DE2656018A1

DE2656018A1 - Verfahren zur herstellung eines materials, das eine grosse menge vanadin und stickstoff enthaelt

Info

Publication number: DE2656018A1
Application number: DE19762656018
Authority: DE
Inventors: Rodney Francis Merkert
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-07-07
Also published as: BE849741A; ZA767255B; NO148382C; CS205054B2; FR2336492B1; JPS5282700A; NL7614283A; ATA952776A; SE7614434L; AU500665B2; PL116805B1; US4040814A; AU2082876A; JPS558924B2; SE418733B; GB1567951A; NO148382B; DE2656018C3; SU635884A3; FR2336492A1

Description

PATENTANWALT η Γ C Γ Π 1 O

HELMUT GÖPJZ

F r α η '< i α τ t n.ti Mein 70
SchnocfcenMslr. 27 - fei. 617079

8. Dezember 1976 Gzm/Wa.

Union Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York 1OO17,USA

Verfahren zur Herstellung eines Materials, das eine große Menge Vanadin und Stickstoff enthält

Die· vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Materials, das Vanadin und Stickstoff im Verhältnis von ungefähr VpN enthält und weniger als ungefähr 2 Gew.~% Kohlenstoff und Sauerstoff in dem Aggregat enthält.

Vanadin ist ein wichtiger Zusatz zu Stählen; es wurde in Form von gebundenem Vanadin und Kohlenstoff, und auch Stickstoff geschmolzenem Stahl zugesetzt, wie'es in dem US-Patent · 3 334 992 beschrieben wird.

Manchmal ist es wünschenswert, beträchtliche Mengen an Stickstoff dem geschmolzenen Stahl zuzusetzen, und zwar zusätzlich zu Vanadin.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Materials zu entwickeln, das große Mengen an Vanadin und Stickstoff enthält, und zwar als Zusatz zu Stählen.

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Andere Zielsetzungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß

1. eine Mischung aus V₂O, und Kohlenstoff im wesentlichen in stöchiometrischen Verhältnissen bereitgestellt wird, und zwar entsprechend der folgenden Formel:

V₂O₃ + 3C > 2V + 3CO

2. die Mischung in einem Ofen einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1100⁰C bis 1500⁰C ausgesetzt wird, und zwar unter reduziertem Druck im Bereich von ungefähr 5 mm bis 100 Mikron, um eine Reaktion zwischen den Mischungsbestandteilen einzuleiten, und zwar unter Entwicklung von CO und unter Aufrechterhaltung der Temperatur und des Druckes in den angegebenen Bereichen, bis CO im wesentlichen nicht länger aus der Mischung entweicht,

3. die Temperatur in dem Ofen im Bereich von ungefähr 1100⁰C bis 1500⁰C aufrechterhalten wird und Stickstoffgas in den Ofen eingeleitet wird, um in dem Ofen eine Stickstoff atmosphäre bereitzustellen,

4. danach aufeinanderfolgend Schritt 2, Schritt 3 und Schritt 2 wiederholt werden, bis der Stickstoffgehalt der Mischung im Bereich von ungefähr 10 bis 12 Gew.-% liegt.

Die Mischung wird dann abgekühlt, z.B. unter ungefähr 20O⁰C, und zwar in einer nicht oxidierenden und nicht nitrierenden

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Atmosphäre, z.B. in einem inerten Gas, im Vakuum, um die Reoxidation zu verhindern.

