DE973241C

DE973241C - Verfahren zur Reduktion von Titan- oder Zirkonoxyden, insbesondere fuer die Herstellung von Titan- oder Zirkonlegierungen

Info

Publication number: DE973241C
Application number: DEM26522A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Benesovsky; Richard Dr Phil Nat Kieffer
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1954-04-23
Filing date: 1955-03-22
Publication date: 1959-12-31

Description

Verfahren zur Reduktion von Titan- oder Zirkonoxyden, insbesondere für die Herstellung von Titan- oder Zirkonlegierungen Wegen seiner großen chemischen Affinität ist es mit großen Schwierigkeiten verbunden, reines Titan oder Zirkon herzustellen. Man hat zu diesem Zweck schon versucht, die verschiedensten Reduktionsmittel, wie Wasserstoff, Kohlenstoff, Bor, Silizium, Aluminium, Kalzium, Kalziumhydrid, Kalziumkarbid, Magnesium usw., anzuwenden. Die bekannten Verfahren haben sich jedoch entweder als sehr kostspielig erwiesen, oder man hat mit ihrer Hilfe die Metalle mit nur geringem Reinheitsgrad erzielt. Beispielsweise wurde bei der Reduktion von Titandioxyd mit Kohlenstoff im Lichtbogenofen ein Pro, d.ukt erhalten, das nur 95 bis 9.7% Titan enthielt. Versuche, diese Reduktion im Vakuum bis zu Temperaturen von 2q.00° C vorzunehmen, ergaben lediglich ein Gemenge von Titanmonoxyd und Titankarbid.
Die Reduktion der Oxyde, mit Kohlenstoff oder Silizium bzw. Karbiden oder Siliziden, gelingt mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise, wobei gleichzeitig ein ziemlich vollständiger Ablauf der chemischen Reaktion erzielt wird. Erfindungsgemäß wird die Reduktion im Hochvakuum bei Temperaturen von über 3000° C durchgeführt, und zwar vorzugsweise in Gegenwart von legierungsbildenden Zusatzmetallen. Zweckmäßig ist es, die Reduktion im Hochvakuuml.ichtbogenofen durchzuführen, wobei die zur Reaktion kommenden Stoffe vorteilhaft in Form einer selbstverzehrenden Elektrode eingesetzt werden.
Als Zusatzmetalle, die den Ablauf der Reaktion erleichterdnnen Molybdän, Wolfram, Chrom, Aluminium, Mangan, @i ickel und ähnliche Metalle ein7-gln oder zu mehreren zur Anwendung kommen. Diese Metalle können entweder in metallischer Form oder als Karbide, Silizide oder auch in Form anderer Verbindungen, z. B. von Oxyden, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Titan- bzw. Zirkonlegierungen,ldie bis 950/a, vorzugsweise 5 bis 5o0/0, dieser Zu_satifriefälleenthalten. Es kann aber .auch zur"lerstellün.g vom reinem Titan od#e#r Zirlcon verwendet werden.
An einigen Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert. Beispiel i Zur Herstellung einer Titanlegierung mit einem Gehalt an 6% Molybdän wird von pulverförmigem Titanmonoxyd, Titankarbid und Molybdän bzw. Molybdänkarbid ausgegangen. Der Kohlenstoff-und Sauerstoffgehalt in diesem Gemenge muß dabei so bemessen sein, daß diese Stoffe restlos in Kohlenmonoxyd übergeführt werden können. Die Ausgangspulver werden nun gemischt und zu stabförmigen Elektroden verpreßt. In einem Lichtbogenofen eingesetzt wird zwischen diesen Elektroden und einer wassergekühlten Kupferelektrode ein Lichtbogen gezogen, durch dessen Hitze eine Reduktion des Titans und ein Niederschmelzen der Elektrode bewirkt wird. Durch eine leistungsfähige Pumpanlage wird das sich bildende Kohlenoxydgas ständig abgesaugt, so daß in dem Reaktionsraum ein starker Unterdruck aufrechterhalten werden kann. Beispiel 2 Eine etwas andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, welches die Herstellung von Titan-Chrom-Legierungen zum Gegenstand hat, die als Vorlegierungen zur Herstellung an sich bekannter Titan-Chrom-Aluminium- bzw. Titan-Chrom-Eisen-Legierungen