NL8003899A - Werkwijze en inrichting voor de produktie van reactieve metalen en hun legeringen door reductie van de halogeniden. - Google Patents

Description

N/29.805-Kp/vdM * , « - 1 -

Werkwijze en inrichting voor de produktie van reactieve metalen en hun legeringen door reductie van de halogeniden.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de produktie, bij voorkeur continue produktie, van reactieve metalen of hun legeringen, door reactie van hun halogeniden, met name hun chloriden, met een reductiemiddel 5 bij een temperatuur boven de smelttemperatuur van het te verwerken metaal.

Onder reactieve metalen wordt in de onderhavige aanvrage verstaan titaan, zircoon, hafnium, tantaal, niobium, molybdeen, wolfraam, vanadium, aluminium, silicium, cobalt, 10 nikkel, magnesium, thorium, uranium, beryllium en chroom.

De bekende werkwijzen voor het bereiden van de boven genoemde metalen hebben in het algemeen het ongemak, dat ze ofwel discontinu zijn, ofwel een stap moeten omvatten waarbij het metaal opnieuw gesmolten wordt, waardoor ze ofwel 15 kostbaar aan energie zijn, ofwel zeer lage metallurgische rendementen bezitten.

Een van de belangrijkste doelen van de onderhavige uitvinding bestaat uit het voorstellen van een werkwijze, waarmee deze nadelen verholpen kunnen worden.

20 In het bijzonder betreft dit een werkwijze, waar mee het mogelijk is de volgende resultaten te verkrijgen: - de metalen worden direct gevormd en continu in de vloeibare toestand, de voor de smelting van bepaalde metalen benodigde warmte of-tenminste een deel daarvan, wordt ge- 25 leverd door exotherme reacties, waardoor het derhalve mogelijk is om een belangrijk deel van de energie te besparen, - het metaal wordt gewonnen in een dichte vorm, bij voorkeur in een gekoelde koperen gietvorm.

Dienovereenkomstig omvat de werkwijze volgens de 30 uitvinding het stollen van het verwerkte metaal, onder handhaving in de reactiezone, waar de reductie plaatsvindt, van een metaallaag in vloeibare toestand, waarbij de temperatuur hoger is dan de kooktemperatuur of de sublimatietemperatuur van de andere reactieprodukten, bij de druk waarbij de reduc-35 tie plaatsvindt, waardoor deze andere reactieprodukten, zinvol 8003899 - 2 - continu, in gasvormige toestand worden weggevoerd.

Met voordeel omvat de uitvinding het handhaven van een laag van het te verwerken metaal in vloeibare toestand bovenop het gestolde metaal, waarbij het laatste de vorm heeft 5 van een gietblok, dat zinvol continu wordt weggetrokken naarmate van de verwerking van het metaal.

Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding brengt men de reagentia in gasvormige toestand in de reactiezone.

10 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm brengt men de reagentia in de reactiezone volgens een wervelstroom, waardoor samenvloeien mogelijk wordt van vloeibare metaaldruppeltjes, die zich vormen bij de reactie en dan onderworpen worden aan een eentrifugaalkracht.

15 De uitvinding heeft eveneens betrekking op een in richting voor het uitvoeren van de boven genoemde werkwijze.

Deze inrichting wordt gekenmerkt door het feit, dat deze een inrichting omvat voor het inbrengen van de reagentia in gasvormige toestand, die deelnemen aan de boven ge-20 noemde reactie in het bovengedeelte van een gekoelde gietvorm, en een inrichting voor het continu afvoeren van het gas, dat van de reductie komt.

Tenslotte omvat de uitvinding nog het verwerkte metaal, verkregen door het uitvoeren van de werkwijze en/of 25 door middel van de inrichting, zoals hierboven beschreven.

Andere details en bijzonderheden van de uitvinding zullen volgen uit de hieronder gegeven beschrijving, waarbij aan de hand van de aangehechte tekeningen de beschrijving wordt gegeven van een niet beperkend voorbeeld van bepaalde 30 bijzondere uitvoeringsvormen van de werkwijze en van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 is een schematisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding.

35 Figuur 2 is een schematische voorstelling van een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze en van de inrichting.

Figuur 3 is een schematisch aanzicht in doorsnede van een derde vorm van uitvoering van de werkwijze en de in- 8003899 * a - 3 - richting volgens de uitvinding.

