DE2228841A1

DE2228841A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feuerfestem oxydmaterial mit einer feinen kristallstruktur

Info

Publication number: DE2228841A1
Application number: DE2228841A
Authority: DE
Inventors: Wesley Q Richmond
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1973-01-04
Also published as: CA1006316A; DE2228841B2; US3928515A; DE2228841C3

Description

PATENTANWXlTe (%Uft0. WERNER COHAUSZ. O₉Un₉.WILHELM FLORACK. DtL-htg. RUDOLF KNAUF

4 «toMMerf, ΜκΜΜΜΜ*·6· 97

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US5 ltffale Areirae Iie«ara fall·, Ι·ν Tork, VSA 12. Jmni 1972

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein· Vorrichtung sur Her-•teilung Ton feuerfestem Oxydmaterial mit einer feienen Kristallstruktur. Feuerfeste Oxydmaterialien mit einer feinen Kristallstruktur eignen sich als feuerfestes Korn oder insbesondere als ein Schleifkorn zum Einschluß in gebundenen Schleifmitteln wie Schleifscheiben und dergleichen. Pur solche Schleifzwecke ist es sehr erwünscht, daß das Schleifkorn eine feine Kristallstruktur hat, die so fein wie möglich ist, da das dem Schleifkorn Zähigkeit verlieht. Eb ist bereits ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von feuerfester Material vorgeschlagen worden, das gegekennzeichnet ist durch eine extrem feine Kristallstruktur (beispieleweise mindestens 90$ in numerischer Zählung der diskontinuierlichen Kristalle in einem Zweiphaeensystea haben eine Partikelgröße von weniger als etwa 40 Mikron). Während die Erstarrungskamiaer in dieeera Vorschlag keine seitlichen Begrenzungen in ceinon Abmessungen hat, hat das Verfahren, wenn es auf einen chargenweisen Betrieb beschränkt ist, bei dem kein Kühlmittel nach der Anfangemenge lugesetzt wird, eine naturgegebene !Fiefenbegrenzung, da die feuerfeste Oxydechnielze, die der Srstarrungskammer zugesetzt wird und die «unäohst durch das Kühlmittel geht, schnell gekühlt wird und erstarrt. Diese Erstarrung verhindert den Durchgang zusätzliches verflüssigten Feuerfesten Oxydmaterialβ. Die Vorrichtung und das Verfahren des Vorschlags betreffen demnach im engeren Sinne im wesentlichen einen Chargenbetrieb, da die Menge feuerfesten Oxydmateriala, das in einer einzigen Kammer zum Erstarren gebracht werden kann, durch die Tiefe

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begrenzt ist, bis zu der die Schmelze zwischen dem Kühlmittel fließt, ehe sie erstarrt und einen weiteren Durchgang der Schmelze blockiert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Terfahren und einen verbesserte Torrichtung zum Kühlen und Erstarranlassen von feuerfcstent Oxydmaterial in halbkontinuierlicher Weise »u schaffen, go daß die effektive Tiefe der Erstarrungskaminer nicht durch die Tatsache begrenzt ist, daß daa feuerfeste Oxydmaterial erstarrt, nachdem es auf das Kühlmittel trifft.

Erfindungßgemäß wird eine feuerfeste Oxydschmelie schnell gekühlt und zum Erstarren gebracht, derart, daß eine erstarrte Echmleze entsteht, die eine feine Kristallstruktur hat. ^ine iirstarrungskammer wird zunächst auf eine Tiefe von mindestens etwa 15 ca alt einer Anfangsiaenge eines nicht reagierenden, nichs schmelzenden festen Kühlmittels in Partikelionji aus einer: Material _o'eiüllt, bei den es sich nicnt um das feuerfeste OxyCuuaterial handelt, das schnell gekühlt und zum Erstarren gebracht verden soll. Bei iden bevorzugten Kühlmitteln handelt es sich um Litahlkugeln, die einen Durchmesser im Bereich von etwa 5 bis etwa oO mn haben. Zusätzliches Kühlmittel wird dann über die Anfangsmenge des Kühlmittels gegeben, während die Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial in die Sretarrungskaiumer gegossen wird, und zwar sowohl über die Anfangsnenge an Kühlmittel als auch Über das zuaetzliche Kühlmittel, so daß die Lchmelze schnell gegekühlt und auia Erstarren gebracht wird. Daa Kühlmittel und die erstarrte Schmelze können dann aus der Eratarrungskajnmer entnommen werden. Die Erfindung hat deshalb den Torteil gegenüber dem Charjenbetrieb, wie tr feaäfl dem vorstehenden Vorschlag vorgesehen ist, daß eine erheblich größere Menge an feuerfestem Oxydaaterial innerhalb einer einsige» Erstarrungekamsier gekühlt und zum Erstarren gebracht werden kann. Das erstarrte feuerfeste Oxydmaterial selbst ist ia wesentlichen das gleiohe wie das feuerfeste Oxydmaterial, das nach des genannten Vorschlag hergestellt wird.

