DE2019399A1 - Process and device for the reduction of refractory metal oxides - Google Patents

Process and device for the reduction of refractory metal oxides

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DE2019399A1 DE19702019399 DE2019399A DE2019399A1 DE 2019399 A1 DE2019399 A1 DE 2019399A1 DE 19702019399 DE19702019399 DE 19702019399 DE 2019399 A DE2019399 A DE 2019399A DE 2019399 A1 DE2019399 A1 DE 2019399A1
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Description

UNITED 1KBiGIXD.M ATOMIC ENERGY AUTHORITYUNITED 1KBiGIXD.M ATOMIC ENERGY AUTHORITY

11 Charles II Street, L ο ηä ο η , S. W. 1. England11 Charles II Street, L ο ηä ο η, S. W. 1. England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der englischen Patentanmeldung Έτ. 20865/69 vom 23.April 1969 beanspruchtFor this application, the priority is derived from the English patent application Έτ. 20865/69 of April 23, 1969 claimed

Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion feuerfester MetalloxideMethod and device for the reduction of refractory metal oxides

Die Erfindung betrifft die Reduktion feuerfester Metalloxide. Feuerfestes Metall ist ein in der Technik benutzter Ausdruck für Wolfram und ähnliche Metalle, wie Titan. Es dürfte allgemein bekannt sein, daß diese Metalle und deren Carbide von großer Bedeutung sind, zum Beispiel für Spezialstahle, Werkzeugspitzen und andere Gegenstände.The invention relates to the reduction of refractory metal oxides. Refractory metal is a term used in technology for tungsten and similar metals such as titanium. It should be well known that these metals and their carbides are of great importance, for example for special steels, Tool tips and other items.

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In dem Spezialfall des Wolframs ist es bisher bei der Herstellung entweder von Wolframmetall oder Carbid die Praxis gewesen, Wolframoxid mit Wasserstoff zu reduzieren, um das Metall zu erhalten. Dieses Verfahren wurde bei Temperaturen bis zu 100O0C ausgeführt, und zwar unter Verwendung eines großen Überschusses an Wasserstoff, der vor dem Wiedereinsatz sorgfältig getrocknet werden mußte. Um das Carbid herzustellen, war es üblich, das auf obige V/eise hergestellte Metall mit der berechneten Menge Kohlenstoff auf Kugelmühlen zu vermählen, es zu pressen, in Wasserstoff bei etwa 15000C zu sintern und schließlich den erhaltenen gesinterten Festkörper zu einem feinen Pulver zu zerkleinern. Es sei darauf hingewiesen, daß beide oben beschriebenen Herstellungswege schwierig und kostspielig sind.In the special case of tungsten, it has heretofore been the practice in the manufacture of either tungsten metal or carbide to reduce tungsten oxide with hydrogen to obtain the metal. This process was carried out at temperatures of up to 100O 0 C, using a large excess of hydrogen, which had to be carefully dried before being used again. To produce the carbide, it was common to marry the metal / else prepared in the above V with the calculated amount of carbon in ball mills, to press it to sinter in hydrogen at about 1500 0 C, and finally the obtained sintered solid to a fine powder to shred. It should be noted that both of the manufacturing routes described above are difficult and expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen oder besseren Weges für die Reduktion von feuerfesten Metalloxiden.The object of the present invention is to create a new or better way of reducing refractories Metal oxides.

Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zur Reduktion feuerfester Metalloxide darin, daß ein Bett aus heißem feuerfestem Oxid mit einem Strom aus Kohlenstoffmonoxidgas in Berührung gebracht und die Monoxid/Dioxid-Abgasgemische durch ein reduzierendes Agens zu dem Bett im Kreislauf zurückgeführt wird.According to the invention there is a method for reducing refractories Metal oxides in that a bed of hot refractory oxide is in contact with a stream of carbon monoxide gas brought and the monoxide / dioxide exhaust gas mixture through a reducing Agent is recirculated to the bed.

Im Falle von Wolfram können die stattfindenden Reaktionen wie folgt dargestellt werden: _-..-„■■ .In the case of tungsten, the reactions can take place can be represented as follows: _-..- „■■.

