DE69027389T2

DE69027389T2 - Direktes schmelzverfahren

Info

Publication number: DE69027389T2
Application number: DE69027389T
Authority: DE
Inventors: Ryoda Manyo Kogyo Kabushiki Kaisha Nai Hyogo 661 Sato; Kichinosuke Manyo Kogyo K.K. Nai Hyogo 661 Shoji; Naoshi Manyo Kogyo Kabushiki Kaishanai Hyogo 661 Takemura
Original assignee: Manyo Kogyo KK
Current assignee: Manyo Kogyo KK
Priority date: 1989-01-26
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: EP0417296A4; CA2025015A1; WO1990008843A1; DE69027389D1; EP0417296A1; US5244488A; CA2025015C; AU615830B2; AU4944290A; EP0417296B1; JP2659807B2; JPH02277729A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum direkten Schmelzen von Erzen und Metallverbindungen mit einem thermischen Plasma.

STAND DER TECHNIK

Seit kurzem richtet sich die Aufmerksamkeit auf das direkte Schmelzverfahren, bei dem ein Erz oder Metalloxid im geschmolzenen Zustand mit Hilfe eines durch Bogenentladung erzeugten thermischen Plasmas reduziert oder thermisch zersetzt wird, um ein Metall oder ein am Metall angereichertes Produkt zu erhalten.
Das direkte Schmelzverfahren zieht wegen seiner Vorteile die Aufmerksamkeit auf sich. Wenn das thermische Plasma zum Schmelzen verwendet wird, so wird eine sehr hohe Temperatur erhalten, die mit guter Stabilität aufrechterhalten werden kann, was zu einer Reaktion führt, die eine so hohe Temperatur erfordert, daß sie mit üblichen Wärmequellen nicht erreichbar ist. Da die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur ansteigt, kann die Reaktion in einer kürzeren Zeitperiode mit Hilfe einer Apparatur mit kleineren Abmessungen durchgeführt werden.
Wie in dem US-Patent Nr. 3 856 915 und der geprüften japanischen Patentveröffentlichung SHO 60-53088 beschrieben wird, wird das direkte Schmelzverfahren durchgeführt, indem man eine Bogenentladung zwischen einer Kathode und einer Anode hervorruft und ein Pulver oder Erz oder dergleichen zusammen mit einem plasmabildenden Gas zuführt, um das Pulver zu schmelzen und zu zersetzen, während es durch einen Plasmabogen hindurchgeht, oder indem das Pulver um einen Plasmabogen herum zugeführt wird, um das Pulver durch die Strahlungswärme des Bogens zu schmelzen und zu zersetzen. Um bei diesem Prozeß ein reduzierendes Gas zu erzeugen, wird Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid oder ein ähnliches reduzierendes Gas als plasmabildendes Gas zusammen mit einem Inertgas verwendet. Wie in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung SHO 53-44128 beschrieben wird, ist es auch bekannt, die Pulverpartikel mit einer Schicht einer kohlehaltigen Substanz zu beschichten, um eine beschleunigte Reduktion zu bewirken.
In "Plasma Technology in Metallurgical Processing", herausgegeben von J. Feinman, The Iron and Steel Society, USA 1987, Kapitel 8A, "Material Processing in Plasma Furnaces Equipped with Graphite Electrodes", I.D. Sommerville, A. Mclean, C.B. Alcock, C.A. Pickles, ist ein "Extended Arc Flash Reactor" beschrieben worden, der drei geneigte stabförmige Graphitelektroden auiweist, die in Form eines umgekehrten Kegels angeordnet sind, so daß die Spitzen der Elektroden in annähernd gleichen Abständen auf einer im wesentlichen kreisförmigen Linie liegen, und diese Elektroden werden mit einer Dreiphasen-Wechselspannung erregt, um eine direkte Bogenentladung zwischen den Elektroden zu erzeugen. Das zu verarbeitende Material läßt man durch eine über der Plasmazone angeordnete Freifall-Säule fallen. Dieser Funkenreaktor ist auch zum Aulheizen von Schlacke-Proben geeignet, die unter der Plasmaflamme angeordnet sind. In diesem Fall wird die Schlacke durch Absorption von Plasmastrahlung erhitzt. Eine Inertgasatmosphäre wie etwa Argon, Wasserstoff oder Kohlenmonoxid wird als bogenstabilisierendes Gas verwendet.