Figuur 4 is een doorsnede volgens de lijn IV-IV

in figuur 3.

In de verschillende figuren geven dezelfde refe-5 rentiecijfers analoge of identieke elementen aan.

Volgens de werkwijze van de uitvinding wordt de reductie van een halogenide van het te produceren metaal, met name van het chloride, tot stand gebracht bij een temperatuur boven het smeltpunt van het metaal, dat in bewerking is.

10 Meer in het bijzonder wordt de reactietemperatuur ook hoger gehouden dan de kooktemperatuur of de sublimatie-temperatuur van alle andere stoffen dan het aanwezige metaal in de reactiezone, bij de druk, waarbij de reductie plaatsvindt. Deze stoffen verlaten dientengevolge de reactiezone 15 spontaan in gasvormige toestand.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het in het bijzonder mogelijk de kostprijs van titaan aanzienlijk te verlagen, hetgeen talrijke toepassingen mogelijk maakt in de gehele industrie. De werkwijze heeft eveneens betrekking op de 20 continue produktie van zircoon, hafnium, tantaal, niobium, molybdeen, wolfraam, aluminium, silicium, cobalt, nikkel, magnesium, thorium, uranium, beryllium en chroom.

De uitvinding omvat, zoals boven aangegeven, bovendien een inrichting voor de continue bereiding van deze 25 reactieve metalen door reductie van hun halogeniden, met name door het toepassen van de boven genoemde werkwijze.

Deze inrichting omvat een apparaat, dat goed werkt op industriële schaal bij een zeer hoge produktiviteit.

De aangehechte figuren illustreren duidelijker be-30 paalde uitvoeringsvormen van de werkwijze en van de inrichting volgens de uitvinding voor de produktie van reactieve metalen door reductie van hun halogeniden.

De uitvoeringsvorm, die schematisch in figuur 1 is aangegeven, omvat een gesloten kamer 1, geplaatst boven een 35 gekoelde gietvorm 2, met name door watercirculatie, die niet is aangegeven, een inrichting 3 voor het inbrengen van de reagentia, die deelnemen aan de boven genoemde reductie in het bovengedeelte 2' van de gietvorm 2 en een inrichting 4 8003899 - 4 - voor het continu afvoeren van het gas, dat afkomstig is van de reductie.

De inrichting 3 voor het inbrengen van de reagentia in het bovengedeelte 21 van de gietvorm, omvat voor het 5 halogenide van het te verwerken metaal een eerste holte 5, aanwezig in een oven 6, die door middel van een volumetrische pomp 7 is verbonden met een tweede holte 8, aanwezig in een andere oven 9.

Deze tweede holte staat in verbinding met het 10 bovengedeelte 2' door middel van een inspuitpijp 10.

Een holte 11, eveneens aangebracht in een oven 12, en bestemd voor het bevatten van een reductiemetaal, is door middel van een volumetrische pomp 13 verbonden met een andere holte 14 in de oven 9. Deze holte 14 is op zijn beurt door 15 middel van een inspuitpijp 15 verbonden met de gesloten kamer 1.

De uitvoeringsvorm van de inrichting, getoond in figuur 1, is vooral geschikt voor de reductie van metaalhalo-geniden, die zich in de buurt van de atmosferische druk voor-20 doen in vloeibare vorm binnen een voldoend groot temperatuurs-traject.

In dat geval wordt het halogenide in vloeibare toestand gehouden in de holte 5 door eventuele verwarming door middel van de oven 6 en wordt het gepompt door middel van de 25 pomp 7 naar de holte 8 in de oven 9, waar het tot koken wordt gebracht.

Dit gasvormige metaalhalogenide wordt vervolgens ingebracht in het bovengedeelte 2' door middel van de inspuitpijp 10.

30 Het reductiemetaal, dat aanwezig is in de ruimte 11, wordt gehouden op een temperatuur die ongeveer 50°C ligt boven de smelttemperatuur door middel van de oven 12.

Dit reductiemetaal wordt in gesmolten toestand door middel van de pomp 13 overgebracht naar het inwendige 35 van de ruimte 14, waarin het eveneens tot koken wordt gebracht.

Het reductiemetaal in gasvormige toestand wordt vervolgens op geregelde manier ingebracht in de reactiezone van de gesloten kamer 1, door middel van de inspuitpijp 15.

