NO162121B - Fremgangsmaate ved fremstilling av titan, samt apparat forutfoerelse av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av titan, slik som angitt i krav l's karakteriserende del, samt et apparat som angitt i kravene 10-16 for utførelse av fremgangsmåten.

Titanmetall fremstilles industrielt generelt ved reduksjon

av titan tetraklorid med smeltet magnesium i henhold til ligningen TiCl4 + 2Mg-+ Ti + 2MgCl2 idet titan tetraklorid innmates til magnesium inneholdt i en digel som er oppvarm-bar ved hjelp av en omliggende ovn. Under en slik prosess vil digelen på innsiden utsettes for en temperatur over 800°C såvel som et overtrykk som er tilveiebragt for å forhindre penetrering av omgivende luft og i mange tilfeller hvor magnesiumklorid-biproduktet tappes av i form av en væske under eller ved slutten av reduksjonen heves trykket til et overtrykk på 1 kg/cm 2. Karet som skal anvendes for et slikt forhold må utvise en mekanisk styrke tilstrekkelig til å bære vekten av både innholdet og karet selv under de kombinerte betingelser av slike forhøyde temperaturer og trykkforskjel-ler. Selv om varmeresistent stål er tilgjengelig, er en relativt tykk vegg nødvendig for å oppnå tilstrekkelig fysisk styrke, hvilket er ufordelaktig fordi et slikt materiale er relativt kostbart. Eksempelvis når et kar er fremstilt av 13-Cr type rustfritt stål med en indre diameter på 1,5 m og en lengde på 4,5 m med en kapasitet på 3 tonn av titanproduk-tet vil et slik kar veie opptil 6 tonn med en veggtykkelse på 3 2 mm.

