DE2731845A1 - Metal powder prodn. in a rotary kiln - by reducing oxide starting material which contains an added organic substance - Google Patents

Abstract

Metal powder is produced from a mixt. of fine-grained metal oxide, and metal cpd., by adding an organic substance such as dextrose, starch, an organic acid, oil, alcohol, wax, fat or a deriv. of these substances. The mixt. is granulated, and heat treated in an inert or reducing atmos while being agitated. The redn. gas is pref. H2. The heat treated prod., which is composed of metal with a very low oxygen content, is ground to powder. The method is more economical than treatment in a stationary furnace. An optimum heat exchange and a decrease in redn. time is obtd. as the charge is being agitated during the reaction. The plant can be automated.

Description

Verfahren zur nerstellung von etall- Process for the production of metal

pulvern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern, wobei ein feinkörniges Ausgangsmaterial eingesetzt wird. Beim Ausgangsmaterial kann es sich um Metalloxide oder Metallverbindungen handeln. powders The invention relates to a method of production of metal powders, using a fine-grained starting material. At the The starting material can be metal oxides or metal compounds.

Die Metallpulver werden für verschiedene Verwendungszwecke eingesetzt. Ein Hauptgebiet ist die Pulvermetallurgie, in der das Metallpulver zu Sinterteilen verarbeitet wird. Bei der Herstellung von verschiedenen Metallpulvern spielen die Herstellungskosten oft eine wichtige Rolle, da sie schließlich den Einsatz eines Metallpulvers aus wirtschaftlichen Gründen mit beeinflussen kann.The metal powders are used for various purposes. One main area is powder metallurgy, in which metal powder is sintered is processed. They play a role in the production of various metal powders Manufacturing costs often play an important role as they will eventually use one Metal powder can influence for economic reasons.

In der Praxis kommen Verfahren in Anwendung, bei denen stationäre Ofenanlagen eingesetzt werden. Das Ausgangsrohrmaterial wird in Behälter gefüllt und meistens unter einer Wasserstoffatmosphäre zu Metallpulver reduziert. Üblicherweise erfolgt die Reduktion oder Zersetzung eines feinkörnigen Metalloxides oder der Metallverbindungen in einem Stoßofen. Die Leistung einer solchen Anlage ist begrenzt, sie ist auch nicht beliebig zu vergrößern, so daß für eine wirtschaftliche Produktion in einem technischen Großbetrieb eine verhältnismäßig große Zahl derartiger Anlagen benötigt werden. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit eines stationären Ofens beeinträchtigt. Hinzu kommt, daß der Stoffaustausch zwischen Gas und Festphasenicht optimal ist und die Leistung einer solchen Anlage gemindert wird.In practice, methods are used in which stationary Furnace systems are used. The starting pipe material is filled into containers and mostly reduced to metal powder under a hydrogen atmosphere. Usually the reduction or decomposition of a fine-grained metal oxide or the metal compounds takes place in a pusher oven. The performance of such a system is limited, it is not to be enlarged arbitrarily, so that for an economical production in one large technical operation requires a relatively large number of such systems will. This adversely affects the cost-effectiveness of a stationary furnace. In addition, the mass transfer between gas and solid phase is not optimal and the performance of such a system is reduced.

Zum Beispiel ist ein Reduktionsprozeß bei dem verdüsten Pulver notwendig, das durch die Zerstäubung teilweise oxydiert wird.For example, a reduction process is necessary for the atomized powder, which is partially oxidized by the atomization.

Zweckmäßigerweise wird mit einem Ausgangsrohstoff gearbeitet, dessen Kohlenstoffgehalt nach der Zerstäubung noch ausreicht, um als Reduktionsmittel beim nachfolgenden Prozeß zu wirken.It is expedient to work with a starting raw material whose Carbon content after atomization is still sufficient to act as a reducing agent the subsequent process.

Die Glühung und Reduktion des pulverförmigen Materials erfolgt üblicherweise in einem Hubbalkenofen. Die Leistung solcher Öfen ist begrenzt. Es wird in einem späteren Abschnitt in einem Beispiel darauf eingegangen, daß das entwickelte Verfahren auch für die Verarbeitung von diesem Pulver geeignet ist.The powdery material is usually annealed and reduced in a walking beam furnace. The performance of such ovens is limited. It will be in one later section in an example indicated that the developed method is also suitable for processing this powder.

