DE1020318B - Process for the production of boron carbide - Google Patents
Process for the production of boron carbideInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Borcarbid Die Erfindung betrifft ein leicht und mit geringen Kosten durchführbares Verfahren zur synthetischen Herstellung von Bo,rearbid in einem Lichtbogenofen, durch das die Gesamterzeugung von Borcarbid bei nennenswerter Herabsetzung des Verbrauchs elektrischer Energie für die Mengeneinheit des erzeugten Borcarbids erheblich vergrößert werden kann.Method of Making Boron Carbide The invention relates to a process for synthetic production which can be carried out easily and at low cost by Bo, rearbid in an electric arc furnace through which the total production of boron carbide with a significant reduction in the consumption of electrical energy for the unit of measure of the boron carbide produced can be increased considerably.
In an. sich bekannter Weise wird ein Gemisch von Boroxyd und Koks unter reduzierenden Bedingungen in einem mit heb- und senkbaren Elektroden ausgestatteten elektrischen Lichtbogenofen umgesetzt, wobei die unteren Elektrodenenden von der Reaktionsmischung umgeben sind; sie also den Lichtbogen bedeckt.In on. As is known, a mixture of boron oxide and coke is used under reducing conditions in one equipped with elevating and lowering electrodes electric arc furnace, with the lower electrode ends from the Reaction mixture are surrounded; so it covers the arc.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird anfänglich aus einem kleinen. Teil der zur Reduktion des Boroxvds erforderlichen Kohle eine Strombrücke gebildet, die jedoch bald verschwindet, worauf sich ein Sumpf von flüssigem Borcarbid bildet, durch den der Strom fließt.In a known method of this type, initially from a small. Part of the coal required to reduce the boron oxide is an electricity bridge but soon disappears, whereupon a sump of liquid boron carbide forms through which the current flows.
Demgegenüber ist gemäß der Erfindung eine bleibende Strombrücke aus Kohle von erheblichem O_uerschnitt vorgesehen, die nicht an der Reaktion teilnimmt. Infolgedessen bildet sich überhaupt kein Carbidsumpf, sondern es entstehen von Anfang an getrennte und getrennt bleibende feste Carbidblöcke im Bereich der einzelnen Elektroden. Von jeder Elektrode geht zu dem gegenüberliegenden Brückenende ein Lichtbogen über, unter dessen Einfluß nur ein vorübergehendes örtliches Schmelzen des dort liegenden Reaktionsgemisches mit fortlaufendem sofortigem Erstarren stattfindet. Bei allmählichem Anheben der Elektroden, deren Enden dabei durch Nachfüllen vo.n Reaktionsgemisch dauernd bedeckt gehalten werden, Lle-iben die unter den Elektroden sich bildenden, allmählich anwachsenden getrennten Carbidblöcke an den unteren Enden durch die Strombrücke verbunden. Voraussetzung dafür, daß die Blöcke sich nicht vereinigen, ist ein genügender Abstand der Elektrodenenden. Dies wird bei zwei Elektroden ohne zu großem Ofenquerschnitt dadurch erreicht, daß dieser oval mit etwa in den Brennpunkten des Ovals liegenden Elektrodenansatzstellen gehalten wird.In contrast, according to the invention, a permanent current bridge made of carbon with a considerable cross section is provided, which does not take part in the reaction. As a result, no carbide sump is formed at all, rather solid carbide blocks that are separate and remain separate are created in the area of the individual electrodes from the start. From each electrode to the opposite end of the bridge there is an arc of light , under the influence of which only a temporary local melting of the reaction mixture located there takes place with continuous immediate solidification. As the electrodes are gradually raised, the ends of which are kept permanently covered by refilling with the reaction mixture, the gradually growing separate carbide blocks forming under the electrodes are connected at the lower ends by the current bridge. The prerequisite for the blocks not uniting is that the electrode ends are spaced sufficiently. In the case of two electrodes without an excessively large furnace cross-section, this is achieved by keeping the furnace oval with electrode attachment points located approximately in the focal points of the oval.
An Stelle von Boroxyd kann man bei dem Verfahren auch von Rückgut eines vorhergehenden Ofenganges oder von einem Gemisch solchen Rückgutes mit Boroxv d ausgehen.Instead of boron oxide, returned goods can also be used in the process from a previous furnace run or from a mixture of such return material with Boroxv d go out.
Die Zeichnung stellt einen Lichtbogenofen dar, der zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen kann.The drawing shows an electric arc furnace that is used to carry out the method according to the invention can serve.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht des Ofens, Fig. 2 ein Querschnitt durch den Ofen in Höhe der Linie a-a der Fig. 1.Fig. 1 is a front view of the furnace, Fig. 2 is a cross section through the furnace at the level of line a-a in FIG. 1.