På den annen side er det ønskelig at slike kar kan konstrueres for en større kapasitet for forbedret produksjonseffektivitet pr. sats. I praksis er dette et vanskelig problem å l<*>se ved påtenkt konvensjonell drift fordi slike større kar inn-befatter en ytterligere forøket veggtykkelse og med derav følgende forøket vekt, hvilket medfører at utstyr så som heiser for transport av kar må gis en større kapasitet. ;I tillegg vil kommunikasjon mellom reaksjonsbetingelsene ;inne i karet og regulering på utsiden av dette, eller temperaturmålinger ved hjelp av termometer plassert på ytre overflaten av karet og temperaturkontroll av kald luft som sirku-lerer rundt karet forsinkes på ugunstig måte som følge av den tykke vegg av eksempelvis Cr-rustfritt stål som er en relativt dårlig varmeleder. Ytterligere vil ikke slike for-tykkede vegger være effektive til å gi tilstrekkelig lang levetid. Nikkellegert stål er foretrukket på grunn av den forbedrede varmeresistens, men er ikke uten videre anvend-bar, uten en spesiell behandling så som påføring av en spesiell foring fordi nikkelbestanddelen forbrukes ved legering med magnesiumet under prosessen. Ytterligere er det for dette materialet fare for sprekkdannelse som følge av iboen-de intergranulær korrosjon hvilket muliggjør fare for ut-strømning av det flytende væskeinnholdet fra karet. ;For utøvelse av prosessen er eksempelvis kjent fra tysk patent nr. 1084923 en konstruksjon som har stor utbredelse og som generelt omfatter et sylindrisk element med en lukket bunn for;å inneholde den flytende fase og et andre sylindriske element anordnet i det første og som i bunnen er lukket med en avtagbar gitterplate som er forsynt med et antall hull som selektivt bærer den faste fase. Titantetraklorid tilfør-es enten som væske eller damp til satsen av smeltet magnesium som inneholdes i karene som initialt er fyllt til et nivå noe over gitterplaten for initiering av reaksjonen. Da titanmetallet så vel som magnesiumkloridet er tyngre enn flytende magnesium, vil disse bestanddeler synke ned, hvorved metallet vil hvile på gitterplaten mens kloridet vil hvile på bunnen av det ytre kar. Under reaksjonsforløpet vil innholdet i karene tilta i mengde slik at magnesiumet vil stige til et høyere nivå ved hvilket reaksjonen i det vesentlige finner sted. Magnesiumkloridet kan tappes av med passende inter-valler under prosessen, slik at magnesiumnivået senkes og derved tilveiebringer et utnyttbart rom over magnesiumover-flaten nar reaksjonen gjenopptas. En slik syklus fortsettes inntil det ikke er mere magnesium tilgjengelig i karet. Innføringen av titantetraklorid avsluttes når innholdet i karet har et overflatenivå ved eller over en forhåndsbestemt øvre grense. Det metalliske reduksjonsmiddel blir i enkelte ;i tilfeller fornyet etterat klorid biproduktet er fjernet, når metallet er forbrukt, spesielt i tilfeller hvor<!>karene er konstruert med et relativt lite indre volum. Imidlertid ved slike konvensjonelle teknikker hvori reaksjonen utføres ved å variere magnesiumnivået opp fra startposisjonen like over bunnplaten fører til at titan har en tendens til å avsette seg som en hul masse full av lukkede store hulrom og således blokkere en del av det smeltede magnesium til å nå overflaten av reaksjonsbeholderen og følgelig blir mag-nesiumutnyttelsen lav. Den ovenfor beskrevne reaksjon styres vanligvis ved hjelp av temperaturmåling av reaksjonssonen (i nærheten av den smeltede magnesiumoverflate) ved hjelp av termometere plassert /i forskjellige høydenivåer på den ytre overflate av det ytre kar. Da en forhøyet temperatur i området nær karveggen forårsaker forurensning av metallproduktet avsatt på denne ved legering med veggmateri-alet, vil dette føre til en dårlig produktrenhet. Da reaksjonen er av eksoterm natur, blir dette området kontrollert slik at temperaturen ved omkretsområdet kan holdes sikkert ;under legeringspunktet mellom de to materialer, enten ved å moderere innmatningen av titantetraklorid eller ved å kjøle sonen fra utsiden av karene. I det førstnevnte tilfellet vil omsetningshastigheten nødvendigvis forbli lav, mens i det sistnevnte tilfellet vil riktig regulering av reaksjonen være relativt vanskelig på grunn av et varierende magnesiumnivå hvor reaksjonen finner sted, hvilket ikke kan påvises presist å følges opp nøyaktig med en så ufølsom teknikk hvori anvendes temperaturmålinger gjennom karets relativt tykke vegger. ;En annen teknikk som vist i US patent nr. 3.158.671 er vist titanfremstilling fra titan tetraklorid hvor tetrakloridet og magnesium alternativt innføres i et indre sylindrisk kar som er innelukket i et annet sylindrisk kar og som har en vegg full av små hull med nærmere angitte dimensjoner. Det er beskrevet hvorledes magnesiumkloridproduktet selektivt kan fjernes fra magnesiumreduksjonsmidlet gjennom de angitte hull så vel som alternerende innmatning av satser av reak-tantene hvorved tillates en forbedret magnesiumeffektivitet såvel som erholdelse av en jevn omsetningshastighet. Imidlertid er det funnet at teknikken krever relativt sofistikerte og kostbare anordninger for injeksjon av smeltet magnesium såvel som spesielle hull i karveggen som synes å forandre størrelse eller delvis gjentetning eller fullstendig gjentetning av finfordelt fast titan dannet under reaksjonen. ;En ytterligere apparåtkonstruksjon er vist i US patent ;nr. 3.684.264, i henhold til hvilket reduksjonsseksjonen i et slik apparat utgjøres av en enkelt sylinderkonstruk-sjon. Titantetraklorid reduseres og titanmetall avsettes i dette ene kar.Fra BRD uti.skrift nr.1084923 er det kjent å utføre en slik prosess i et apparat bestående av en ytre og indre beholder slik at det dannes et mellomrom. Fra BRD uti.skrift nr. 1094718 er det kjent en autoklav for høytemperatur-reaksjoner, der et mellomrom mellom en trykkmantel og et indre reaksjonsrom er forbundet med en trykkutjevningsinnretning. Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte ved fremstilling av titanmetall ved reduksjon av titantetraklorid med magnesium, hvilken fremgangsmåte i det vesentlige er fri for de ovenfor nevnte ulemper, og som er særpreget ved det som er angitt i krav l<*>s karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-9.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et forbedret apparat for å utføre slike metoder i praksis.

I henhold til oppfinnelsen er det først tilveiebragt en fremgangsmåte for fremstilling av titanmetall fra titantetraklorid, hvilken fremgangsmåte omfatter å holde magnesium i smeltet tilstand i et rom som er anordnet inne i et langstrakt kar som kan oppvarmes ved hjelp av en omliggende ovn, innføre tetraklorid på magnesiumet hvorved disse to reaktanter omsettes til å gi titanmetallprodukt og magnesiumklorid biprodukt og fortsette denne reaksjon inntil det i karet er avsatt en vesentlig mengde titanmetall og utvinne metallproduktet og kloridbiproduktet, idet forbedringen i det vesentlige omfatter tilveiebringelse av et indre rom som er lufttett forseglet og trykkregulerbart mellom karet og ovnsanordningen og holde dette mellomrom ved et trykk ved hjelp av en inert gass nær trykket inne i karanordningen mens denne oppvarmes ved hjelp av ovnen. En ytterligere forbedring som i det vesentlige omfatter å'påbegynne innføring av tetrakloridet på et overflatenivå av smeltet magnesium, hvilket nivå ligger vesentlig adskilt i vertikal retning fra en anordning som mottar en vesentlig del av det nedsynkende titanmetallprodukt og utføre det smeltede biprodukt, slik at magnesiumoverflatenivået kan holdes innen et begrenset område og således muliggjøre, fra begynnelsen til slutten av reaksjonsforløpet, en vesentlig vertikal avstand mellom nivået hvor titanmetallet dannes og anordningen hvorpå metallproduktet akkumuleres, idet temperaturbetingelsene spesielt reguleres i dette området. Selv om slike fremgangsmåter kan utføres med konvensjonelle anordninger av forskjellige typer, egnet for en tilsvarende fremstilling av titanmetall, så ut-føres de fortrinnsvis ved hjelp av et apparat i henhold til oppfinnelsen ved fremstilling av titanmetall ved reduksjon av titantetraklorid med smeltet magnesium, hvilket apparat omfatter: et sylindrisk ytre kar hvis øvre ende er lukket med et fjernbart lokk, en ovnsanordning som er anordnet til å inneslutte en vesentlig del av karet fra bunnen og opp, og hvor det er anordnet et mellomrom forseglet i det vesentlige lufttett, et sylindrisk indre kammer forsynt med rørtilførsel for innføring av titantetraklorid og hvis bunn er forsynt med en fjernbar plate, hvilken plate er forsynt med et antall gjennomgående hull som opptar nedsynkende fast titan-produktmetall, men tillater passasje av det flytende biprodukt av magnesiumklorid såvel som smeltet magnesium, samt en kanalanordning som utstrekker seg inn i det ytre kar for ut-føring av biproduktet, hvilket ytre kar er forsynt med en kjølekappe ved en øvre del av det indre kar som er delbart forenet med lokket.