Die Reduktions- oder Zersetzungsbedingungen hängen weitgehend von der Pulverqualität und vom Metallpulver selbst ab.The reduction or decomposition conditions largely depend on the powder quality and the metal powder itself.

Nach der Wärmebehandlung wird der entstandene Metallpulverkuchen zerkleinert, gemahlen und gesiebt.After the heat treatment, the resulting metal powder cake is crushed, ground and sifted.

Als Ausnahme können solche Metallpulver angesehen werden, die sich während des Reduktionsprozesses in einer bewegenden Schüttung erzeugen lassen. Eine solche Ausnahme stellt das Wolframmetallpulver dar, nämlich, die Wolframoxide oder Wolframverbindungen lassen sich in einem Trommelofen zum Metallpulver reduzieren. Jedoch bei der Mehrzahl der Metallpulver kann eine derartige Anlage, in der das zu behandelnde Gut bewegt wird, nicht zum Einsatz kommen, da die Metallpulver grundsätzlich während der Reduktion dazu neigen, an die Wände einer Anlage und in sich zu verkleben. Diese Erscheinung führt zu größeren Kugeln oder ähnlichen Gebilden.Metal powders that are generate during the reduction process in a moving bed. One such an exception is the tungsten metal powder, namely the tungsten oxides or Tungsten compounds can be reduced to metal powder in a drum furnace. However, with the majority of metal powders, such a system in which the Items to be treated are moved, are not used, since the metal powder is basically tend to stick to the walls of a facility and within themselves during reduction. This phenomenon leads to larger spheres or similar structures.

Dieser Effekt wird sogar mit zunehmendem Reduktionsgrad beschleunigt. Durch diese Verklebungen wird nicht nur der Weitertransport unregelmäßig, sondern es ist auch eine vollständige Reduktion des Pulvers nicht möglich.This effect is even accelerated with an increasing degree of reduction. These adhesions not only make the onward transport irregular, but also a complete reduction of the powder is also not possible.

Aus verschiedenen Gründen bietet die Herstellung von Metallpulver in einer bewegenden Schüttung viele Vorteile gegenüber einer Reduktion in einer ruhenden Schüttung. Durch die Bewegung einer Schüttung erreicht man einen optimalen Stoffaustausch. Das hat zur Folge, daß die Reduktionszeiten geringer werden, der Gasverbrauch sinkt und dazu kommt noch eine Energieersparnis.For various reasons, the manufacture of metal powder offers in a moving bulk, many advantages over a reduction in one dormant bulk. By moving a bed, you get an optimal one Mass transfer. This has the consequence that the reduction times are shorter Gas consumption drops and there is also an energy saving.

Die bei der Herstellung von Metallpulver unter ruhender Schüttung für den Transport benötigten Behälter entfallen, da das Gut in einer Anlage durch die Bewegung selbst in vorgegebener Richtung transportiert wird. Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß eine solche Anlage sich einfacher automatisieren läßt und zu weiterer Kostensenkung führt.In the manufacture of metal powder under static bulk Containers required for transport are not required, as the goods are carried through in one system the movement itself is transported in the specified direction. An additional The advantage is that such a system can be automated more easily and further Cost reduction leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern, die heute in der Praxis nicht in einer bewegenden Schüttung erzeugt werden können, so auszubilden, daß die Herstellung wesentlich einfacher und wirtschaftlicher dieser Metallpulver stattfinden kann. Die auf diese Weise erzeugten Metallpulver müssen allen Anforderungen genügen und auch die Qualität der erzeugten Metallpulver darf gegenüber der üblicherweise erzeugten Pulver nichtbeeinträchtigt werden.The invention is based on the object of a method for production of metal powders, which in practice today are not produced in a moving bulk can be designed so that the production is much easier and more economical this metal powder can take place. The metal powder produced in this way must meet all requirements and also the quality of the metal powder produced must not be impaired compared to the commonly produced powder.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern, wobei ein feinkörniges Ausgangsmaterial in einer Wärmebehandlung unter Reduktion oder Zersetzung oder einer ähnlichen Reaktion zu Metallpulver verarbeitet wird und das bei der Wärmebehandlung erhaltene Produkt gemahlen und gesiebt wird. Die Erfindung besteht darin, daß der Ausgangsrohstoff unter Zugabe einer organischen Substanz, falls notwendig, stückig gemacht wird. Für Stückigmachen kommen Verfahren wie Granulierung, Pelletierung, Trocken- oder Naßkompaktierung oder andere ähnliche Verfahren infrage. Beim Stückigmachen zugegebene organische Substanz ist dadurch gekennzeichnet, daß während der Wärmebehandlung das Mittel restlos entfernt wird. Es können organische Verbindungen sein, wie Dextrosen, Stärken, organische Säuren, Öle, Alkohole, Wachse, Fette sowie deren Derivate u. a. ähnliche Verbindungen.The invention relates to a method for the production of metal powders, wherein a fine-grained starting material in a heat treatment with reduction or decomposition or a similar reaction is processed into metal powder and the product obtained from the heat treatment is ground and sieved. The invention consists in the fact that the starting raw material with the addition of an organic substance, if necessary, made in pieces. Processes such as granulation, Pelleting, dry or wet compaction or other similar processes are possible. Organic substance added when making lumps is characterized in that the agent is completely removed during the heat treatment. It can be organic Be compounds such as dextroses, starches, organic acids, oils, alcohols, waxes, Fats and their derivatives, among others. similar connections.

