DE3843859A1 - Production of titanium powders by atomisation of the melt - Google Patents
Production of titanium powders by atomisation of the meltInfo
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Abstract
Description
Aufgabenstellung: Der Patentanmeldung liegt die Auf gabe zugrunde, Pulver aus Titan und Titanlegierungen im technischen Maßstabe (mehrere Tonnen/Tag) herzustellen.Task: The patent application is on was based on powder made of titanium and titanium alloys technical scale (several tons / day).
Titanwerkstoffe werden in der Luftfahrtindustrie einge setzt, weil sie ein günstiges Verhältnis von Festigkeit und spezifischem Gewicht aufweisen. In anderen Anwen dungsgebieten wird die gute Korrosionsbeständigkeit von Titanwerkstoffen ausgenutzt.Titanium materials are used in the aerospace industry sets because it has a favorable ratio of strength and have specific weight. In other applications areas of application will be the good corrosion resistance exploited by titanium materials.
Bei der Herstellung eines Bauteils aus Titan, z. B. einer Turbinenschaufel, ergibt sich der überwiegende Anteil der Herstellungskosten aufgrund der mechanischen Bearbeitungskosten, weil Titan sich nur schwer bearbei ten läßt. Es wird deshalb versucht, auf pulvermetallur gischem Wege komplizierte Bauteile herzustellen. Vor teilhaft bei dieser pulvermetallurgischen Vorgehens weise sind weiterhin die bessere Homogenität des Werk stoffs sowie verbesserte mechanische Eigenschaften.In the manufacture of a component made of titanium, e.g. B. a turbine blade, the main result is Share of manufacturing costs due to mechanical Processing costs because titanium is difficult to work with leaves. It is therefore tried on powder metallurgy to produce complicated components. Before part of this powder metallurgical process wise are the better homogeneity of the work as well as improved mechanical properties.
Bei der Herstellung von Titanpulvern hat man es mit folgenden Problemen zu tun:In the production of titanium powders you have it with you to do the following problems:
- 1. Titan ist hochschmelzend1. Titanium has a high melting point
- 2. Titan reagiert mit allen atmosphärischen Gasen2. Titan reacts with all atmospheric gases
- 3. Titan kann nicht in einem herkömmlichen Tiegel erschmolzen werden, da es mit dem Tiegelmaterial reagiert.3. Titan cannot be used in a conventional crucible be melted as it is with the crucible material responds.
Bekannt ist bei der Herstellung von Metallpulvern der sogenannte REP-Prozeß. Hier wird in einer Schutzgas kammer eine Titanstange als Elektrode verwendet, die an der Stirnseite durch einen Lichtbogen aufgeschmol zen wird. Durch schnelle Rotation der Probe wird die Titanschmelze aufgrund der Fliehkraft fortgeschleudert und erstarrt in Form von Pulverpartikeln. Die Nachteile bei diesem Verfahren sind:Is known in the manufacture of metal powders so-called REP process. Here is in an inert gas chamber uses a titanium rod as the electrode melted at the front by an arc will. By rotating the sample quickly, the Titanium melt flung away due to centrifugal force and solidifies in the form of powder particles. The disadvantages with this procedure are:
- 1. Es können nur kleine Mengen erschmolzen werden1. Only small amounts can be melted
- 2. Man benötigt eine Titanstange als Einsatzmaterial. Damit muß man zu Beginn des Prozesses ein bereits teures Halbzeug einsetzen.2. You need a titanium bar as a feed. With that, you have to have one at the beginning of the process use expensive semi-finished products.
- 3. Die erreichbaren Abschreckgeschwindigkeiten reichen nicht aus, um den Grad an Homogenität zu erreichen, den man eigentlich erwünscht.3. The quenching speeds that can be achieved are sufficient not enough to achieve the level of homogeneity that you actually want.
Bekanntlich ist beim Schmelzen von Titan die Methode mit Hilfe eines Plasmabrenners die Legierung aufzu schmelzen. Als Tiegelmaterial wird ein wassergekühlter Kupfertiegel verwendet. Durch den Plasmabrenner wird nur der mittlere Teil des Gutes aufgeschmolzen, so daß sich zwischen der gekühlten Kokille und dem flüssigen Titan eine Schale aus festem Titan befindet. Auf diese Weise vermeidet man das Einbringen von Verunreinigungen in die Metallschmelze. Dieses Verfahren wird als Skull melting bezeichnet. Über eine Schleuse und ein Förder band ist es möglich, halbkontinuierlich Titanschwamm oder Titanschrott in den Schmelzraum einzubringen. Üblicherweise wird nun das erschmolzene Titan in eine gekühlte Kupferkokille gegossen und durch Absenken der Form ein Titanhalbzeug erstellt. It is known that the method is used when melting titanium using a plasma torch to open the alloy melt. A water-cooled is used as the crucible material Copper crucible used. Through the plasma torch only the middle part of the good melted, so that between the chilled mold and the liquid Titan is a shell made of solid titanium. To this This way you avoid the introduction of impurities into the molten metal. This procedure is called a skull called melting. Via a lock and a conveyor band it is possible to use semi-continuous titanium sponge or bring titanium scrap into the melting chamber. Usually the melted titanium is now turned into one chilled copper mold and by lowering the Formed a semi-finished titanium product.