US-A-3 708 409 beschreibt ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Nach diesem Stand der Technik wird das zu verarbeitende Material ebenfalls von oben eingegeben, so daß es durch einen zwischen den Elektroden gebildeten Durchlaß hindurchgeht.
Mit den obigen Techniken ist es jedoch nicht möglich, das partikelförmige Erz oder dergleichen für eine hinreichende Zeitperiode in oder In der Nähe des Plasmabogens zu halten, wodurch es schwierig wird, das Material in einem geschmolzenen Zustand zu reduzieren oder das Material zu zersetzen, und wodurch eine umständliche Vorbehandlung erforderlich wird wie etwa die Einstellung der Größe der Partikel oder die Beschichtung des partikelförmigen Materials mit einer kohlehaltigen Substanz.
Zur Erzeugung eines stabilisierten Plasmabogens für eine Reduktionsreaktion erfordert das Verfahren weiterhin eine große Menge an Wasserstoff, Argon, Methan oder einem ähnlichen Gas als plasmabildendes Gas.
Außerdem erfordert der Plasmagenerator Mittel zum Kühlen der Elektroden und Mittel zum Zuführen des plasmabildenden Gases und des partikelförmlgen Materials. Diese Mittel machen die Apparatur kompliziert und führen in Verbindung mit der Verwendung großer Mengen des plasmabildenden Gases zu erhöhten Kosten für den Schmelzprozeß.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf diese Probleme gemacht wurde, ist es, ein direktes Schmelzverfahren zu schaffen, das einfach mit einer einfachen Ausrüstung durchgeführt werden kann, unabhängig von der Form des zu schmelzenden Materials und ohne Verwendung irgendeines plasmabildenden Gases.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die oben genannte Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein direktes Schmelzverfahren, bei dem ein Erz oder Metalloxid reduziert oder thermisch zersetzt wird mit Hilfe eines thermischen Plasmas mit einer reduzierenden Atmosphäre, um ein Metall oder ein an Metall angereichertes Produkt zu erhalten, welches direkte Schmelzverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine mehrphasige Stromspannung an mehrere Graphitelektroden angelegt wird, um eine Bogenentladung in Luft zu verursachen und infolge der resultierenden Oxidationszersetzung der Graphitelektroden einen stark reduzierenden nicht übertragenen Plasmabogen zu erzeugen, wobei dieser Plasmabogen von den Spitzen der Elektroden aus direkt gegen das zu schmelzende Erz oder Metalloxid ausgestrahlt wird. In diesem Fall sind die mehreren Graphitelektroden in der Form eines umgekehrten Konus angeordnet, so daß ihre Spitzen in annähernd gleichen Abständen auf einer im wesentlichen kreisförmigen Linie liegen, wodurch der nicht übertragene Plasmabogen auf einfache Weise konzentrisch von den Spitzen der Elektroden herausgedrückt werden kann.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine mehrphasige Stromspannung an die mehreren Elektroden angelegt, um eine Bogenentladung zu bewirken, wodurch zwischen den Elektroden erzeugte Plasmabogen durch die Wirkung eines von dem Bogenstrom erzeugten Magnetfelds von den Spitzen der Elektroden ausgestrahlt werden. Weiterhin werden die ausgestrahlten Plasmabogen durch ein von dem mehrphasigen Strom erzeugtes rotierendes Magnetfeld verwirbelt. Das zu schmelzende Erz oder dergleichen Material, das auf dem Herd oder in einem Tiegel liegt, kann direkt mit den so erzeugten Plasmabogen des nichtüberiragenen Typs bestrahlt werden.