3 CO ^ W + 3 CO2 .... (1)3 CO ^ W + 3 CO 2 .... (1)

WO5 + 5 CO - WC + 4 CO2" .... (2)WO 5 + 5 CO - WC + 4 CO 2 ".... (2)

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In der Praxis hat sich herausgestellt, daß das Produkt entweder das Carbid oder das Metall ist, in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Partialdruck des Kohlendioxids. So folgt die Reaktion, wenn eine sehr niedrige Konzentration an Kohlendioxid aufrechterhalten wird, der Gleichung (2), und es wird das Carbid hergestellt. Andererseits wird, wenn man die Kohlen-' stoffdioxidkonzentration sich ansammeln läßt, das Metall selbst gebildet, und die zulässigen Grenzen der Kohlenstoffdioxidkonzentration sind abhängig von. der Temperatur, wie im folgenden offenbar wird.In practice it has been found that the product either the carbide or the metal is, depending on the temperature and the partial pressure of the carbon dioxide. So the reaction follows when there is a very low concentration of carbon dioxide equation (2) is maintained and it will made the carbide. On the other hand, if you get the coal ' Dioxide concentration can accumulate, the metal itself is formed, and the permissible limits of the carbon dioxide concentration are dependent on. the temperature, as will be evident in the following.

Gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung wird.das reduzierende Agens daher so angeordnet, daß im wesentlichen alles Kohlendioxid in den Abgasgemischen zum Monoxid reduziert wird und das Bett bei einer'Temperatur gehalten und die Kohlendioxidkonzentration unter einem Gleichgewichtswert gehalten wird, so daß das Produkt das Carbid des Metalles ist.According to a particular aspect of the invention, the reducing The agent is therefore arranged so that essentially all of the carbon dioxide in the exhaust gas mixtures is reduced to the monoxide and maintaining the bed at a temperature and the carbon dioxide concentration is maintained below an equilibrium level so that the product is the carbide of the metal.

Es sei darauf hingewiesen, daß in den im Einklang mit der Erfindung stehenden Reaktionen kein Wasserstoff anwesend ist, so daß die Gefahren bei Verwendung dieses Materials vermieden werden und darüber hinaus kein Wasser anfällt, welches unerwünschtes Korhwachstum verursacht. Die einfache Kreislaufführung des Abgases durch ein reduzierendes Agens, wie ein Bett aus heißem Kohlenstoff, verwandelt das Kohlendioxid zurück in das Kohlenmonoxid. Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß, weil der Kohlenstoff für die Herstellung von Wolframcarbid in der Gasphase vorliegt, eine bessere Kontrolle der Stöchiometrie des Produktes möglich ist. Somit kann die Erfindung auch angewendet werden für die Vergütung von Wolframcarbid mit Kohlenstoffunterschuß, welches auf andere Weise hergestellt wurde.It should be noted that in the in accordance with the In the invention standing reactions no hydrogen is present, so that the dangers of using this material are avoided and, moreover, there is no water, which causes undesirable Korh growth. The simple cycle management The exhaust gas through a reducing agent, such as a bed of hot carbon, converts the carbon dioxide back into the carbon monoxide. It should also be noted be that because of the carbon used in the manufacture of tungsten carbide is in the gas phase, better control of the Stoichiometry of the product is possible. The invention can thus also be used for tempering tungsten carbide Carbon deficit produced in another way.

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Von einer anderen Seite gesehen, schließt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Metallearbiden ein, nach welchem ein feuerfestes Metalloxid bei erhöhter !Temperatur in Berührung gebracht wird mit Kohlenstoffmonoxid und der Partial-durck des produzierten Kohlendioxids unterhalb eines von der erwähnten Temperatur abhängigen Gleichgewichtswertes gehalten wird, "bei welchem die .Carbidbildung zum Unterschied von dem Metall "begünstigt wird.Viewed from another side, the invention closes also a process for the production of refractory metal arbides a, according to which a refractory metal oxide is brought into contact with carbon monoxide at an elevated temperature and the partial pressure of the carbon dioxide produced below an equilibrium value dependent on the temperature mentioned is held, "in which the .Carbide formation is the difference by the metal "is favored.

Der erwähnte Partialdruck kann unterhalb des erwähnten Wertes gehalten werden und zwar durch Regelung der Nachspeisemenge des KohlenstoffmonoxidSoThe mentioned partial pressure can be below the mentioned Value can be maintained by regulating the make-up amount of carbon monoxide

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reduktion von feuerfesten Metalloxiden vorgesehen, welche einen Drehofen für die Aufnahme eines feuerfesten Metalloxids, Heizaggregate für das Erhitzen des feuerfesten Metalloxids, Mittel für das Durchleiten von Kohlenoxidgas durch den Ofen zwecks In-Berührung-bringens mit dem feuerfesten Metalloxid, ein Reduktionsmittel für die Reduktion des den Ofen verlassenden Gases zu Kohlenmonoxid und Mittel für die Kreisführung des Kohlenmonoxids aus dem reduzierenden Agens zu dem Ofen einschließt.According to a further aspect of the invention, a device for reducing refractory metal oxides is provided, which a rotary kiln for receiving a refractory metal oxide, heating units for heating the refractory Metal oxide, means for passing carbon oxide gas through the furnace to bring it into contact with the refractory metal oxide, a reducing agent for the reduction of the gas leaving the furnace to carbon monoxide and means for the circulation of the carbon monoxide from the reducing agent to the Furnace includes.