8003899 t t - 5 -

Het debiet van het gasvormige reductiemetaal wordt geregeld door het debiet van het vloeibare metaal door middel van de volumetrische pomp 7 of door een regelijk van het vermogen in de verdampingsstap, hetgeen in figuur 1 niet is aan-5 gegeven.

In de reactiezone, aanwezig in het gedeelte 2' van de gietvorm 2, is de temperatuur hoger dan de smelttemperatuur van het te verwerken metaal en ook hoger dan de kooktempera-tuur of sublimatietemperatuur van alle andere stoffen, die aan 10 de reactie deelnemen.

Het verwerkte metaal wordt verzameld in de gietvorm 2, die gevormd wordt door een koperen cylinder met dubbele wand, die gekoeld wordt.

De bovenlaag 16 van het metaal, die in contact 15 staat met de reactiezone, blijft in vloeibare toestand, terwijl het metaal 17, dat aanwezig is rond en onder deze laag, gestold is tengevolge van de koeling en een gietblok vormt, dat continu wordt afgevoerd naar beneden toe, zoals aangegeven door de pijl 18, door op zichzelf bekende middelen, zoals door 20 aangedreven loopwielen, die niet in de figuur zijn aangegeven.

Alle andere stoffen dan het metaal verlaten de reactiezone door de inrichting 4, gevormd door een afvoer-schoorsteen. Deze gassen kunnen eventueel worden gevoerd naar een condensor, die niet is aangegeven, voor het terugwinnen 25 van de niet verbruikte reagentia.

De gesloten kamer 1 is gasdicht en heeft een inerte gasatmosfeer, zoals argon of helium en kan in voorkomende gevallen in deze kamer zijn voorzien van een inrichting 19, die een dergelijk gas bevat en die door middel van een buis 20 30 is verbonden met deze kamer 1.

Figuur 2 stelt een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding voor voor het bereiden van reactieve metalen door reductie van hun halogeniden.

Deze uitvoeringsvorm onderscheidt zich van de in 35 figuur 1 aangegeven inrichting door het feit, dat slechts één holle ruimte 5 is voorzien in de inrichting 3 voor het inbrengen van het halogenide in het bovengedeelte 2’ van de gietvorm.

8003899 - 6 -

Deze uitvoeringsvorm is bijzonder geschikt voor het geval waarin het halogenide niet vloeibaar is, zoals bij zircoon en hafnium.

Dergelijke halogeniden worden in gasvormige toe-5 stand overgevoerd door sublimatie door ze te verwarmen door middel van de oven 6.

Het debiet van de gasvormige halogeniden naar de reactiezone wordt hier ingesteld door het afgegeven vermogen van de oven.

10 Met voordeel wordt de reductiereactie, met name voor de minder hoog smeltende metalen, zoals titaan, aluminium, silicium, zircoon, thorium, vanadium, chroom, cobalt, magnesium, uranium en zelfs nikkel, uitgevoerd onder zodanige omstandigheden, dat de calorieën, nodig voor het houden van de 15 reactiezone op de boven genoemde temperatuur, d.w.z. boven de smelttemperatuur van het te produceren metaal en boven de kooktemperatuur of de sublimatietemperatuur van alle andere stoffen, die aan de reactie deelnemen, uitsluitend zullen worden geleverd door de exotherme reactie tussen het metaal-20 halogenide van het te verwerken metaal en het reductiemetaal, zoals een alkalimetaal of een aardalkalimetaal.

Voor de matig hoog smeltende metalen kan men het te verwerken metaal afscheiden door gelijktijdige reductie van het halogenide door middel van een reductiemetaal en van 25 waterstof. Met name gaat het hier om de metalen, zoals titaan, zircoon, thorium, uranium, hafnium, chroom, cobalt, vanadium en evt. in bepaalde gevallen nikkel.

Tenslotte werkt men bij de zeer hoog smeltende metalen, zoals tantaal, niobium, molybdeen, wolfraam en haf-30 nium met voordeel door reductie van het overeenkomstige halogenide door middel van waterstof.

Wanneer uitwendige verwarming boven de warmte, die door de reductiereactie wordt geleverd, nodig blijkt kan men met voordeel gebruik maken van een electrische lichtboog, een 35 plasmaboog-steekvlam of een inductieve plasma-steekvlam, van een beeldoven of van een laserbundel.