Da die Bogenentladung in Luft stattfindet, unter Verwendung der als Graphitstäbe ausgebildeten Elektroden, setzt das durch die Oxidation der Elektroden erzeugte Kohlenmonoxid durch die nachfolgenden Reaktionen (CO)&spplus; und C&spplus;-Ionen frei, so daß ein stark reduzierender Plasmabogen gebildet wird und ein Oxiderz oder Metalloxid reduziert wird.
CO + e - (CO)&spplus; + e T C&spplus; + CO
CO + e T C&spplus; + O&supmin; + e T C&spplus; + O + 2e
Durch den Plasmabogen, der eine hohe Temperatur hat, werden außerdem Sulfiderz und dergleichen Metallverbindungen direkt thermisch oxidiert.
Für die Erzeugung des Plasmabogens braucht kein plasmabildendes Gas zugeführt zu werden, noch ist es erforderlich, die Elektroden durch Kühlung zu schützen. Wenn das zu schmelzende Material während der Bestrahlung mit dem Plasmabogen rotiert wird, kann das Material effizient geschmolzen werden.
Das direkte Schmelzveffahren nach der vorliegenden Erfindung arbeitet mit einem Mehrphasenstrom-Plasmabogengenerator mit Graphitelektroden, so daß es möglich ist, sofort nichtübertragene Plasmabogen zu erzeugen, die einen starken reduzierenden Effekt haben, gerichtet sind und eine Verwirbelungswirkung auiweisen. Folglich kann das vorgesehene Material direkt geschmolzen werden, indem es mit den nichtübertragenen Plasmabogen bestrahlt wird, unabhängig davon, ob es in der Form von Partikeln, Körnern oder Blöcken vorliegt und ob es elektrisch leitfähig ist, selbst wenn es sich um ein durch Flotation erhaltenes Konzentrat mit gewisser Feuchtigkeit han delt. So können Erze oder Metallverbindungen mit in weitem Bereich variierenden Eigenschaften durch das vorliegende Verfahren behandelt werden, ohne daß es notwendig ist, die Partikelgröße oder die Zufuhrgeschwindigkeit strikt einzustellen. Zum Schmelzen kann ein Flußmittel oder dergleichen zusammen mit dem zu schmelzenden Material in den Ofen oder Tiegel eingegeben werden.
Die Plasmabogen bilden eine stark reduzierende Atmosphäre durch die Kohlenstoff- und Kohlenmonoxid-Ionen, die aus der Oxidationszersetzung der Graphitelektroden entstehen. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, ein reduzierendes plasmabildendes Gas zuzuführen und Mittel zum Kühlen der Elektroden zu verwenden, wodurch zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ein sehr einfacher Plasmagenerator in großem Maßstab eingesetzt werden kann, mit verbesserter Produktivität und bei verringerten Kosten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Mehrphasenstrom-Plasmabogengenerator zur Verwendung bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Der Mehrphasenstrom-Plasmabogengenerator zur Verwendung bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird zunächst anhand von Figur 1 beschrieben.