Die Apparatur kann auch Transportmittel für die kontinuierliche Einspeisung des feuerfesten Metalloxids in den Ofen und Mittel für die kontinuierliche Austragung des durch die Reaktion mit dem Kohlenmonoxidgas hergestellten Produktes aufweisen·The apparatus can also be a means of transport for continuously feeding the refractory metal oxide into the furnace and means for the continuous discharge of the by the Reaction with the product produced by carbon monoxide gas exhibit·

Dia die vorliegende Erfindung verständlicher zu machen, sollen bestimmte Ausführungsformen davon anhand eines BeispielsTo make the present invention more understandable, intended specific embodiments thereof by way of example

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und unter Bezugnahmevauf die beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden, und zwar zeigtand with reference to the accompanying drawings be, namely shows

Figo 1 eine typische Temperatur-Gleichgewichtskurve,Fig o 1 shows a typical temperature equilibrium curve,

Fig» 2 Kurven, welche sich auf das Volumen%(C(^)-Gleichgewicht gegen die Temperatur beziehen, .Fig »2 curves, which relate to the volume% (C (^) - equilibrium refer to the temperature,.

"Fig. 3 schematisch, eine Vorrichtung für die Ausführung der Erfindung, während"Fig. 3 schematically, an apparatus for the execution of the invention while

Fig. A- ebenfalls schematisch eine weitere Apparatur für die Ausführung der Erfindung wiedergibt.Fig. A also schematically shows another apparatus for carrying out the invention.

Bezugnehmend auf Figur 1, wurde Wolframoxid bei einem Wärmegleichgewicht von 85O°C und 10000C in einer fließenden Atmosphäre von Kohlenmonoxid erhitzt. Es ist aus den Kurven zu ersehen, daß die Reaktion bei der höheren Temperatur zuerst zum Metall geht und dann, wie das produzierte Kohlendioxidprodukt weggeführt wird, zu dem Carbid geht. Bei der niedrigeren Temperatur geht die Reaktion näher direkt zu dem Carbid. Es ist gefunden worden, daß bei Verwendung von Gas unter Atmosphärendruck eine Kohlendioxidkonzentration in der Größenordnung von 5-37 VoI^ bei 11000C das Metall ergibt. Bei 15000C können bis zu 33 Vo 1% Kohlendioxid verwendet werden. Hieraus folgt, daß, um Carbid bei 110O0C zu produzieren, die Kohlendioxidkonzentration weniger als 5 % betragen muß, aber, um das Carbid bei 15000C zu produzieren, es erforderlich ist, daß die COo-Konzentration auf einem unausführbar niedrigen Niveau gehalten werden muß.Referring to Figure 1, tungsten oxide was heated in a thermal equilibrium of 85O ° C and 1000 0 C in a flowing atmosphere of carbon monoxide. It can be seen from the curves that the reaction at the higher temperature goes to the metal first and then to the carbide as the carbon dioxide product produced is carried away. At the lower temperature the reaction goes closer directly to the carbide. It has been found that when using a carbon dioxide concentration of gas in the order of 5-37 by volume ^ at 1100 0 C gives the metal under atmospheric pressure. At 1500 0 C up to 33 Vo 1% carbon dioxide can be used. It follows that in order to produce carbide at 110O 0 C the carbon dioxide concentration must be less than 5%, but in order to produce the carbide at 1500 0 C it is necessary that the COo concentration be kept at an impracticably low level must become.

Es dürfte offenbar sein, daß es leicht ist, einen relativ niedrigen Anteil an Kohlendioxid sicher zu halten, dadurch, daß man sich eines angepaßten Durchflusses von Kohlenoxidgas versichertj Andererseits, wenn es gewünscht wird, einen hohen Anteil an Kohlendioxid zu haben, ist es das beste, sich, einer niedrigen Durchflußrate an Kohlenoxid zu versichern.It should be apparent that it is easy to keep a relatively low level of carbon dioxide safe by that one can get an adjusted flow rate of carbon oxide gas On the other hand, if so desired, insures a high rate Having some carbon dioxide is your best bet, yourself, one to insure a low flow rate of carbon oxide.