Ved foreliggende oppfinnelse, spesielt vedrørende den første fremgangsmåte er det anordnet et lufttett forseglet lukket rom,(i det etterfølgende betegnet som mellomrom) mellom karet og ovnsanordningen, vanligvis forseglet ved hjelp av en flensdel forsynt med en varmeresistent pakning. En slik inert gass som argon er fyllt i mellomrommet. Rår ovnsanordningen aktiveres og reaksjonen forløper inne i karet, varieres trykket innenfor og utenfor karet for å bibeholde en trykkdifferanse innen et gitt område, fortrinnsvis på

0,2 kg/cm 2. Jo nærmere 0, desto bedre. Således oppnås en vesentlig strekkavlastning som følge av trykkforskjellen, hvilket er av betydning ved de høye temperaturer hvor reaksjonen finner sted og karet kan således bestå av karbonstål av visse grader, som til nå har vært betraktet som uegnet for slikt formål på grunn av den utilstrekkelige mekaniske styrke ved forhøyet temperatur. Det kan således anvendes et billigere stål enn det konvensjonelt anvendte relativt kostbare rustfrie stål. Også alternativt muliggjør oppfinnelsen konstruksjon av et kar for en slik prosess med vesentlig for-øket kapasitet.

Med hensyn til den andre metode samt apparat, så utføres magnesiumkloridet i smeltet tilstand fra karet, kontinuerlig eller intermittent med jevne eller ujevne tidsintervaller, via en kanalanordning som utstrekker seg inn i karet ved dets bunndel. Magnesiumets overflatenivå bibeholdes i det vesentlige i en vertikal avstand fra bunnhullplaten, hvilken avstand varierer avhengig av karets kapasitet. Karet avkjøles fra utsiden på en eller annen måte. En sylindrisk kappe som er festet til den ytre flate av det ytre kar og gjennom hvilken kald luft sirkuleres, er rimelig å konstruere og virker effek-tivt.

Karanordningen ifølge foreliggende oppfinnelse utgjøres for-delaktiv av en dobbel sylindrisk konstruksjon, selv om det er åpenbart at den førstnevnte fremgangsmåte kan anvendes

i en enkelt sylindrisk konstruksjon som vist i det tidligere nevnte US patent nr. 3.684.264.

Når den taes ut av ovnen, frigjøres det indre sylindriske kar fra lokket for utføring av reaksjonsproduktene og for ifylling av nytt magnesiummetall. Forbindelsen mellom lokket og karet kan utføres på mange måter. Eksempelvis kan karet anordnet hengende fra lokket via et relativt tynt rørformet legeme (flaskehals) som er skåret "to disassemble" og sveiset til en enhet; eller det indre kar med en generelt rett sylindrisk konstruksjon festes til lokket ved hjelp av flere bolter som er ført gjennom lokket i en relativt tykkvegget toppkant av karet, hvilke bolter fortrinnsvis tvangskjøles ved deres hoder. En ytterligere mekanisk kopling kan være anordnet for å lette plassering og sikre tetthet. For dette forhold kan tilstøtende flater mellom lokket og karet være forsynt med en sirkulær tapp, samt et spor hvori denne passer , en pu hver side. I et annet tilfelle kan lokket være forsynt med et relativt kort sylindrisk skjørt ved hjelp av hvilket karet settes i en nær teleskopisk forbindelse, enten plassert på utsiden eller innsiden. Ytterligere kan slik bolting og sekundære koplingsanordninger erstattes ved en såkalt bajonettfatning, ved hvilken flere pinner dller klammere festet til karet innføres i respektive L-formede smale spalter og deretter dreies i forhold til karet, og således sikrer en fast forbindelse.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til

de vedlagte tegninger, hvori fig. 1 viser et sideriss av et apparat egnet for utførelse av den første fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et sideriss av et apparat konstruert i henhold til oppfinnelsen og som er spesielt egnet for utøvelse av den første fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 3(a) - (c) viser skjematisk detaljer av forskjellige varianter av forbindelsen mellom det indre kar og topplokket, og fig. 4 viser et sideriss av et annet apparat konstruert i henhold til oppfinnelsen og som er spesielt egnet for utførelse av både den første og andre av fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen .

