DE955320C

DE955320C - Process and device for the production of carbides of the metals of group IV a of the periodic system, in particular titanium carbide

Info

Publication number: DE955320C
Application number: DED20173A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Krall
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1955-04-01
Filing date: 1955-04-01
Publication date: 1957-01-03

Description

Verfahren und. Vorrichtung zur Herstellung von Carbiden der Metalle der Gruppe IVa des Periodischen Systems, insbesondere von Titancarbid Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Carbiden der Metalle der Gruppe IVa des Periodischen Systems, insbesondere von Ti.tancarbid, durch Umsetzung der entsprechenden Metalloxyde mit Kohlenstoff.Procedure and. Device for the manufacture of carbides of metals of Group IVa of the Periodic Table, in particular of titanium carbide The invention relates to a method and a device for the extraction of carbides of metals of group IVa of the periodic system, in particular of Ti.tancarbid, by implementation the corresponding metal oxides with carbon.

Es ist bekannt, die Carbide von Metallen der Gruppe IVa des Periodischen Systems durch Umsetzung der Oxyde dieser Metalle mit festem Kohlenstoff oder auch mit Kohlenstoff enthaltenden Gasen :@P@rzustellen. Die Carburietrungstemperaturen betragen beispielsweise für Titandioxyd 1700 bis 190o° und liegen für Zi.rkonoxyd mit 1Soo bis 20000 etwas höher. Beim Arbeiten unter normalen Druckbedingungen erhält man bei der Carburierung von Titan, auch wenn die Temperatur bis 220o° gesteigert wird, bestenfalls ein Produkt mit 1 S'o/o Kohlenstoff, während unter vermindertem Druck der Kohlenstoffgehalt bis gegen den theoretischen. Wert gesteigert werden kann. Im allgemeinen muß man jedoch, wenn man im Vakuum oder unter stark vermindertem Druck die Reaktion durchführt, intermittierend arbeiten, d. h. das entstandene Carbid muß unter Vakuum sorgfältig abgekühlt werden, ehe nach Entleerung des Ofens die Carburierung einer neuen Charge möglich ist. Auch diese erfordert wiederum eine verhältnismäßig lange Aufheizzeit. Der Versuch, diese Wartezeiten durch Abkühlung unter gängigen Schutzgasen wie etwa Wasserstoff abzukürzen, führt: deswegen nicht zum Erfolg, weil dieses Gas stark entkohlend wirkt und somit trotz sorgfältigen Einhaltens der zur Erreichung maximaler Kohlenstoffgehalte notwendigen Reaktionsbedingungen beim Abkühlen unter Wasserstoff unerwünschte Kohlenstoffverluste auftreten. Würde man mit Luft arbeiten, so wäre :der. Kohlenstoff abbrand noch wesentlich höher.It is known the carbides of metals of Group IVa of the Periodic System by reacting the oxides of these metals with solid carbon or also with gases containing carbon: @ P @ r The carburization temperatures are, for example, 1,700 to 190o ° for titanium dioxide and lie for zinc oxide with 1Soo up to 20,000 a little higher. Receives when working under normal pressure conditions one in the carburizing of titanium, even if the temperature increases to 220o ° is, at best, a product with 1 S'o / o carbon, while under reduced Pressure the carbon content up against the theoretical. To be increased in value can. In general, however, if you work in a vacuum or under greatly reduced Pressure carries out the reaction, work intermittently, d. H. the resulting carbide must be carefully cooled under vacuum before the Carburization of a new batch is possible. This, in turn, requires a relatively long heating-up time. Trying to overcome these waits by cooling down under common protective gases how to abbreviate hydrogen leads to: therefore not a success, because this gas has a strong decarburizing effect and thus despite careful observance of what is necessary to achieve the maximum carbon content Reaction conditions when cooling under hydrogen, undesirable carbon losses appear. If you were to work with air, it would be: the. Carbon burn-up is still significant higher.