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung werden VpO., und Kohlenstoff miteinander vermischt, und zwar im Verhältnis entsprechend der folgenden Gleichung:

V₂O₃ + 3C > 2V + 3CO

Das Gewichtsverhältnis von VpO^ zu Kohlenstoff ist demgemäß ungefähr 4,2. Die Mischung wird dann in geeigneter Weise brikettiert oder irgendwie geformt, und zwar unter Verwendung von Wasser und eines konventionellen Bindemittels; dann wird getrocknet. Die getrocknete Mischung wird dann zu dem Arbeitsherd eines konventionellen Vakuumofens gebracht und auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 1100⁰C bis 1500⁰C erhitzt, während ein Vakuum an den Ofen angelegt wird, um einen reduzierten Druck im Bereich von 5 mm bis 100 Mikron in dem Ofen herzustellen. Die Mischungsbestandteile werden teilweise unter Entwicklung von CO reagieren, das den Druck innerhalb des Ofens erhöht und das deshalb aus dem Ofen abgezogen wird, aber die Reaktion VpO, + 3C ■ - 2V +3CO wird unter den oben erwähnten Temperatur- und Druckbedingungen nicht zu Ende geführt. Wenn die Entwicklung von CO im wesentlichen aufhört, was man an der Stabilisierung des Druckes im Ofen im Bereich von 100 bis 300 Mikron oder durch die Analyse der Abgase aus dem Ofen entdeckt, wird Stickstoff in den Ofen eingeführt, und zwar während die Temperatur im Ofen im Bereich von 110O⁰C bis 1500°C beibehalten wird, um eine Stickstoffatmosphäre in dem Ofen bereitzustellen, vorzugsweise bei Atmosphärendruck

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(d.h. 760 + 50 mm Hg); der Stickstoff reagiert mit dem Bestandteil Vanadin in der teilweise durchreagierten Mischung, wobei von ungefähr 5 bis 8 Gew.-?£ Stickstoff in der Mischung gebunden wird. Ein Stickstoffdruck von wenigstens 0,25 Atmosphären ist geeignet. Bei einer Temperatur von 1100⁰C bis 1500°C wird der Ofen wieder evakuiert, um einen Druck von ungefähr 5 mm bis 100 Mikron herzustellen; zusätzliches CO und etwas Stickstoff entwickelt sich und wenn die Entwicklung von CO im wesentlichen aufhört, wird wieder Stickstoff in den Ofen eingeführt, um wie zuvor eine Stickstoffatmosphäre zu schaffen; Stickstoff reagiert weiter mit dem Bestandteil Vanadin in der Mischung, wobei ein weiterer Anstieg von ungefähr 1 bis 3 Gew.-?6 Stickstoff stattfindet. Indem nacheinander die Verfahrensschritte: Vakuumanlegen, Nitrieren und Vakuumanlegen wiederholt werden, steigt schließlich der Stickstoffgehalt in der Mischung auf ungefähr 10 bis 12 Gew.-% und das daraus resultierende Material besteht im wesentlichen aus gebundenem Stickstoff und Vanadin, VpN; beim Abkühlen in einer nicht oxidierenden Umgebung enthält es weniger als 2 Gew.-^ Kohlenstoff und Sauerstoff. Ein derartiges Material ist leicht löslich in geschmolzenem Stahl und ergibt so Vanadin- und Stickstoffzusätze zu Stahl. Wie oft die Behandlung: Vakuum-Nitrierung-Vakuum erforderlich ist, hängt ab von den Temperaturen und Drücken, aber ebenso bis zu einem gewissen Grad von den behandelten Mengen und der verwendeten Ausrüstung. Im allgemeinen sind umso weniger Zyklen notwendig, je höher die Temperaturen und je niedriger die angewendeten Drücke sind. Wenigstens 2 Zyklen sind erforderlich und gewöhnlich genügen ungefähr 5 Zyklen. Der zuletzt erforderliche Schritt eines Zyklus ist das Anlegen des Vakuums, sonst bil-

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det sich VN anstatt V₂N.

Das folgende Beispiel erläutert die vorliegende Erfindung.

Beispiel

Eine Mischung wurde hergestellt durch Vermengen von VpO^ (Korngröße: Maschenzahl 325 und kleiner) mit Kohlenstoff in Form von Ruß (5 Mikron Fischer Sub-Sieb), und zwar im Verhältnis von 3 Molen Kohlenstoff pro Mol V₂O,. Das Gewichtsverhältnis in der Mischung betrug 50 kp V₂O-Z zu 12 kp Kohlenstoff. Die Mischung wurde zu Formen der Abmessungen 4,44 cm χ 3,14 cm χ 2,54 cm brikettiert.