I figurene og med spesiell henvisning til fig. 1 er en lufttett lukkbar elektrisk ovn angitt med 1 og omfatter en i det vesentlige sylindrisk vegg 2 fremstilt av et ildfast materiale og belagt med et skall 3, og et varmeelement 4 er anordnet på dens indre overflate og er eksempelvis fremstilt av en Ni-Cr-legering.

Ovnen 1 er anordnet slik at den omslutter et sylindrisk kar eller kammer 5 for oppvarmning av denne. Karet i henhold til oppfinnelsen kan eksempelvis bestå av karbonstål av SS grad (JIS betegnelse). Karet 5 har et topplokk 8 med kanaler 7

og 8 festet dertil og fyllt med et isolerende materiale så

som perlitt, samt er forsynt med rør 9 og 10 hvorav det siste er forsynt med en ventil 11 og hvor røret utstrekker seg ned i karet 5 gjennom lokket, idet rørene henholdsvis er beregnet for innføring av titantetraklorid i karets øvre ende og for utføring av magnesiumklorid nær bunnerden av karet. Lokket er også forsynt med gjennomgående rør 12, 13

for henholdsvis tilførsel av inert gass og for avtapning og evakuering av karet 5, samt en trykkindikator 14. En pakningsring 15, eksempelvis av varmeresistent gummi, er anordnet mellom karets flens 16 og ovnen 1 for å sikre en lufttett forsegling i mellomrommet 17 anordnet mellom karet 5 og ovnen 1, i hvilket mellomrom er innført et rør 18 forsynt med en trykkindikator 19 for trykkregulering.

Et slikt kar kan være forsynt med et ytterligere indre sylindrisk element, slik som vist i fig. 2, som viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Denne utførelsesform av apparatet er i det vesentlige tilsvarende den vist i fig.

1 og omfatter et ytre sylindrisk kar 21 med lukket bunn, et topplokk 22 av stål med kanner 23, 24 fyllt med et varme-isolerende materiale og en elektrisk ovn 25 bestående av en ildfast vegg 26, et jernskall og et varmeelement 28. Inne i karet 21 er anordnet et i det vesentlige sylindrisk kar 30 ved hvis åpne bunnende er anordnet en gitterplate 31 perfor-ert med et antall hull.

For å fremme separering og sammensetning av det indre kar og lokket så vel som å sikre en tett forbindelse er det indre kar 30 i henhold til den viste utførelsesform forenet med lokket 22 ved hjelp av flere gjengede bolter 32 ført igjennom toppdelen av den relativt tykke veggdel av karet, slik som det fremgår bedre av fig. 3a) og b) samtidig med at en ytterligere mekanisk kobling så som en sirkulær tapp som passer tett i et sirkulært spor 34. Istedetfor en slik tapp-spor-kobling kan en teleskopisk forbindelse også anvendes bestående av et relativt kort sylindrisk skjørt eller ring festet til lokket og som henger ned fra dette og har slike dimensjoner at dan tett tilsluttende kan forbindes med karet. Boltene er fortrinnsvis forsynt med en toppende dekket med respektive dekkmuttere 36 som fordelaktig er vannavkjølte.

Som erstatning for bolter og koblingsforbindelse kan anvendes såkalt bajonettforbindelse (vist skjematisk i fig. 3 (c)

hvor flere bøyde klør 37 er festet til lokket i et sirkulært arrangement og innføres i L-formete spalter 38 formet til å motta hver klo ved toppen av karet 30 og når elementene 25, 30 er presset mot hverandre inntil de er i nær kontakt og deretter dreies i forhold til hverandre til et anlegg, vil det således tilveiebringe en sikker forbindelse mellom karet og lokket.

Gjennom lokkelementet 22 som angitt ovenfor er ført rør

39, 40, 41 med en trykkindikator 42, utstrekker seg inn i karet 30, for hhv innføring av titantetraklorid, tilførsel av inert gass og avgassing av karene. Selv om ikke vist spesielt er en varmeresistent pakningsring innskutt mellom karets 21 flensdel 43 og ovnen 25 for å gi et i det vesentlige lukket mellomrom 44, hvis trykk kan reguleres slik som for utførelsesformen ifølge fig. 1.