De figuren 3 en 4 betreffen een derde uitvoeringsvorm van een essentiëel deel van de werkwijze en de inrichting 8003899 «t * - 7 - volgens de uitvinding, die het voordeel oplevert van het verkrijgen van een zeer aanzienlijke opbrengst bij de produktie van het te verwerken metaal.

Deze werkwijze is gekenmerkt door het feit, dat 5 men de reagentia in gasvormige toestand inbrengt in de reac-tiezone, die aanwezig is in het bovengedeelte 2’ van de gietvorm 2, volgens een wervelstroom. Op deze wijze verenigen zich de kleine metaaldruppeltjes, die gevormd worden in deze stroom door botsing, onder vorming van meer volumineuze drup-10 pels. Deze laatste worden vervolgens onder invloed van de centrifugaalkracht, die geproduceerd wordt door de wervelende beweging, uit de stroom geworpen om zich te verenigen op de laterale wanden van de gietvorm en daar vanaf te druipen door middel van de zwaartekracht, om zich te verenigen met de laag 15 15, die drijft op het gietblok 17.

Dit levert het grote voordeel van het verkrijgen van een zeer snelle scheiding, die continu is en ook zeer ver is voortgezet, van het verwerkte metaal buiten de reagentia en de produkten van de gasvormige reactie.

20 Een zeer eenvoudig middel voor het opwekken van de wervelende beweging van de gasvormige stromen in de reactie-zone is het inbrengen van de gasvormige reagentia in de reac-tiezone volgens richtingen, die hellen ten opzichte van de verticaal, zodanig dat bijv. een circelvormige of spiraalvor-25 mige stroom wordt veroorzaakt.

In de uitvoeringsvorm, die getoond is in de figuren 3 en 4, wordt elk van de twee reagentia ingebracht in het bovengedeelte 2' van de gietvorm en wel tegelijkertijd op verschillende plaatsen, zodanig dat enerzijds een hoog debiet 30 van de reagentia wordt geleverd en anderzijds in een minimum van tijd een mengsel en een contact, dat zo intiem mogelijk is, onder de verschillende reagentia ontstaat.

Bovendien eindigen voor het opwekken van de circelvormige of spiraalvormige stroom elk van de buizen 10 en 15 35 in de reactiezone in de vorm van armen (bijv. twee), voorzien van inspuitmonden 10', 10", 15', 15", die gericht zijn in richtingen, die liggen in tangentiale vlakken aan de coaxiale cylinders van de gietvorm 2 en horizontale componenten bezit- 8003899 - 8 - ten, die gericht zijn in dezelfde circe1vormige richting.

Deze injectiemonden bevinden zich in of een weinig onder een deksel 21, dat op afdichtende wijze het bovengedeelte 2' van de gietvorm afsluit en dat voorzien is van een in-5 richting 4, die dient voor het mogelijk maken van de afvoer van de andere reactieprodukten dan het metaal.

Hieronder worden enkele praktische bereidingsvoor-beelden gegeven van reactieve metalen volgens de werkwijze van de uitvinding.

10 VOORBEELD I

Titaan wordt vervaardigd met de reactie van ti-taanchloride door middel van natrium in de inrichting volgens figuur 1.

Het reductiemetaal, dat dus door natrium wordt ge-15 vormd, wordt in de ruimte 11 gehouden op een temperatuur van de orde van 150°C, d.w.z. ca. 50°C boven het smeltpunt, door middel van de oven 12, die bij voorkeur is gevormd door een electrische weerstandoven.

De temperatuur van elk gedeelte boven 2' wordt ge-20 houden op een waarde, die hoger is dan de kooktemperatuur van de reagentia, met name in de orde van 1100°C.

De relatieve hoeveelheden natrium en titaanchlori-de, die worden ingebracht in dit bovengedeelte 2’ van de gietvorm, worden geregeld door werking op het debiet van de volu-25 metrische pompen 7 en 13.

Omdat titaanchloride bij kamertemperatuur vloeibaar is, is geen verwarming nodig in de ruimte 5, zodat de oven 6 buiten bedrijf kan worden gesteld.

Vóór het inspuiten van de reagentia wordt eerst 30 verscheidene malen de kamer 1 ontgast en onder vacuum gebracht en vervolgens gespoeld met argongas door de buis 20 met atmosferische druk of een weinig boven deze atmosferische druk.

