DE2340766B2

DE2340766B2 - Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Nickel-Legierungen

Info

Publication number: DE2340766B2
Application number: DE2340766A
Authority: DE
Inventors: Horst Ossig; Wolfgang Stawicky
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1973-08-11
Filing date: 1973-08-11
Publication date: 1975-11-13
Also published as: CA1013949A; DE2340766A1; US3891426A; GB1433316A; JPS5072819A; AU7232574A; FR2240298B1; FR2240298A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Nickel-Legierungen unter Verwendung Von Nickeloxid als Ausgangsmaterial.

Kupfer-Nickd-Legierungen werden üblicherweise in tlektrisch beheizten öfen hergestellt Dabei wird zutiächst das Kupfer oxidierend eingeschmolzen und (lann Nickel zugesetzt. Es ist aber auch möglich, Kupfer Und Nickel gemeinsam oder entsprechende arteigene Schrotte oxidierend einzuschmelzen. Das oxidierende Einschmelzen ist notwendig, um aus der Schmelze Gase, insbesondere Wasserstoff, zu entfernen bzw. die Gasgehalte auf die erforderlichen niedrigen Werte einzustellen. Vor dem Abstich erfolgt dann üblicherweise die Einstellung des gewünschten Kohlenstoffgehalts sowie die Desoxidation mit Phosphor-Kupfer, Mangan, Magnesium u. dgl. Die Schmelze wird dann in bekann-(ter Weise entweder im Strangguß- oder Standgußverfahren abgegossen.

Der Nachteil der bekannten Herstellungsverfahren für Kupfer-Nickel-Legierungen liegt darin, daß von sehr teuren Ausgangsmaterialien ausgegangen werden imuß. Das gilt sowohl für den Einsatz von reinem Nickel wie auch für den Einsatz, entsprechender arteigener Nickel- oder Kupfer-Nickel-Schrotte.

Ausnahmsweise lassen sich Kupfer-Nickel-Legierungen auch direkt aus; Kupfernickelerzen gewinnen 1(US-PS 15 33 818). Bei diesen sogenannten natürlichen Legierungen ist man aber mengenmäßig auf entsprechende Erzvorkommen und auf das durch die Erzzusammensetzung vorgegebene Verhältnis von Kupfer zu Nickel beschränkt. Außerdem fallen derartige Erze nicht mit der erforderlichen Gleichmäßigkeit an, so daß in jedem Fall noch eine genaue Legierungseinstellung erforderlich ist. Die natürlich vorkommenden Kupfernickelerze können daher keine Basis für eine moderne Produktion von Kupfer-Nickel-Legierungen abgeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, nach dem die Kupfer-Nickel-Legierungen mit niedrigen Metallkosten und gleichzeitig niedrigen Verfahrenskosten hergestellt werden können.

Zur Senkung der Metallkosten kommt die Verwendung von Nickeloxid als Ausgangsmaterial in Betracht. Nickeloxid ist ein Vor- und Zwischenprodukt, das bei der Herstellung von Nickel anfällt und wesentlich preisgünstiger ist als reines Nickel. Nickeloxid wird beispielsweise auch schon bei der Herstellung von nichtrostenden Stählen oder Nickellbasislegierungen eingesetzt. Bei diesen Legierungen erfolgt die Reduktion des Nickeloxids durch das unedlere Basismetall Eisen oder Chrom. Wegen der höheren Sauerstoffaffinität von Eisen und Chrom erfolgt dabei die Nickeloxid-Reduktion bereits beim Einschmelzen. Da die Sauerstoffaffinität des Kupfers gegenüber dem Nickel erst oberhalb vein 1600⁰C größer ist, kann von der Nickeloxid-Reduktion durch Kupfer kein Gebrauch gemacht werden, zumal eine Kupferoxidation nicht erwünscht und unwirtschaftlich wäre. Der Einsatz von Nickeloxid als Ausgangsmaterial für

Kupfer-Nickel-Legierungen bereitet auch deswegen große Schwierigkeiten, weil das Nickeloxid erst bei etwa 2000⁰C schmilzt, so daß sich bei den üblichen Schmelztemperaturen nur eine teilweise Auflösung des Nickeloxids einstellte und die so !hergestellten Legierangen nicht auf die erforderliche Zusammensetzung gebracht werden konnten.

Auch der Versuck zunächst nur Nickeloxid einzuschmelzen und anschließend Kupfer einzusetzen, brachte keinen Erfolg. Wegen der Sauerstoffübersättigung der Schmelze und der Mischungslücke im System Kupfer-Sauerstoff waren so lange Behandlungszeiten nötig, um den Sauerstoff abzubauen, daß der Kostenvorteil des Einsatzes von Nickeloxid gegenüber den erhöhten Verfahrenskosten nicht mehr interessant ist.

Außerdem besteht bei diesem Verfahren die Gefahr des Überkochens der Schmelze.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß der Kostenvorteil bei der Verwendung von Nickeloxid zur Herstellung von Kupfer-Nickel-Legierungen dann voll ausgenutzt werden kann, wenn zunächst Nickeloxid unter Zugabe von Graphit im Lichtbogenofen eingeschmolzen wird, wobei ein Kohlenstoffgehalt von etwa 0,5% eingestellt wird und wenn anschiießend die Schmelze auf etwa 1700⁰C überhitzt wird und wenn schließlich in die Schmelze vorgewärmtes Kupfer eingebracht wird.

Infolge der Überhitzung der mit Kohlenstoff angereicherten Schmelze und der Vorwärmung des Kupfers schmilzt das eingebrachte Kupfer sehr schnell auf, wobei Kohlenstoff frei wird. Dabei tritt eine starke Kohlenmonoxid-Kochreaktion auf, die zu einer Entfernung der Gase, insbesondere des schädlichen Wasserstoffs und einer guten Durchmischung der Schmelze führt. Das schnelle Aufschmelzen des Kupfers ist auch deswegen erforderlich, um die Elektroden mit ihrem heißen Brennfleck nur möglichst kurzfristig mit dem Kupfer in Berührung kommen zu lassen, damit Metallverliiste durch Kupferverdampfung vermieden werden. Melallverluste durch Kupferverdampfung würden die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens so ungünstig beeinflussen, daß der kostengünstige Einsatz von Nickeloxid nicht mehr interessant wäre.

Die erfindungsgemäß hergestellte Kupfer-Nickel-Schrnelze kann je nach Anforderungen und Anwendungszweck entweder sofort im Stranggußoder Standgußverfahren vergossen werden oder sie kann vor dem Vergießen noch einer an sich bekannten Vakuumbehandlung unterzogen werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Kosten für die Einsatzmaterialien erheblich gesenkt werden, ohne daß die Kosten für das Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren erhöht werden. Die auf diese Weise hergestellten Kupfer-Nickel-Legierungen weisen keinerlei Qualitätsunterschiede gegenüber solchen Kupfer-Nickel-Legierungen auf, die unter Einsatz reiner Metalle oder entsprechender artgleicher Schrotte erschmolzen worden sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Nickel-Legierungen unter Verwendung von Nickeloxid, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Nickeloxid unter Zugabe von Graphit Im Lichtbogenofen eingeschmolzen wird, wobei ein Kohlenstoffgehalt von etwa 0,5% eingestellt wird, daß anschließend diese Schmelze auf etwa 1700⁰C überhitzt wird und schließlich vorgewärmtes Kupfer in die Schmelze eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor dem Vergießen noch einer an sich bekannten Vakuumbehandlung unterzogen wird.