.50 kp der Briketts wurden in einen feuerfest ausgekleideten Vakuumofen gebracht (Graphitwiderstandsheizung), und zwar auf einen Herd der Gesamtfläche 270 cm χ 165 cm, wobei ein Sechstel der gesamten Herdfläche bedeckt war. Der Ofen und die Beschikkung wurden auf 1000⁰C erhitzt, während der Druck in dem Ofen auf 4600 Mikron bis 1500 Mikron dadurch reduziert wurde, daß kontinuierlich ein Vakuum mit Hilfe von mechanischen Pumpen (Kinney) angelegt wurde. Diese Bedingungen wurden 4 Stunden lang aufrechterhalten. Die Temperatur wurde anschließend auf 14OO°C erhöht und 7 Stunden lang aufrechterhalten, während der Druck im Ofen im Bereich von 5000 Mikron bis 250 Mikron aufrechterhalten wurde. Nach Ablauf von 7 Stunden hatte die Entwicklung von CO im wesentlichen aufgehört, was sich daraus ergab,' daß der Ofendruck sich stabilisiert hatte, d.h. im wesentlichen konstant im Bereich von 100 bis300 Mikron blieb. Dann wurde Stickstoff in den Ofen eingeführt und eine Stunde lang bei 140O⁰C bei einem Druck von 10,16 cm Wassersäule gehalten. Das oben erläuterte Verfahren wurde entsprechend folgendem Plan wiederholt:

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Temperatur

Zeit

Druck

14OO°C 14OO°C

14OO°C 1400⁰C

1400⁰C 1400⁰C

1400°C

6 Stunden 1 Stunde

9 Stunden

Abkühlung auf Umgebungstemperatur 9 Stunden 1500 Mikron bis 225 Mikron

10,16 cm Wassersäule, Stickstoff

1700 Mikron bis 225 Mikron

10,16 cm Wassersäule, Stickstoff

1500 Mikron bis 225 Mikron

10,16 cm Wassersäule, Stickstoff

1450 Mikron bis 125 Mikron

1450 Mikron bis 125 Mikron Argon, Atmosphärendruck

Das im Ofen behandelte Material ergab folgende Durchschnittsanalyse:

N	10,9	Gew	.-Si
C	0,95	Gew	.-#
0	0,64	Gew	.-°/o
V	Rest

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Claims

26560Ή3 Patentanspruch Verfahren zur Herstellung eines Materials, das Vanadin und Stickstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

1. eine Mischung von VpO^ und Kohlenstoff in stöchiometrischen Verhältnissen bereitgestellt wird, und zwar entsprechend der folgenden Formel:

V₂O₃ + 3 C > 2 V + 3 CO

2. die Mischung in einem Ofen einer Temperatur im Bereich von ungefähr 1100°C bis 1500⁰C ausgesetzt wird, und zwar unter reduziertem Druck im Bereich von ungefähr 5 mm bis 100 Mikron, um eine Reaktion zwischen den Mischungsbestandteilen zu bewirken und die Entwicklung von CO, wobei die Temperatur und der Druck in den angegebenen Bereichen aufrechterhalten werden, bis die CO-Entwicklung aus der Mischung aufgehört hat,

3. die Temperatur in dem Ofen.im Bereich von ungefähr 1100⁰C bis 1500⁰C aufrechterhalten wird und Stickstoffgas in den Ofen eingeführt wird, um in dem Ofen eine Stickstoffatmosphäre bereitzustellen,

4. der Verfahrensschritt 2, 3 und 2 solange nacheinander wiederholt wird, bis der Stickstoffgehalt der Mischung im Bereich von ungefähr 10 bis 12 Gew.-% ist,

5. die Mischung in einer nicht oxidierenden Umgebung abgekühlt wird.

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