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Publication number: DED0020173MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 31. März 1955 Bekanntgemacht am 30. Mai 1956Registration date: March 31, 1955. Advertised on May 30, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft ein, Verfahren, und. eine Vorrichtung zur Gewinnung von Carbiden der Metalle der Gruppe IVa des Periodischen, Systems, insbesondere von Titancarbid;, durch Umsetzung der entsprechenden Metalloxyde mit Kohlenstoff.The invention relates to a, method, and. a device for the extraction of carbides Metals of group IVa of the Periodic System, in particular of titanium carbide; by reaction 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 herzustellen. Die Carburierungstemperaturen, betragen beispielsweise für Titandioxyd 1700 bis 1900⁰ und liegen für Zirkonoxyd mit 1800 bis 2öoo° etwas höher. Beim Arbeiten unter normalen Druckbedingungen erhält man bei der Carburierung von Titan, auch wenn die Temperatur bis 2200⁰ gesteigert: wird, bestenfalls ein Produkt mit i8'°/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 Schutz-It is known to produce the carbides of metals of group IVa of the periodic table by reacting the oxides of these metals with: solid carbon or with gases containing carbon. The carburizing temperatures are, for example, 1700 to 1900 ⁰ for titanium dioxide and slightly higher for zirconium oxide at 1800 to 2000 °. When working under normal pressure conditions are obtained in the carburizing of titanium, although the temperature is increased to 2200 ^0: is, at best, a product with i8 ° / o carbon, while up against the theoretical value can be increased under a reduced pressure, the carbon content . In general, however, when the reaction is carried out in vacuo or under greatly reduced pressure, one must work intermittently, ie the 'carbide formed must be carefully cooled under vacuum'; before a new batch can be carburized after the furnace has been emptied. Also, this in turn requires a relatively long heating time. The attempt to reduce these waiting times by cooling down under common protective

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gasen 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 Kohlenstoffabbrand noch wesentlich höher.Shortening gases such as hydrogen leads: therefore not to success, because this gas is strongly decarburizing works and thus despite careful compliance with the maximum carbon content necessary reaction conditions when cooling under hydrogen, undesirable carbon losses appear. If you were to work with air, the carbon burn-up would still be significant higher.

ίο Gemäß dem Verfahren, der Erfindung gelingt nun die !Beschleunigung des Durchsatzes unter Erhaltung der unter vermindertem Druck in das Carbid hineingebrachten. Kohlenstoffmeingen dadurch, daß das während, der Carburierung entstandene Kohlenoxyd nicht, wie üblich, vollständig abgebrannt, sondern, wenigstens teilweise-, gespeichert und zur Unterbrechung des Vakuums vor jedem, Chargier-Vorgang 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 Kohlenoxydatmosphäre, gegebenenfalls schnell, abzukühlen und. den Ofen ,neu zu beschicken, so' daß dann die Reaktion unter wieder vermindertem Druck erneut: eingeleitet werden kann,ίο According to the method, the invention now succeeds the! acceleration of the throughput while maintaining the under reduced pressure in the carbide brought in. Carbon monies due to the fact that the carbon oxide formed during the carburization not, as usual, completely burned down, but, at least partially, stored and for Interruption of the vacuum before each charging process in the. Oven returned and the hot Carbide is transferred to a cold room and, there, cooled in a carbon oxide atmosphere, It It has been shown that under these circumstances it is possible to use the hot carbide without significant Carbon burn-up after the pressure equalization has been established from the actual reaction chamber remove, cool down in a carbon dioxide atmosphere, if necessary quickly, and. to reload the furnace, so 'that the reaction can then be re-initiated under reduced pressure can,

Eine wesentliche Voraussetzung für die Beschleunigung des Durchsatzes unter gleichzeitiger Erzielung hoher Kohlenstoffgehalte ist die Möglichkeit einer verhältnismäßig raschen Abkühlung des fertigen Produktes, die gemäß dier Erfindung dadurch verwirklicht wird, daß dar 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 Garburierurigsofen, 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 Gaso-meter gespeichert, dessen Ableitung mit dem Heiz- und/oder Kühlraum des Cairburierungsofens in Verbindung steht.An essential requirement for acceleration the throughput with simultaneous achievement of high carbon contents is the possibility a relatively rapid cooling of the finished product, which according to the invention is achieved in that the carburizing furnace in addition to the actual; Reaction tube still has a cooling chamber made of a material of high thermal conductivity, which optionally can be provided with a cooling jacket. Accordingly, there is the device for implementation the process from the actual Garburierurigsofen, the beneficial with. is equipped with a graphite tube serving as a radiator and one with this connected, double-walled cooling chamber made of copper or another suitable Metal, which is expediently surrounded by a cooling jacket. The one from the. oven withdrawn reaction gases are in a gasometer stored, the derivation of which with the heating and / or cooling room of the cairburizing furnace in Connection.