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INSPECTEDINSPECTED

Zwei Vergleichsversuche wurden bei 110O0C ausgeführt an einem festen Bett von 400 g Wolframoxid. Dieses Oxid wurde durch Kohlenoxid im ersten Versuch reduziert, wobei dem Kohlendioxidgehalt der Gasphase gestattet wurde, sich aufzubauen, und im zweiten Versuch durch Abführen des Kohlendioxids, so wie es gebildet wurde,Two comparative tests were carried out at 110o C 0 to a fixed bed of 400 g of tungsten oxide. This oxide was reduced by carbon dioxide in the first attempt, allowing the carbon dioxide content of the gas phase to build up, and in the second attempt by removing the carbon dioxide as it was formed

Das Produkt wurde analysiert, und beim ersten Versuch ergab die Gewichtsanalyse 99,95 % Wolfram, 0,03 % Kohlenstoff, 0,02 % Sauerstoff. Beim zweiten Versuch ergab die Gewichtsanalyse 93,8 % Wolfram, 6,15 % Kohlenstoff, 0,05 % Sauerstoff, und es sei betont, daß diese Analyse dem Wolframcarbid entspricht,The product was analyzed and, on the first run, weight analysis found 99.95 % tungsten, 0.03 % carbon, 0.02 % oxygen. On the second attempt the weight analysis gave 93.8% tungsten, 6.15% carbon, 0.05% oxygen, and it should be emphasized that this analysis corresponds to the tungsten carbide,

Bei Verwendung des oben beschriebenen festen Bettes war die Reaktion langsam, und deshalb wurde eine Beihe von Versuchen unter Verwendung von fest angeordneten Schaufelblechen ausgeführt . Diese Versuche zeigten, daß die wirkungsvollere Gas/ leststoff-Berubxung, welche bei Verwendung dieses Apparatetyps erreicht wurde? die Reaktionszeit von derjenigen aus herabsetzte, welche sich in dem festen Bett als notwendig herausstellte. Darüber hinaus wurde ein viel gleichförmigeres Produkt erhalten.Using the fixed bed described above, the reaction was slow and therefore a number of experiments were carried out using fixed paddle blades. These tests showed that the more effective gas / solids exposure achieved using this type of apparatus ? decreased the reaction time from that which was found to be necessary in the fixed bed. In addition, a much more uniform product was obtained.

Die erreclineten Gleicligewiciä.tB-'EPGzent-Eonzentrationen anThe achieved equal weighting tB-'EPGcent concentrations

GOg werden, gegen die Temperatur aufgetragen, in Figur 2 gezeigt, und zifar für jede der Reaktionen, welche durch die Gleichungen (1) und (2) oben repräsentiert werden. Es sei darauf hingewiesen ^ daß die leaktionen verwickelt sind und ■ nicht notweaäigerweise als Einzelreaktionen ablaufen, und daß die Kurven daher nur für -die Gleichgewichtsbedingungen für die "über-Alles-=>Hea!stioneii beseiotenend sind» dedoch wird unter diesem Vo-rbelialt betosrf;·, da?! Innerhalb des Bereiches unter jeder Kurve die HeaktioEan $a© Bestreben haben, von links "nach rechts so zu verlaufen9 wie fiiireh &i.e Gleichungen repräsentiert wird und die Bedingims©a9 μβ'ΙΦ,θ riciftiusages an cdae® Poiifct χ dargestelltGOg are shown in Figure 2 plotted against temperature, and zifar for each of the reactions represented by equations (1) and (2) above. It should be pointed out that the events are involved and do not necessarily take place as individual reactions, and that the curves are therefore only relevant for the equilibrium conditions for the "over-everything"=> Hea! betosrf · because ?! have within the area under each curve HeaktioEan $ a © effort from the left "to the right so to verlaufen9 as fiiireh & I.E equations is represented and the Bedingims © a 9 μβ'ΙΦ, θ at riciftiusages cdae® Poiifct χ shown

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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werden, die "treibende Kraft" xz für die Reaktion (2) größer ist als die "treibende Kraft" xy für die Reaktion (1), und wenn genügend Zeit für die Vervollständigung der Reaktion zur Verfügung steht-,'-wird das feste Reaktionsprodukt gänzlich Wolf ramcarbid sein*become, the "driving force" xz for the reaction (2) larger is called the "driving force" xy for reaction (1), and if there is enough time for the reaction to complete -, '- the solid reaction product becomes entirely wolf be ramcarbide *

Die graphischen Darstellungen der Wärme-Gleichgewichtskurven demonstrieren, daß, obgleich im Prinzip sowohl Wolframcarbid als auch Wolframmetall aus wO* bei CÖg-Konzentrationen von beispielsweise'"""TO Vol% bei Temperaturen bia zu 1500°0" gebildet werden können, es sich gezeigt hat, daß zur Bildung von Wolframcarbid die Temperaturgrenzen, sich in .der Praxis von einer unteren Grenze von etwa SOO0C, unterhalb welcher die Reaktion für praktische Vorhaben zu langsam wird, bis herauf in den Bereich von 900 bis 10500C erstreckt. -The graphs of the heat equilibrium curves demonstrate that, although in principle both tungsten carbide and tungsten metal can be formed from wO * at COg concentrations of, for example, '"""TO vol% at temperatures as low as 1500 ° 0", it has been shown has it that the formation of tungsten carbide the temperature limits in practice .the from a lower limit of about SOO 0 C, below which the reaction for practical projects too slowly, extending up to in the range 900-1050 0 C. -