Het totale debiet van de reagentia wordt zodanig geregeld, dat in de reactiezone van het bovengedeelte 2' van 35 de gietvorm, een temperatuur heerst, die hoger is dan de smelttemperatuur van het metaal (1688°C), dus in de orde van 1750°C.

Het debiet per uur van titaanchloride was 2,6 m 3 8003899

« -C

- 9 - (4,4 ton) en van natrium 2,7 ton. Met deze verhouding van reagentia wordt zo een overmaat natrium van 25 % verzekerd, hetgeen de reactie begunstigt.

De reactiewarmte was voldoende voor het handhaven 5 in de reactiezone van een temperatuur van 1750°C.

De afkoeling van de gietvorm 2, die immers gevormd is uit een koperen cylinder, of een cylinder van een van de koperlegeringen met een dubbele wand, waarvan het inwendige wordt doorstroomd door een koelmiddel, wordt zodanig geregeld 10 dat een laag van het geproduceerde metaal in vloeibare toestand blijft in het bovengedeelte van het gietblok. De temperatuur van dit vloeibare metaal wordt 15-30°C hoger gehouden dan het smeltpunt ervan.

Het was mogelijk om op deze wijze een ton titaan 15 per uur te verwerken in de vorm van een homogeen en massief gietblok, dat direct kon worden onderworpen aan smeden en walsen.

Het metallurgische rendement was in de buurt van 90 %.

20 In de loop van deze reductie verliet de rook ge leidelijk de reactiezone. De rook bestond uit gasvormig na-triumchloride, de lagere chloriden van titaan en een overmaat natrium. Dit gas werd vervoerd naar een condensor, waarin de volledige reductie van het metaal bij lage temperatuur werd 25 bereikt, zodat zich dendrieten vormden, die opnieuw ingespoten werden in de vloeibare laag van het metaal, die gevormd was bovenop het gietblok.

De gebruikte gietblokken hebben diameters tussen 80 en 160 mm en hoogten tussen 200 en 400 mm.

30 Wanneer de gietblokken een diameter hebben van 150 mm worden ze uitgetrokken met een snelheid in de orde van 210 mm/min., terwijl gietblokken met een diameter van 100 mm worden uitgetrokken met een snelheid van 470 mm/min., voor de boven aangegeven debieten.

35 VOORBEELD II

Titaan wordt geproduceerd door gelijktijdige reductie van titaanchloride door middel van natrium en van waterstof. De inrichtingen, schematisch aangegeven in figuur 1 en in de figuren 3 en 4, werden hierbij gebruikt, in elk geval 8 0 0 :? 8 9 9 - 10 - aangevuld door een plasma-steekvlam van waterstof, die niet is aangegeven.

In de reactiezone wordt 4,4 kg gasvormig titaan- 3 chloride, 2,7 kg gasvormig natrium en 1,2 m waterstof per uur 5 ingebracht, waarbij de temperatuur wordt gehandhaafd tussen 2450 K en 3570 K, bij voorkeur ca. 3000 K.

De overmaat waterstof wordt opnieuw gebruikt. <

De voorwaarden met betrekking tot de temperatuur van de reagentia en van de reactiezone, alsmede de inspuit-10 methode, waren identiek aan die van voorbeeld I.

De per uur geproduceerde hoeveelheid titaan was in de orde van 1 kg.

Bij deze geringe schaal bleek, tengevolge van de belangrijke thermische verliezen, een toeslagverwarming nood-15 zakelijk.

Hoewel deze toeslagverwarming tot stand kan worden gebracht door een electrische boog, door een beeldoven, door eén laserstraalbundel, of door elke andere gescnikte inrichting, is een doelmatige oplossing het gebruik van een water-20 stof-plasmasteekvlam.

In feite is het plasmagas een reductiemiddel voor het titaanchloride en het is op deze wijze ook mogelijk tegelijkertijd het titaanchloride te reduceren door natrium en door waterstof.

25 De reductie door natrium is exotherm, terwijl de reductie door waterstof endotherm is; dientengevolge heeft het feit van het realiseren van de twee reacties tegelijkertijd tot gevolg, dat wanneer de reactietemperatuur variëert, één van de twee reacties steeds begunstigd zal worden en het 30 globale metallurigische rendement derhalve hoger zal zijn dan het rendement van elk van de twee reacties apart genomen.