Der Generator weist sechs Graphitelektroden 2, 3, 4, 2A, 3A, 4A und eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle 8 auf. In Figur 1 sind drei Elektroden 2, 3, 4 zu erkennen, da die Elektroden 4A, 3A, 2A hinter diesen Elektroden liegen. Die sechs Elektroden sind in der Form eines umgekehrten Konus angeordnet, wobei ihre Spitzen in annähernd gleichen Abständen liegen und auf einer im wesentlichen kreisförmigen Linie in einer Ebene angeordnet sind. Die Elektroden sind durch Antriebsmittel (nicht gezeigt) auiwärts oder abwärts bewegbar, wodurch die Elektrodenspitzen 1 in eine eingestellte Höhe gebracht werden können. Die Paare aus Elektroden 2, 3, 4 und Elektroden 2A, 3A, 4A sind mit der Spannungsquelle 8 über einen Elektrodenverbinder 9 und Stromregler 7, 5 bzw. 6 verbunden, die jeweils eine Stromregeleinrichtung auf Siliziumbasis (Thyristor), einen Reaktor oder dergleichen aufweisen. Jede Klemme des Elektrodenverbinders 9 ist mit der Bezugsziffer oder dem Bezugszeichen der entsprechenden Elektrode bezeichnet. Wenn die jeweiligen Elektrodenpaare 2, 3, 4 und 2A, 3A, 4A mit Wechselspannungen erregt werden, die von Paar zu Paar eine Phasendifferenz von 120º aufweisen, so werden ringartige Bogen zwischen den Elektroden erzeugt und durch die Wirkung elektromotorischer Kräfte nach unten von den Elektrodenspitzen 1 ausgestrahlt. Ein Erz oder dergleichen Material 11, das ein Flußmittel enthält und in einem Graphit-Tiegel 10 angeordnet ist, wird mit den nichtübertragenen Plasmabogen 12 bestrahlt und dadurch zum Schmelzen in einem geschmolzenen Zustand reduziert oder zersetzt.
Die Elektroden sowie die Phasen der Wechselspannung sind nicht auf drei begrenzt, wie in Figur 1 gezeigt ist, sondern können wenigstens drei betragen. Wenn die Graphitelektroden in der Form eines umgekehrten Konus angeordnet sind, wie in Figur 1 gezeigt ist, können die nichtübertragenen Plasmabogen 12 sofort konzentrisch von den Elektrodenspitzen 1 herausgedrückt werden. Der Dreiphasenstrom wird üblicherweise von Stromgesellschaften geliefert und ist deshalb ohne weiteres verfügbar.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung zu schmelzenden Erze und derglei chen sind nicht auf die nach den unten gegebenen speziellen Beispielen beschränkt, sondern umfassen selbstverständlich Oxiderze und Oxide von Titan, Vanadium, Zirkon und dergleichen sowie Sulfiderze, die Eisen, Nickel, Kupfer oder dergleichen enthalten. Die zu behandelnden Erze sind nicht auf Roherze beschränkt, sondern umfassen auch Konzentrate, Rösterze, geröstete Produkte und dergleichen. Metalloxide umfassen Verbindungen, die durch Naßschmelzen oder chemische Behandlung erhalten werden.
Eine erhöhte Schmelzeffizienz kann erreicht werden, wenn das Material in dem Tiegel 10 mit den nichtübertragenen Plasmabogen 12 bestrahlt wird, während der auf einem drehbaren Träger stehende Tiegel 10 rotiert wird. Zum Schmelzen können geeignete Mengen an Graphitpulver etc. als Flußmittel und Reduktionshilfsmittel zu dem Erz oder dergleichen Material in dem Tiegel (Ofen) hinzugegeben werden. Graphit wird üblicherweise in einer Menge von etwa 10 bis 40 Gew. % in bezug auf das Erz als Reduktionshilfsmittel verwendet. Wenn das reduzierte Metall Ti oder ein ähnliches aktives Metall ist, kann die Oxidation oder Nitridation während der Kühlung nach der Reduktion verhindert werden, indem Ar-Gas oder dergleichen nach der Beendigung der Bestrahlung mit den Bogen zu dem Metall zugeführt wird.
Nachfolgend werden spezielle Beispiele gegeben, bei denen Erze oder Verbindungen unter Verwendung des Plasmabogengenerators direkt geschmolzen wurden.

