<Desc/Clms Page number 1>
Gemisch zum Schutze eines ausgepressten Schwermetallstranges gegen Oxydation und zum Schutze der Presswerkzeuge gegen Verschleiss
Die Erfindung betrifft ein Gemisch zum Schutz eines ausgepressten Schwermetallstranges gegen Oxydation und zum Schutz der Strangpresswerkzeuge gegen Verschleiss. Für derartige Zwecke sind bereits Glas und glasähnliche Stoffe in fester oder in Pulverform vorgeschlagen worden. Praktisch angewendet worden ist fast nur Glas, dessen Zusammensetzung so gewählt wird, dass es bei Blocktemperatur zähflüssig ist.
Es bildet eine Schicht auf den Werkzeugen und auf dem Strang, die den Strang gegen Oxydation schützen kann ; doch gelingt es selten, eine glatte, ganz ebene Schicht auf dem Strang zu bilden, so dass der Strang, nach mehr oder weniger erfolgreicher Entfernung der Schicht durch Reckund/oder Beiz-Verfahren, eine rauhe, zum Teil narbige Oberfläche aufweist.
Glasähnliche Stoffe werden aus homogenen Schmelzen von Glasbildnern gewonnen, die beim Abkühlen von der flüssigen Phase in die Phase der Viskosität gelangen und nach dem Abkühlen einen homogenen, amorphen Stoff bilden. Dieser viskose, homogene, amorphe Stoff wird bei Blocktemperatur wieder je nach seiner Zusammensetzung mehr oder weniger zähflüssig, d. h. wieder viskos, und erstarrt nach dem Pressvorgang auf der Oberfläche des Stranges, bei Hohlprofilsträngen also aussen und innen, wieder zu einer homogenen, amorphen Glasschicht, die fest auf dem Strang sitzt.
Die mechanische Entfernung der Schicht geht nicht ohne schlagende oder kratzende Bearbeitung des Stranges vor sich, z. B. Strahlen mit Stahlsand, wodurch Aufrauhungen der Strangoberfläche aufzutreten pflegen.
Mehrfach ist die Verwendung von Glimmer NaAL oder KAL [ (OHF)/ AlSiPl0] u. a. in der Form von Mikro-Glimmer. vorgeschlagen ; dieses eine Schichtgitterstruktur besitzende Material hat sich beim Pressen von Stahl und andern Schwermetallen nicht gut bewährt, weil es dem Stahlstrang beim Auspressen keine Schutzschicht gegen Oxydation erteilt. Ähnlich und aus gleichem Grunde erging es mit :
Telk :Mg3(OH)2[Si4O10]
EMI1.1
Keiner dieser Stoffe konnte sich trotz intensiver Bemühungen in die Praxis einführen.
Die Verschleiss mindernde Eigenschaft von ebenfalls zum Strangpressen vorgeschlagenen PhylloSilikaten, wie Serpentin, Glimmer, Ton beruht auf der Gleitfähigkeit von Kristallen mit Schichtgitterstruktur, da diese Kristalle ein Gleiten entlang den Gitterschichten gestatten. Auch diese Stoffe haben sich weder als Oxydationsschutzmittel für den Strang noch als Verschleissschutzmittel für Matrizen, Dorn und Rezipienten bewährt.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu vermeiden. Sie geht aus von einem Gemisch kristalliner Pulver mit gegebenenfalls amorphem Zusatz, das in loser oder gebundener Form zwischen den auf Presstemperatur erhitzten Strangpressblock und die Strangpresswerkzeuge zum Schutze des ausge- pressten Stranges gegen Oxydation durch den Sauerstoff der Abkühlluft und zum Schutze der Werkzeuge gegen Verschleiss eingebracht wird.
Die Erfindung besteht darin, dass das Gemisch Metalloxyde mit ausgeprägten, zum Teil oberhalb der Presstemperatur liegenden Schmelzpunkten von nur solchen Metallen, deren Affinität zum Sauer- stoff gleich oder grösser ist als die des zu verpressenden Metalls, und während des Pressvorganges pla- stisch verformbare kristalline, keinen Sauerstoff abgebende Stoffe, wie z. B. Silizium-Dioxyd, kristal- line Silikate, mineralisch kristalline Aggregate u. dgl., deren ausgeprägte Schmelzpunkte unterhalb bis knapp über der Presstemperatur liegen, enthält.