Sobald sich der Temperaturwert aus dem Bereich von 900 bis 10500C erhöht, tritt eine Vermehrungstendenz für das Metall, das als Endprodukt bevorzugt vor der Carbidbildung gebildet wird, ein. Mit anderen Worten: innerhalb des Bereichs, der sich unterhalb der Kurven für die Gleichungen- (1) und (2) hinzieht, läuft zwischen den Temperaturen von etwa 10000C und 15OQ0C die Reaktion nach der Gleichung (1) tendenzmäßig von links nach rechts und produziert Wolframmetall und COg» während die Reaktion nach Gleichung (2) dazu neigen wird, von rechts nach links zu laufen, d.h. WO* und CO zu produzieren. Die treibende Kraft, Wolframmetall und CO2 zu produzieren, ist größer als die zur Produktion des WO^ und CO erforderliche. Innerhalb des Bereiches unter der Kurve nach Gleichung (2) bei Temperaturen zwischen 10000C und 15000C neigt die Reaktion nach der Gleichung (1) dazu, von links nach rechts zu gehen, um Wolframmetall zu produzieren, während die Reaktion nach Gleichung (2) dazu neigt, von links nach rechts zu gehen, um hier wiederum Wolframcarbid zu produzieren, wobei dieAs soon as the temperature value increases from the range from 900 to 1050 ° C., there is a tendency for the metal, which is formed as an end product, preferably before the carbide formation, to multiply. In other words, within the area subtended under the curves for the Gleichungen- (1) and (2), the reaction proceeds between the temperatures of about 1000 0 C and 15OQ 0 C according to the equation (1) trend moderately from the left to the right and produces tungsten metal and COg »while the reaction according to equation (2) will tend to run from right to left, ie to produce WO * and CO. The driving force to produce tungsten metal and CO2 is greater than that required to produce the WO ^ and CO. Within the area under the curve according to equation (2) at temperatures between 1000 0 C and 1500 0 C, the reaction according to equation (1) tends to go from left to right in order to produce tungsten metal, while the reaction according to equation ( 2) tends to go from left to right to again produce tungsten carbide here, the

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treibende Kraft von Wolframmetall größer ist als diejenige, welche für die Herstellung von Wolframcarbid erforderlich ist, woher eine größere Neigung dafür vorhanden ist, daß das Endprodukt Wolframmetall ist.the driving force of tungsten metal is greater than that which is required for the manufacture of tungsten carbide, whence there is a greater tendency for the end product to be Tungsten metal is.

Das gasförmige Reaktionsprodukt ist Kohlendioxid, und ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung besteht darin, das Abgas durch ein reduzierendes Agens zu leiten und es.als ein im wesentlichen reines Monoxid in die Reaktionszone zurückkehren zu lassen.The gaseous reaction product is carbon dioxide, and a characterizing feature of the invention is to pass the exhaust gas through a reducing agent and es.as a to allow essentially pure monoxide to return to the reaction zone.

Ein Beispiel für eine Vorrichtungsform, in welcher die gasförmigen Reaktionsteilnehmer kontinuierlich im Kreislauf geführt werden, wird in Fig. 3 gezeigt, in welcher ein rotierender Trommelreaktor 1 , der mit einer bestimmten Mengefeuerfesten Metalloxides 2 beschickt werden kann und durch eine Wärmequelle 3 beheizt ist, mit einem Kreislauf, bestehend aus einem Gebläse 4- und einer Reduktionskammer 5, verbunden ist. Der Kreislauf ist geschlossen und kann bei Atmosphärendruck oder geringem Überdruck betrieben werden. Die Temperatur des Reaktors und die Menge des Gasdurchflusses (bestimmt durch die Gebläseumlaufzahl) ist abhängig von dem einzelnen Oxid., das behandelt werden soll.An example of a device form in which the gaseous reactants are continuously circulated, is shown in Fig. 3, in which a rotating Drum reactor 1, which can be charged with a certain amount of refractory metal oxide 2 and through a heat source 3 is heated, connected to a circuit consisting of a fan 4 and a reduction chamber 5 is. The circuit is closed and can be operated at atmospheric pressure or slightly overpressure. the Temperature of the reactor and the amount of gas flow (determined by the number of fan revolutions) depends on the single oxide to be treated.

