DE2152717A1

DE2152717A1 - Drehrohrofen zum Karburieren

Info

Publication number: DE2152717A1
Application number: DE19712152717
Authority: DE
Inventors: Hara A; Masaya Miyake
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1972-05-10
Also published as: IT938624B; US3802847A; CA958887A; DE2152717B2; DE2152717C3; SE376965B; AU458361B2; FR2110148A5; GB1370652A; AU3511171A

Description

2152717 Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard üedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462

A 5400

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD., 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, OSAKA / JAPAN

Drehrohrofen zum Karburieren

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Karburieren. Insbesondere betrifft sie einen rotierenden Ofen zum Karburieren, der für die Herstellung der Karbide der Elemente aus den Gruppen IV A, VA und VI A des periodischen Systems, der Aktinidenelemente, von Bor und Silizium geeignet ist.

Es sind schon verschiedene Versuche zur Herstellung von Karbiden durch gasförmige Zementation unternommen worden. Im industriellen Maßstabe waren sie jedoch alle nicht zufriedenstellend. Lediglich ein Verfahren ließ

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sich in die Praxis übertragen. Dabei wird ein gepulvertes Metall oder Metalloxyd mit einem kohlenstoffhaltigen Pulver, z.B. Ruß, mit Hilfe einer Kugelmühle gemischt. Gegebenenfalls wird das Gemisch danach mit einer Presse in ein bestimmtes Format gepreßt. Das Gemisch wird sodann in eine Graphitschale gegeben und unter Wasserstoff oder im Vakuum erhitzt. Dieses Verfahren arbeitet zwangsläufig ansatzweise. Dieses Verfahren hat weiterhin den Nachteil, daß aufgrund der Wärmeentwicklung bei der Bildung der Karbide in den unteren Teilen der Schale eine starke Wärmeentwicklung vor sich geht. Dies führt wiederum zu lokalem Kornwachstum. Beim Karburieren in Wasserstoff unterscheidet sich deshalb der Zementationsgrad der oberen Teile von den unteren Teilen in der Schale. Dementsprechend werden ungleiche Mengen Kohlenstoff gebunden. Um diesen Nachteil zu überwinden ist es notwendig, die Reaktion kontinuierlich unter Rühren der Reaktionsteilnehmer zu vei stärken.

Zu diesem Zweck werden rotierende Öfen empfohlen. Die in der Sementindustrie und bei der Reduktion von Wolframoxyd mit Wasserstoff verwendeten Öfen sind jedoch für die hohen Temperaturen, wie sie bei der Herstellung der erwähnten Karbide notwendig sind, nicht geeignet. Bei den hohen Temperaturen bis zu 2000⁰C wird in einer Schutzatmosphäre aus beispielsweise Wasserstoff ausschließlich Kohlenstoff als Material für die Drehrohrofen eingesetzt. Die Kohlenstoffmaterialien sind jedoch porös, so daß es zum Austreten von Wasserstoffgas kommt, was ein ernsthaftes Problem darstellt. Das Heizsystem der Kohlenstoffmaterialien erfordert zusätzlich eine hohe elektrische Spannung und große Schleifkontakte. Aus diesem Grund ist das Rotieren des Ofens selbst sehr schwierig. Da Kohlenstoff eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, nehmen die Endteile einer Röhre aus Kohlenstoff eine sehr hoho Temperatur an, wenn der mittlere Teil Temperaturen von 800⁰C bis 2200 C hat. Deshalb müssen auch die Auflager des Ofensystoms gegenüber hohen Temperaturen beständig sein.

j,_)M BAD ORIGINAL

^03820/059 /

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Drehofen zum Karburieren, der die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Drehrohrofen zum Karburieren, mit dem Karbide von einheitlicher Zusammensetzung und sehr enger Korngrößeverteilung kontinuierlich hergestellt werden können.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Karbiden unter Verwendung des Karburierungsofens.

Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen das Prinzip und die Vorteile der Erfindung im einzelnen illustrieren.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführung des erfindungsgemäßen

Karburierungsdrehofens.

Fig. 2 gibt einen Querschnitt des Ofens von Fig. 1 im zentralen

Teil wieder.

Die Heizseele 1 ist im Zentrum des Qfenkörpers 18 angeordnet. Sie ist mit einem Drehzylinder 10 und einem festen Zylinder 11 umgeben.

Fig. 3 zeigt eine Verteilung des Kohlenstoffs im Wolframkarbidpulver, das in einem Ofen des Standes der Technik karburiert ■wurde.

Aufgrund von pingehenden Untersuchungen n-urde gefunden, daß die obigen

2 0 S 8 2 0 / Π Γ> 9. Ί

BAD ORIGtNAL

Aufgaben mit einer festen, stabförmigen oder röhrenförmigen Heizseele aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material im Zentrum eines Karburierungsofens gelöst werden können. Dabei werden rotierende Zylinder, deren innere Oberfläche aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material besteht, um die Heizseele angebracht.