Einem solchen Gemisch kann gegebenenfalls ein die plastische Verformbarkeit des gesamten Ge- misches während des Pressvorganges fördernder Zusatz aus bei Presstemperatur und-druck flüssigen, lei- stallinen und/oder kristallwasserfreien, einen unbestimmten Schmelzpunkt aufweisenden amorphen Pul- vern beigemischt sein.
Bei dem erfindungsgemässen Gemisch sollen sämtliche kristalline Anteile im wesentlichen nur Kri- stalle mit Raumgitterstruktur enthalten.
Ein erfindungsgemässes Gemisch ist bei Blocktemperatur und Pressdruck plastisch verformbar, aber noch nicht zähflüssig oder gar dünnflüssig. Es wird beim Auspressen des Schwermetalles als dichte dün- ne Schicht zwischen den Werkzeugen und dem Schwermetall ausgepresst und legt sich als dünne zusam- menhängende Schicht auf dem vorbeigleitenden Pressgut auf, wobei das Metalloxyd der Schicht die
Strangoberfläche gegen Oxydation schützt und der Schicht einen kristallinen Charakter sichert.
Plastische Verformbarkeit im Sinne der Erfindung basiert auf der Tatsache, dass erhitzte, unter Druck befindliche Raumgitterkristalle Versetzungen und Gleitungen im Kristallgitter erleiden. Es han- delt sich bei den Kristallgittern, die diese plastische Verformung zulassen, um durch Ionen fest miteinander verbundene Gitterstrukturen, also nicht um Schichtgitter, deren Schichten lose aufeinander gleiten können, weil sie nicht durch Ionen fest miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäss verwendeten Gemische haben raumkristalline Bestandteile und bilden auf dem Strang eine Schicht, die Raumkristalle in grosser Menge enthält und infolgedessen vom fertigen Strang leicht entfernt werden kann, soweit sie nicht von selbst abspringt. Die Schicht hinterlässt eine ganz glatte narbenfreie Strangoberfläche. Im Gegensatz zu glasähnlichen Stoffen, die einen breiten Viskositätsbereich haben, gehen die kristallinen Stoffe, die erfindungsgemäss teilweise oder ausschliesslich verwendet werden, je nach ihrer Zusammensetzung, bei bestimmten Temperaturen in dünnflüssige Schmelze über, aus der sie beim Abkühlen sofort wieder zu Kristallen erstarren. Ihre Zusammensetzung wird der jeweiligen Blocktemperatur der jeweils zu verpressenden Metalle angepasst.
Zum Strangpressen eines bestimmten Schwermetalles wird vorzugsweise ein Gemisch mit erheblichem Anteil von Oxyden des gleichen oder artverwandten Schwermetalles verwendet. Zum Strangpressen von Stahl wird demgemäss ein Gemisch mit einem erheblichen Anteil von Oxyden des Eisens verwendet.
Eine besondere Sicherheit für den gleichmässigen Ablauf des Vorganges ist gegeben, wenn ein solches Gemisch gewählt wird, von dessen Bestandteilen keiner während des Strangpressens zum Schmelzen kommt, aber wenigstens einer seinen Schmelzpunkt knapp oberhalb der beim Strangpressen auftretenden Temperatur hat und bei dieser Temperatur unter Pressdruck bereits plastisch verformbar ist. Solche Gemische sind insbesondere zum Schutze der Matrizen geeignet. Es kann aber auch ein Gemisch verwendet werden, dessen eine Komponente, die nicht viskos ist, d. h. keinen zähflüssigen Zustand kennt, sondern beim Erhitzen direkt vom festen in den flüssigen Zustand übergeht, das Gemisch plastisch aber nicht zähflüssig macht.
Beispielsweise können alle anorganischen Verbindungen als Gemischkomponente verwendet werden, deren bestimmter Schmelzpunkt kurz unterhalb der Blocktemperatur des jeweiligen Schwermetalles liegt. Beim Verpressen von Stahl wird z. B. Natriumtetraborat mit einem Schmelzpunkt von 8780 C verwendet.