VOORBEELD III

Zircoon wordt geproduceerd door reductie van zircoontetrachloride door middel van natrium.

35 Gegeven het feit, dat zircoontetrachloride niet vloeibaar is, wordt een inrichting van het in figuur 2 aangegeven type gebruikt.

Het zircoontetrachloride sublimeert in feite onder 8003899 - 11 - atmosferische druk bij 331°C.

Het natrium wordt tot koken gebracht in de ruimte 14 door de oven 9 voordat het door middel van de buis 15 wordt ingespoten in het bovengedeelte 2' van de gietvorm 2, terwijl 5 het zircoontetrachloride gesublimeerd wordt in de ruimte 5 door verwarming met behulp van de oven 6.

Het gasvormige debiet van dit halogenide wordt geregeld met het door de oven 6 opgenomen vermogen.

Op deze wijze wordt 9 kg zircoon per uur geprodu-10 ceerd door de reductie van 23 kg zircoontetrachloride met 5 kg natrium.

De verhouding van de reagentia verzekert een natriumovermaat van 25 %.

De andere voorwaarden waren identiek aan die van 15 de voorgaande voorbeelden, met dien verstande, dat het slechts het debiet van de reagentia was, dat nu in de reactiezone een temperatuur verzekerde, die hoger lag dan de smelttemperatuur van het zircoon (1860°C) in de orde van 1900°C.

VOORBEELD IV

20 Tantaal wordt bereid door reductie van tantaal- chloride met behulp van waterstof.

Gegeven het feit, dat het hier gaat om een zeer hoog smeltend metaal, eist de verwerking van dit metaal in vloeibare toestand temperaturen boven 3000°C.

25 In het algemeen verschaft de metallothermische re ductie van chloride niet voldoende calorieën voor het bereiken van deze temperatuur? bovendien heeft de exotherme reactie een zeer laag metallurgisch rendement bij zeer hoge temperaturen.

Dienovereenkomstig is in het onderhavige geval een 30 waterstof-plasmatoorts bijzonder geschikt gebleken voor het toevoeren van deze calorieën. In feite werd enerzijds geconstateerd, dat de noodzakelijke hoge temperatuur voor de smelting van het metaal gemakkelijk kon worden bereikt en anderzijds, dat de reductie door waterstof wordt begunstigd door de 35 hoge temperatuur, welke reductie namelijk een endotherme reactie is.

Omdat het tantaal vloeibaar is tussen 3000 en 5000°C wordt de temperatuur in de reactiezone gehouden in de 8003899 - 12 - buurt van 4000°C.

Omdat anderzijds het tantaalchloride smelt bij ca. 220°C was het in principe mogelijk het debiet te regelen door middel van een volumetrische pomp.

5 Omdat echter het temperatuurstraject, waarin het pentachloride van tantaal vloeibaar is, beperkt is (ca. 20°C) werd er de voorkeur aan gegeven het gas'vormige debiet van dit chloride te regelen door het door de ox m 6 opgenomen vermogen, volgens de uitvoeringsvorm weergegeven in figuur 2 en 10 zoals uiteengezet in het boven genoemde voorbeeld III.

Onder deze reactie-omstandigheden kon men zo 1 kg tantaal per uur verwerken door reductie van 2,1 kg tantaal- 3 pentachloride met 1,2 m waterstof, waardoor een belangrijke overmaat aan reductiemiddel wordt verzekerd (de molaire ver-15 houding H-^/TaCl^ = 10) .

De overmaat waterstof wordt opnieuw gebruikt voor de reductie.

Het metaal was gestold in de gietvorm uit gekoeld koper, zoals in de voorgaande voorbeelden.

20 Zoals volgt uit het voorgaande is het essentiëel, dat de reagentia in gasvormige toestand direct worden ingébracht in het bovengedeelte van de gietvorm en niet bijv. in een afzonderlijke reactiekamer.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding niet is 25 beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen en dat hierin varianten kunnen worden aangebracht, zonder te gaan buiten het kader van de onderhavige aanvrage.

Op deze wijze kunnen de reactieve metalen zowel in zuivere vorm als in legeringsvorm met andere reactieve ele-30 menten worden vervaardigd, zoals legeringen van titaan-alumi-nium-vanadium.