Der z. B. aus Stahlblech bestehende Ofenmantel 1 hat ovalen Querschnitt und verengt sich nach oben. An seiner oberen Kante ist ein Flansch 2 angeschweißt, mit dem eine abwärts gerichtete Leiste 3 verschweißt ist. Am unteren Ende ist am Mantel 1 ein breiter Flansch 4 angebracht, mit dem eine abwärts gerichtete Leiste 5 verbunden ist. Die Außenkante des Flansches 4 verläuft in Kreisform, während die Innenkante dem Ofenquerschnitt entsprechend oval ist. Zwischen der Außenseite des Mantels 1 und dem Flansch 4 sind stählerne Versteifungsrippen 6 angebracht.The z. B. made of sheet steel furnace shell 1 has an oval cross-section and narrows towards the top. A flange 2 is welded to its upper edge, with which a downward bar 3 is welded. At the bottom is on Shell 1 attached a wide flange 4, with which a downward bar 5 is connected. The outer edge of the flange 4 is circular, while the Inner edge is oval according to the furnace cross-section. Between the outside of the Shell 1 and the flange 4 steel reinforcing ribs 6 are attached.
An der Außenseite des Mantels 1 sind in der Nähe seines oberen Endes Haken 7 angeschweißt, in die Kettenhaken eines Hebezeuges, z. B. eines Laufkranes, eingehängt werden können, um den Mantel 1 von dem Schmelzerzeugnis abzuheben, nachdem dieses genügend abgekühlt ist.On the outside of the jacket 1 are near its upper end Hook 7 welded into the chain hook of a hoist, e.g. B. a traveling crane, can be hooked to lift the jacket 1 from the melt product after this has cooled down sufficiently.
Zwei a.n Schläuche9 angeschlossene gelochte Rohre 8 sind unter dem Flansch 2, 3 so angeordnet, daß der Mantel l mit Wasser berieselt werden kann. Zwei weitere, an Schläuche 17 angeschlossene gelochte Rohre 16 umfassen den Ofenmantel weiter unten und dienen zur Verstärkung der von den Rohren 8 ausgehenden Wasserberieselung des -Mantels.Two perforated tubes 8 connected to hoses 9 are under the Flange 2, 3 arranged so that the jacket l can be sprinkled with water. Two further perforated tubes 16 connected to hoses 17 enclose the furnace jacket below and serve to reinforce the water sprinkling emanating from the pipes 8 of the coat.
Der Ofen ruht auf einer kreisförmigen Tragplatte 10 eines auf Schienen 11 laufenden Fahrgestells. Auf der aus Stahlblech bestehenden Tragplatte 10 ist ein ebenfalls aus Stahlblech bestehender Behälter 12 mit ovalem Boden festgeschweißt, der dieselbe Form wie das untere Ende des Ofenmantels 1, aber kleinere Abmessungen hat, so. daß dieser über den Behälter 12 gestülpt werden kann. Zwischen, dem Flansch 4 des Mantels und der Tragplatte 10 wird eine Dichtung 13 angebracht. Der Ofen ist etwa 2,70 m hoch und kann etwa 6800 kg Reaktionsgemisch und aus ihm leergestelltes Borcarbid aufnehmen.The furnace rests on a circular support plate 10 one on rails 11 running chassis. On the sheet steel support plate 10 is a container 12, also made of sheet steel, welded to it with an oval bottom, the same shape as the lower end of the furnace shell 1, but smaller in size has so. that this can be slipped over the container 12. Between, the flange 4 of the shell and the support plate 10 becomes a seal 13 appropriate. The furnace is about 2.70 m high and can hold about 6800 kg of reaction mixture and from it pick up empty boron carbide.
Für die Synthese von Borcarbid in dem beschriebenen Lichtbogenofen wird ein Gemisch von Borsäureanhydrid (B203) und Koks verwendet, dem vorzugsweise Rückgut aus einem früheren Ofengang zugegeben wird. Bei diesem Rückgut handelt e# sich um das bei einem früheren Ofengang nicht vollständig umgewandelte Gemisch, das zum Teil aus einer Borv erbindung, die weniger Sauerstoff als 1320, enthält, zum Teil aus Borcarbid mit mehr Kohlenstoff als B4 C besteht.For the synthesis of boron carbide in the arc furnace described a mixture of boric anhydride (B203) and coke is used, which is preferred Return material from an earlier oven run is added. With this return item, e # the mixture that has not been completely converted in an earlier furnace cycle, which partly consists of a boron compound that contains less oxygen than 1320, partly consists of boron carbide with more carbon than B4 C.
