DE2228841C3

DE2228841C3 - Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial

Info

Publication number: DE2228841C3
Application number: DE2228841A
Authority: DE
Inventors: Paul Buffalo N.Y. Cichy
Original assignee: Carborundum Co 14302 Niagara Falls Ny Us
Current assignee: Carborundum Co 14302 Niagara Falls Ny Us
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE2228841B2; DE2228841A1; US3928515A; CA1006316A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial, bei dem die Schmelze des feuerfesten Oxydmaterials über eine Anfangsmenge eines mit der Schmelze nicht reagierenden, nicht schmelzenden festen Kühlmittels in Partikelform gegossen wird, nach Patent 22 28 913 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Feuerfeste Oxydmaterialien mit einer feinen Kristallstruktur eignen sich als feuerfestes Korn oder insbesondere als ein Schleifkorn zum Einschluß in gebundenen Schleifmitteln wie Schleifscheiben u. dgl. Für solche Schleifzwecke ist es sehr wünschenswert, daß das Schleifkorn eine feine Kristallstruktur hat, die so fein wie möglich ist, da das dem Schleifkorn Zähigkeit verleiht. »

Durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß Hauptpatent wird kontinuierlich ein rasches Kühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial ermöglicht und auch bei halbkontinuierlichem Beirieb wird der Aufbau großer Materialmengen so innerhalb der Kammer vermieden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß Hauptpatent bei halbkontinuicrlichrm Betrieb vorzuschlagen, bei dem bzw. der die effektive Tiefe der Erstarrungskammer nicht durch das auf dem Kühlmittel erstarrende feuerfeste Oxydmaterial begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung haben gegenüber bekannten den Vorteil, daß bei Chargenbetrieb eine erheblich größere Menge an feuerfestem Oxydmaterial innerhalb einer einzigen Erstarrungskammer gekühlt und zum Erstarren gebracht werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert

Die Zeichnung zeigt eine Erstarrungskammer, in der äich eine Anfangsmenge an Kühlmittel befindet, ferner Mittel 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 Erstarrungskammer 11 mit einem geschlossenen Boden gezeigt-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 gebaui: sein, wie man das haben will. Die Anfangsmenge an Kühlmittel 12 wird in die Erstarrungskammer auf eine Tiefe von mindestens etwa 15 cm gegeben. Für das feuerfeste Oxydmaterial 14 ist eine Quelle 13 vorgesehen. Die Quelle 13 kann mit einer Anzahl von Einlassen 13a und 136 zur Erstarrungskammer 11 versehen sein. Die Erstarrungskamine? 11 wird beispielsweise mit einer Drehzahl von etwa 3 bis etwa 10 UpM gedreht, wie durch den Pfeil 16 angedeutet ist. Ein weiteres Merkmal besteht in Mitteln 17 zum Zusetzen zusätzlichen Kühlmittels 18 zur Erstarrungskammer 11, während feuerfestes Oxydmaterial 14 der Erstarrungskammer 11 zugesetzt wird. Da die Erstarrungskammer 11 gedreht werden kann, während das zusätzliche Kühlmittel 18 und feuerfestes Oxydmaterial 14 der Erstarrungskammer 11 zugesetzt werden, kann das Verfahren des Füllens der Erstarrangskammer mit den beiden Kühlmitteln 12, 18 und dem feuerfesten Oxydmaterial vorgenommen werden, bis die Erstarrungskammer Il fast ganz gefüllt ist. Wie für den Fall der Queille 13 für das feuerfeste Oxydmaterial 14 kann die Quelle 17 für das zusätzliche Kühlmittel 18 mit einer Anzahl von Einlassen 17a und 176 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 Schmelze darauf gegossen wird. Die Erstarrungskammer 11 kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein, das üblicherweise für Gußformen für das Gießen von feuerfestem Oxydmaterial verwendet wird, beispielsweise Gußeisen, Stahl oder die verschiedensten keramischen leuerfesten 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 Material in Partikelform sein, bei dem es sich nicht um das; Material handelt, aus dem das 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 zum Erstarren gebracht werden soll, kann unter Bezugnahme auf die thermodynamischen Eigenschaften des feuerfesten Materials und

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des Kühlmittels bestimmt werden, wie das im einzelnen 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 Räume zwischen dem Kühlmittel (und damit die Größe des feuerfesten Oxydmaterials nach dem Erstarren) etwa die gleiche Größe haben. D&j Kühlmittel soll außerdem vorzugsweise mit einer relativ voraussagbaren Struktur in der Erstarrungskammer packen. Das Kühlmittel soll vorzugsweise eine glatte Oberfläche haben, so daß die erstarrte Schmelze nicht an der Oberfläche des Kühlmittels nach der Erstarrung hängenbleibt. Um ein Trennen des Kühlmittels von dem erstarrten feuerfesten Oxydmaterial zu erleichtern, ist das Kühlmittel vorzugsweise magnetisch, 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 wärmeschockbeständig sein. Demgemäß besteht das bevorzugte Kühlmittel zur Verwendung im Rahmen der Erfindung aus metallischen Kugeln ungefähr gleicher Größe (z. B. innerhalb von etwa 20%). Insbesondere wird vorzugsweise Kohlenstoffstahl als das Kühlmittel verwendet. Die Größe der Kugeln beeinflußt die Kühlgeschwindigkeit und folglich die Kristallgröße und die Brüchigkeit des erstarrten feuerfesten Oxydmaterials. Demgemäß haben die Stahlkugeln vorzugsweise eine Größe im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 mm. Kleinere Kugeln kühlen die Schmelze schneller, jedoch lassen sich Stahlkugeln, die kleiner als etwa 5 mm sind, schwieriger aus dem erstarrten feuerfesten Oxydmaterial entfernen. Innerhalb des genannten Bereiches werden vorzugsweise Stahlkugeln verwendet, die einen Durchmesser im Bereich von etwa 182 bis etwa 40 mm haben, noch besser im Bereich von etwa 18 bis etwa 32 mm. Andere Kühlmittel, die verwendet werden können, sind Graphit- oder herrosiliziumklumpen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Beispiels weiter erläutert.