35 8003899

Claims (28)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van reactieve metalen of hun legeringen door reactie van hun halogeniden, met name hun chloriden, met een reductiemiddel bij een tempe- 5 ratuur boven de smelttemperatuur van het te verwerken metaal, met het kenmerk, dat deze bestaat uit het stollen van het verwerkte metaal, onder handhaving in de reac-tiezone 2', waar de reactie plaatsvindt, van een laag 16 van dit metaal in vloeibare toestand bij een temperatuur boven de 10 kooktemperatuur of de sublimatietemperatuur van de andere reactieprodukten, bij een druk waarbij de reductie plaatsvindt, zodat de reactieprodukten continu in gasvormige toestand worden afgevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk , dat de laag van het verwerkte metaal 16, in vloeibare toestand wordt gehouden boven het gestolde metaal 17, waarvan het laatste zich in de vorm van een gietblok bevindt, dat praktisch continu wordt uitgetrokken, naarmate van de verwerking van het metaal.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men de reagentia, gevormd door de halogeniden en het reductiemiddel, in de reactiezone 2' inbrengt in gasvormige toestand.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met 25 h e t kenmerk, dat men de reagentia in de reactiezone 2' inbrengt volgens een wervelende stroom, zodanig dat samenvloeien mogelijk is van de vloeibare metaaldruppeltjes, die gevormd worden door de reactie, in deze stroom, waarbij ze worden onderworpen aan een eentrifugaalkracht.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk , dat men de reagentia in de reactiezone 21 inbrengt volgens een richting, die hellend is ten opzichte van de verticaal.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met 35 het kenmerk, dat men de reagentia in de reactiezone inbrengt volgens een stroom, die praktisch circelvormig of spiraalvormig is.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met 8003899 - 14 - het kenmerk, dat men de reactiezone vormt in het bovengedeelte 21 van een gietvorm 2, waarin men een laag van het verwerkte metaal 16 in vloeibare toestand houdt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het 5kenmerk , dat men de agglomeratie van geproduceerde metaaldruppeltjes in de wervelende stroom op de zijwanden van de gietvorm realiseert door centrifugaalkracht.

9. Jerkwijze volgens conclusies 3-8, met het kenmerk, dat men tenminste één van de reagen- 10 tia in een eerste stap opwarmt tot boven de smelttemperatuur en in een tweede stap tot boven de kooktemperatuur van het reagens, of een temperatuur daarboven, welk reagens vervolgens praktisch continu uit de eerste trap naar de tweede trap wordt overgebracht, bijv. door middel van een volumetrische pomp.

10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat men voor de reagentia, die bij atmosferische druk sublimeren, het debiet daarvan naar de reactiezone 2' regelt door een regeling van de calorieën, die geleverd worden aan deze reagentia.

11. Werkwijze volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat met name voor de relatief weinig hoog smeltende metalen, zoals titaan, zircoon, thorium, vanadium, chroom, cobalt, aluminium, silicium, magnesium en uranium de reductiereactie wordt uitgevoerd onder zodanige om- 25 standigheden, dat de calorieën voor het handhaven van de reactiezone op de genoemde temperatuur in wezen worden geleverd door de exotherme reactie tussen het te verwerken metaal-halogenide en een reductiemetaal, zoals een alkalimetaal of een aardalkalimetaal.

12. Werkwijze volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat men het te verwerken metaal afscheidt door gelijktijdige reductie van het halogenide daarvan met een reductiemetaal, zoals een alkali- of aardalkalimetaal, en waterstof.

13. Werkwijze volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat men het metaal bewerkt door reductie van het halogenide van het metaal met waterstof.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, met 9003899 - 15 - het kenmerk, dat men in de reactiezone een aanvulling van calorieën van buitenaf inbrengt door middel van een waterstof-plasmatoorts.

15. Werkwijze voor de produktie van reactieve 5 metalen door reductie van hun halogeniden, zoals beschreven hierboven, of geïllustreerd door de aangehechte tekeningen. }

16. Inrichting voor de produktie van reactieve metalen door reductie van hun halogeniden, met name d ,or het uitvoeren van de werkwijze volgens één van de voorgaande conclu- 10 sies, met het kenmerk, dat deze een inrichting 3 omvat voor het in gasvormige toestand inbrengen van de reagentia, die aan de reductie deelnemen, in het bovendeel 2' van een gekoelde gietvorm 2 en een inrichting 4 voor continue evacuatie van het gas, dat van de reductie afkomstig is.