Im allgemeinen wird ein Ofengemisch verwendet, das mehr Bor enthält, als durch die Gleichung 2B,,03+7C=B4C + 6C0 zum Ausdruck kommt, und zwar deshalb, weil ein nennenswerter Teil des Bors während des Ofenganges verlorengeht. Bei den durch diese Gleichung dargestellten stöchiometrischen Verhältnissen wäre also ein Borcarbid mit einem Über schuß all Kohlenstoff in Form von Graphit zu erwarten. Der Borgehalt der Mischulig kann zwischen dein stöchiometrischen Verhältnis und 65 % Borüberschuß gehalten «-erden. Tatsächlich werden, da sich ini Gemisch ini allgemeinen etwas Borsäure, die borreicher als B203 ist, und etwas Borcarbid mit weniger Bor, als dem B4 C (teilweise umgewandeltes Material aus einem früheren Ofengang) entspricht, befinden, Verhältnisse zwischen dem stöchiometrischen Verhältnis von Bor zu freieng Kohlenstoff des Kokses und 651/o über dein stöchiometrischen Verhältnis verwendet.Generally a furnace mix is used which contains more boron, than is expressed by the equation 2B ,, 03 + 7C = B4C + 6C0, namely, because a significant part of the boron is lost during the furnace cycle. Both stoichiometric ratios represented by this equation would be a Boron carbide with an excess of all carbon in the form of graphite is to be expected. The boron content of the Mischulig can be between your stoichiometric ratio and 65% boron excess kept «-erden. In fact, since there is ini mixture ini generally some boric acid, which is richer than B203, and some boron carbide less boron than the B4 C (partially converted material from an earlier furnace run) corresponds to, are, ratios between the stoichiometric ratio of Boron to free carbon of the coke and 651 / o over your stoichiometric ratio used.
Die Menge freien Kohlenstoff: im Koks wird bestimmt und bei der Herstellung der Reaktionsausgangsmischung in Rechnung gestellt. Vorzugsweise wird gut ausgeglühter Koks verwendet, zumal sein Gehalt all freiem Kohlenstoff genau bestininibar ist. Von den verschiedenen verwendbaren Koksarten, z. B. Petrolkoks, Hüttenkoks und Pechkoks, wird letzterer bevorzugt, weil er von gleichförmigerer Beschaffenheit ist und bei etwa 90% oder mehr freiem Kohlenstoff einen niedrigen Aschengehalt (;unter l0/0-1 hat.The amount of free carbon: in coke is determined and during manufacture the initial reaction mixture will be invoiced. Preferably it is well annealed Coke is used, especially since its content of all free carbon is precisely determinable. Of the various types of coke that can be used, e.g. B. petroleum coke, metallurgical coke and pitch coke, the latter is preferred because it is more uniform in nature and at About 90% or more free carbon has a low ash content (; below 10 / 0-1 Has.
Borsäureanhydrid kann leicht dadurch hergestellt werden, da$ man aus Borsäure (H3 B 03) durch Erhitzen Wasser austreibt. Im übrigen ist glasiges Borsäureanhvdrid in gepulverter Form ein leicht zu be-,,chaf'iendes Material.Boric anhydride can easily be made by being made from Boric acid (H3 B 03) drives out water by heating. Otherwise it is vitreous boric anhydride in powdered form an easy to handle material.
Alle Borcarbide, mit Ausnahme des aller reinsten Carbids, enthalten etwas freien Kohlenstoff in Form voll Graphit. Ein Gehalt all freiem Kohlenstoff von etwa 5% macht dieses z. B. als Schleifiliittel nicht unbrauchbar. Auch elementares Bor kann in fester Lösung ini Borcarbid (B"C) enthalten sein. Für gewisse Zwecke wird vorzugsweise solches Borcarbid verwendet. -Mit Hilfe des erhndungsgemällen Verfahrens kann ein Borcarbid erzeugt werden, das der Formel B6, 6 C entspricht. Ein so borreiches oder noch borreicheres Carbid wird in Fachkreisen als technisches Bor bezeichnet. B6, @C enthält etwa 85,6% Bor.Contains all boron carbides, with the exception of the purest carbide some free carbon in the form of full graphite. A content of all free carbon of about 5% makes this z. B. not useless as a grinding agent. Also elementary Boron can be found in solid solution in boron carbide (B "C). For certain purposes such boron carbide is preferably used. -With the help of the grant Method, a boron carbide can be produced which corresponds to the formula B6, 6C. Such a boron-rich or even more boron-rich carbide is considered technical in specialist circles Called boron. B6, @C contains about 85.6% boron.
Zur Herstellung des hochwertigen Borerzeugilisses genügt es, dem B0,; bis zu 65% Borüberschuß zuzusetzen. Werden- große Mengen Borsäure zwecks Herstellung besonders börreichen Borcarbids verwendet, so enthält das Erzeugnis etwas glasiges B, 0.,. das aber mit Wasser ausgewaschen werden kann.To manufacture the high-quality boron product, it is sufficient to add the B0 ,; add up to 65% excess boron. Large quantities of boric acid for the purpose of manufacture If boron carbide is particularly rich in boron, the product contains something glassy B, 0.,. but that can be washed out with water.