verwendet werden können. Titandioxyd und Titankarbid bzw. Titandioxyd und Ruß werden in einem solchen Verhältnis gemischt, daß der darin enthaltene Kohlenstoff und Sauerstoff vollständig in Kohlenoxydgas umgesetzt werden könnte. Das Gemenge wird nun unter Wasserstoff bei einer Temperatur von 22oo° C reagieren gelassen. Man erhält auf diese Weise ein Produkt, das neben reinem Titan, Titanmonoxyd und Titankarbid enthält. Dieses Gemenge wird nun im gewünschten Verhältnis mit Chrompulver gemischt. Bei einem Sauerstoffüberschuß im Produkt kann das Chrom ganz oder teilweise als Chromkarbid, bei einem Kohlenstoffüberschuß ganz oder teilweise als Chromoxyd eingesetzt werden. Aus diesem Gemenge werden wieder Elektroden gepreßt, die als selbstverzehrende Elektroden in einem Vakuumlichtbogen zum Einsatz kommen. Bei der Reduktion im Vakuumlichtbogenofen wird zweckmäßig ein Druck aufrechterhalten, der kleiner ist als zo-5 mm Quecksilbersäule. Beispiel 3 Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann auch eine handelsübliche Titanlegierung hergestellt werden, die 2 bis 3 % Aluminium und 3 bis 5% Chrom enthält. Auch in diesem Falle kann man so vorgehen, daß man ein entsprechendes Gemenge aus Titanmonoxyd, Titankarbid und Aluminiumsowie Chrompulver gegebenenfalls im Überschuß mischt -und zu Elektroden verpreßt, die als selbstverzehrende Elektroden in einem Hochvakuumlichtbogenofen eingesetzt werden. Durch den Lichtbogen folgt dann gleichzeitig die Reduktion des Titans und das Erschmelzen der gewünschten Legierung. Beispiel 4 Die erfindungsgemäße Herstellung einer Legierung aus r o % Molybdän, 2o % Titan und 70a/0 Zirkon kann in der Weise erfolgen, daß im entsprechenden Verhältnis pulverförmiges metallisches Molybdän und Titan und Zirkon in Form ihrer Oxyde .und Karbide gemischt werden. Die Pulver werden wie bei den vorhergehenden Beispielen zu stabförmigen Elektroden verpreßt und in einem Vakuumlichtbogenofen als selbstverzehrende Elektrode eingesetzt, in welchem die gewünschte Legierung erschmolzen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zur Reduktion von Titan- oder Zirkonoxyden mit Kohlenstoff oder Silizium bzw. Karbiden oder Siliziden, insbesondere für die Herstellung von Titan- bzw. Zirkonlegierungen,dadurch gekennzeichnet, daß die Re-dükfion 'rri Hochvakuum bei Temperaturen von über 3000° C, gegebenenfalls in Gegenwart legierungsbildender Zusatzmetalle erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion im Hochvakuumlichtbogenofen durchgeführt wird, wobei die zur Reaktion gelangenden Stoffe zweckmäßig in Form einer selbstverzehrenden Elektrode eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch z odier 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde, gemengt mit Karbiden oder mit Ruß, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Gemisch aus Oxyden und Karbiden vor der Reduktion im Vakuum mit Kohlenstoff gemischt und unter Schutzgas, z. B. Wasserstoff, bei Temperaturen von vorzugsweise über 2ooo° C zur Reaktion gebracht wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen r bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmetalle eines oder mehrere der Metalle IVIolybdän; Wö@fram, -Nickel, Chrom, Aluminium, Mangan u. ä. zur Anwendung kommen, entweder in metallischer Form oder als Karbide bzw. Silizide.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kohlenstoffüberschuß im Reaktionsgemisch ein entsprechender Teil der Zusatzmetalle in Form von Oxyden, bei Sauerstoffüberschuß in Form von Karbiden eingesetzt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmetalle bis 95°/a,.. vorzugsweise 5 bis 50°t-, der fertigeri Legierung betragen.