Die Reduktions-kammer 5 kann Kohlenstoff, gehalten auf 1100° - 15000O, enthalten, welcher die 4· CO2 der Gleichung (2) wie folgt reduzieren wird:The reduction chamber 5 can contain carbon, kept at 1100 ° - 1500 0 O, which will reduce the 4 · CO 2 of equation (2) as follows:

4 CO2 + 4-0 > 8 OO4 CO 2 + 4-0> 8 OO

Somit wird ein Überschuß an Kohlenoxid entsprechend den 3 00 kontinuierlich gebildet und muß bei Punkt 6 abgezapft werden. Auch für die Inbetriebnahme ist eine Zufuhr von Kohlen-Thus, an excess of carbon oxide is continuously formed in accordance with the 3 00 and must be drawn off at point 6 will. A supply of coal is also required for commissioning

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monoxid erforderlich, und diese wird zu Beginn in den Kreislauf durch das Ventil 7 eingeführt„monoxide is required and this is getting started in the circulation introduced through valve 7 "

Eine Versuchsanlage für die kontinuierliche Herstellung von Carbid oder Metall aus dem Oxid soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 4-"beschrieben .werden.' Gepulvertes Oxid wird auf einen Einfülltrichter 8 aufgegeben, von dem aus es durch einen Schraubenförderer 9 zu dem ieststoffeinlaß eines Drehofens 10 transportiert wird. Der Ofen ist leicht geneigt, um eine langsame Vorwärtsbewegung entlang seiner Länge zu dem Auslaß hervorzurufen, wo das Pulver über ein Wehr 11 in einen Trichter 12 entleert wird, der durch ein Ventil 13 in einen butterfaßartigen Behälter 14- entleert werden kann. In Abhängigkeit von der physikalischen Natur des Pulvers kann es notwendig sein, den Ofen in Vibration zu versetzen oder periodisch mit Hammerschiägen zu erschüttern, um sich eines gleichmäßigen Pulverflusses zu versichern, wie dies wohl verständlich ist. ;.."■;A pilot plant for continuous production of carbide or metal from the oxide should now be referenced on Fig. 4- "will be described." Powdered oxide will abandoned on a hopper 8, from which it is carried by a screw conveyor 9 to the ieststoffeinlaß of a rotary kiln 10 is transported. The oven is tilted slightly to allow a slow forward movement along its length Cause outlet where the powder over a weir 11 in a Hopper 12 is emptied, through a valve 13 in a Butter barrel-like container 14- can be emptied. Dependent on Due to the physical nature of the powder it may be necessary to vibrate the oven or periodically to shake with hammer blows to get an even To assure powder flow, as is understandable. ; .. "■;

Der Ofen 10, welcher von außen durch eine Reihe von elektrischen Heizvorrichtungen 15-.-beheizt wird, besteht aus einem Metallrohr in gasdichter Verbindung durch rotierende Dichtungen 16 an jedem Ende mit Gaseiniaß- und Auslaßkopfstücken 17 bzw. 18. Das Auslaßkopfstück 18 ist durch ein !Filter 19 mit dem-Einlaß einer Gasumwälzpumpa 20 verbunden, welche auf das. obere Ende eines Koksbettes 21 ausströmen läßt, welches in einem Gefäß 22 enthalten ist, das von einer elektrischen Heizvorrichtung 23 umgeben ist. In einem Trichter 24· enthaltener Koks wird nach Bedarf durch ein Ventil 25 in das Gefäß 22 nachgespeist. Gas vom Boden des Koksbettes 21 wird über ein ummanteltes Rohr 26 durch das Gaseinleitungskopfstück 17 in den Ofen 10 eingespeist, ; Kohlenstoffmonoxid für den Anlauf wird von einer Flasche 27 durch ein Ventil 28 zugegeben und άρν Überschuß an Kohlenmonoxid durch ein Ventil 29 abgeführt., The furnace 10, which is externally heated by a series of electrical heaters 15 -.-, consists of a metal tube in gas-tight connection by rotating seals 16 at each end with gas inlet and outlet headers 17 and 18. The outlet headpiece 18 is through a Filter 19 is connected to the inlet of a gas circulating pump 20 which allows to flow out onto the upper end of a coke bed 21 which is contained in a vessel 22 which is surrounded by an electrical heating device 23. Coke contained in a funnel 24 is fed into the vessel 22 through a valve 25 as required. Gas from the bottom of the coke bed 21 is fed into the furnace 10 via a jacketed pipe 26 through the gas inlet head piece 17; Carbon monoxide for the start-up is added from a bottle 27 through valve 28 and discharged άρν excess of carbon monoxide through a valve 29th,

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- ίο -- ίο -

Es wird vorgezogen, das Filter 19 nicht zurückbleiben zu lassen und der Gasumwälzpumpe 20 zuzuleiten, so daß eine wesentliche Herabsetzung der Gastemperatur vor dem Erreichen der Umwälzpumpe vorliegt, wodurch die Notwendigkeit einer Spezial-Hochtemperatur-Umwälzpumpe vermieden wird.It is preferred that the filter 19 not be left behind to let and the gas circulation pump 20 to be fed, so that a substantial decrease in the gas temperature before reaching the circulating pump, which avoids the need for a special high-temperature circulating pump.