Es wird also ein Karburierungsdrehrohrofen verwendet, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine stabförmige oder röhrenförmige Heizseele aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material fest im zentralen Teil des Ofens angeordnet hat. Weiterhin weist der Karburierungsofen einen rotie-. renden Zylinder auf, dessen Innenwand aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material besteht.Dieser Zylinder rotiert um die Heizseele. Weiterhin hat der Drehrohrofen eine Ummantelung, die Vorrichtungen aufweist, die die rotierenden Zylinder zum Drehen bringen. Außerdem sind noch vorhanden eine Öffnung für die Zugabe von Rohmaterial, Vorrichtungen für die Zuführung von elektrischer Energie, eine Öffnung für den Abzug eines Produktes und eine Gasöffnung, über die eine Karburierungsatmosphäre im Ofen aufrecht erhalten werden kann. Der wichtigste Teil des Ofens besteht darin, daß die Drehung des drehbaren Zylinders von der feststehenden Heizseele unabhängig ist und deshalb Schleifkontakte nicht notwendig sind. Da der Ofen zum Typ mit interner Heizung gehört, kann die Außenwand gegen das Entweichen von Wasserstoffgas auf normale Temperatur gehalten werden, indem ein wärmeisolierendes Material zwischen die inneren und äußeren Wände eingesetzt wird. Dadurch können aueh die Probleme der Isoliermaterialien gelöst werden.

Entsprechend einem zweiten Merkmal der Erfindung wird der rotierende Zylinder zu einem rotierenden Zylinder und einem festen Zylinder modifiziert. In diesem Fall weist der Ofen eine stabförmige oder röhrenförmige Heizseele aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material auf, die im zentralen Teil des Ofens fest angeordnet ist, einen rotierenden Zylinder,

209820/Οδδ?

dessen Innenwand aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material besteht und der so gesichert ist, daß er um die Heizseele rotiert, einen festen Zylinder, der fest um den rotierenden Zylinder angeordnet ist und einen Mantel, der mit Vorrichtungen versehen ist, die den rotierenden Zylinder rotierbar halten, Vorrichtungen, die den festen Zylinder fixiert halten, eine Öffnung für die Zuführung von Rohmaterial, Vorrichtungen für die Zuführung von elektrischer Energie, eine Öffnung für den Abzug eines Produktes und eine Öffnung für Gase. Gleichzeitig ist Vorsorge getroffen, daß im Inneren des Ofens eine Karburierungsatmosphäre aufrecht erhalten wird.

Mit diesen Karburierungsöfen lassen sich Karbide von hochschmelzenden Metallen, z.B. von Wolfram, Titan, Tantal, Niob, Hafnium, Zirkon, Vanadium, Chrom und Molybdän mit praktisch stöchiometrischen Mengen an gebundenem Kohlenstoff und sehr enger Korngrößenverteilung wirtschaftlich aus den hochschmelzenden Metallen oder Oxyden herstellen. Die Merkmale und Vorzüge der öfen sind nachfolgend zusammengefaßt:

1. Da die Drehung des rotierenden Teils von der festen Heizseele unabhängig ist, sind Schleifkontakte für die Zuführung von elektrischer Energie nicht notwendig.

2. Da der Ofen Innenheizung hat, mit innen angeordneter Heizseele, ist es relativ leicht, hohe Temperaturen von über 1000⁰C einzustellen und der Ofen ist für die kontinuierliche Herstellung von harten Karbiden ohne Verwendung von teueren wärmeisolierenden Materialien geeignet.

3. Da die Heizseele im zentralen Teil des Ofens fest angebracht ist, wird die thermische Wirksamkeit gesteigert und eine hohe elektrische Spannung kann unabhängig vom Drehmechanismus des Zylinders zugeführt werden.

5400 ? υ

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4. Da der Zylinder einen doppelten Aufbau aus einem rotierenden Zylinder und einem festen Zylinder hat, kann die Drehung des Zylinders glatt bewerkstelligt werden und dementsprechend ist es möglich, gepulvertes Rohmaterial entsprechend der Bewegung des Pulvers im Zylinder zuzuführen. Darüber hinaus kann das Austreten von Wasserst off gas verhindert werden.

5. Da der Zylinder einen doppelten Aufbau hat, ist die Konstruktion des Ofens so einfach, daß der Antriebsmechanismus lediglich aus Achswellen besteht.

Die in den erfindungsgemäßen Drehofen zugeführten Reaktionsteilnehmer fließen zwischen der Innenwand und der Heizseele nach und nach in Form von Pulver oder Granulat herab. Der Durchmesser der Heizseele und der Innendurchmesser des rotierenden Zylinders kann mit der Menge der Reaktionsteilnehmer und der Reaktionstemperatur variiert werden. Ist es erwünscht, die Oberfläche der Heizseele zu vergrößern, so kann sie in Form einer Röhre ausgebildet werden.