Die Irfindang ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert,

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die ein· SretarrungBkammer zeigt, in der sich eine Anfangemengt, an Kühlmittel befindet, ferner Kittel zum Zusetzen weiteren Kühlmittels und Mittel zum Zusetzen feuerfesten Oxydmaterials, das auf die Anfangsmenge und das zusätzliche Kühlmittel gegossen wird.

In der Zeichnung ist eine Erstarrungskaiamer 11 mit einem geschlossenen Boden gezd.gt, und sie ist etwa 2 m tief und hat einen Durchmesser von etwa 2 m. Diese ,Abmessungen sind natürlich bloß beispielsweise angegeben, und die Kammer kann so groß gebaut sein,' wie man das haben will. Me Anfangsmenge an Kühlmittel 12 wird in die Erstarrungskamaer auf eine Tiefe von mindestens etwa 15 cm gegeben. Die Erstarrungskamaier 11 kann aus jedem geeigneten Material gebildet Bein, das üblicherweise für Gußformen für das Gießen von feuerfestem Oxydmaterial verwendet wird, beispielsweise Gußeisen, Stahl oder die verschiedeneten keramischen feuerfesten Materialien.

Die Kriterien für das Kühlmittel sind verschiedene. Zunächst muß das Kühlmittel nicht reagierend dem feuerfesten Oxydmaterial gegenüber sein, das auf das Kühlmittel gegossen werden soll. Zum zweiten muß das Kühlmittel ein nicht schmelzendes festes Katerial in Partikelform !«in, bei dem es eich nicht um das Material handelt, aus dem da« feuerfeste Oxydmaterial besteht, das auf das Kühlmittel gegossen werden soll. Ob das Kühlmittel in Hinsicht auf ein betreffendes feuerfestes Oxydmaterial nicht schmelzend ist, das auf dem Kühlmittel abgekühlt und sum Erstarren erbracht werden soll, kann unter Bezugnahme auf die ethermodynanisehen Eigenschaften des feuerfesten Materials und des Kühlmittels bestimmt werden, wie das im einseinen im vorgenannten Vorschlag beschrieben worden ist.

Zu bevorzugten, wenn auch nicht entscheidenden Eigenschaften des Kühlmittels gehören die folgenden: Das feuerfeste Material soll eine relativ gleichförmige Größe haben, so daß die Bäume zwischen dem Kühlmittel (7nd damit die Größe des feuerfesten Oxydmaterials mit dem Erstarren) etwa die gleiche Größe haben. Das Kühlmittel soll außerdem vorzugsweise mit einer relativ voraussagbaren Struktur in der ErstarrungBkaiflmer paoken. Bas Kühlmittel soll vorzugsweise eine glatte Oberfläche haben, bo daß die erstarrte ,Echmleze nicht an der

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Oberfläche dee Kühlmittels nach der Erstarrung hängenbleibt. Vm ein Trennen des Kühlmittelβ von dem erstarrten feuerfesten Oxydaaterial zu erleichtern, ist das Kühlmittel vorzugsweise magnetisoh, so daß das Kühlmittel lediglich mit Hilfe eines Magneten nach der Erstarrung des feuerfesten Oxydmaterials entfernt werden kann. Um wiederholt verwendet werden zu können, muß das Kühlmittel zäh und wärmestoßbeständig sein. Demgemäß besteht das bevorzugte JHihlmittel zur Verwendung im Rahmen der Erfindung aus metallischen Kugeln ungefähr gleicher Größe (z.B. innerhalb von etwa 205«). Insbesondere wird vorzugsweise Kohlenstoffstahl als das Kühlmittel rerwendet. Die Größe der Kugeln beeinflußt die Kühlgeschwindigkeit und folglich die Kristallgröße und die Brüchigkeit de»s erstarrten feuerfesten Oxydmaterialβ. Demgemäß haben die Stahlkugeln vorzugsweise eine Größe im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 mm. Kleinere Kugeln kühlten die Schmele schneller, jedoch lassen sich Stahlkugeln, die kleiner als etwa 5 mn sind, schwieriger aus des erstarrten feuerfesten Oxydmaterial entfernen. Innerhalb des genannten Bereichs werden vorsugswvlse Gtahlkugeln verwendet, die einen Itarohmesser im Bereich von etwa 182bis etwa 40 bsi haben, nooh besser la lereioh von etwa 1Θ bis etwa 32 sot. Ander· Kühlmittel, £1· rervwAet werden können, sind Graphit- oder rerrosllisiumklvmpem.