Apparatarrangementet vist i fig. 4 er et eksempel som er an-vendbart både for den første og andre fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen. I dette tilfellet, som i de ovenfor nevnte eksempler har det ytre sylindriske kar 50 et fjernbart lokk 51 som er lufttett forseglbart og er forsynt med en kjølekappe 52 og er plassert inne i en elektrisk ovn 53 som omfatter en ildfast vegg forsynt med et ytre jernskall 55 og hvis indre overflate er forsynt med et varmeelement 56 som er oppdelt i regulerbare seksjoner. Det ytre kar 50, spesielt i dette eksempel, omfatter en sylindrisk vegg som i det øvre området er forsynt med en sylindrisk kappe 57 for avkjøling ved sirkulasjon av kald luft derigjennom samt en kanal 58 forsynt med en ventil 59, hvilken kanal 58 strekker seg ned til karets nedre bunnende for utføring av smeltet magnesiumklorid biprodukt. Inne i karet 50 er det anordnet et i det vesentlige sylindrisk indre kar 6 0 med åpen bunn dekket av en gitterplate 61 som er avtagbart festet til denne og beregnet for å oppta nedsynkende fast titanmetallprodukt mens den tillater passasje av slike væsker som magnesiummetall og magnesiumklorid. Kjølekappen 57 og gitterplaten 61 er anordnet i et i det vesentlige vertikalt rom derimellom.

Lokket 51 er forsynt"med en kanne 62, pakket med et egnet isolerende middel og fortrinnsvis forsynt med et ikke vist varmeelement for å forhindre størkning av magnesiummetall på kannens overflate, som kan føre til vanskeligheter mht metallproduktets renhet. Et rør 63 og rørene 64 og 65 med en trykkindikator 66 er hver anordnet til å utstrekke seg gjennom lokket 51 og inn i og på utsiden av det indre kar 60 for anvendelse som innmatning av titantetraklorid så vel som for tilførsel av inert gass samt for å avgasse eller avtappe eller evakuering av karene 50, 60. Selv om det ikke er vist spesielt er det dannet et lukket mellomrom 67 mellom det ytre kar 50 og ovnen 53, hvilket rom er forseglet med en varmeresistent pakningsring anordnet mellom flensdelen 86 og ovnen 53 og hvor dette mellomrom kan trykkreguleres på samme måte som vist i fig. 1.

Hvis ønsket kan en kanal-anordning (ikke vist) også anordnes for å tilføre magnesiummetall i smeltet tilstand til det indre kar 60 for å oppnå en forlenget driftsperiode^.

EKSEMPLER

Eksempel 1

Et arrangement i det vesentlige som vist i fig. 1 ble anvendt og som i det vesentlige omfattet et sylindrisk kar, som digel og som var fremstilt av et SS-grad (JIS-betegnelsen) karbonstål og med en indre diamter på 1,8 m,en lengde på

4,5m og en veggtykkelse på 30 mm såvel som en sylindrisk ovn med en ytre diameter på 2,5 m med et ytre jernskall med en tykkelse på 10 mm. Kammeret ble fylt med 7,5 tonn magnesium og var forsynt med en indre atmosfære av argon-

gass på noe positivt trykk på 0,2 kg/cm 2 (manomentertrykk og vil bli anvendt som sådan i det etterfølgende) og så innført i ovnen. Festet med bolter og forseglet med pakningsring av varmeresistent gummi, innskutt mellom kammeret ved en flens og ovnen ble det erholdt et mellomrom mellom de to elementer som var festet med en i det vesentlige lufttett forsegling som ble avgasset til våkum og deretter fylt med argon med et trykk på 0,2 kg/cm 2. Ovnen ble tilført kraft for å oppvarme karet til ca. 800°C og for å smelte magnsiumet i dette. Under oppvarmningen ble trykket i mellomrommet regu-

2

lert slik å være likt med eller opp til 0,1=0,2 kg/cm over nivået inne i karet ved at dette nå og da ble trykkavlastet. Etterat temperaturen på 800°C ble oppnådd inne i karet ble titantetraklorid innført i karet i en mengde på 500 kg/h. Trykket steg gradvis inne i karet og omsetningen mellom metallet og titantetrakloridet forløp eksetermt og argon-

gass ble tilført til mellomrommet for å holde trykknivået likt med eller noe over det inne i kammeret. Under reaksjons-forløpet ble magnesiumklorid biprodukt utført fra karet hver 4. time og trykket i mellomrommet ble regulert til å tilsvare det inne i karet. Som resultat derav ble det 40 t etter innføring av titantetraklorid erholdt ca. 5 tonn titanmetall i form av svamp.

Det indre kar utviste ikke noen vesentlig deformasjon etter

50 slike produksjonsforsøk, hvilket er det vanlige praktiske leveliv for et kar av konvensjonell konstruksjon, mens karet i henhold til oppfinnelsen fremdeles var i god stand for ytterligere anvendelse.

Eksempel 2

Forsøket ble gjentatt i alt vesentlig' som angitt i eksempel

1, bortsett fra trykket som ble holdt 0,1=0,15 kg/cm <2>høyere i mellomrommet enn i karet. Et tilsvarende godt resultat ble oppnådd og det indre kar var i god tilstand etter 100 gjentatte slike forsøk.