Gut brauchbar ist auch ein Gemisch von nur kristallinen Komponenten, welches mehrere Komponenten enthält, die beim Strangpressen flüssig werden und andere Komponenten enthält, die beim Strangpressen fest bleiben, sofern nur das Gemisch als Ganzes bei Blocktemperatur und Pressdruck noch plastisch verformbar ist.
Ferner kann ein Gemisch verwendet werden, dessen Metalloxydanteil eine chemische Verbindung enthält, die aus dem Pressmetalloxyd mit einem andern Metalloxyd entstanden ist und einen ähnlich
<Desc/Clms Page number 3>
hohen Schmelzpunkt oberhalb der Presstemperatur sowie verwandte Raumgitterstruktur-Eigenschaften, wie das Pressmetall, aufweist. Beim Verpressen von Stahl bei einer Blocktemperatur von etwa 11000 C kann beispielsweise verwendet werden FeO. SiO mit Schmelzpunkt von 11400 C oder 2 FeO.SiO mit Schmelzpunkt von 12700 C oder Fe0,. ZnO mit Schmelzpunkt von 15200 C an Stelle von Fe0 mit Schmelzpunkt bei 15650 C.
Während beim Schutz der Matrizen und Pressscheiben in erster Linie ein Gemisch von Pulvern kristalliner Natur mit entsprechenden kristallinen Metalloxydanteilen Verwendung findet, das nur geringe Plastizität der Kristalle (oder der Gemische von Kristallen und einem geschmolzenen Pulveranteil) erfordert, verlangt der Schutz des Rezipienten und Dornes Gemische von Pulvern kristalliner Natur, bei denen ein grosser Anteil des Gemisches bei Blocktemperatur in die flüssige Phase übergeht, um die nicht schmelzenden, erhitzten Kristallpulverteilchen des Gemisches zu einer plastischen, sehr geschmeidigen Komposition zusammenzukleben.
Diese Phase der erhitzten Komposition kann verglichen werden mit einer Phase, die sich beim Erkalten der Schmelze einer Metallegierung unterhalb der Liquiduslinie, aber oberhalb der Soliduslinie bildet. Beim Erkalten nach dem Pressvorgang und beim Durchschreiten der Soliduslinie erhält die Oxydationsschutzschicht auf dem Strang, sofern sie aus einer solchen Komposition besteht, kristallinen Charakter und platzt durch ihre hohe Oberflächenspannung und hohe zwischenmolekulare Anziehungskraft sowie geringe Adhäsion zum Strangmaterial leicht von diesem ab. (Beim Verpressen von Stahl zum Beispiel :
EMI3.1
temperatur flüssigen, zähflüssigen oder zum mindesten klebrigen Stoff mit kristalliner Struktur (mineralogischer oder synthetischer Herkunft) besteht.
Zum Verpressen von Stahl kann als überwiegende Gemischkomponente Bimssteinpulver mit einem Schmelzpunkt von 1100 bis 12000 C verwendet werden.
Dieses Bimssteinpulver hat etwa folgende Zusammensetzung :
EMI3.2
<tb>
<tb> 55-72SiO2
<tb> 12-22% <SEP> A <SEP> O3
<tb> zozo
<tb> 4-5NaOund
<tb> 0, <SEP> 5- <SEP> 3% <SEP> F <SEP> .
<tb>
EMI3.3
gleich oder artverwandt mit dem zu pressenden Metall ist, beim Verpressen von Stahl Eisenoxyd vorzugsweise FeZ03. Diese beiden Komponenten müssen aber erfindungsgemäss in einem solchen Mengenverhältnis verwendet werden, dass die erstgenannte überwiegende Komponente nur mit einem Teil des kristallinen Metalloxyds schon unter der Blockhitze und anschliessend unter dem Druck und der Hitze des Pressvorganges eine chemische Verbindung und/oder eine Suspension eingeht. Beim Verpressen von Stahl verbindet sich z. B. FeO mit SiO zu FeSiO.