Hierdurch gewonnenes Granulat kann in einer bewegenden Schüttung wärmebehandelt werden. Im wesentlichen ist hierbei an die Reduktion des Ausgangsmaterials gedacht. Diese Granulate lassen sich ohne weiteres jetzt ohne Verklebungserscheinungen, wie z. B. in einem außenbeheizten Drehrohrofen, behandeln. Auch die Anwendung einer anderen Anlage, die ebenfalls bewegende Schüttung erlaubt, ist möglich.Granules obtained in this way can be heat-treated in a moving bed will. Essentially, the idea here is to reduce the starting material. These granules can now easily be used without any signs of sticking, such as z. B. in an externally heated rotary kiln. Also the application of a other systems that also allow moving bulk material are possible.

Erläutert man, daß Erfindung gemäß Verfahren technologisch, so wird dem Ausgangsrohstoff - feinkörnige Metalloxide, ein Gemisch aus Metallpulver, Metalloxiden, Metallkarbiden oder Metallverbindungen - eine organische Substanz beigemischt, und der Ausgangsrohstoff wird stückig gemacht. Auf diese Weise werden die Verklebungen in sich und in der Anlage während einer Wärmebehandlung verhindert. Dadurch wird es ermöglicht, daß man Metallpulver durch eine bewegende Schüttung erzeugen kann.If it is explained that the invention is technological according to the process the raw material - fine-grained metal oxides, a mixture of metal powder, metal oxides, Metal carbides or metal compounds - mixed with an organic substance, and the raw material is made in pieces. This way the bonds prevented in itself and in the system during heat treatment. This will it enables metal powder to be produced by a moving bed.

Auch nur eine Zugabe der organischen Substanz reicht aus, um eine Behandlung eines Metalloxides unter bewegender Schüttung durchführen zu können. Daher wird es vom Ausgangsprodukt abhängen, ob eine Stückigmachung unbedingt erforderlich ist.Even just one addition of the organic substance is enough to create a To be able to carry out treatment of a metal oxide under moving bulk material. It will therefore depend on the starting product whether piece processing is absolutely necessary is.

Durch die Wahl und Menge der richtigen organischen Substanz können vorerwähnte Vorteile erzielt und der Rest-Kohlenstoff aus der organischen Substanz im Fertigprodukt beeinflußt werden.By choosing and amounting the right organic substance you can Achieved the aforementioned advantages and the residual carbon from the organic matter can be influenced in the finished product.

Beispiel 1 Nach dieser Erfindung wurde Kupfermetallpulver in einer bewegenden Schüttung erzeugt und für den Zweck wurde ein außenbeheizter Trommelofen eingesetzt.Example 1 According to this invention, copper metal powder in a moving bulk material and an externally heated drum furnace was used for this purpose used.

Als Reduktionsgas diente der Wasserstoff.Hydrogen served as the reducing gas.

Der Trommelofen hatte einen Trommeldurchmesser von 300 mm, während die beheizte Länge 2.ooo mm betrug.The drum furnace had a drum diameter of 300 mm while the heated length was 2,000 mm.

Die Eingangsmenge des Kupferoxides betrug 7,5 kg/h.The incoming amount of copper oxide was 7.5 kg / h.