Beispiel

Eine Erstarrungskammer ti mit ein^m Durchmesser von etwa 2 τη und einer Tiefe von etwa 2 m wird auf eine Anfangstiefe von etwa 15 cm mit Kohlenstoffstahlkugeln 12 gefüllt, die einen Durchmesser von ca. 50 mm haben. Ein homogenes Gemisch mit der folgenden Zusammensetzung (auf Gewicht bezogen) wird geschmolzen: Zirkoniumoxyd 27,63%, Titaniumoxyd 1,07%, Siliziumoxyd 0,80%, Eisenoxyd (Fe₂O₃) 0,23%; Magnesiumoxyd 0,13%, Natriumoxyd 0,03%, Kohlenstoff 0.035%, Aluminiumoxyd der Rest — Summe 100%. Diese Schmelze wird dann auf die Anfangsmenge an Stahlkugeln 12 gegossen, während gleichzeitig eine

in zusätzliche Menge an Stahlkugeln 18 der Erstarrungskammer M zugesetzt wird. Die Erstarrungskammer 11 wird mit einer Drehzahl von ca. 5 UpM gedreht. Die Zusetzgeschwindigkeit sowohl der feuerfesten Oxydschmelze als auch des zusätzlichen Kühlmittels 18 wird derart reguliert, daß die Tiefe des nicht bedeckten Kühlmittels 112, 18 zu dem Zeitpunkt, zu dem die feuerfeste Qxydschmelze 14 auf das Kühlmittel gegossen wird, im Bereich von etwa 15 bis etwa 20 cm liegt. Nachdem die Erstarrungskammer 11 auf eine Tiefe von etwa 1,7 cm gefüllt ist, wird der FIt !; an feuerfestem Oxydmateriai 14 und Kühimiuei 18 in tiie Ersiarrungskammer 11 uriterbro ,en. Das Stahlkugel-Kühlniittel 12 wird mittels eines nicht gezeigten Elektromagneten ausgeschieden. Das erstarrte Material schrumpft um

2ϊ etwa 25 Vr>l.-% nach der Erstarrung, so daß es in kleine Stücke aufbricht, die eine Größe von etwa dem Ein- bis Dreifachen der Größe der Stahlkugeln 12 haben. Eine Photomikrographie einer Probe des erstarrten Aluminiumoxyd-Zirkoniumoxydmaterials zeigt, daß auf Basis

jn numerischer Zählung weniger als 5% der Kristalle aus Aluminiumoxyd, die sich zunächst aus dem Gemisch herauskristallisieren, eine Partikelgröße (größere Abmessung) von mehr als 40 μττι haben. Weniger als 50% der Aluminiumoxydkristalle haben eine Partikelgröße

j-> im Bereich von 15 bii 40 μπι. Der Rest der Aluminiumkristalle hat eine Partikelgröße unter 15 μΐη. Zwischen den Kristallen aus Aluminiumoxyd, die vorstehend beschrieben worden sind, erstarrt ein Aluminiumoxyd-Zirkoniumoxyd-Eutektikum, das gerin-

K) ge Verunreinigungen enthält, in dendritischen Kristallen, d.e die Aluminiumoxydkristalle umschließen, so daß die kristalline Struktur des erstarrten Aluminiumoxyd-Zirkoniumoxydgemisches aus einer kontinuierlichen kristallinen Phase aus einem Eutektikum und einer

■S5 diskontinuierlichen Phase in kristalliner Form aus Aluminiumoxvd besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem ϊ Oxydmaterial, bei dem die Schmelze des feuerfesten Oxydmaterials über eine Anfangsmenge eines mit der Schmelze nicht reagierenden, nicht schmelzenden festen Kühlmittels in Partikelform gegossen wird nach Patent 22 28 913, dadurch gekenn- iu zeichnet, daß das Kühlmittel, während die Schmelze darübergegossen wird, gedreht wird.

2. Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial, bestehend aus einer Erstarrungskammer (11) mit einem oberen Ende zum Zusetzen von Kühlmittel (18) und der Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial (14), wobei in der Erstarrungskammer (11) als Anfangsmenge des Kühlmittels ein Bett mit einer Tiefe von mindestens etwa 15 cm gebildet ist, und aus Mitteln (13) zum Gießen der Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial in die Erstarrungskammer (11) über das Kühlmittelbett und durch Mittel (17) zum Zugeben zusätzlichen Kühlmittels (18) in die Erstarrungskammer (11) nach Patentanmeldung P 22 28 913.0, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungskammer (11) drehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungskammer (11) mit einer Drehzahl von 3 bis 10 Umdrehungen pro Minute 3» drehbar angeu ieben ist.

4. Vorrichtung nach einem d ~r Ansprüche 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus Kohlenstoffstahlkugeln mit einet; Durchmesser von 5 bis 60 mm besteht.