DE2340766C3

DE2340766C3 - Process for the production of copper-nickel alloys

Info

Publication number: DE2340766C3
Application number: DE19732340766
Authority: DE
Inventors: Wolfgang; Ossig Horst; 5990 Altena Stawicky
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Filing date: 1973-08-11
Publication date: 1976-06-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kupfer-Nickel-Legierungen unter Verwendung von Nickeloxid als Ausgangsmaterial.The invention relates to a method of manufacture of copper-nickel alloys using nickel oxide as a starting material.

Kupfer-Nickel-Legierungen werden üblicherweise in elektrisch beheizten öfen hergestellt. Dabei wird zunächst das Kupfer oxidierend eingeschmolzen und dann 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 V/erte 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 bekannter Weise entweder im Strangguß- oder Sitandgußverfahren abgegossen.Copper-nickel alloys are usually produced in electrically heated furnaces. First of all the copper was melted in an oxidizing manner and then nickel was added. But it is also possible to use copper and to melt down nickel together or corresponding species-specific scrap in an oxidizing manner. The oxidizing Melting down is necessary in order to remove gases, in particular hydrogen, or the Adjust the gas contents to the required low levels. Before the tapping then usually takes place setting the desired carbon content and deoxidation with phosphorus-copper, manganese, Magnesium and the like. The melt is then cast in a known manner, either by the continuous casting or the continuous casting process poured off.

Der Nachteil der bekannten Herstellungsverfahren für Kupfer-Nickel-Legierungen liegt darin, daß von sehr teuren Ausgangsmaterialien ausgegangen werden muß. Das gilt sowohl für den Einsatz von reinem Nickel wie auch für den Einsatz entsprechender eirteigener Nickel- oder Kupfer-Nickel-Schrotte.The disadvantage of the known manufacturing process for copper-nickel alloys is that of very expensive starting materials must be assumed. This applies to both the use of pure nickel as well as for the use of corresponding egg-made nickel or copper-nickel scrap.

Ausnahmsweise lassen sich Kupfer-Nickel-Legierungen auch direkt aus Kupfernickelerzen gewinnen (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.Exceptionally, copper-nickel alloys can also be obtained directly from copper-nickel ores (US-PS 15 33 818). With these so-called natural alloys, however, one is on the appropriate level in terms of quantity Ore deposits and the ratio of copper given by the ore composition limited to nickel. In addition, such ores are not obtained with the required uniformity, so that In any case, an exact alloy setting is still required. The naturally occurring cupronickel ores therefore cannot provide a basis for modern production of copper-nickel alloys.

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.The invention is based on the object of finding a method by which the copper-nickel alloys can be manufactured with low metal costs and at the same time low process costs.

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 Nickelbasislegierungen eingesetzt. Bei diesen Legierungen erfolgt die Reduktion des Nirkeloxids 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 von 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 fürThe use of nickel oxide as a starting material can be considered in order to reduce the metal costs. Nickel oxide is a preliminary and intermediate product that arises in the manufacture of nickel and is much cheaper than pure nickel. Nickel oxide is already used, for example, in the manufacture of stainless steels or nickel-based alloys. In these alloys, the nickel oxide is reduced by the less noble base metal iron or chromium. Because of the higher oxygen affinity of iron and chromium, the nickel oxide reduction takes place as soon as it is melted down. Since the oxygen affinity of copper compared to nickel is only ^{greater than 1600 °} C., use cannot be made of nickel oxide reduction by copper, especially since copper oxidation would not be desirable and would be uneconomical. The use of nickel oxide as a raw material for

ίο 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 Legie-ίο Copper-nickel alloys also cause great difficulties because the nickel oxide only ^{melts at around 2000 0} C, so that at the usual melting temperatures only a partial dissolution of the nickel oxide occurred and the alloy produced in this way

ii .iingen nicht auf die erforderliche Zusammensetzung gebracht werden konnten.ii. did not have the required composition could be brought.

Auch der Versuch, 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.Also the attempt to first melt down only nickel oxide and then use copper, was unsuccessful. Because of the oxygen oversaturation of the melt and the miscibility gap in the system Copper-oxygen required so long treatment times to break down the oxygen that the cost advantage the use of nickel oxide is no longer of interest in relation to the increased process costs.

Außerdem besteht bei diesem Verfahren die Gefahr des Überkochens der Schmelze.In addition, with this method there is the risk of the melt boiling over.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß der Kostenvorteil bei der Verwe idong 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 O',5% eingestellt wird und wenn anschließend die Schmelze auf erva 1700°C überhitzt wird und wenn schließlich in die Schmelze vorgewärmtes Kupfer eingebracht wird.Surprisingly, it has been found that the cost advantage in the Verwe idong of nickel oxide for Production of copper-nickel alloys can then be fully exploited when initially taking nickel oxide Addition of graphite is melted in the electric arc furnace, with a carbon content of about O ', 5% is set and if then the melt is overheated to erva 1700 ° C and if Finally, preheated copper is introduced into the melt.

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 Metallverluste durch Kupferverdampfung vermieden werden. Metallverluste durch Kupferverdampfung würden die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens so ungünstig beeinflussen, daß der kostengünstige Einsatz von Nickeloxid nicht mehr interessant wäre.As a result of the overheating of the carbon-enriched melt and the preheating of the copper the introduced copper melts very quickly, releasing carbon. A strong carbon monoxide boiling reaction occurs on, which leads to a removal of the gases, especially the harmful hydrogen and good mixing of the melt leads. The rapid melting of the copper is also because of this required to keep the electrodes with their hot focal point only as briefly as possible with the copper come into contact so that metal losses through copper evaporation are avoided. Metal losses through copper evaporation would have such a negative impact on the economic viability of the process, that the inexpensive use of nickel oxide would no longer be of interest.

Die erfindungsgemäß hergestellte Kupfer-Nickel-Schmelze 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.The copper-nickel melt produced according to the invention can, depending on requirements and Purpose of use either immediately cast in the continuous casting or die casting process, or they can be subjected to a known vacuum treatment before casting.

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.The advantage of the method according to the invention is that the costs for the input materials are considerable can be reduced without increasing the cost of the method compared to the known method will. The copper-nickel alloys produced in this way show no differences in quality compared to such copper-nickel alloys that are made using pure metals or equivalent scrap of the same species has been melted.

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of copper-Nkkel alloys using nickel oxide, characterized in that first nickel oxide is melted down with the addition of graphite in an electric arc furnace, a carbon content of about 0.5% being set ⁰ C is overheated and finally preheated copper is introduced into the melt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the melt prior to casting is still subjected to a known vacuum treatment.