Dem Ausgangsmaterial wurde 1 Ges.; Destrin unter feuchtem Zustand beigemischt und eine Granulierung in einer Durchschnittskorngröße von 2 mm erzeugt.1 total was added to the starting material; Destrin under wet condition mixed in and a granulation with an average grain size of 2 mm is produced.

Die Reduktionstemperatur betrug 500 OC und die Verweilzeit lag in der beheizten Zone bei ca. 45 min.The reduction temperature was 500 ° C. and the residence time was in the heated zone at approx. 45 min.

3 Die zugeführte Wasserstoffmenge lag bei 8 m3/h.3 The amount of hydrogen supplied was 8 m3 / h.

Das nach der Reduktion erhaltene Produkt wurde wieder gemahlen und ein Pulver unter 160 u erzeugt. Der Restsauerstoffgehalt betrug 0,1 X. Der Restkohlenstoffgehalt war nicht feststellbar.The product obtained after the reduction was ground again and produces a powder below 160 u. The residual oxygen content was 0.1%. The residual carbon content was not detectable.

Es waren keinerlei Verklebungen oder sonstige Erscheinungez im Ofen oder in dem Gut zu beobachten.There were no adhesions or other phenomena in the oven or to watch in the estate.

Beispiel 2 Nach der Erfindung gemäß Verfahren wurde ein synthetisches Eisenoxidpulver mit Zugabe von 1 Gew.% Dextrin zu 8 mm zylindrischen Granulaten verarbeitet. Das Granulat wurde in einem Trommelofen unter Wasserstoffatmosphäre reduziert. Die Bedingungen waren wie folgt: Temperaturen: 850 - l.o50 OC Füllgrad: lo % Neigung der Anlage: 1 Drehzahl 2 Nach der Reduktion wurden diese Granulate wieder zu Feinpulvern gemahlen. Das Pulver hatte eine Durchschnittskorngröße von 20 um, und dabei betrug der Sauerstoffgehalt und der Kohlenstoffgehalt o,ool Gew.%.Example 2 In accordance with the invention, a synthetic Iron oxide powder with the addition of 1% by weight dextrin to 8 mm cylindrical granules processed. The granulate was placed in a drum furnace under a hydrogen atmosphere reduced. The conditions were as follows: Temperatures: 850 - l.o50 OC Degree of filling: lo% inclination of the system: 1 speed 2 After the reduction, these granules became ground again to fine powders. The powder had an average grain size of 20 µm, at which the oxygen content and the carbon content were 0.0ol% by weight.

Beispiel 3 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde Ni-Pulver in einer Körnung von 4 u aus Ni-Chlorid erzeugt. Es wurde wiederum oben erwähnter Trommelofen eingesetzt. Das feinkörnige Ausgangsprodukt Ni-Chlorid wurde unter Zugabe von 1,5 Gew.% reiner Oxalsäure zu Granulaten verarbeitet. Die Granulate hatten 6 mm Durchmesser und 15 mm Länge. Dieses Produkt wurde bei 650 OC in dem Trommelofen unter Wasserstoffatmosphäre zu Nickel reduziert.Example 3 According to the method according to the invention, Ni powder in with a grain size of 4 u from Ni-Chloride. It was again the drum furnace mentioned above used. The fine-grained starting product Ni chloride was with the addition of 1.5 % By weight of pure oxalic acid processed into granules. The granules were 6 mm in diameter and 15 mm length. This product was made at 650 OC in the drum furnace under a hydrogen atmosphere reduced to nickel.

Die Wasserstoffmenge betrug 25 m3/h und die Beschickungsmenge lag bei 5 kg des Ausgangsmaterials. Anschließend wurde das Produkt gemahlen und gesiebt.The amount of hydrogen was 25 m3 / h and the amount charged was at 5 kg of the starting material. The product was then ground and sieved.

Auf diese Weise wurde ein Nickelpulver mit einem Chlorgehalt von 20 ppm erzeugt.In this way, a nickel powder with a chlorine content of 20% was obtained ppm generated.

Die durchschnittliche Korngröße - gemessen nach Fischer -lag bei 4 u. Wiederum war kein Restkohlenstoffgehalt aus der zugegebenen Oxalsäure feststellbar.The average grain size - measured according to Fischer - was 4 and again no residual carbon content could be determined from the added oxalic acid.

Auch hierbei wurden keinerlei Klebeerscheinungen beobachtet.Here, too, no signs of sticking were observed.