Das erfindungsgemäße#Jerfahren wird im einzelnen wie folgt durchgeführt: Glasiges Borsäureanhydrid wird zunächst mit dem,--Koks und dieses Gemisch dann innig mit Rückgut vermischt. Man kann das Borsäureanhydrid und/oder den Koks in gröberem oder feinerem Zustand verwenden. Je feiner aber das Ausgangsmaterial ist, um so schneller und vollständiger verläuft die Reaktion. In der Praxis wird glasiges Borsäureanhydrid verwendet, das durch ein Sieh von etwa 12 mm Maschenweite geht. Dieses Material enthält natürlich auch sehr viel feinere Teilchen. Der Koks kann in einer Korngröße von etwa 12 min und darunter verwendet werden. Befriedigende Ergebnisse werden bei Verwendung von 50% Rückgut erzielt, jedoch kann das Verfahren auch allein mit Rückgut durchgeführt werden, falls in ihni die Elemente in passenden Verhältnissen vorhanden sind.The procedure according to the invention is carried out in detail as follows: Vitreous boric anhydride is first mixed with the coke and this mixture is then intimately mixed with the returned material. Boric anhydride and / or coke can be used in a coarser or finer state. However, the finer the starting material, the faster and more complete the reaction. In practice, vitreous boric anhydride is used, which goes through a screen of about 12 mm mesh size. Of course, this material also contains much finer particles. The coke can be used in a grain size of about 12 minutes and below. Satisfactory results are obtained when using 50% of recycled material, but the method can also only be performed with recycle material, if the elements in appropriate conditions are present in ihni.
Bevor der Mantel l des Ofens über den unteren Behälter 12 geschoben wird, wird in letzterem eine Kohlenstofiunterlage hergestellt, z. B. durch Einstampfen eines Gemisches voll feiner Kohle und Pech. Die obere Fläche dieser Kohlenstoffunterlage erhält z@vecktnäßig eilte konkave Form, und zwar so, da$ der äußere Rand bis zur Oberkante des Behälters 12 reicht. \achdein der Mantel 1 über den Behälter 12 gestellt worden ist. wird der Zwischenraum zwischen Behälter und llailtel mit Koks gefüllt. Dann wird feines Alumiiliuilioxyd in den Behälter 12 gefüllt, und zwar in einer Menge, dali es ungefähr gleichmäßig etwa 10 cni über die Oberkante des Behälters reicht (bei Annahme eines Mantels 1 voll etwa 2,70 in Höhe). Dieses Aluniiniunioxy-d rechnet noch zur Unterlage.Before the jacket 1 of the furnace is pushed over the lower container 12 a carbon pad is made in the latter, e.g. B. by pulping a mixture of fine coal and pitch. The top surface of this carbon pad obtains a z @ straight concave shape, in such a way that the outer edge extends to the Upper edge of the container 12 is enough. \ oh you put the jacket 1 over the container 12 has been. the space between the container and the llailtel is filled with coke. Then fine Alumiiliuilioxyd is filled in the container 12, in one Amount, dali it approximately evenly about 10 cni over the top of the container is enough (assuming a coat 1 full about 2.70 in height). This Aluniiniunioxy-d still counts on the document.
Nunmehr wird eilte Masse (etwa 35 kg) voll Graphit- oder Kohlestücken etwa in den Brennpunkten des Ovals des Mantels 1 eingebracht, in deren Bereich beim Betrieb des Ofens die Elektroden 14 stellen. Zwischen diesen Kohle- oder Graphitniassen wird niit demselben 'Material eilte Strombrücke 15 hergestellt, zu deren :1,ufnahme eine in dein Rückgut und/oder Rollgut gebildete Rinne dient.Now the hurried mass (about 35 kg) is full of pieces of graphite or carbon introduced approximately in the focal points of the oval of the jacket 1, in the area at During operation of the furnace, the electrodes 14 are set. Between these carbon or graphite nets The current bridge 15 is made with the same material, for the purpose of which: a channel formed in your return goods and / or roll goods is used.
Die aus Graphit- bz-,v. Kohlestücken bestehende Brücke 15 bildet zwischen den Ansatzstellen der Elektroden einen durchgehenden Stromweg, vorzugsweise von etwa 330 cnl' Ouerschnitt. bei einem Ofen der angegebenen Gröfie.The graphite bz, v. Coal pieces existing bridge 15 forms between the attachment points of the electrodes a continuous current path, preferably from about 330 cnl 'cross section. for an oven of the specified size.
Die Alutniiiiumoxvdlage unter der Graphit- oder K ohlebrücke dient als Isolierschicht zur Verhinderung eines Kurzschlusses.The aluminum oxide layer under the graphite or carbon bridge is used as an insulating layer to prevent a short circuit.