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung gelingt nun die Beschleunigung des Durchsatzes unter Erhaltung der unter vermindertem Druck in das Carbid hineingebrachten. Kohlenstoffmengen dadurch, d:aß das während der Carburierung entstandene Kohlenoxyd nicht, wie üblich, vollständig abgebrannt, sondern wenigstens teilweise gespeichert und zur Unterbrechung des Vakuums vor jedem: Chargiervorgang in den Ofen zurückgeführt und das heiße Carbid in einen Kühlraum übergeführt und dort in einer Kohlenoxydatmosphäre abgekühlt wird. Es hat sich gezeigt, daß es unter diesen Umständen möglich ist, das heiße Carbid ohne nennenswerten Kohlenstoffabbrand nach Herstellung des Druckausgleichs aus dem eigentlichen Reaktionsraum zu entfernen, in Kohlen.oxydatmosphäre, gegebenenfalls schnell, abzukühlen und den Ofen neu zu beschicken, so daß dann die Reaktion unter wieder vermindertem Druck erneut eingeleitet werden kann.According to the method of the invention, the acceleration of the succeeds Throughput while maintaining that introduced into the carbide under reduced pressure. Amounts of carbon through this, d: ate the carbon oxide formed during the carburization not completely burned down, as usual, but at least partially stored and to interrupt the vacuum before each: Charging process returned to the furnace and transferred the hot carbide to a cooling room and there in a carbon oxide atmosphere is cooled. It has been shown that under these circumstances it is possible the hot carbide without any significant carbon burn-off after pressure equalization has been established to be removed from the actual reaction space, in a carbon oxide atmosphere, if necessary quickly, cool down and reload the oven so that then the reaction takes place again reduced pressure can be introduced again.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Beschleunigung des Durchsatzes unter gleichzeitiger Erzielung hoher Kohlenstoffgehalte ist die Mög- lichkeit. einer verhältnismäßig raschen Abkühlung des fertigen Produktes, die gemäß der Erfindung dadurch verwirklicht wird, daß der Carburierungsofen außer dem eigentlichen Reaktionsrohr noch eine Kühlkammer aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, die gegebenenfalls mit einem Kühlmantel versehen sein kann. Demgemäß besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. aus dem eigentlichen Carburierungsofen, der vorteilhaft mit einem als Heizkörper dienenden Graphitrohr ausgestattet ist und einer mit diesem verbundenen, doppelwandigen Kühlkammer aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall, die zweckmäßig mit einem Kühlmantel umgeben wird. Die aus dem derart aufgebauten Ofen abgezogenen Reaktionsgase werden. in einem Gasometer gespeichert, dessen Ableitung mit dem Heiz-und/oder Kühlraum des Carburierungsofens in Verbindung steht. .An essential prerequisite for accelerating the throughput while at the same time achieving high carbon contents is the possibility. a relatively rapid cooling of the finished product, which is achieved according to the invention in that the carburizing furnace has, in addition to the actual reaction tube, a cooling chamber made of a material of high thermal conductivity, which can optionally be provided with a cooling jacket. Accordingly, there is the device for carrying out the method. from the actual carburizing furnace, which is advantageously equipped with a graphite tube serving as a heating element and a double-walled cooling chamber made of copper or another suitable metal, which is connected to this and which is expediently surrounded by a cooling jacket. The reaction gases withdrawn from the furnace constructed in this way are. stored in a gasometer, the derivation of which is connected to the heating and / or cooling space of the carburizing furnace. .

Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gestaltet sich derart, daß durch Rückleitung des gespeicherten. Kohlenoxyds der Druckausgleich mit der Atmosphäre herbeigeführt wird. Daiach wird eine Charge dem Kühlrohr entnommen, die heiße Charge aus dem Reaktionsrohr in das Kühlrohr übergeführt und, der Ofen. mit einer neuen. Charge beschickt. Nach Schließen des Ofens wird das Kohlenoxyd abgepumpt und das Betriebsvakuum hergestellt.The method according to the invention is carried out such that by returning the stored. Carbon dioxide the pressure equalization is brought about with the atmosphere. A batch is then removed from the cooling pipe, the hot charge is transferred from the reaction tube into the cooling tube and, the furnace. with a new one. Batch loaded. After closing the furnace, the carbon dioxide becomes pumped out and the operating vacuum established.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Es bedeutet darin i den Carburierungsofen mit dem Graphitrohr 2, das als Heizrohr dient und an seinem freien Ende in an sich bekannter Weise mit einem Deckel 3 vakuumdicht verschlossen ist. Im Rohr 2 befindet sich ein Schiffchen q. mit dem zu carburierenden Gemisch, das als loses Pulver oder aber auch in Form von Tabletten vorliegen kann. Das Rohr 2 setzt sich in die Kühlkammer 5 fort, die beispielsweise aus einem Kupferrohr besteht, das mit einem wasserdurchflossenen Kühlmantel 6 umgeben ist. Den Verschluß bildet wiederum ein vakuumdichter Deckel 7. Aus dem Rohr :z wird das Reaktionsgas über die Pumpe 8 zu: einem Gasometer 9 gefördert, der über die mit Ventilen versehenen Leitungen io und i i mit den Rohren ,:2 und 5 verbunden ist, so daß das gespeicherte Gas zum Zwecke des Druckausgleichs in die Rohre .2 und/oder 5 zurückgeführt werden kann. Wenn, der Gasometer während der Carburierung gefüllt ist, wird das überschüssige Gas durch eine Überlaufleitung abgebrannt oder einer anderen Verwendung zugeführt.The apparatus for performing the method of the invention is shown schematically in the figure. It means i the carburizing furnace with the graphite tube 2, which serves as a heating tube and at its free end in itself is closed in a known manner with a cover 3 vacuum-tight. Located in tube 2 a shuttle q. with the mixture to be carburized, which is available as a loose powder or but can also be in the form of tablets. The tube 2 sits in the cooling chamber 5, which consists, for example, of a copper pipe that is connected to a Cooling jacket 6 is surrounded. The closure is in turn formed by a vacuum-tight cover 7. From the tube: z the reaction gas is transferred via the pump 8 to: a gasometer 9 promoted, which via the valves provided with lines io and i i with the pipes ,: 2 and 5 is connected, so that the stored gas for the purpose of pressure equalization can be returned to the tubes .2 and / or 5. If, the gasometer during the carburization is filled, the excess gas is through an overflow line burned down or put to another use.

Bei der Arbeitsweise der Erfindung wird die Dauer einer Charge gegenüber dem bisher üblichen Verfahren auf etwa ein Viertel verkürzt, so daß neben der Erzielung hochkohlenstoffhaltiger Produkte, die fast die theoretische Kohlenstoffmenge aufweisen, ein erheblicher technischer Fortschritt erzielt wird.In the operation of the invention, the duration of a batch is compared the previously usual procedure shortened to about a quarter, so that in addition to achieving high carbon products that contain almost the theoretical amount of carbon, a significant technical advance is achieved.

Claims

PATENT APPEAL: i. Process for the production of. Carbides of metals of Group IVa of the Periodic Table, in particular of titanium carbide, by reacting of the corresponding metal oxides with fixed carbon in a furnace under reduced Pressure, characterized in that the carbon oxide-containing one developed during the reaction Stores gas and recirculates it to break the vacuum after the reaction has ended and that the hot carbide is then transferred to a cooling room and there in allowed to cool in a carbon dioxide atmosphere.

2. Device for carrying out the method according to claim i, consisting of a heating tube used for the actual carburization, in particular graphite tube, and a cooling chamber connected to this, e.g. B. a with a cooling jacket provided copper reducer, and a gasometer with the heating tube and / or the cooling chamber is in communication.