. Die Durchführung des Verfahrens. nach der Erfindung gestaltet sich derart, daß durch Rückleitung des gespeicherten Kohlenoxyds der Druckausg'eich mit der Atmosphäre herbeigeführt wird. - Danach 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 Schließ en" des 'Ofens' wird das Kohlenoxyd, abgepumpt ,-und, das Betriebsvakuum hergestellt.. Carrying out the procedure. according to the invention is designed in such a way that the pressure compensation is achieved by returning the stored carbon oxide is brought about with the atmosphere. - Then a batch is removed from the cooling pipe, . the hot charge from the reaction tube is transferred into the cooling tube and the furnace, with ^ a new batch loaded / after closing "the 'oven' the carbon dioxide is pumped out and the operating vacuum manufactured.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Es bedeutet darin 1 den. Carburierungsofen mit dem Graphitrohr 2, das als Heizrohr dient' tihääh. seinem freien; Ende in an sich bekannter Weise mit-einem Deckel 3 vakuumdicht verschlossen, ist. Im Rohr 2 befindet sich ein Schiffchen 4 mit dem zu carburierenden Gemisch, das als loseis Pulver oder aber auch in Form von Tabletten vorliegen kann. Das Rohr 2 setzt sich in die Kühlkammer S fort, die beispielsweise aus einem Kupferrohr besteht, das mit einem wasser- * durehfloss'enen Kühlmantel 6 umigeben ist. Den Verschluß bildet wiederum ein vakuumdichter Deckel 7. Aus dem Rohr 2 wird das Reaktionsgas über die Pumpe 8 zu einem Gasometer 9 gefördert!, der über die mit Ventilen versehenen Leitungen. 10 und 11 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 Überlauf leitung abgebrannt oder einer anderen Verwendung zugeführt.The apparatus for performing the method of the invention is shown schematically in the figure shown. It means 1 den. Carburizing furnace with the graphite tube 2, which serves as a heating tube 'tihääh. his free; End in on is closed in a known manner with a cover 3 vacuum-tight. In the pipe 2 there is a Boat 4 with the mixture to be carburized, which is available as a loose powder or in the form of Tablets may be present. The tube 2 continues into the cooling chamber S, for example from consists of a copper pipe, which is surrounded by a water- * durehfloss'enen cooling jacket 6. The shutter in turn forms a vacuum-tight cover 7. From the tube 2, the reaction gas is via the Pump 8 is conveyed to a gasometer 9 !, which is supplied via the lines provided with valves. 10 and 11 with the pipes. 2 and 5 is connected, 'so that the stored gas for the purpose of pressure equalization can be returned to tubes 2 and / or 5 if the gasometer is during carburization is filled, the excess gas is burned off through an overflow line or another Use fed.

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 method of operation of the invention, the duration of a batch is compared to what has hitherto been customary Process shortened to about a quarter, so that in addition to the achievement of high-carbon products, which have almost the theoretical amount of carbon, a considerable technical advance is achieved.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for the production of carbides of metals of Group IVa of the Periodic Table, in particular titanium carbide., by Reacting the corresponding metal oxide with solid carbon in a furnace under reduced pressure Pressure, characterized in that the carbon oxide-containing one developed during the reaction Gas stores: and to release the vacuum after the end of the reaction and that one then, the hot Carbide transferred to a cold room and there! ° 5 allowed to cool in a carbon dioxide atmosphere,

2. Apparatus for performing the - method according to claim 1, consisting of: one the actual carburizing heating tube, in particular graphite tube, and one with this connected cooling chamber, e.g. B. a copper pipe provided with a cooling jacket, and a gasometer, which is connected to the heating tube and / • or the cooling chamber.

1 sheet of drawings