Beispiel 1

Schmelzen von Magnetit

(1) Das in diesem Beispiel behandelte Magnetit hatte die Form von Stücken mit der durch chemische Analyse bestimmten Zusammensetzung (Gew.%) gemäß Tabelle 1. Tabelle 1
(2) Siliziumhaltiger Sand (50 g) wurde als ein Flußmittel mit 150 g des Magnetits gemischt, und das Gemisch wurde in den Graphit-Tiegel 10 gegeben. Mit Hilfe des Plasmabogengenerators nach Figur 1 wurde das Erz 11 in dem Tiegel 10 160 Sekunden lang mit Plasmabogen bestrahlt und erhitzt und in einen geschmolzenen Zustand reduziert, um 89 g eines Metallblockes (Roheisen) zu erhalten. Die eingesetzte Leistung betrug 70 kW.
(3) Der erhaltene Metallblock (Roheisen) hatte die In Tabelle 2 angegebene Zusammensetzung (Gew.%). Tabelle 2
Die Zusammensetzung zeigt, daß das Verfahren eine ausreichende Reduktion bewirkte, um hohe Kohlenstoff- und Siliziumgehalte zu ergeben, und einen beträchtlichen Entschwefelungseffekt erreichte, so daß sich ein niedriger Schwefelgehalt ergab.

Beispiel 2

Schmelzen von Chromit

(1) Das in diesem Beispiel verwendete Chromit hat die Form von Stücken mit der in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung (Gew. %). Tabelle 3
(2) Siliziumhaltiger Sand (20 g) wurde als ein Flußmittel mit 105 g des Chromits gemischt, und das Gemisch wurde in den Graphit-Tiegel gegeben und 150 Sekunden lang unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 mit Plasmabogen bestrahlt, um 79 g eines reduzierten Metallblockes (Ferrochrom) zu erhalten.
(3) Bei der Analyse zeigte sich, daß der Metallblock 69,2 % Cr und 3,60 % C enthielt. Die durch Reduktion erreichte Chrom-Ausbeute betrug 85 %, was verhältnismäßig niedrig war. Dies scheint auf Verdampfungs verluste zurückzuführen zu sein, weil der Siedepunkt von Chrom nur bei 2640 ºC liegt.
Der hohe Chromgehalt des Produkts zeigt jedoch an, daß das vorliegende Verfahren ein hohes Reduktionsvermögen für Oxiderze hat. Folglich wird es als vorteilhaft angesehen, das Verfahren zum Schmelzen von niedriggradigem Chromit mit einem Chrom/Eisen-Verhältnis von bis zu 2:1 einzusetzen oder zum Vorbereiten eines Materials für rostfreien Stahl durch Schmelzen des Erzes zusammen mit einem zugegebenen Eisenerz.

Beispiel 3

Herstellung einer Cu-Al Legierung durch Reduktion von Aluminiumoxid

(1) Aluminiumoxid (80 g) wurde mit 40 g fein verteiltem Kupfer gemischt, und das Gemisch wurde in den Graphit-Tiegel gegeben und 180 Sekunden lang unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 mit Plasmabogen bestrahlt, um 70 g eines Metallblockes (Kupfer-Aluminium-Legierung) zu erhalten.
(2) Die Legierung hatte einen Aluminiumgehalt von 45,2 %. Da Aluminium schwerer zu reduzieren ist und einen kleineren Siedepunkt hat als das in Beispiel 2 gewonnene Chrom, wurde Aluminium in der Form einer Kupferlegierung gewonnen, die leicht reduzierbar ist, um eine beschleunigte Reduktion durch Herabsetzung der Aktivität des Aluminiums zu gewährleisten.
(3) Hochreines Aluminium kann erhalten werden, indem Aluminiumschrott zu der Kupfer-Aluminium-Legierung hinzugegeben wird, um deren Kupfergehalt auf 30 bis 35 % einzustellen, und indem die Legierung durch den bekannten Dreischichten-Salzschmelze-Elektrolyseprozeß raffiniert wird. Das Kupfer wird zur Wiederverwendung rezirkuliert.