Zudem ist es auch möglich, die Neigung des Ofenkörpers entsprechend der Reaktionsgeschwindigkeit zu.verändern.

Die Erfindung läßt sich weiterhin anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutern. Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Heizseele 1 aus Kohlenstoff wird durch eine Kupferelektrode 2 fixiert. Über eine Sammelschiene 3 wird eine hohe elektrische Spannung angelegt. Die Sammelschiene 3 ist an einem Isolator 4 befestigt und wird durch einen Metallfitting 5 gehalten. Die Kupferelektrode 2 wird mit Wasser gekühlt, das über die Leitung 8 zugeführt wird. Der rotierende Zylinder oder das rotierende Rohr 10 ist um die Heizseele 1 angebracht. Sie rotiert innerhalb und in

5400

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Kontakt mit dem festen Zylinder oder der festen Röhre 11 und dem Kohlenstoffring 12, D.h., der rotierende Zylinder oder das rotierende Rohr 10 wird durch den Kohienstoffring 12 gehalten und in dem festen Zylinder oder dem festen Rohr 11 bewegt. Der feststehende Zylinder oder das feststehende Rohr 11 wird im Inneren des Ofens durch die Kohlenstoff scheibe 13 festgehalten, Der Antriebsmechanismus des rotierenden Zylinders 10 besteht aus einem Getriebe 14 aus rostfreiem Stahl, das auf Kohlenstoffauflagern 15 ruht, und Achswellen 17 im Getriebegehäuse 16, Der Antrieb wird über die Achswellen 17 bewerkstelligt. Der oben erwähnte Mechanismus ist im Ofenkörper oder in der Ummantelung 18 mit eingebaut. Der Raum zwischen dem feststehenden Zylinder 11 und dem Ofenkörper 18 ist mit wärmeisolierendem Material 19 so ausgefüllt, daß die Temperatur im mittleren Teil bis zu 2200 C gesteigert werden kann. Wasserstoff gas tritt durch den Wasserstoffeinlaß 20 ein und strömt durch den Auslaß 21 ab. Für die Zwecke der Isolierung wird Teflon 22 eingesetzt. Damit wird der Austritt von Wasserstoff entlang der runden Sammelschiene 3 verhindert. Der Ofenkörper 18 ist mit einer Kühlwasserröhre 23, die sich an der Oberfläche befindet, ausgestattet, um ein überhitzen zu vermeiden.

Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich auf Fig. 2. Ein optisches Pyrometer 31 zum Messen der äußeren Oberflächentemperatur des rotierenden Zylinders 10 ist so angebracht, daß es durch den Ofenkörper 18 und den feststehenden Zylinder 11 reicht. Der Qfenkörper 18 ist auf einem Auf lagerbock 32 so befestigt, daß seine Neigung in Verbindung mit der Reaktionsgeschwindigkeit verändert werden kann.

Beim Betrieb des Karburierungsofens wird pulvriges Rohmaterial in den Trichter 24 über eine Zuführungsöffnung (die nicht gezeigt ist) des Trichterdeckels 25 zugegeben. Es wird mit Hilfe einer Sehraube 26, die einen Drehschaft 27 hat, nach unten befördert. Anschließend wird das pulvrige

Rohmaterial in den rotierenden Zylinder 10 eingebracht, und zwar dann, wenn Löcher, die im oberen und Endteil des feststehenden Zylinders 11 eingeschnitten sind, zur Deckung gebracht sind. Das zur Reaktion gebrachte Pulver fließt ebenfalls durch diese Öffnungen. Das reagierte Pulver
wird aus dem Abzugsdurchlaß 29 über den Empfänger 28 abgezogen. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen rotierenden Karburierungsofens wurden verschiedene Reaktionen zur Herstellung tor Karbiden durchgeführt, wobei die nachfolgenden Ergebnisse erhalten wurden.

Beispiel 1

Wolframkarbid wurde unter folgenden Bedingungen mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Drehofens, der keinen feststehenden Zylinder hatte, hergestellt.

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders
(Graphitrohr)

60 mm

äußerer Durchmesser der Heizseeie (Kohlenstoff)

Gesamtlänge des rotierenden Teiles Neigung des Qfenkörpers

Umdrehungszahl
hungen pro Minute

Wasserstoffdosierung

elektrische Energie

30 mm

2 m

4°

6 Umdre-

10 l/Min. 28KW

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Ein Pulvergemisch aus Wolfram und Kohlenstoff wurde in eine Form gepreßt und in Teile zerbrochen. Das resultierende Granulat wurde kontinuierlich, während der Ofen auf eine Länge von 60 cm auf 145O⁰C gehalten wurde, zugeführt, wobei kontinuierlich Wolframkarbid mit einheitlichen Eigenschaften in einer Menge von 8 kg pro Stunde erhalten wurde.