Im Betrieb wird zur Herstellung von Wolframcarbid der Ofen 10 in erwünschter Weise bei einer Temperatur von etwa 8500G gefahren und die Gasumwälzpumpe so eingeregelt, daß sie eine solche Durchflußmenge ergibt, daß das durch das Filter 19 und die Umwälzpumpe 20 dem Koksbett 21 zuströmende Austrittsgas nicht mehr als 20 Vol$ COp aufweist. Bei einem besonderen Beispiel erfordert ein Ofen mit 30 cm innerem Durchmesser und 6 erhitzter länge, eingerichtet für die Lieferung von 10 kg Wolframcarbid je Stunde, eine Gasdurchflußmenge von annähernd 0,4 Kubikmeter pro Minute, um die Kohlendioxidkonzentration unter 20 Vol$ zu halten.In operation, the furnace is operated 10 in a desired manner at a temperature of about 850 0 G and the gas transfer pump adjusted so that it provides such a flow, that the through the filter 19, the circulating pump and 20 the coke bed 21 flowing discharge gas for the production of tungsten carbide does not have more than 20 Vol $ COp. In a particular example, a 30 cm ID, 6 heated length furnace set up to deliver 10 kg of tungsten carbide per hour requires a gas flow rate of approximately 0.4 cubic meters per minute to keep the carbon dioxide concentration below 20 vol.

Das Koksbett 21 besteht aus kalziniertem Petrolkoks mit auf ein Mindestmaß zurückgeführten Verunreinigungen an Kohlenwasserstoffen und Schwefelverbindungen und wird durch seine Heizaggregate 23 auf einer Temperatur zwischen 1100-15000C gehalten, wie dies aus der Gleichgewichtskurve aus Fig. 2 für die ReaktionThe coke bed 21 consists of calcined petroleum coke with recirculated to a minimum contamination of hydrocarbons and sulfur compounds and is held by its heating units 23 at a temperature between 1100-1500 0 C as from the equilibrium curve of Fig. 2 for the reaction

Cf + COp ^==^ 2 CO ersichtlich ist.Cf + COp ^ == ^ 2 CO can be seen.

Es besteht eine untere Grenze für die Kohlendioxidkonzentration, die am Auslaß des Koksbettes 21 erreicht werden kann, aber eine Tol^-Konsentration von 1fs ist annehmbar. Wie bereits oben erörtert, wird der Überschuß an Kohlenmonoxid durch das Yentil 29 abgeführt, und die abgeführte Menge kann als Zusatz dienen, um den SysterMruck eben über dein atmosphärischen Druck zu halten. Ein Teil des Kohlenmonoxida aus dem Ausscheidungs-There is a lower limit to the carbon dioxide concentration that can be achieved at the outlet of the coke bed 21, but a Tol ^ concentration of 1fs is acceptable. As discussed above, the excess carbon monoxide is discharged through valve 29 and the amount discharged can serve as an additive to keep the SysterM pressure just above atmospheric. Part of the carbon monoxide from the excretory

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ventil 29 kann in herkömmlicher Weise dazu benutzt werden., die rotierenden Dichtungen 16 unter Druck zu setzen, und ein etwa.noch verbleibender Rest wird auf Flaschen gezogen.valve 29 can be used in a conventional manner., to pressurize the rotating seals 16 and any remaining residue is drawn onto bottles.

Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme · auf die Reduktion von Wolframoxid beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß ähnliche Reaktionen mit ähnlichen Metallen ' ausgeführt werden können, wie Tantal, Molybdän, Titan und dergl. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, die reinen Metalle herzustellen, und die Reaktion kann beispielsweise ausgeführt werden für die Produktion von Legierungen, wie Eisen-Wolfram*While the present invention has been described with reference to the reduction of tungsten oxide, reference should be made thereto pointed out that similar reactions with similar metals' such as tantalum, molybdenum, titanium and the like. In addition, it is not necessary to prepare the pure metals, and the reaction can, for example are carried out for the production of alloys such as iron-tungsten *

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmertonale> die im einzelnen — oder in Kombination --■ in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.The invention also relates to modifications of the embodiment outlined in the accompanying patent claim 1 and refers above all to all inventor tonals> individually - or in combination - ■ in the whole Description and drawing are disclosed.