Beispiel 4

Zubereitung von metallischem Molybdän durch thermische Zersetzung von Molybdändisulfid
(1) Eine Menge von 50 g Molybdändisulfid-Reagens (99,5 % Reinheit) wurde in den Graphit-Tiegel gegeben und 160 Sekunden lang unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 mit Plasmabogen bestrahlt, um das Reagens zu schmelzen und zu zersetzen und 27,5 g eines Blockes aus metallischem Molybdän zu erhalten. Die Molybdän-Ausbeute betrug demgemäß 92,2 %.
Während der Periode von 30 Sekunden bis 100 Sekunden nach dem Beginn der Bestrahlung wurde eine Seidenfäden ähnliche weiße Substanz beobachtet, die um die Bogenfiammen herum verspritzt und suspendiert wurde. Die Substanz war Schwefel, der durch thermische Zersetzung erzeugt worden war, und hatte nicht den Geruch von Schwefeldioxid. Somit kann das Reagens in einer akzeptablen Umgebung raffiniert werden.
(2) Der erhaltene metallische Molybdänblock hatte einen Kohlenstoffgehalt von 9,55 % und einen Schwefelgehalt von bis zu 0,001 %. Die Tatsache, daß ein metallischer Molybdänblock mit einem so niedrigen Schwefelgehalt erhalten werden kann, ist in der Literatur noch nicht beschrieben worden (z.B. US Patent Nr.4 234 334, geprüfte japanische Patentveröffentlichung SHO 60-53088 und Mining Association of Japan, Spring Meeting, Abstracts of Lectures, Seite 163 (1984)).
Der stark verminderte Schwefelgehalt ist vermutlich auf die vollständige Zersetzung von Molybdändisulfid durch die Behandlung zurückzuführen, die mit dem stark reduzierenden Plasmabogen gemäß der Erfindung in dem Tiegel durchgeführt wurde, und auf die folgende Entschwefelungsreaktion in dem geschmolzenen Metall zusätzlich zu der reinen thermischen Zersetzung.
MoS&sub2; + C T MoC + S&sub2;
(3) Der Kohlenstoff in dem metallischen Molybdän kann daraus entfernt werden, beispielsweise, wenn Ferromolybdän aus einem Block metallischem Molybdäns hergestellt wird, indem Walzzunder oder Eisenoxid zu dem Block hinzugegeben wird, um die Eisenlegierung zu erhalten.
Obgleich im vorliegenden Beispiel das Molybdändisulfid-Reagens benutzt wurde, läßt sich das gleiche Ergebnis wie oben im Fall von Molybdänit erhalten, das Kieselsäure, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Kupfer etc. enthält, da diese Verbindungen während des Schmelzprozesses verdampfen oder sich in Schlacke umwandeln.

Beispiel 5

Schmelzen von Ilmenit

(1) Das in diesem Beispiel verwendete Ilmenit hatte die Form von Stücken mit der in Tabelle 4 angegebenen chemischen Zusammensetzung (Gew.%).