17. Inrichting volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat deze een inrichting 19, 20 omvat voor het handhaven van een praktisch inerte atmosfeer in net bovengedeelte van een gekoelde gietvorm.

18. Inrichting volgens conclusie 16 of 17, met 20het kenmerk, dat de inrichting 3 voor het inbrengen van de gasvormige reagentia in het bovendeel van de gietvorm 2, voor elk van de reagentia tenminste een injectie-pijp 10, 15 omvat, uitlopend volgens een hellende richting ten opzichte van de verticaal in of onder het bovengedeelte 2’ van 25 de gietvorm 2, zodanig dat in dit gedeelte door de reagentia een praktisch wervelende stroom wordt gevormd, waardoor het mogelijk is door centrifugaalkracht die op deze wijze wordt opgewekt in de stroom, de druppels van het verwerkte metaal er buiten te werpen.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de inrichting 4 voor de evacuatie van het gas, dat van de reactie afkomstig is, middelen omvat voor het afzuigen buiten het bovendeel van de gietvorm van dit gas in een richting, die verschilt van die van de hiervoor 35 aangegeven centrifugaalkracht.

20. Inrichting volgens conclusies 16-19, met het kenmerk, dat de inrichting 3 voor het inbrengen van de reagentia in het bovendeel 21 van de gietvorm 2, 8003899 - 16 - voor elk van de reagentia, die bedoeld zijn om in dit gedeelte te worden ingebracht, tenminste een voorverwarmingsruimte 5, 8, 11, 14 omvat, die het inbrengen mogelijk maakt van de reagentia in gasvormige toestand in het bovendeel 2'.

21. Inrichting volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de inrichting 3 voor het inbrengen van de reagentia in het bovendeel 2' van de gietvorm 2 voor tenminste één van de reagentia twee ruimten in serie omvat 5, 8 en 11, 14, die onder elkaar zijn verbonden door over- 10 drachtsmiddelen, zoals een volumetrische pomp 7 en 13, verwarmingsmiddelen 6 en 12 aangebracht zijn voor elk van deze ruimten, een eerste ruimte 11, 6 die bedoeld is voor het opnemen van het reagens in vloeibare toestand, een tweede ruimte 8, 14 die bedoeld is voor het opnemen van het vloeibare rea- 15 gens komende uit de eerste ruimte in damptoestand en die verbonden is met het bovendeel 2' van de gietvorm 2.

22. Inrichting volgens conclusies 18-21, met het kenmerk, dat de injectiepijpen van het reagens 10 en 15 uitmonden in een gebied, dat praktisch gelegen is in 20 de nabijheid van de opstaande wand van gietvorm 2 en volgens richtingen, die lopen in de tangentiaalvlakken aan de coaxiale cylinders met de gietvorm, welke richtingen horizontale componenten hebben, die gericht zijn in dezelfde circelvormige richting.

23. Inrichting volgens conclusies 16-22, met het kenmerk, dat deze een deksel 21 omvat, dat op praktisch gasdichte wijze aansluit op het bovendeel 2' van de gietvorm 2.

24. Inrichting volgens conclusie 23, met 30 het kenmerk, dat de inspuitbuizen 10 en 15 uitmonden in het deksel 21.

25. Inrichting volgens conclusies 16-24, met het kenmerk, dat deze een verwarmingsinrichting omvat voor het aanvullend toevoeren van calorieën aan de reac- 35 tiezone in het bovengedeelte 2' van de gietvorm 2 en/of voor het handhaven van een deel van het verwerkte metaal in de vloeibare toestand in dit deel van de gietvorm.

26. Inrichting volgens conclusies 16-25, met 8003899 - 17 - het kenmerk, dat middelen zijn aangebracht voor het verplaatsen van het gietblok in de gietvorm, naarmate van de verwerking van het metaal, aan de ingang van de gietvorm.

27. Inrichting voor de produktie van reactieve 5 metalen, zoals hierboven beschreven, of zoals getoond door de aangehechte tekeningen.

28. Metaal of legering, verwerkt door gebruik van de werkwijze en/of de inrich ing, zoals hierboven beschreven of getoond door de aangehechte tekeningen. 10 15 8003899