PatentansprücheClaims

'009846/1 191'009846/1 191

Claims (10)

70 047 Dr.Bü/Schm . 21. 4. 1970 - 12 - Patentansprüche70 047 Dr Bu / Schm. April 21, 1970 - 12 - claims 1. Verfahren zur Reduktion feuerfester Metalloxide, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bett aus heißem feuerfestem Oxid mit einem Strom aus Kohlenstoffmonoxidgas in Berührung gebracht wird und die Monoxid/Dioxid-Abgasgernische durch ein reduzierendes Agens zu dem Bett im Kreislauf zurückgeführt werden.1. A method for reducing refractory metal oxides, characterized in that a bed of hot refractory oxide brought into contact with a stream of carbon monoxide gas and the monoxide / dioxide off-gas mixtures are recycled to the bed through a reducing agent. 2. Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Agens für die Reduktion im wesentlichen all^n Kohlenstoffdioxids in den gemischten Abgasen zum Monoxid eingerichtet ist, das Bett bei erhöhter Temperatur gehalten und die·. Kohl'indioxidkonzentration unterhalb eines Gleichgewichtswertes gehalten wird, so daß das Produkt das Carbid des Metalles ist.2. The method according to claim 1 ,. characterized in that the reducing agent for the reduction essentially all ^ n Carbon dioxide in the mixed exhaust gases is set up to monoxide, the bed is kept at elevated temperature and the ·. Carbon dioxide concentration below an equilibrium value is held so that the product is the carbide of the metal. 3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Herstellung von Wolframcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 8500C beträgt und die Kohlendioxidkonzentration bei unter 40 Volumenprozent gehalten wird.3. The method according to claim 2 for the production of tungsten carbide, characterized in that the temperature is 850 0 C and the carbon dioxide concentration is kept below 40 percent by volume. 4. Verfahren z.ur Herstellung feuerfester Metallcarbide, dadurch gekennzeichnet, daß ein feuerfestes Metalloxid bei erhöhter Temperatur mit Kohlenmonoxid in Berührung gebracht und der Partialdruck des produzierten Kohlendioxids unterhalb eines Grleichgewichtswertes gehalten wird, welcher von der gegebenen Temperatur abhängig ist und bei welchem eine vorzugsweise Umwandlung zum Carbid zum Unterschied vcm Metall besteht.4. Process for the production of refractory metal carbides, characterized in that a refractory metal oxide at increased Temperature brought into contact with carbon monoxide and the partial pressure of the carbon dioxide produced below one Balanced weight is held, which is dependent on the given temperature and at which a preferably conversion to the carbide to the difference between metal. 00984 6/1191 ' bad ORiGINAt00984 6/1191 'bad ORiGINAt 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Partialdruck durch Regelung des Nachschubs von Kohlenmonoxid unterhalb des besagten. Wertes gehalten wird. · '5. The method according to claim 4, characterized in that that said partial pressure by regulating the supply of Carbon monoxide below said. Value is held. · ' 6." Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das produzierte Kohlendioxid reduziert und als Monoxid im Kreislauf geführt wird.6. "The method according to claim 4 or 5, characterized in that the carbon dioxide produced is reduced and as a monoxide is circulated. 7. Feuerfeste Metalle, hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1, _7. Refractory metals produced by the process according to claim 1, _ 8. Feuerfeste Metallcarbide, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. · 8. Refractory metal carbides, produced by the method according to any one of claims 1 to 6. · 9. Vorrichtung für die Reduktion von feuerfesten Metalloxiden, gekennzeichnet durch einen Drehofen für die Aufnahme eines feuerfesten Metalloxids, durch Heizvorrichtungen für das Erhitzen des feuerfesten Metalloxids, durch Mittel zum Durchleiten ven Kohlenmonnxidgas durch den Ofen, um das feuerfeste Metalloxid zu beaufschlagen, durch ein reduzierendes Agens für die Reduktion des den Ofen verlassenden Gases zum Kohlenmonoxid und durch Mittel für die Kreislaufführung des Kohlenmonoxids vom reduzierenden Agens zum Ofen. ( 9. Apparatus for the reduction of refractory metal oxides, characterized by a rotary kiln for receiving a refractory metal oxide, by heating devices for heating the refractory metal oxide, by means for passing carbon monoxide gas through the furnace to act on the refractory metal oxide, by a reducing Agent for reducing the gas exiting the furnace to carbon monoxide and means for circulating the carbon monoxide from the reducing agent to the furnace. ( 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transporteinrichtung für die kontinuierliche Einspeisung eines feuerfesten Metalloxids in den Ofen sowie Mittel für den Austrag des durch die Reaktion mit dem Kohlenmonoxiä(gas hergestellten Produktes vorgesehen sind. j10. The device according to claim 9, characterized in that that a transport device for the continuous feeding of a refractory metal oxide into the furnace and means for the discharge of the carbon monoxide (gas manufactured product are provided. j 00,9046/1 19100.9046 / 1 191 Le e r?e i teRead it out
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