Tabelle 4

(2) Fein verteiltes Graphit (60 g) wurde als Reduktionshilfsmittel mit 200 g des Ilmenits gemischt, und das Gemisch wurde in einen Graphit- Tiegel mit einem Innendurchmesser von 160 mm gebracht und 120 Sekunden lang mit dem Plasmabogengenerator nach Figur 1 bei einer Leistung von 70 kW mit Plasmabogen in Luft bestrahlt, um das Erz zu erhitzen, zu schmelzen und zu reduzieren.
(3) Folglich wurde das Eisenoxid vorzugsweise zu metallischem Eisen reduziert, das sich am Boden in der Form einer Masse aus geschmolzenem Eisen sammelte, mit einer überlagerten Schicht aus mit Titan angereicherter Schlacke. Nach dem Erstarren durch Kühlung wurde das Produkt gebrochen, um die Eisenmasse zu gewinnen, und Eisen in der Form feiner Partikel wurde durch magnetische Abscheidung aus der Schlacke mit hohem Titangehalt entfernt.
(4) Die so erhaltene Titanschlacke hatte einen Titangehalt von 65,17 Gew.% und einen Gehalt an 108,7 Gew.% an Titanoxid bezogen auf Titandioxid. Dies bedeutet, daß das Titanoxid zu niedrigeren Oxidationsgraden wie TiO und Ti&sub2;O&sub3; reduziert wurde. Der Eisengehalt betrug 0,96 Gew.%. Folglich wurde das Titan in dem Erz von dem ursprünglichen Gehalt von 33,16 Gew.% auf 65,17 %, das heißt, auf etwa das Zweifache, aufkonzentriert.
(5) Unter Zugabe von etwa 30 Gew.% Graphit wurde die Titanschlacke wieder in den Graphit-Tiegel gebracht und 150 Sekunden lang unter denselben Bedingungen wie oben erhitzt und reduziert, um metallisches Titan zu erhalten. Tabelle 5 zeigt die Zusammensetzung (Gew.%) des erhaltenen metallischen Titans. Tabelle 5
(6) Tabelle 5 zeigt, daß der Eisengehalt stark auf einen sehr geringen Wert reduziert ist, weil das Eisen während der Erhitzung und Reduktion verdampfte, was zeigt, daß das Vorhandensein einer kleinen Menge von Eisen in der Titanschlacke, die beim Abscheiden des Eisens nicht entfernt wurde, keine Probleme aufwirft.
Das erhaltene metallische Titan hat unvermeidlich einen hohen Kohlenstoffgehalt, weil die Reduktion mit starkem Kohlenstoff bei einer hohen Temperatur erreicht wird. Der Kohlenstoff läßt sich jedoch entfernen, indem das Rohtitan durch den Salzschmelze-Elektrolyseprozeß raffiniert wird, wobei das Titan als Anode verwendet wird (Journal of Japan Metal. Soc., Band 35 (1971), Seiten 282-288) oder durch Verwendung des Titans als Master-Legierung bei der Legierung mit Eisen, Kupfer, Aluminium oder dergleichen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die Erfindung ist als Direkt-Schmelzverfahren unter Verwendung eines thermischen Plasmas anwendbar.

Claims

1. Direktes Schmelzverfahren, bei dem ein Erz (11) oder Metalloxid reduziert oder thermisch zersetzt wird mit Hilfe eines thermischen Plasmas mit einer reduzierenden Atmosphäre, um ein Metall oder ein an Metall angereichertes Produkt zu erhalten, und wobei eine mehrphasige Stromspannung an mehrere Graphitelektroden (2a, 2A, 3, 3A, 4, 4A) in der Weise angelegt wird, daß eine Bogenentladung in Luft verursacht wird, um infolge der resultierenden Oxidationszersetzung der Graphitelektroden einen stark reduzierenden nichtübertragenen Plasmabogen (12) zu erzeugen, wobei dieser Plasmabogen von den Spitzen der Elektroden aus direkt gegen das zu schmelzende Erz oder Metalloxid ausgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz oder Metalloxid auf einem Herd oder in einem Tiegel (10) unter dem Plasmabogen angeordnet wird.

2. Direktes Schmelzverfahren nach Anspruch 1, bei dem die mehreren Graphitelektroden in der Form eines umgekehrten Konus angeordnet sind, so daß die Spitzen der Elektroden in annähernd gleichen Abständen auf einer im wesentlichen kreisförmigen Linie liegen.

3. Direktes Schmelzverfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Dreiphasen- Wechselspannung an eine Elektrodengruppe mit drei Graphitelektroden angelegt wird.

4. Direktes Schmelzverfahren nach Anspruch 1, bei dem das zu schmelzende Material während des Schmelzprozesses gedreht wird.