Beispiel 2

Wolirampulver von 0,7 ρ wurde mit 6,25% Kohlenstoff pulver in einer Kugelmühle gemischt. Es wurde ein granuliertes Pulver erhalten, das eine Korngrößenverteilung von 1 mm bis 0, 02 mm hatte. Das resultierende granulierte Pulver wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens, wie er in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, der Karburierungsreaktion unterworfen. Dabei wurde WC-Pulver erhalten. Die Bedingungen waren folgendermaßen:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 60 mm

äußerer Durchmesser der Heizseele Gesamtlänge des rotierenden Teils Neigung des Ofenkörpers Umdrehungszahl Wasserstoffdosierung elektrische Energie Karburierungstemperatur

20 mm

1500 mm

2 Umdrehungen/Min.

15 l/Min.

10 KW

1400^C

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- ίο -

Das granulierte Pulver wurde in den Trichter gegeben und mit einer Geschwindigkeit von 5 kg pro Stunde kontinuierlich in den Zylinder geführt. Die Reaktion ging glatt vonstatten und das Produkt wurde als WC-Pulver ausgebracht, ohne daß es an der Innenwand des Zylinders klebte. Bei der Herstellung 1 Tonne traten keine Schwierigkeiten auf.

Wurde die Reaktion in einem horizontal gelagerten Tammann-Ofen entsprechend dem Stand der Technik in einem Behälter aus Kohlenstoff durchgeführt, so trat eine Verteilung des Kohlenstoffs entsprechend der Position im Behälter auf, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Positionen im Kohlenstoffbehälter wurden im Hinblick auf den Wasserstoffstrom nachfolgend numeriert:

Stirnseite	oben	1	Mittelteil	oben	4	Ende	oben	7
	Mitte	2		Mitte	5		Mitte	8
	unten	3		unten	6		unten	9

Die Kohlenstoffmenge (Gew. -%) jeder Position ist nachfolgend wiedergegeben.

1	6,39	4	6,37	7	6,28
2 .	6,14	5	6,06	8	6,06
3	6,18	6	6,20	9	6,15

Wurde andererseits die Karburierung unter Verwendung des erf indungsgemäßen Ofens kontinuierlich durchgeführt, so wurden die Abweichungen im Kohlenstoffgehalt sehr stark verringert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

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-11-Tabelle 1

Verteilung des Kohlenstoffs im WC-Pulver aus dem Karburierungsdrehofen.

GT (Gesamtkohlenstoff) FC (Freier Kohlenstoff)

1 6,17 0,05

2 6,17 0,05

3 6,18 0,05

4 6,18 0,05

5 6,17 0,06

6 6,16 0,07

7 .6,17 0,05

Anmerkung: Es wurden alle 15 Minuten Proben genommen. Beispiel 3

Wolframpulver von 2 u wurde mit 6,25% Kohlenstoff pulver in einer Kugelmühle gemischt, unter Druck von 1 to/cm in eine Form gepreßt und anschließend in Teile zerbrochen, wobei ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 0, 5 mm bis 0, 02 mm erhalten wurde. Das erhaltene Pulver wurde in einem erfindungsgemäßen Karburierungsofen unter folgenden Bedingungen der Karburierung unterworfen:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm

äußerer Durchmesser der Heizseele 20 mm

(stabförmig)

Neigung des Qfenkörpers

Umdrehungszahl des rotierenden Zylinders 2 Um

drehungen/Min.'

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, 12 - '

Dosierung des Wasserstoffs 10 l/Min,

elektrische Energie 12 KW

Karburierungstemperatur 1500⁰C

Die Reaktionsteilnehmer wurden in den Qfenkörper aus dem Trichter mit einer Geschwindigkeit von 10 kg/Stunde zugeführt. Das auf diese Weise erhaltene WC-Pulver hatte einen Gesamtkohlenstoff von 16,19% und freien Kohlenstoff von 0, 06%. Die Korngrößenverteilung war um vieles besser als bei Verwendung eines Karburierungsofens des Standes der Technik.