All die Elektroden 14 wird. eilte Spannung von 100 bis 150, vorzugsweise 120 Volt gelegt. Dann werden, nachdem da. Fahrge,tell auf den Schienen 11 so weit bewegt worden ist. daß der Mantel 1 in die richtige Stellung zti den Elektroden 14 gelangt, diese durch Senken in Berührung finit der `treilibrücke 15 gebracht, durch die während des ganzen Prozesses der elektrische Strom fließt.All of the electrodes 14 will. hurried voltage of 100 to 150, preferably 120 volts. Then be after there. Fahrge, tell has been moved so far on the rails 11. that the jacket 1 comes into the correct position zti the electrodes 14, these brought by lowering into finite contact with the `treilibrücke 15, through which the electric current flows during the whole process.
Die Elektroden 14 werden durch eitle nicht dargestellte Regelvorriclitun"l, nach Bedarf selbsttätig gehoben und gesenkt.The electrodes 14 are controlled by a control device (not shown), automatically raised and lowered as required.
Berühren die Elektroden 14 die Graphitbrücke, so fließt durch die Elektroden und die Brücke ein Strom von etwa "_'500 jnipere oder ,hehr. Ein Regler stellt die Elektroden 14 so ein, daß der Lichtbogen (bei 120 Volt) iiiit einem Strom von etwa 2500 Ampere betrieben wird.If the electrodes 14 touch the graphite bridge, then flows through the Electrodes and the bridge a current of about "_'500 jnipere or, dear. A regulator adjusts the electrodes 14 so that the arc (at 120 volts) is iii with a current operated by about 2500 amps.
Nunmehr wird das Reaktionsgemisch über die ganze Ofeilfläche verteilt derart aufgegeben, daß der Lichtbogen von einer etwa 5 cigg hohen Schicht des Reaktionsgemisches bedeckt ist. Eilt Teil des Geinisches gelangt unmittelbar in den Bereich der Lichtbögen und setzt sich hier zu Borcarbid und Kohlenoxyd um. Die Bedingungen sind reduzierend, die Geinischdecke hält im Bereich der Lichtbögen die Luft von der Reaktionszone fern. Die Höhe der Gemischdecke an den Elektroden soll mindestens 2,5 cm, gemessen von den unteren Enden der Elektroden, betragen. Sie soll in keinem Falle stärker als etwa 7,5 cm sein, damit die sich bei der Reaktion bildenden Gase gut abziehen können.The reaction mixture is now distributed over the entire surface of the furnace so abandoned that the arc from an approximately 5 cigg high layer of the reaction mixture is covered. If part of the Geinisches rushes directly into the area of the arcing and converts here to boron carbide and carbon oxide. The conditions are reducing the common blanket keeps the air from the in the area of the arcing Reaction zone away. The height of the mixture ceiling on the electrodes should be at least 2.5 cm from the bottom of the electrodes. She shouldn't be in any Trap thicker than about 3 inches to prevent the gases from forming during the reaction can pull off well.
Man braucht nunmehr den Ofen nur von "Zeit zu "Zeit mit Gemisch zu beschicken. Abseits der Elektroden sollte das Gemisch rings um die Innenseite des Mantels 1 herum aufgeböscht werden. Beispielsweise ],-,arm es im Bereich des Mantels etwa 10 cm höher als :in den Elektroden liegen, an den Enden der langen --@.chse des ovalen Mantelquerschnitts sogar bis zu 30 cm.You now only need to close the oven with a mixture "from time to" charge. Aside from the electrodes, the mixture should be around the inside of the Mantle 1 are flared around. For example], -, poor it in the area of the mantle about 10 cm higher than: in the electrodes, at the ends of the long - @. axis of the oval jacket cross-section even up to 30 cm.
Entsprechend dem Nachfüllen des Gemisches heben sich die Elektroden allmählich nach -Maßgabe des I-#ntstehens der Borca.rbidblöcke im Bereich der Lichtbögen. Die Reaktion führt zur Bildung von Borcarbid in glühendem Zustand. Wenn sich örtlich eine gewisse flüssige Phase bildet, besteht sie meist nur für einen Augenblick. Die Temperatur, bei der die Bildung von Borcarbid eintritt, beträgt etwa 2350°.As the mixture is refilled, the electrodes rise gradually according to the extent to which the Borca.rbidblocks are in place in the area of the arcs. The reaction leads to the formation of red-hot boron carbide. If local forms a certain liquid phase, it usually only exists for a moment. The temperature at which the formation of boron carbide occurs is about 2350 °.
