DE4212947A1 - Verfahren zum Umschmelzen von reaktiven Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umschmelzen von reaktiven Metallen und Metall-Legierungen, insbesondere Titan und Titanlegierungen.

Reaktive Metalle wie Titan oder Zirkonium werden bislang als Titan- oder Zirkoniumschwamm zu Elektroden mit kreis­ förmigem Querschnitt gepreßt und dann nach dem Vakuum­ lichtbogen-Umschmelzverfahren (VAR) zu einem Block mit kreisförmigem Querschnitt umgeschmolzen, um Verunreini­ gungen wie Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff zu entfernen. Der kreisförmige Querschnitt ist notwendig, damit wegen der erforderlichen gleichmäßigen Wärmevertei­ lung der Lichtbogen überall gleichen Abstand vom Rand des Tiegels hat. Das Elektroschlacke-Umschmelzverfahren hätte wegen der sich durch die Schlacke ergebenden gleichmäßi­ gen Wärmeverteilung den Vorteil, daß Blöcke in Brammen­ formaten, also mit ebenen Seitenflächen erzeugt werden könnten, was für die Weiterverarbeitung durch Walzen vor­ teilhafter ist. Bisher ist es jedoch mit dem Elektro­ schlacke-Umschmelzverfahren nicht möglich, hochreine, reaktive Metalle zu erzeugen, weil keine bei den auftre­ tenden hohen Temperaturen während der Umschmelzdauer aus­ reichend stabile und metallurgisch aktive Schlackezusam­ mensetzung gefunden werden konnte, mit der die Verunrei­ nigungen des abschmelzenden Metallschwammes entfernt wer­ den können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Umschmelzen von reaktiven Metallen zu entwickeln, welches mit möglichst geringem Aufwand durchführbar ist und die Erzeugung von Blöcken mit ebenen Seitenflächen ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Umschmelzen nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfah­ ren mit einer Inertgasatmosphäre über dem Schlackebad er­ folgt, daß eine Schlackenbildner hochreines Flußspat ohne Tonerdenzusatz verwendet und daß der Schlacke zumindest ein Erdalkalimetall zugegeben wird.

Mit einem solchen Schlackenbildner lassen sich nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren auch reaktive Metalle umschmelzen. Entgegen den Erwartungen verdampft das Erd­ alkalimetall nicht bei den auftretenden Temperaturen von mehr als 1600°C, da es von der flußspathaltigen Schlacke in gelöster Form aufgenommen wird. Andererseits werden Erdalkalimetalle von den in Frage kommenden reaktiven Metallen nicht gelöst und reagieren auch nicht mit ihnen. Deshalb können die Erdalkalimetalle beim Umschmelzen der reaktiven Metalle diese reinigen. Die Inertgasatmosphäre verhindert eine Sauerstoffaufnahme durch die sauerstoff­ affine Schmelze.

In der Praxis erprobt wurde ein Verfahren, bei dem beim Umschmelzen von Titan als reaktives Metall in die Schlacke als Erdalkalimetall Kalzium zugegeben wird. Bei einem solchen Verfahren reinigt das Kalzium die Titan­ schmelze nach folgenden Reaktionen:

(Ca)+(O)_Ti=(CaO)
3(Ca)+2(N)_Ti=(Ca₃N₂)
(Ca)+2(H)_Ti=(CaH₂)

Die so entstandenen Reaktionsprodukte werden von der Flußspatschlacke festgehalten.

Da eine ausschließlich durch Flußspat gebildete Schlacke einen geringen elektrischen Widerstand hat, wäre für den Umschmelzvorgang eine unerwünscht hohe elektrische Lei­ stung notwendig. Diese kann durch Erhöhung des elektri­ schen Widerstandes der Schlacke herabgesetzt werden, in­ dem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dem als Schlackebildner dienenden Flußspat Kalziumoxid zugegeben wird. Dieses Kalziumoxid erhöht den elektrischen Widerstand der Schlacke, reagiert jedoch im Gegensatz zu der üblicherweise zum Erhöhen des Widerstandes benutzten Tonerde nicht mit Titan.

Als Inertgas hat sich Argon als vorteilhaft erwiesen.

Wenn die durch das Umschmelzen erzeugten Blöcke durch Walzen umgeformt werden sollen, dann kann man auf einfa­ che Weise beim Umschmelzverfahren bereits Blöcke mit ebe­ nen Seitenflächen, beispielsweise quadratischem Quer­ schnitt erzeugen, indem zum Umschmelzen ein Tiegel mit ebenen Seitenflächen benutzt wird.

Um jeglichen Luftzutritt in den Ofenraum zu vermeiden und zuverlässig eine Inertgasatmosphäre oberhalb des Schlac­ kebades sicherzustellen, ist es vorteilhaft, daß das Ver­ fahren in einem geschlossenen Ofensystem mit unter Über­ druck stehendem Inertgas durchgeführt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Umschmelzen von reaktiven Metallen und Metall-Legierungen, insbesondere Titan und Titanlegierun­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschmelzen nach dem Elektroschlacke-Umschmelzverfahren mit einer Inertgasat­ mosphäre über dem Schlackebad erfolgt, daß eine Schlac­ kenbildner hochreines Flußspat ohne Tonerdenzusatz ver­ wendet und daß der Schlacke zumindest ein Erdalkalimetall zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschmelzen von Titan als reaktives Metall in die Schlacke als Erdalkalimetall Kalzium zugegeben wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem als Schlackebildner dienenden Flußspat Kalziumoxid zugegeben wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgas Argon verwendet wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschmelzen ein Tiegel mit ebenen Seitenflächen benutzt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem ge­ schlossenen Ofensystem mit unter Überdruck stehendem In­ ertgas durchgeführt wird.