Bekanntlich ist die Verdüsung von Metallschmelzen mit flüssigen Gasen (siehe beispielsweise DE-OS 37 30 147).As is known, the atomization of molten metal is also involved liquid gases (see for example DE-OS 37 30 147).
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe werden ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Titan pulvern entsprechend den Patentansprüchen vorgeschlagen.To solve the above problem, a Ver drive and a device for the production of titanium Powder proposed according to the claims.
In einem wassergekühlten Kupfertiegel wird Ti-Schwamm, bzw. Ti-Schrott zusammen mit den entsprechenden Legie rungselementen oder Vorlegierungen mit Hilfe eines Plasmabrenners erschmolzen. Dazu ist es notwendig, den Ofenraum zunächst auf 10-3mbar zu evakuieren. Anschlie ßend wird bei einem Druck von 300-400 mbar erschmol zen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht zuviel atmosphärische Verunreinigungen einzuschleppen, anderer seits ein zu starkes Abdampfen von Al zu vermeiden. Chargiert wird der Ofen über eine Schleuse. Für die Verdüsung ist notwendig, daß der Kupfertiegel gekippt werden kann. Außerdem ist ein weiterer Plasmabrenner erforderlich, um den Auslauf zu heizen, damit die Schmelze nicht zu früh einfriert. Für die Verdüsung notwendig, ist ein Schmelzstrahl in der Größe von ca. 6 mm Durchmesser. Für die Formung des Schmelzstrahls wird entweder eine elektromagnetische Formung (HF- Generator) oder eine Auslaufdüse aus ZrO2, oder eine Kombination beider Methoden verwendet. In a water-cooled copper crucible, Ti sponge or Ti scrap is melted together with the corresponding alloying elements or master alloys with the help of a plasma torch. For this it is necessary to first evacuate the furnace space to 10 -3 mbar. The mixture is then melted at a pressure of 300-400 mbar. In this way it is possible not to introduce too much atmospheric contaminants, on the other hand to avoid excessive evaporation of Al. The furnace is charged via a lock. It is necessary for the atomization that the copper crucible can be tilted. Another plasma torch is required to heat the spout so that the melt does not freeze too early. A melt jet approximately 6 mm in diameter is required for atomization. Either electromagnetic shaping (HF generator) or an outlet nozzle made of ZrO 2 , or a combination of both methods, is used for shaping the melt jet.
Wegen der hohen Reaktivitäten von Ti ist es notwendig, das Schmelzaggregat gegen den Verdüsungsturm durch einen Schieber (Schnellverschluß) abzuschließen, der sowohl manuell betätigt werden kann, als auch auto matisch geschlossen wird, falls im Verdüsungsraum ein bestimmter Druck überschritten wird.Because of the high reactivities of Ti, it is necessary through the melting unit against the atomization tower to complete a slide (quick release) which can be operated manually as well as auto is closed mathematically, if in the atomizing room certain pressure is exceeded.
Das Verdüsungskonzept und der Verdüsungsraum selbst ist bereits früher beschrieben worden.The atomization concept and the atomization room itself has been described earlier.
Anders gestalten muß man das Sammeln des Pulvers und das Abführen des Gases. Bei der Anlage wird das Pulver in einem Behälter gesammelt, der durch zwei Schieber gegen den Verdüsungsraum abgeschlossen ist und zwischen den beiden Schiebern abgenommen werden kann. Auf diese Weise wird der Topf abnehmbar, ohne daß es zur Explo sion kommen kann. Topf und Verdüsungsraum sind jeweils mit einem manuellen Gasauslaßventil versehen.You have to design the powder and the discharge of the gas. At the plant the powder collected in a container by two sliders against the atomization chamber is complete and between the two sliders can be removed. To this In this way, the pot can be removed without it exploding sion can come. The pot and spray chamber are each provided with a manual gas outlet valve.