Ist der Ofengang beendet und tverden die Elektroden hochgehoben, so empfiehlt es sich, den Ofen auf dem Fahrgestell aus dem Bereich der Elektroden 14 auszufahren, jedoch wird die Wasserberieselung des Mantels 1 so lange aufrechterhalten, bis der Inhalt des Mantel 1 so weit abgekühlt ist, da.ß keine Gefahr des Verbrennens des Ofenmantels mehr besteht. Nachdem sich der Ofeninhalt so weit abgekühlt hat, daß das Carbid bei Berührung mit Luft nicht mehr oxydiert, wird der Ofenmantel von dem Inhalt abgehoben. Die beiden Borcarbidblöcke werden sorgiältig von dem sie umgebenden, größtenteils zu einer festen Masse zusammengeschmolzenen Rückgut getrennt, das zur Verwendung in einem nachfolgenden Arbeitsgang gesammelt wird. Beispiel 1 Nach Herstellung der Kohlenstoffunterlage im Behälter 12 und nach Aufsetzen des Mantels l auf die Platte 10 des Wagens 11 wurde Koks zwischen die Wand des Behälters 12 und den Mantel l eingefüllt und in den Behälter 12 so viel Aluminiumoxyd gegeben, daß dieses den Behälterrand etwa 10 cm überragte. Sodann wurden 34 kg Stückgraphit unter die Ansatzstellen der Elektroden gebracht und die Strombrücke in der oben angegebenen Weise hergestellt. Hierauf wurde der Ofen mit einer Spannung von 120 Volt angelassen und ihm kontinuierlich, das Reaktionsgeinisch in dem Maße zugeführt, daß rund um die Elektroden 14 herum und zwischen ihnen eine Gemischdecke von etwa 5 cm Stärke aufrechterhalten wurde. Das Gemisch bestand aus 41,5% Rückgut, 41,5 % glasigem Borsäureanhydrid und 17 % Koks mit einem Kohlenstoffgehalt von 90%. Das Rückgut hatte folgende Zusammensetzung: 19,07 % Bor, 40,83 °/o Kohlenstoff, Rest in der Hauptsache Sauerstoff.When the oven cycle is over and the electrodes are lifted up, so it is advisable to place the furnace on the chassis away from the electrodes 14 extend, but the water sprinkling of the jacket 1 is maintained as long as until the contents of the jacket 1 have cooled down to such an extent that there is no risk of burning of the furnace jacket is longer. After the contents of the oven have cooled down enough, that the carbide no longer oxidizes on contact with air, the furnace jacket is of the content lifted off. The two boron carbide blocks are carefully protected from the surrounding, largely separated into a solid mass melted return material, which is used for Use is collected in a subsequent operation. Example 1 After manufacture the carbon base in the container 12 and after placing the jacket l on the Plate 10 of carriage 11 was coke between the wall of the container 12 and the shell l filled and given into the container 12 so much aluminum oxide that this the The edge of the container protruded about 10 cm. Then 34 kg of lump graphite were placed under the attachment points brought the electrodes and made the current bridge in the manner indicated above. Then the furnace was started with a voltage of 120 volts and continuously, the reaction mixture supplied to the extent that around the electrodes 14 around and a mixed blanket about 5 cm thick was maintained between them. The mixture consisted of 41.5% returned material, 41.5% glassy boric anhydride and 17% 90% carbon coke. The return goods had the following composition: 19.07% boron, 40.83% carbon, the remainder mainly oxygen.
Das bei diesem Ofengang erhaltene Gut wurde dem Aussehen nach sortiert und analysiert. Der, größte Teil von ihm war schwammig und ergab. bei der Analyse 24,44% Kohlenstoff und 69,27% Bor. Der Rest war in der Hauptsache Sauerstoff. Dieses Borcarbid ist brauchbar als Läppulver und für andere Zwecke. Wünscht man den Sauerstoffgehalt des Reaktionsgutes zu entfernen, so kann man es fein zerkleinern und mit Wasser waschen, wodurch der Sauerstoff auf weniger als 1'% herabgesetzt wird. Ein anderer Teil des Erzeugnisses, der aus massiven Stücken bestand, setzte sich aus 71,77 % Bor, 23,93% Kohlenstoff und -1,31/o Sauerstoff zusammen. Der Sauerstoffgehalt dieses Borcarbids kann in der oben angegebenen Weise e1äenfalls auf weniger als 111/o gesenkt werden.The material obtained in this oven cycle was sorted according to appearance and analyzed. Most of it was spongy and surrendered. in the analysis 24.44% carbon and 69.27% boron. The remainder was mostly oxygen. This Boron carbide is useful as a lapping powder and for other purposes. If you want the oxygen content To remove the reaction material, it can be finely chopped up and washed with water wash, which reduces the oxygen to less than 1%. Another Part of the product, which consisted of solid pieces, was composed of 71.77% Boron, 23.93% carbon and -1.31 / o oxygen combined. The oxygen content of this Boron carbide can in any case be reduced to less than 111% in the manner indicated above will.
Ein weiterer Teil des Erzeugnisses lag an der Grenze zwischen gutem Borcarbid und Rückgut. Dieses Reaktionsgut bestand aus 61,11% Bor, 28,55% Kohlenstoff und 10,34% Sauerstoff. Es wird im Gemisch mit Borcarbid verwendet.Another part of the product was on the borderline between good Boron carbide and returned goods. This reaction material consisted of 61.11% boron, 28.55% carbon and 10.34% oxygen. It is used in a mixture with boron carbide.