Eksempel 2

Apparat nevnt i eksempel 1 ble anvendt. Dette kar ble fyllt med 7,5 tonn magnesium og satt under en nitrogenatmosfære på 0,2 kg/cm 2 og plassert i ovnen. Mellomrommet mellom karet og ovnen ble avgasset ved hjelp av vakuum og deretter fyllt med argon til et trykk på 0,6 kg/cm 2 . Ovnen ble opp'varmet for å varme det indre kar til ca. 800°C for å smelte det til-stedeværende magnesium. Når trykket steg både i karet og i mellomrommet ble regulering utført ved passsende avtapning slik at trykket i det indre rom var innen 0,2 kg/cm 2 i forhold til trykket i karet, enten positivt eller negativt, men oversteg aldri 0,5 kg/cm 2 manometertrykk. Etterat temperaturen på 800°C var nådd, ble titantetraklorid innført som væske i karet gjennom et rør ved toppen i en mengde på 500 kg/h. Mens trykket gradvis steg inne i karet under reaksjonens forløp ble ytterligere argon tilført til mellomrommet slik at trykket deri var i det vesentlige identisk med det i det indre kar. Magnesiumklorid biprodukt ble utført hver 4. time under produksjonsforsøket og trykket i mellomrommet ble justert til å ligge innen de ovenfor gitte grenser fra trykket i karet.

Ca. 5 tonn titansvamp ble erholdt etter tilsetning av titantetraklorid i 40 h. Det ytre kar var i god kondisjon etter 40 gjentatte forsøk og tillot ytterligere produksjon.

Eksempel 4

Titantetraklorid ble omdannet til metall på samme måte som beskrevet i eksempel 3, men trykktilfellene i dette tilfellet, etter innføring av magnesiumbarrene var slik at verdiene på manometeret var felles 0,2 kg/cm 2 inne i karet og i mellomrommet før ovnen ble igangsatt og varierte mellom 0-0,4 kg/cm<2 >inne i karet og innen 0,2 kg/cm 2 i forhold til et slikt kar-trykk med et absolutt maksimum på 0,6 kg/cm 2 i mellomrommet før innføring av titantetraklorid og varierte mellom 0,2-1,0 2 2 kg/cm inne i karet mens det ble bibeholdt ved 0,6 kg/cm i mellomrommet etterat reaksjonen begynte. Etter 40 gjentatte slike forsøk var kammeret i god fysisk tilstand uten noen vésentlig deformasjon i dets geometri, hvilket muliggjorde en forlenget tjenestetid.

Eksempel 5

Et apparat konstruert som vist i fig. 2 samt i fig. 3 ved

(a) ble anvendt. En sylinder med en lukket bunn ble fremstilt av SUS 316 grad rustfritt stål (JIS.betegnelsen) ble anvendt som et ytre kar som hadde en lengde på 4,5 ra og en indre diameter på 1,65 m og en veggtykkelse på 32 mm. Inne i denne ble anordnet koaksialt et sylindrisk element som var gjennomgående åpent og av SUS 410 rustfritt stål ble anvendt som indre kar og som hadde en lengde på 3,5 m, en indre diameter på 1,5 m og en veggtykkelse på 19 mm (og spesielt ved topp-enden en veggtykkelse på 55 mm). En gitterplate av rustfritt stål var festet til bunnen av det indre sylindriske element hvorpå ble lagt 8,5 tonn magnesium i form av barrer. Det således sammensatte indre kar ble lukket med en plate

med SS grad karbonstål som topplokk og fast festet ved hjelp av 16 bolter med diameter 32 mm av SUS 304 grad rustfritt stål og hvorav hver topp var dekket med en mutterhette for å forsegle bolthullene. Det indre kar ble innført i et ytre

kar som var anordnet inne i en elektrisk ovn med et mellomrom som var trykkregulerbart. Ovnen ble tilført elektrisk kraft for å oppvarme det indre kar og magnesiumet deri i en inert atmosfære av argon hvoretter titantetraklorid ble innmatet til satsen for å initiere en reaksjon som ble fortsatt slik at 6 tonn titansvamp ble gjenvunnet under en samtidig sirkulering av vann gjennom kappene rundt boltene og nu og da.ble varmeelementene i kannene med isolerende materiale festet til lokket for å hindre avsetning av magnesium derpå. Det tok kun ca. 1 time for separasjon og opp-montering av det. indre kar med lokkelementet. Karet viste ingen vesentlig geometrisk deformasjon av karene selv etter 100 gjentatte forsøk. Dette utgjør en vesentlig forbedring over konvensjonell drift som vanligvis tar ialt ca. 5 timer før oppskjæring og sveising av det indre kar, hvilket mulig-gjør så få som gjennomsnittlig 50 driftsoperasjoner.