Im Verdüsungsraum würde es durch die Verdampfung zu einem Überdruck kommen. Dies wird verhindert durch ein Gebläse, welches mit dem Gas angesaugt wird und durch einen Zyklon, der die Pulverteilchen vom Gas trennt. Dieser Zyklon ist notwendig, da das Pulver-Gasgemisch bei Austritt an die Atmosphäre eine explosionsartige Reaktion zur Folge hätte. Um im Falle einer Störung keinen Überdruck im Verdüsungsraum entstehen zu lassen, werden mehrere getrennt installierte Gebläse parallel betrieben, so daß bei Ausfall eines Aggregats immer noch ausreichend abgesaugt wird. In the atomization room, it would be due to the evaporation come overpressure. This is prevented by one Blower, which is sucked in with the gas and through a cyclone that separates the powder particles from the gas. This cyclone is necessary because of the powder-gas mixture an explosive when escaping to the atmosphere Reaction would result. To in the event of a malfunction not to let excess pressure build up in the atomization chamber, several separately installed fans are operated in parallel operated, so that in the event of a unit failure is suctioned off sufficiently.
Die Verneblung und Abkühlung des Titanschmelzestrahls erfolgt über 4 Strahlen aus flüssigem Argon. Die Flüssiggasmenge wird so eingestellt, daß die Wärme abfuhr ausschließlich über die Verdampfungswärme des fl. Ar erfolgen kann. Es wird bei einem Druck von 250 bar gearbeitet, verwendet werden 4 Flachstrahldusen mit einem Öffnungswinkel von 20°. Der Winkel der Düsen gegen den auslaufenden Schmelzstrahl beträgt 65°. Minimal benötigte Argonmenge 9 l flüssiges Argon/kg Metall. Damit ergibt sich bei 0,60 DM/1 fl. AR ein Preisanteil von min. 5,40 DM/kg.The atomization and cooling of the titanium melt jet takes place via 4 jets of liquid argon. The The amount of liquefied gas is adjusted so that the heat dissipation exclusively via the heat of vaporization of the fl. Ar can be done. It gets at a pressure of 250 worked in bar, 4 flat jet showers are used with an opening angle of 20 °. The angle of the nozzles against the emerging melt jet is 65 °. The minimum amount of argon required is 9 l of liquid argon / kg Metal. This results in 0,60 DM / 1 fl. AR Price share of min. 5.40 DM / kg.
Bei einem angestrebten Überschuß an flüssigem Gas von max. 1:3 folgt ein immer noch akzeptabler Preis für die Herstellung des Pulvers, verglichen mit dem Preis von Titanhalbzeug.With a desired excess of liquid gas of Max. 1: 3 follows a still acceptable price for the production of the powder compared to the price of semi-finished titanium.
Im Vergleich zur Gasverdüsung ergibt sich bei der Titanpulverherstellung ein echter Kostenvorteil, weil es nicht notwendig ist, die gesamte Wärmeabfuhr allein über Verdampfungswärme zu erreichen. Vielmehr kann auch ab einem Temperaturbereich von 500-600°C das Pulver wesentlich langsamer abgekühlt werden, so daß hierfür auch die Erwärmung des bereits verdampften Argons von Siedetemperatur auf Raumtemperatur genutzt werden kann.In comparison to gas atomization, the results in Titanium powder manufacturing is a real cost advantage because it is not necessary to remove the entire heat alone to reach via heat of vaporization. Rather, it can even from a temperature range of 500-600 ° C Powder are cooled down much more slowly, so that for this also the heating of the already evaporated Argons used from boiling temperature to room temperature can be.
Andererseits erfordert die Abkühlung ausschließlich durch ein Gas bei einer Temperaturdifferenz von Raum temperatur bis maximal 200°C erheblich größere Argon mengen. On the other hand, cooling only requires by a gas at a temperature difference from room temperature up to a maximum of 200 ° C considerably larger argon amounts.
In den Bildern 1-4 ist die Anlage schematisch dar gestellt. In Bild 5 ist das gesamte Verfahren sche matisch wiedergegeben.The system is shown schematically in Figures 1-4 . The entire process is shown schematically in Figure 5 .
Claims (26)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3843859A DE3843859A1 (en) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | Production of titanium powders by atomisation of the melt |
Applications Claiming Priority (1)
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DE3843859A DE3843859A1 (en) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | Production of titanium powders by atomisation of the melt |
Publications (1)
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DE3843859A1 true DE3843859A1 (en) | 1990-06-28 |
Family
ID=6370236
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3843859A Withdrawn DE3843859A1 (en) | 1988-12-24 | 1988-12-24 | Production of titanium powders by atomisation of the melt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3843859A1 (en) |
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- 1988-12-24 DE DE3843859A patent/DE3843859A1/en not_active Withdrawn
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