Das übrige Gut war Rückgut, das in weiteren Ofengängen verarbeitet wurde.The rest of the goods were returned goods that were processed in further kiln aisles became.
Selbstverständlich wechselt die Zusammensetzung von Zone zu Zone des Blockes. Eine Probe von schwammigem Gut ergab 75,63 %Bor, 22,81% Kohlenstoff, was einem Bor-Kohlenstoff-Atomverhältnis von 3,68: 1 entsprach. Beispiel 2 Ein anderer Ofengang wurde genau wie im Beispiel 1 durchgeführt, nur wurden dabei 52,5 % Rückgut, 31,5 0/ o glasiges Borsäu.reanliydrid und 17 %Koks verwendet. Das Rückgut bestand nel-#-n Sauerstoff aus 35,951/o Kohlenstoff und 24,11% Bor.Of course, the composition changes from zone to zone Blocks. A sample of spongy material yielded 75.63% boron, 22.81% carbon, which is corresponded to a boron-carbon atomic ratio of 3.68: 1. Example 2 Another The furnace cycle was carried out exactly as in Example 1, except that 52.5% were returned, 31.5% glassy boric acid reagent and 17% coke were used. The returned goods existed nel - # - n oxygen from 35.951 / o carbon and 24.11% boron.
Als Ergebnis dieses Ofenganges Tratten die festen und schwammigen Teile zusammen laut Analyse einen Durchschnittsgehalt von. 67,60% Bor und 25,67% Kohlenstoff. Der Rest war hauptsächlich Sauerstoff. Die sandigen Qualitäten des Reaktionsgutes enthielten 59,59% Bor und 27,86'% Kohlenstoff. Der Rest war überwiegend Sauerstoff. Das sich aus dem Ofengang ergebende Rückgut (zu unterscheiden von dem aufgegebenen Rückgut) ergab 24,31% Bor und 33,63% Kohlenstoff. Der Rest war überwiegend Sauerstoff. Warde das etwa, 67,61/o Bor und 25,6704 Kohlenstoff enthaltende Borcarbid ausgewaschen, so erhielt man als endgültiges Bo.rcarbid ein Produkt der Zusammensetzung: 74,44% Bor, 24,0611/o Kohlenstoff und 0,26 % Bz 03.As a result of this oven run, the solid and spongy parts together had an average content of. 67.60% boron and 25.67% carbon. The rest was mostly oxygen. The sandy qualities of the reaction mixture contained 59.59% boron and 27.86% carbon. The rest was mostly oxygen. The return material resulting from the furnace passage (to be distinguished from the returned material) resulted in 24.31% boron and 33.63% carbon. The rest was mostly oxygen. If the boron carbide, containing about 67.61 / o boron and 25.6704 carbon, was washed out, the final boron carbide obtained was a product of the composition: 74.44% boron, 24.0611 / o carbon and 0.26% metal 03
Es hat sich als praktisch erwiesen, bei Spannungen unter 150 Volt zu arbeiten., doch sollte nicht bei Spannungen unter 100 Volt gearbeitet werden, da sonst die Ausbeute- zu gering werden würde.It has been found to be useful at voltages below 150 volts to work., but should not work at voltages below 100 volts, otherwise the yield would be too low.
Eine für die Durchführung des Verfahrens wichtige Größe ist neben der Spannung und dem. Borgehalt der Ausgangsmischung der Stromb:rückenquerschnitt, dessen Form sich in weiten Grenzen ändern kann. Seine Größe: ergibt sich als Funktion des Elektrodendurchmessers, der je nach der Größe des Ofens verschieden sein kann. Hat die Elektrode quadratischen, dreieckigen oder irgendeinen anderen Querschnitt, so kann ihr, effektiver Durchmesser dadurch ermittelt werden, daß man den Elektrodenquerschnitt, obwohl er keinen kreisförmigen Querschnitt besitzt, als einen solchen betrachtet und mit Hilfe der zwischen Radius und Fläche eines Kreises bestehenden Beziehung F=zr2 einen Durchmesser errechnet, der dem effektiven Durchmesser der Elektrode entspricht. Ist D der effektive Durchmesser der Elektroden in cm und C die Ouerschnittsfläche der Strombrücke in cm'-', so soll das Verhältnis von C : D mindestens 2 und höchstens 12 sein. Der O_uerschnitt der Strombrücke ist somit durch die Beziehung 2 < C, < 12 festgelegt.In addition to the voltage and the. Boron content of the starting mixture of the stream: back cross-section, the shape of which can vary within wide limits. Its size: results as a function of the electrode diameter, which can vary depending on the size of the furnace. If the electrode has a square, triangular or any other cross-section, its effective diameter can be determined by considering the electrode cross-section as such, although it does not have a circular cross-section, and with the aid of the relationship F between the radius and the area of a circle = zr2 a diameter is calculated which corresponds to the effective diameter of the electrode. If D is the effective diameter of the electrodes in cm and C is the cross-sectional area of the current bridge in cm'- ', then the ratio of C: D should be at least 2 and at most 12. The cross section of the current bridge is thus determined by the relationship 2 <C, <12.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird die Verwendung eines ovalen Mantels mit zwei Elektroden bei Einphasenstrom vorgezogen. Bei DrI iphasenstroin mit drei Elektroden könnte der Querschnitt des Mantels dreieckförmig mit abgerundeten Ecken oder kreisrund sein.In practicing the invention, use an oval jacket with two electrodes is preferred for single-phase current. At DrI iphasenstroin with three electrodes could be the cross section of the coat triangular with rounded corners or circular.