Is der Zeloanonf M also »im· Erntarruncekamaer 11 gezeigt, die •ine Aa/aagsaesg· an Kühlmittel 12 enthält. Das Kühlmittel 12 fallt die Krstarrungskammer 11 auf eine Anfangetiefe von etwa 15 om. VIe im {«nannten Vorschlag ist eine Qnelle 13 für feuerfestes Oxrdmaterlal 14 vorgesehen. Die Quelle 1? kann mit einer Anzahl von Einlassen 1Ja und 1Jb zur Srstarrungskammer 11 versehen sein. Veiter kann wie im genannten Vorschlag die Eretarrungskammer 11 gedreht werden, beispielsweise ait einer Dreh ζ aiii von etwa ; bis etwa 10 UpH. Bas ist duroh den Pfeil 16 angedeutet. Ein Ilerkmal, das aus den genannten Vorschlag nicht bekannt 1st, besteht jedoch iu Kitteln 17 «um Zusetzen zusätzlichen Kühlmittels 1ü zur Eretarrunffekaramer 11, während feuerfestes Oxydmaterial 14 der Eretarrun£rkammer 11 zugesetst wird. Sa die Rrstarrungska^uaer 11 gedreht werden kann, wäh-

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rend das zusätzliche Kühlmittel 18 und feuerfestes Oxymaterial 14 der Erstarrungskammer 11 zugesetzt werden, kann da· Verfahren dta Füllens der Erstarrungekammer mit den beiden Kühlmitteln 12, 18 und dem feuerfesten Oxydmaterial vorgesnommen werden, bis die Eretarrungskammer 11 fast ganz gefüllt ist.Vie für den Jail der Quelle 15 für das feuerfeste Oxydmaterial H kann die Quelle 17 für das zusätzliche Kühlmittel 18 mit einer Anzahl von Einlassen 17a und versehen sein, die zur Erstarrungskammer 11 führen. Vorzugsweise wird das Kühlmittel 12, 18 auf einer Tiefe von mindestens 15 cm gehalten, während das feuerfeste Oxydmaterial in der Form einer Sehmieze darauf gegossen wird.

Die Erfindung 1st nachstehend an Hand eines Beispielsweiter erläutert.

Beispiel

Sine £rstarrungskammer 11 mit einem Duerohmesser von etwa 2 m und einer Tiefe von etwa 2 m wird auf eine Anfangstiefe von etwa 15 cm sit Kohlenstoff3tahlkugeln 12 gefüllt, die einen Durchmesser von oa. 50 mm haben. Ein homogenes Gemisch mit der folgenden Zusammensetzung (auf Gewicht bezogen) wird geschmolzen» Zirkoniumoxyd 27,635ε, Titaniumoxyd 1,07$» Siliziumoxyd 9,80$, Eisenoxyd (Pe₂O,) O,23$j Magnesiumoxyd 0,13$, Natriumoxyd 0,03$, Kohlenstoff 0,035$, AIuminiuaoxyd der Best - Summe 100$. Diese Schmelze wird dann auf die Anfangeaenge an Stahlkugeln 12 gegossen, während gleichzeitig «ine zusätzliche Meng· an Stahlkugeln 16 der Erstarrungskammer 11 zugesetzt wird. Die Erstarrungskammer 11 wird mit einer Drehzahl von oa. 5 UpK gedreht. Die Zusetzgeachwindigkeit sowohl der feuerfesten Oxyischmelze als auch des zuästzlichen Kühlmittels 1S wird derart reguliert, daß die Tiefe des nicht bedeckten Kühlmittels 12, 18 zu dem Zeitpunkt, zu dem die feuerfeste Oxydschmelze I4 auf das Kühlmittel gegossen wird, im Bereich von etwa I5 bis etwa 20 cm liegt. Nachdem die ErstarrungBkammer 11 auf eine Tiefe von etwa 1,7 en gefüllt ist, wird der Fluß an feuerfestem Oxydmaterial I4 und Kühlmittel 18 in die Eretarrungsakammer 11 unterbrochen. Das Stahlkugtl-Kühlmittel 12 wird mittels eine s nicht gezeigten Elektromagneten ausgesohie-