Zu diesem WC-Pulver wurden 7% Kobaltpulver gegeben und das ganze 100 Stunden in einer Kugelmühle mit Aceton gemischt. Die Kugelmühle hatte einen inneren Durchmesser von 200 mm und eine Zylinderlänge von 270 mm. Nach dem Mischen wurde bei 100 C getrocknet. Das erhaltene gemischte Pulver wurde unter einem Druck von 1 to/cm in eine Form gepreßt und 1 Stunde im Vakuum bei 1450 C gesintert. Die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Legierung sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

SG ^HRA ^HV TRS 4/76" ^HC

WC-Pulver, erfindungsgemäß 14,90 91,2 1500 210 140 165 hergestellt

WC-Pulver, hergestellt nach 14,87 91,0 1475 170 140 160 dem Stand der Technik

Anmerkung: SG = spezifisches Gewicht

= Rockwellhärte, A-Skala

H_y = Vickershärte
TRS = Reißfestigkeit

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= magnetische Sättigung
= Rüekhaltskraft

Aus dem WC-Pulver, das nach dem Stande der Technik hergestellt worden war, und aus dem WC-Pulver, das mit dem erfindungsgemäßen Karburierungsofen hergestellt worden war, wurden Jeweils Legierungen hergestellt und in ihren Eigenschaften verglichen. Die letztere unterscheidet sich von der ersteren durch die Tatsache, daß die Korngrößenverteilung des WC in der Legierung besser ist, abnormal gewachsene WC-Kristalle weniger häufiger auftreten und die Eeißfestigkeit höher ist.

Beispiel 4

Es wurde wie in Beispiel 3 Wolframpulver von 5 μ mit 6,25% Kohlenstoffpulver in einer Kugelmühle gemischt, unter einem Druck von 1 to/cm in eine Form gepreßt und dann zerkleinert, wobei ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 0, 5 bis 0, 02 mm erhalten wurde. Dieses Pulver wurde dann unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Karburierungsetfens unter folgenden Bedingungen karburiert:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm äußerer Durchmesser der Heizseele 20 mm

Neigung des Ofenkörpers 4

Umdrehungszahl des rotierenden Zylinders 2 Umdrehungen

pro Minute

Wasserßtcifdosierung 10 l/Min.

elektrische Energie 18 KW

Ksurtmrieningstemperatur 2000

DW R«aktioist«ilnehmer wurden aui dem Trichter ta einer Menge voa

20Ü20/0S·?

ίο kg/Stunde iß den Ofen eingebracht. Das auf diese Weise erhaltene WC-Pulver hatte einen Gesamtkohlenstoff von 6,23% und freien Kohlen-' stoff von 0,1%. Die Korngrößenverteilung war wesentlich besser als bei Verwendung eines Karburierungsofens des Standes der Technik.

Zu diesem WC-Pulver wurden 10% Kobaltpulver gegeben und das Ganze in einer Kugelmühle 80 Stunden mit Aceton gemischt. Die Kugelmühle hat te einen inneren Durchmesser von 200 mm und eine Zylinderlänge von 270 mm. Danach wu.··.*.· bei 100 C getrocknet. Das erhaltene Pulverge-

2 misch wurde unter einem Druck von 1 to/cm in eine Form gepreßt und

P 1 Stunde im Vakuum bei 1450⁰C gesintert. Die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Legierung sind in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

SG H₁₁₄ H_v TRS

WC-Pulver, erfindungsgemäß 14,60 87,0 1100 300 196 TO hergestellt

WC-Pulver, hergestellt nach 14,60 86,5 1080 2TO 190 65 dem Stand der Technik

Aus dem nach dem Verfahren des Standes der Technik hergestellten WC-Pulver und aus dem WC-Pulver, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Karburierungsofen hergestellt worden war, wurden jeweils Legierungen hergestellt und in ihren Eigenschaften verglichen. Die letztere hat gegenüber den ersteren den Vorteil, daß die Korngrößenverteilung des WC tot der Legierung besser ist, abnormal gewaehsene WC-Kristalle weniger häufig auftreten und die Reißfestigkeit höher ist.

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Beispiel 5

Wolframoxydpulver (WO₃) von 0, 2 u wurde mit 16 Gew. -% Kohlenstoffpulver und 2 Gew. -% Stearinsäure in einer Kugelmühle gemischt, das Ganze unter einem Druck von 1 to/cm in eine Form gepreßt und dann zerkleinert, wobei ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 2 mm bis 0, 2 mm erhalten wurde. Das erhaltene Pulver wurde in zwei Stufen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Karburierungsdrehofens der Karburierung unterworfen. Die erste Stufe wurde in Stickstoff bei 1400⁰C ausgeführt und die zweite in Wasserstoff bei 1800⁰C. Die verschiedenen Bedingungen sind in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

Innerer Durchmesser des rotierenden Zylinders

Heizseele

Abmessung der Heizseele Neigung des Ofens . Umdrehungszahl Atmosphäre

Karburierungstemperatur

erste Karburierungsstufe

60 mm

stabförmige
Heizseele

20 mm χ 1700mm

r.0

zweite Karburierungsstufe

80 mm

röhrenförmige Heizseele

30mm χ 20mm χ 1700 ο

6" 4

4 Umdrehungen/Min. 2 Umdr. pro Min.

^N2
1400⁰C

^H2
1800°C

Das WC-Pulver hatte einen Gesamtköhlenstoff von 6, 32% und freien Kohlenstoff von 0,2%. Die Korngröße betrug 1 μ.

