedeg mit Schrott gefüUten}

sammensetzung _Rohres ^₀J_{1 der} Zusammensetzung der

Kohlenstoff 0,14 bis 0,18 % Ferrotitan-Legierung der Schmelze ist;

Mangan 0,30 bis 0,60% 55 b) die Rohrenden werden geschlossen, und

Phosphor 0,04 % (Maximal) c) die so gefüllten und geschlossenen Rohre

Schwefel 0,05 % (Maximal) werden in einer Schmelze von Ferrotitan-

Eisen Rest Legierung eingeschmolzen.
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gewurde mit Titanschrottspänen folgender Zusammen- _6o kennzeichnet, daß das Titan-Eisen-Verhältnis im setzung gefüllt: Bereich von 10 bis 80% Titan, vorzugsweise gleich

Aluminium 5,5 bis 6,75 % oder nahe dem dem Eutektikum entsprechenden

Vanadium 3,5 bis 4,5% Verhältnis liegt.

Stickstoff ... 0,07% (Maximal)
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

Kohlenstoff 0,01 % (Maximal) 65 gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der

Wasserstoff 0,01 % (Maximal) Ferrotitan-Legierung im Bereich von 0,05 bis

Eisen 0,4 % (Maximal) 8,8 % gesteuert wird. .

Sauerstoff .... 0,3% (Maximal)
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Ferrotitan-Legierung durch Einführung von Kohlenstoff enthaltendem Schrott in die Eisenrohre gesteuert wird. ,
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Ferrotitan-Legierung durch Einführen von festem Graphit in die Schrott enthaltenden Rohre gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze, in welcher die mit Schrott gefüllten Rohre eingeschmolzen werden, eine in der Nähe der eutektischen Temperatur liegsnde Temperatur hat.
7. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der mit Schrott gefüllten Rohre der Zusammensetzung der fertigen Legierung entspricht.