Beispiel 4 In der gleichen Weise wurde ein verdüstes Pulver mit einem Kohlenstoffgehalt von 2,7 X und einem Sauerstoffgehalt von 7 X zu Granulaten Durchmesser 8 mm und Länge 12 mm verarbeitet.Example 4 In the same way, an atomized powder with a Carbon content of 2.7 X and an oxygen content of 7 X to give granules diameter 8 mm and length 12 mm processed.

Beim Granulieren wurde 1 % Leim als organische Substanz beigemischt. Nach der Granulierung betrug der Wassergehalt ca. 9 X.When granulating, 1% glue was added as an organic substance. After the granulation, the water content was approx. 9%.

Nach der Trocknung wurden diese Granulate in einem Trommelofen bei einer Temperatur von 1.ovo OC unter Wasserstoffatmosphäre reduziert.After drying, these granules were placed in a drum oven a temperature of 1.ovo OC under a hydrogen atmosphere.

Anschließend wurden die Granulate gemahlen und gesiebt und daraus wurde ein feinkörniges sinterfähiges Pulver hergestellt.Subsequently, the granules were ground and sieved and from them a fine-grain sinterable powder was produced.

Der Restsauerstoffgehalt betrug 0,1 %; der Restkohlenstoffgehalt war nicht nachweisbar.The residual oxygen content was 0.1%; the residual carbon content was undetectable.

Es ist durchaus möglich, durch diese Behandlung die Sintereigenschaften des Eisenpulvers zu verbessern.It is quite possible to improve the sintering properties through this treatment to improve the iron powder.

Claims (3)

Patent ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern, die üblicherweise in einer bewegenden Schüttung nicht herstellbar sind, wobei ein feinkörniges Metalloxid oder ein Gemisch aus Metallpulver, Metalloxid und Metallverbindungen besteht oder eine andere Metallverbindung als Ausgangsrohstoff eingesetzt wird, dem Ausgangsrohstoff unter Zugabe einer organischen Substanz, wie Dextrosen, Stärken, organische Säuren, Öle, Alkohole, Wachse, Fette sowie deren Derivate u. a. ähnliche Verbindungen zugegeben und zweckmäßigerweise stückig gemacht wird. Diese Granulate oder andere ähnliche Stücke lassen sich in einer bewegenden Schüttung wärmebehandeln, wie z. B. reduzieren, zersetzen oder derart gleiche Prozesse durchführen. Die Wärmebehandlung findet grundsätzlich unter Schutzgas- oder einer Reduktionsatmosphäre statt. Patent claims 1. Process for the production of metal powders, which usually cannot be produced in a moving bed, with a fine-grained metal oxide or a mixture of metal powder, metal oxide and metal compounds exists or another metal compound is used as the starting raw material, the starting raw material with the addition of an organic substance such as dextrose, starch, organic acids, oils, alcohols, waxes, fats and their derivatives, among others. similar Compounds added and expediently made lumpy. These granules or other similar pieces can be heat-treated in a moving bed, such as B. reduce, decompose or carry out similar processes. The heat treatment basically takes place under protective gas or a reducing atmosphere. Als Reduktionsgas wird hauptsächlich Wasserstoff verwendet. Hydrogen is mainly used as the reducing gas. Nach der Wärmebehandlung wird das Produkt wieder zu Pulver gemahlen und hierdurch gewonnenes Metallpulver zeichnet sich dadurch aus, daß man sehr niedrigen Restsauerstoffgehalt erreichen kann. After the heat treatment, the product is ground back to powder and the metal powder obtained in this way is characterized by the fact that it is very low Residual oxygen content can reach. 2. Die Erfindung zeigt, daß bei der Herstellung von manchen Metallpulvern nur eine Zugabe von organischen Substanzen ausreicht, um die Wärmebehandlung in einer bewegenden Schüttung durchführen zu können. Die Menge der organischen Substanz kann bis zu 5 % oder mehr betragen, jedoch zweckmäßigerweise soll die Zugabe zwischen 1 und 2 % liegen.2. The invention shows that in the manufacture of some metal powders only one addition of organic substances is sufficient to carry out the heat treatment in to be able to carry out a moving bulk. The amount of organic matter can be up to 5% or more, but the addition should expediently between 1 and 2% are. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion oder die benötigte Wärmebehandlung vorzugsweise in einem Trommelofen vorgenommen wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the reduction or the required heat treatment, preferably in a drum furnace is made.