Eksempel 6

Et apparat som i det vesentlige vist i fig. 4 ble anvendt

og som omfattet et SUS 410 grad (JIS betegnelsen) og med en indre diameter på 1,6 m og en veggtykkelse på 19 mm og et SUS 316 grad rustfritt stål ytterkar med en lengde på 4,5 m, en indre diameter på 1,7 m og en veggtykkelse på 32 mm og som var forsynt med en sylindrisk kappe over et område fra 2 - 3 m fra bunnenden av det indre kar. Ovnen var sylindrisk og målte 2,5 m i ytre diameter og hadde en lengde på 5 m og var dekket med et tettsittende jernskall. Varmeelementet var regulerbart i seksjoner ved en øvre seksjon tilstøtende kjølekappen. Det indre kar ble frakoblet og fyllt med ca. 7,8 tonn magnesium i form av barrer, hvilket ble beregnet til å gi et badoverflatenivå på ca. 2,3 m fra bunnen av det indre kar. Med karene oppmontert og innført i ovnen og med mellomrommet mellom det ytre kar og ovnen fyllt med argongass ble karene oppvarmet til ca. 800°C for å smelte magnesiumet deri. Titantetraklorid ble innført i en mengde på 400 kg/h gjennom et rør i toppen av karene. På basis av antatt magnesiumnivå og fra den totale mengde tilført titantetraklorid og fra

trykkforskjellen inne i og på utsiden av det indre karet ble væske intermittent tappet av gjennom en kanal hver 3. time idet den første avtapping ble utført 6 timer etter tilfør-slen av titantetrakloridet. Krafttilførselen til ovnen ble intermittent avbrutt ved den øvre seksjon tilstøtende kappen gjennom hvilken kaldluft ble sirkulert, slik at det i det øvre området ble bibeholdt en temperatur som ikke oversteg 950°C, slik at forurensning av det ønskede metallprodukt med karmaterialet ble minimalisert, mens resten av karrommet ble holdt ved ca. 800°C, målt på den ytre overflate av det ytre kar, for å lette fjernelse av det flytende biprodukt. Trykkforskjellen ble regulert til et nivå i mellomrommet som ikke oversteg 0,5 kg/cm 2 og innen 0,2 kg/cm 2, enten positivt eller negativt, fra nivået inne i karene, slik som i de tidligere eksempler. Som et resultat av den ovenfor nevnte syklus som ble fortsatt i ialt 50 t, ble det indre kar tatt ut og det ble erholdt ca. 5,1 tonn titansvamp. Dette utgjør en vesentlig fordel fremfor konvensjonell drift, hvor man gjennomsnittlig produserer titanmetall i en hastighet på

ca. 4 tonn/70 h-syklus, hvor det indre karrom i beste fall er fyllt til kun 70%.

Som det vil forstås av den ovenfor gitte beskrivelse erholdes ved oppfinnelsen: I. hvor karet anvendes tilstøtende ovnen i det vesentlige er befridd for spenninger som følge av trykkforskjellen mellom innsiden og utsiden av karet under drift, hvilket tillater: 1. en vesentlig forbedring av fremstillingsøkonomien som følge av tilgjengelige karbonstål av visse typer, selv ved nedsatt veggtykkelse kan anvendes slik at apparatet kan konstrueres billigere og følgelig utstyr med mindre kapasitet er nødvendig for håndtering eller eventuelt med en vesentlig nedsatt veggtykkelse, kan karkonstruksjoner med større dimensjoner lett realiseres for en forøket produksjonseffektivitet pr. sats; 2. produksjon med forbedret kvalitet ved en vesentlig nedsatt produksjonsomkostning som følge av en større mengde titantetraklorid kan behandles pr. sats og som følge av at reaksjonen under dannelse av titanmetall kan kontrol-leres med forbedret presisjon som følge av forbedret kommunikasjon mellom reaksjonsforløpet og reguleringen; 3. en betydelig forlenget levetid for karelementet som følge av et kombinert resultat av (a) at karet på utsiden eksponeres ovenfor en inert gassatmosfære for en effektiv eliminering av nedbrytning som følge av oksydasjon, (b) fjernelse av spenningssprekking som uunngåelig skjer med til nå anvendte legerte stål, (c) nedsatt forbruk av kar-materiale av magnesium eller andre reaksjonsmaterialer slik som for nikkellegerte stål, hvor nikkel danner en legering med magnesium som oppløses i badet, samt (d) en effektiv forhindring av geometrisk deformasjon av karet ved å bibeholde trykkforskjellen ved et nivå innen det spesielt angitte område, og 4. en forbedret sikkerhet for operatørene ved en tilfeldig oppsprekking av karet fordi utstrømning av væskeinnholdet utenfor ovnen er vesentlig nedsatt fordi ovnen har en tett veggkonstruksjon med et påliggende jernskall. II. Ved at den kjemiske omsetning mellom titantetraklorid og magnesium holdes innen et vesentlig begrenset område med hensyn til badnivåets vertikale avstand fra det nivå hvor titanmetall mottas, tillater: 1. at det oppnås en betydelig forbedring med hensyn til produktutbytte eller kvalitet så vel som produksjons-hastighet som følge av en effektiv temperaturregulering i reaksjonssonen, slik at titantetraklorid kan tilføres med en forhøyet hastighet uten å øke muligheten for forurensning av overopphetet veggmateriale nær det avsatte metall; 2. produksjon av titanmetall under fordelaktige kjemiske betingelser og med en jevn mekanisk kvalitet med forbedret utbytte som følge av at reaksjonen utføres med titantetraklorid tilført med jevn hastighet under hele syklusen, og 3. det avsatte titanmetall erholdes i en fordelaktig form som er fri for store hulrom, hvilket ofte kan observeres ved behandling iht konvensjonell teknikk hvor magnesiumets overflate heves fra et initialt lavt nivå nær bunnplaten hvorpå metallet hviler og som forårsaker en unormal aksellerert hevning av et slikt badnivå hvorved reaksjonen termineres mens meget magnesiummetall forblir uforbrukt.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av titanmetall fra titantetraklorid, hvor magnesium holdes smeltet i et rom anordnet i et langstrakt kammer (5, 21, 50), som kan varmes opp med en omliggende ovnsanordning (2, 26, 54), titantetraklorid innføres og bringes i kontakt med det smeltede magnesium, hvorved det dannes titanmetall og magnesiumklorid, og det ønskede metallprodukt og natriumkloridbiprodukt gjenvinnes, karakterisert ved at reaksjonen får forløpe inne i kammeret (5, 21, 50) mens et mellomrom (17,