Der beschriebene Lichtbogenofen verbraucht bei der Synthese von Borcarbid etwa 0,04 kg Elektrodenmaterial für jedes erzeugte kg Borcarbid. Dies ist nur etwa 5,5 % des Verbrauches an Widerstandskohle in einem Widerstandsofen. Der beschriebene Lichtbogenofenn benötigt nur etwa 591/9 der in dem Widerstandsofen verbrauchten Energie für die Synthese von Borcarbid. Überdies, ist die Ausbeute: des beschriebenen Lichtbogenofens in der Zeiteinheit viel größer als die des bekannten Widerstandsofens.The arc furnace described consumes in the synthesis of boron carbide about 0.04 kg of electrode material for each kg of boron carbide produced. This is just about 5.5% of the consumption of resistance coal in a resistance furnace. The described Arc furnace only needs about 591/9 of the amount used in the resistance furnace Energy for the synthesis of boron carbide. Moreover, the yield is: the one described Arc furnace in the unit of time much larger than that of the well-known resistance furnace.
Es ist bekannt, daß sich Bor leicht mit Stickstoff zu Bornitrid (BN) verbindet. Überdies reagiert Borcarbid bei oder in der Nähe seiner Bildungstemperatur von 2350° mit Stickstoff im Sinne teilweiser Umwandlung in Bornitrid. Es ist deshalb überraschend, d'aß das erfindungsgemäße Verfahren eine Ausbeute von hochgradigem Borcarbid in großen Mengen liefert, obgleich, abgesehen von der Gemischdecke, kaum für den Ausschluß von: Luft aus der Reaktionszone gesorgt ist. Die entstehenden säulenförmigen Blöcke, die nur einen kleinen Teil des Ofenquerschnitts ausfüllen, liegen nach Umwandlung einer gewissen Menge Einsatzgemisch in Borcarbid mit ihren heißen oberen Enden viel höher, als wenn dieselbe Menge in den flüssigen Zustand verwandelt worden wäre und sich als Sumpf am Ofenboden angesammelt hätte. Dieser besondere Vorgang der Bildung von säulenförmigen Blöcken im Innern eines großen Ofens liefert sehr überraschend besonders gute Ergebnisse.It is known that boron easily reacts with nitrogen to form boron nitride (BN) connects. In addition, boron carbide reacts at or near its formation temperature of 2350 ° with nitrogen in the sense of partial conversion into boron nitride. It is therefore Surprisingly, d'ass the inventive method a yield of high Boron carbide supplies in large quantities, although, apart from the mixture blanket, hardly any the exclusion of: air from the reaction zone is provided. The emerging columnar blocks that fill only a small part of the furnace cross-section, lie after converting a certain amount of the feed mixture into boron carbide with their hot upper ends much higher than when the same amount in the liquid state would have been transformed and collected as a swamp on the furnace floor. This special process of forming columnar blocks inside a large one Oven, very surprisingly, delivers particularly good results.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1020318XA | 1954-09-14 | 1954-09-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1020318B true DE1020318B (en) | 1957-12-05 |
Family
ID=22287742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DED21043A Pending DE1020318B (en) | 1954-09-14 | 1955-08-08 | Process for the production of boron carbide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1020318B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1191343B (en) * | 1959-06-24 | 1965-04-22 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Process for the production of carbides, borides and silicides of III. and IV. Main group of the periodic system, the vapor phase of which in the arc conducts the electric current poorly |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2285837A (en) * | 1940-11-23 | 1942-06-09 | Norton Co | Method of producing the abrasive metal carbides |
-
1955
- 1955-08-08 DE DED21043A patent/DE1020318B/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2285837A (en) * | 1940-11-23 | 1942-06-09 | Norton Co | Method of producing the abrasive metal carbides |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1191343B (en) * | 1959-06-24 | 1965-04-22 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Process for the production of carbides, borides and silicides of III. and IV. Main group of the periodic system, the vapor phase of which in the arc conducts the electric current poorly |
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