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-16-

Beispiel 6

Hafniumoxydpulver (Hf₃O₅) von 0, 2 u wurde mit 15 Gew. -% Kohlenstoff -

pulver und 2 Gew. -% Stearinsäure in einer Kugelmühle gemischt, unter

ο
einem Druck von 1 to/cm gepreßt und dann zerkleinert, wobei ein Pulver mit einer Korngröße von 1 mm bis 0,1 mm erhalten wurde. Dieses Pulver wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens in zwei Stufen karburiert. Die erste Stufe wurde in Argon bei 1600 C und die zweite Stufe unter Wasserstoff bei 1900⁰C durchgeführt. Die verschiedenen Bedingungen sind in Tabelle 5 wiedergegeben.

Tabelle 5

	erste Karburie rungsstufe	zweite Karburie rungsstufe
Innendurchmesser des rotierenden Zylinders	60 mm	80 mm
Heizseele	stabförmige Heiz seele	röhrenförmige Heizseele
Neigung des Ofens	6°	4°
Umdrehungszahl	4 Umdr./Min.	2 Umdr./Min.
Atmosphäre	Ar	• ^H2
Karbur ie runerstemDeratu	r 1600⁰C	1900⁰C

Das HfC-Pulver hatte einen Gesamtkohlenstoff von 6, 44% und freien Kohlenstoff von 0, 2%. Die Korngröße betrug 1 μ.

Beispiel 7

Titanhydridpulver (TiH₂) wurde mit 21% Kohlenstoff und 5% Stearinsäure

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20 Stunden in einer Kugelmühle gemischt, in eine Form gepreßt und zerkleinert, wobei ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung erhalten wurde, wovon 80% eine Korngröße von 10 mesh bis 20 mesh hatten. Dieses Pulver wurde unter Verwendung des in Beispiel 2 wiedergegebenen Ofens in BL-Atmosphäre bei 1200⁰C zur Reaktion gebracht. Die Zufuhr des Pulvers wurde so durchgeführt, daß die Dicke im Zylinder 5 mm nicht überschritt. Es wurde ein TiC-Pulver erhalten, das 19, 5% gebundenen Kohlenstoff enthielt. Die Reaktion verlief nicht explosionsartig und lieferte eine Ausbeute von 98%.

Das so hergestellte TiC-Pulver wurde mit 10% Nickelpulver und 10% Molybdänpulver 10 Stunden in einer Vibrationskugelmühle gemischt, wobei Kugeln verwendet wurden, die einen Durchmesser von 10 mm hatten. Es wurden Cermetkugeln 'Verwendet. Weiterhin wurde in bezug auf das Pulver die doppelte Menge Alkohol eingesetzt. Das gemischte Pulver wurde unter, einem Druck von 2 to/cm gepreßt und 1 Stunde im Vakuum von 2 χ 10 bei 1375°C gesintert. Es wurde eine Legierung mit folgenden Eigenschaften erhalten:

Tabelle 6

SG H^ H_v TRS 4

5,55 91,9 1570 170 60

Beispiel 8

82% Wolframpulver von 1 u und 30% Titandioxydpulver (TiO₂) von 0,2 u wurden mit 18% Kohlenstoffpulver und 2% Stearinsäure 1 Stunde unter Ver wendung einet Hochgeschwindigkeitsmischers gemischt. Das Gemisch wur de in einem Pulverroller gepreßt und durch ein Sieb geführt, wodurch ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 1,0 mm bis 0,1 mm erhatten wurde. Da« erhaltene, in seiner Korngröße bestimmt gehaltene Pulver

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wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens bei 2000⁰C in Wasserstoff karburiert:

Tabelle 7

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 150 mm

Heizseele röhrenförmig, äußerer Durchmes

ser 50 mm, Innendurchmesser 30 mm

Gesamtlänge des rotierenden Teils 3 m

Neigung des Ofens 8

Umdrehungszahl des Zylinders 6Umdr./Min.