4 4, 67) mellom kammeret (5, 21, 50) og ovnsanordningen (2, 26, 54) holdes hermetisk forseglet og fylles med en inert gass til et trykk nær det som hersker inne i kammeret (5, 21, 50).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i mellomrommet (17, 44, 67) holdes innen 0,2 kg/cm<2> fra trykket inne i kammeret (5, 21, 50).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i mellomrommet (17, 44, 67) holdes lavere enn trykket inne i kammeret (5, 21, 50).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i mellomrommet (17, 4 4., 67) holdes høyere enn det i kammeret (5, 21, 50) .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trykket i mellomrommet (17, 44, 67) holdes ved et som i det vesentlige er identisk med det inne i kammeret (5, 21, 50).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at som inert gass anvendes argon.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at titantetraklorid innføres mens overflatenivået for magnesium innstilles og reguleres innen en viss avstand over en bæreranordning (61), og at dette område avkjøles med en kjøleanordning.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at biproduktet utføres intermittent.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at biproduktet utføres kontinuerlig.

10. Apparat for fremstilling av titanmetall ved omsetning av titantetraklorid med smeltet magnesium som omfatter et sylindrisk ytre kammer (5, 21, 50), hvis topp er lukket med et fjernbart lokk (6, 22, 51), en ovnsanordning (2, 26, 54) anordnet til å innelukke en vesentlig del av kammeret (5,

21, 50) fra dets bunndel og opp, karakterisert ved at det er anordnet et mellomrom (17, 44, 67) mellom ovnsanordningen og kammeret som er lufttett forseglbart, og hvor det er anordnet et sylindrisk indre kar (30,60) som ved sin toppdel er forsynt med et rør (9, 39, 63) for innføring av titantetraklorid og ved hvis bunndel er anordnet en fjernbar hullplate (31, 61) for oppsamling av nedsynkende dannet titanmetall, men som tillater passasje av flytende magnesiumklorid biprodukt såvel som smeltet magnesium, en røranordning (10, 58) som utstrekker seg inn i det ytre kammer (5, 21, 50) for utføring av biproduktet, hvilket ytre kammer er forsynt med en kjølekappe (57) som omhyller den øvre del av det indre kar (60) som er skillbart forenet med lokket (6, 22, 51).

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at det indre kar (60) er fastsveiset til et rørformet legeme som henger fra lokket (51) .

12. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at det indre kar (30) er avtagbart festet med lokket (51) ved hjelp av mekaniske midler (32, 33, 34; 32, 35; 37, 38).

13. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at de mekaniske midler i det vesentlige består av flervinklede pinner (37) festet til lokket (51) og vinklede slisser (38) dannet på en toppdel av karet (30), hvilke slisser (38) mottar pinnene (37) og festes ved hjelp av en relativ omdreining mellom karet (30) og lokket (51).

14. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at de mekaniske midler omfatter bolter (32) såvel som en hjelpekobling for å feste og lette sammenkobling.

15. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at hjelpekoblingen i det vesentlige består av et sirkulært spor (34) i lokket (22) som tett kan motta toppdelen (33) av det indre kar (30) .

16. Apparat iføgle krav 14, karakterisert ved at hjelpekoblingen i det vesentlige består av av et relativt kort sylindrisk skjørt (35) festet til lokket (22) hvis indre eller ytre dimensjoner er slik at den øvredel av karet (30) kan tett tilpasses på en teleskopisk måte.