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den. Da· erstarrte Material schrumpft um etwa 25 Vol.-£ nach der Erstarrung, eo daß es in kleine Stücke aufbricht, die eine Groß· τοπ etwa dem Ein- bis Dreifachen der Größe der Stahlkugeln 12 haben. Ein· Photomikrographie einer Probe des erstarrten Aluminiumoxyd-Zirkoniumoxydmaterials zeigt, daß auf Basis numerischer Zählung weniger als 5$ der Krietalle aus Aluminiumoxyd, die eich zum nächst aus dem Gemisch herauskristalli««sieren, eine Partikelgröße (größe· Abmessung) von mehr als 40 Mikron haben. Veniger als 5Oj6 der Aluminiumoxydkristalla haben eine Partikelgröß· ia Bereich Ton 15 bis 40 Mikron. Der Heat der Aluminiumkristalle hat eine Fartikelfröß· unter 15 Mikron. Zwischen den Kristallen aus Aluainiuaoxyd, di· vorstehend beschrieben worden sind, erstarrt ein AIuainiunoxyd-Zirkoniumoxyd-Eutektikum, das die kleinen Unreinheiten enhllt, in dendritisches Kristallen, die die Aluminiumoyxdkristalle umschließen, go daß die kristalline Struktur des erstarrten AIuainiumoxyd-Zirkoniumoxydgemisohes aus einer kontinuierlichen kristallinen Phase aus einem Eutektikum und einer diskontinuierlichen Phase in kristalliner Torrn aus Aluminiumoxyd besteht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum sclinellen Kühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze auε feuerfestem Oxydmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Erstarrungskamnier auf eine Tiefe von mindestens etwa 15 cm mit einer Anfangsmenge eines nicht reagierenden, nicht schmelzenden
festen Kühlmittels in Partikelform gefüllt wird, das aus einem Material besteht, bei dem es sich nicht um das feuerfeste Osjdmaterial handelt, das zu kühlen und zum Erstarren zu bringen ist, und daß
dann gleichseitig zusätzliches Kühlmittel über die Anfangsmenge' an
Kühlmittel zugesetzt wird und eine Üchmelze des feuerfesten Oxydmateriale in die Erstarrungskauner über die Anfangemenge des Kühlmittels und das zuäsztliche Kühlmittel gegossen wird, derart, daß die Schmelze schnell gekühlt und zum Erstarren gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Erstarrungßkammer mit einer Drehzahl von etwa Z> bia etwa 10 Umdrehungen pro Hinute dreht.

J. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht bedeckte Kühlmittel auf einer Tiefe von mindestens etwa 15 cm gehalten wird, während die feuerfeste Oxydschmelze darauf gegossen wird.

4· Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlaasen einer
feuerfesten Ozydschmelze, gekennzeichnet durch eine Erstarrungskammer, ein· Anfangsmenge eines nicht reagierenden, nicht schmelzenden feeten Kühlmittels in Partikelform aus einem Material, bei dem es
sich nicht um das der feuerfesten OxydmschEclze handelt, die schnell gekühlt und zum Erstarren gebracht werden soll, wobei diese Anfangsmec£ die Erntarrungekamraer auf eine Tiefe von ninde3tens etwa 15 cm füllt, Kittel zum Gießen der feuerfesten üxydscluaelsc in die Erstarrungekemmer über das Kühlmittel und

Mittel zum Zusetzen zusätzlichen Kühlmittels während des Gießens
der feuer!ecten Oxydschmelze in die Erstarrungckanmer.

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5· Vorrichtung nach Anspruch 4» gekennzeichnet zusätzlich duroh Mittel zum Drehen der Erstarrungsicaminer während des Zusetzene der feuerfesten Oxydschmelze und des zusätzlichen Kühlmittels aur Erstarrungskammer.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daö es sioh bei dem Kühlmittel um Kohlenstoffstahlkugeln handelt, die im Durchmesser im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 mm liegen.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für das feuerfeste Oxydmaterial mit einer Anzahl von Einlassen in die Erstarrungskammer versehen ist.

8. Vorrichtung naoh Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des zusätzlichen Kühlmittels mit einer Anzahl von Einlassen für die Erstarrungokammer versehen ist.

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