Karburierungstemperatur 1900⁰C

elektrische Energie 30 KW

Unter Verwendung dieses Ofens wurde eine feste Lösung von (W. Ti)C in einer Menge von 20 kg/Stunde hergestellt, das nachfolgende Zusammensetzung hatte:

Tabelle 8

GC FC CC O₂ H₂ ' N₂

.9,80% 0,02% 9,78% 0,02% 0,0003% 0,0002%

Aus dieser festen Lösung (W. Ti)C und WC-Pulver von 2 u aus Beispiel 3 wurde ein zementiertes Karbid nach folgender Vorschrift erhalten:

Tabelle 9 Zusammensetzung des Gemische«

2 μ WC 50Gew.-%

(W. Tt)C, feste Lösung 4ÖGew.-%

Kobaltpulver 10Gew.-%

20Μ2·/·Ι§7

Dieses Gemisch wurde 100 Stunden in einer Kugelmühle gemischt. Anschließend wurde es 1 Stunde in einem Hochvakuumofen bei 145O⁰C gesintert. Gleichzeitig wurde ein weiteres zementiertes Karbid aus WC und (W. Ti)C, einem Karbid vom Typ der festen Lösung, das nach einem Verfahren des Standes der Technik hergestellt worden war, synthetisiert. Ein Vergleich ihrer Schneideigenschaften wurde mit folgendem Schneidtest durchgeführt:

Werkstück aus Cr-Mo-Stahl, Härte H_n 250

Jd

Schneidgeschwindigkeit 110 m/Min., Vorschub 0, 54 mm/rev, Schneidtiefe 2 mm.

Als Ergebnis dieser Prüfung wurde gefunden, daß das erfindungsgemäß zementierte Karbid eine 1, 3mal längere Lebensdauer als das zu Vergleichszwecken hergestellte zementierte Karbid hatte. Als Lebenszeit wurde die Zeit bis zu dem Punkt gemessen, bei dem der Schneidf lächenabschliff 0, 3 mm betrug.

Beispiel 9

30% Wolframpulver, 22% Tantaloxydpulver (Ta₃O₅) und 30% Titandioxydpulver (TiO₀) wurden 1 Stunde mit Hilfe eines Hochgeschwindigkeitsmischere zusammen mit 18% Kohlenstoff pulver gemischt. Das Gemisch wurde in einem Granulator vom Pan-Typ granuliert, während Aceton daraufgesprüht wurde. Das auf diese Weise granulierte Pulver wurde unter folgenden Bedingungen der Karburierung unterworfen:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 150 mm

Abmessungen der Heizseele 80mm χ 60mm χ 2500

Neigung des Ofenkörpers 10

Umdrehungszahl 2, 5 Umdr./Min.

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Wasserstoffdosierung 20 l/Min«

Karburierungstemperatur 190O⁰C

Das granulierte Pulver wurde so in den Ofen eingeführt, daß die Dicke IO mm betrug. Es wurde in entsprechender Weise gerührt, um die Umsetzung zu vervollständigen. Die Charge wurde mit einer Menge von 15 kg/Stunden umgesetzt, wobei eine vollständige feste Lösung von (W. Ti, Ta)C erhalten wurde. Das !Carbid für diese feste Lösung war als Rohmaterial von zementierten Karbiden leicht zu beschaffen.

Beispiel 10

Chromoxydpulver (Cr₂O₃) wurde mit 26% Kohlenstoffpulver und 2% Stearinsäure in einer Kugelmühle gemischt, unter einem Druck von I to/cm gepreßt und zerkleinert, wobei ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung von 2 mm bis 0, 2 mm erhalten wurde. Dieses Pulver mit bestimmter Korngrößenverteilung wurde in einem erfindungsgemäßen Drehofen bei 1500⁰C in Wasserstoff der Karburierung unterworfen.

Die Bedingungen sind nachfolgend aufgeführt:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm

äußerer Durchmesser der Heizseele Neigung des Qfenkörpers Rotationszahl

Was serstoffdosie rung

elektrische Energie

Karburierungstemperatur

Es wurde ein Cr₂O₃-Pulver mit 12% gebundenem Kohlenstoff erhalten.

20	mm	l/Min.	I
6°		KW
2 Umdr./Min
10
12
Η«, 1500⁰C

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Beisplelll

Moboxydpulver (Nb₃O₅) und 24% Kohlenstoffpuiver wurde» in einer Kugelmühle vermischt, gepreßt und zerkleinert, wobei eine definierte Korngrößenverteilung erreicht wurde, Das erhaltene Pulver wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens auf 150Ö^öC in Wasserstoffatmosphäre erhitzt, wobei ein NbC-Pulver mit der theoretischen Menge Kohlenwasserstoff erhalten wurde. Der Gesamtkohlenstoff betrug 11,5% und der freie Kohlenstoff 0, Q5%. Die Ofenbedingungen sind nachfolgend angegeben:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm

Heizseele, stabförmig, 20 mm

Neigung des Ofenkörpers 4°

Umdrehungszahl 1 Umdr./Min.

Wasserstoffdosierung 5 l/Min.

Gesamtlänge des rotierenden Teils 3 m.

Der Ofen, der das Produkt in einer Menge von 5 kg/Stunde lieferte, war for den Einsatz als Drehofen in industriellem Maßstab geeignet.

Beispiel 12

Tantaloxydpulver {Ha,JO^) und 16% Kohlenstoffpulver wurden in einer Kugelmühle gemischt, gepreßt und zerkleinert, wobei ein Pulver mit bestimmter Korngrößenverteilung erhalten wurde. Das erhaltene Pulver wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens in Wasserstoff auf ITOO⁰C erhitzt. Dabei wurde ein TaC-Pulver mit der theoretischen Menge an gebundenem Kohlenstoff erhalten. Der Gesamtkohlenstoff betrug 6,3% und der freie Kohlenstoff 0,11%. Die Ofenbedingungen sind nächfolgend angeführt:

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Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm ,

Heizseele, stabförmig, 20 mm

Neigung des Ofenkörpers 6°

Umdrehungszahl 2 Umdr./Min.

Wasserstoffdosierung 5 l/Min.

Gesamtlänge des rotierenden Teils 3 m.

Der Ofen, der das Produkt in einer Menge von 5 kg/Stunde lieferte, war als Drehrohrofen für industriellen Einsatz geeignet,

Beispiel 13

Vanadinonydpulver (V«O₅) und 29% Kohlenstoffpulver wurden in einer Kugelmühle gemischt, gepreßt und zerkleinert, wobei eine definierte Korngrößenverteilung erhalten wurde. Das resultierende Pulver wurde unter Verwendung eines rotierenden Karburierungsofens in Wasserstoff auf 2100 C erhitzt. Dabei wurde ein V₄CL- Pulver mit der theoretischen Menge Kohlenstoff erhalten. Der Gesamtkohlenstoff betrug 19% und der freie Kohlenstoff 4,02%. Die Ofenbedingungen waren folgende:

Innendurchmesser des rotierenden Zylinders 80 mm

IJeizseele, röhrenförmig, 30 mm

Neigung des Ofenkörpers 4°

Umdrehungszahl 2 Umdr./Min.

Wasserstoffdosierung 5 l/Min.

Gesamtlänge des rotierenden Teils 3 m.

Der Ofen, der dae Produkt in einer Menge von Z kg/Stunde lieferte, war als Drehrohrofen für den industriellen Einsatz geeignet.

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Beisplel 14

Zirkonoxyd (ZrOg) und 23% Kohlenstoff pulver wurden in einer Kugelmühle gemischt, gepreßt und pulverisiert, wobei eine definierte Korngrößenverteilung erreicht wurde. Das erhaltene Pulver wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens in Stickstoff auf 2100⁰C erhitzt, wobei ein ZrC-Pulver erhalten wurde, dessen Gesamtkohlenstoff 11, 3% und dessen freier Kohlenstoff 0, 2% betrug. Die Ofenbedingungen sind nachfolgend wiedergegeben:

Innendurchmesser des Drehzylinders	100 mm
Heizseele, röhrenförmig	40 mm
Neigung des Ofenkörpers	4°
Umdrehungszahl	3Umdr./Min.
Wasserstoffdosierung	5 l/Min.
Gesamtlänge des rotierenden Teils	3 m.

Der Ofen, der das Produkt in einer Menge von 7 kg/Stunde lieferte, war als Drehrohrofen für den industriellen Einsatz geeignet.

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Claims

-24-Patentansprüche

1. Drehrohrofen zum Karburieren, gekennzeichnet durch eine stabförmige oder röhrenförmige Heizseele aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material, die fest im zentralen Teil des Ofens angeordnet ist, einen rotierenden Zylinder mit einer Innenwand aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material, der so angeordnet ist, daß er um die Heizseele rotiert, einen Mantel, der mit Vorrichtungen für das Rotieren des rotierenden Zylinders, einer Öffnung für die Zugabe des Rohmaterials, Vorrichtungen für die Zuführung von elektrischer Energie, eine Öffnung für den Abzug eines Produkts und einer öffnung für den Gasstrom versehen ist, wobei innerhalb des Ofens eine für die Karburierung geeignete Atmosphäre aufrecht erhalten werden kann.

2. Drehrohrofen für die Karburierung, gekennzeichnet durch eine stabförmige oder röhrenförmige Heizseele aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material, die im zentralen Teil des Ofens angeordnet ist, einen rotierenden Zylinder mit einer Innenwand aus Graphit oder kohlenstoffhaltigem Material, der so angeordnet ist, daß er um die Heizseele rotiert, einen feststehenden Zylinder, der um den rotierenden Zylinder fest angeordnet ist, einen Mantel, der mit Vorrichtungen für das Rotieren des rotierenden Zylinders, Vorrichtungen, die für das Fixieren des feststehenden Ofens vorgesehen sind, einer Öffnung für die Zugabe des Rohmaterials, Vorrichtungen für die Zufuhr der elektrischen Energie, einer Öffnung für das Entfernen eines Produkts und einer Öffnung für den Gasfluß versehen ist, wobei innerhalb des Ofens eine für die Karburierung geeignete Atmosphäre aufrecht erhalten werden kann.

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