Es besteht gemäss Anspruch 1 physikalisch und kristallographisch im Sinne der Erfindung auch die Möglichkeit, bestimmte glasähnliche Stoffe (nach der Erwärmung bis zur homogenen Schmelze) durch das Hinzufügen von sehr vielen feinverteilten Kristallen zum Kristallisationsprozess zu zwingen, so dass sie ihre Glasähnlichkeit verlieren und beim Wiedererkalten, ohne erst viskos zu werden, spontan Kristallform annehmen. Man nennt diesen Vorgang "Entglasung". Eine spontane Kristallisation von geschmolzenem Siliziumdioxyd ergibt beispielsweise Quarz-Kristalle. Von dieser Möglichkeit wird insbesondere Gebrauch gemacht zum Schutz von Rezipienten und Dorn, so dass Stoffe dieser Art beim Auspressen von Rohren auf der Rohrinnenseite eine kristalline Schutzschicht bilden.
Zur Ausführung dieser Verfahrensart beim Auspressen von Stahl kann beispielsweise ein Gemisch folgender Zusammensetzung verwendet werden :
EMI3.4
<tb>
<tb> 10 <SEP> - <SEP> 2,5% <SEP> Fe2O3 <SEP> Kristallpulver
<tb> 31-33 <SEP> Na <SEP> Omit
<tb> 60 <SEP> - <SEP> 650/0 <SEP> BzOs <SEP> als <SEP> amorphe <SEP> Glaspulver.
<tb>
Vorzugsweise wird ein Gemisch verwendet, dessen Metalloxyd-Kristallpulver-Komponente aus einem mehrwertigen Metalloxyd, d. h. dem Oxyd eines Metalls mit verschiedenen Wertigkeiten be-
<Desc/Clms Page number 4>
steht, welches bei Blocktemperatur und-druck dissoziiert und dabei Sauerstoff in geringen Mengen abgibt. Hiebei entsteht eine zusätzliche Gleitfähigkeit und besonders gute Plastizität infolge der Kristallstrukturänderung, die ihrerseits die Folge des Ausbauens eines Sauerstoff-Atoms aus dem Kristallgitter ist. Beim Verpressen von Stahl findet z.
B. folgender Vorgang statt :
EMI4.1
Der durch Dissoziation der Schwermetalloxyd-Kristall-Komponente bei Blocktemperatur freiwerdende Sauerstoff vermindert die Haftfähigkeit der Oxydationsschicht auf dem Strang, u. zw. durch Bildung eines feinen Oxydhauches auf dem Strang und durch Expansion nach dem Pressvorgang und Aufblähung der plastischen Oxydationsschutzschicht. Hiedurch wird die Oberflächenspannung der Schutzschicht erhöht.
Bei Verwendung des erfindungsgemässen Gemisches zeigt die auf dem Strang aufgepresste Schicht nach dem Erkalten eine hohe Oberflächen- und Grenzflächenspannung und infolge sehr hoher zwischenmolekularer Anziehungskraft keine starke Adhäsion zum ausgepressten Metallstrang. Während des Erkaltens ballt sich die Schicht teilweise zu Kügelchen zusammen, wobei ein freier Restbestandteil des Metalloxyd-Kristallpulvers, beispielsweise Fe p 4. als Puderschicht. auf der Metalloberfläche zurückbleibt. Dieser Effekt wird beispielsweise erzielt bei Verwendung einer Mischung mit 97% Natriumborosilikat und 2, 5% fie 0. Die Kügelchen springen leicht ab und die Puderschicht kann abgewischt werden, falls dies überhaupt für die Weiterverarbeitung des Stranges nötig ist.
Besonders geeignet aus technischen und aus preislichen Gründen ist beim Verpressen von Stahl die Verwendung eines Gemisches mit einem erheblichen Anteil von Oxyden des Eisens. Bevorzugt wird die
EMI4.2
4%, Rest Alkalien.
Gut bewährt hat sich auch die Verwendung von Kapland-Blauasbest mit einem Siliziumdioxydgehalt von etwa 51%, Eisen-Oxydgehalt von etwa 36ja, Magnesiumoxyd mit etwa 2%, Wasser mit etwa 4%, Rest Alkalien.
Aus verschiedenen Gründen sind jeweils einzelne Metalloxyde für die erfindungsgemässe Verwendung auszuschliessen. Auszuschliessen sind solche Metall-Oxyde, welche eine chemische Reaktion mit dem zu verpressenden Block eingehen würden, d. h. es sollen keine Oxyde von Metallen verwendet werden, die eine geringere Affinität zum Sauerstoff haben als das zu verpressende Metall.
Auszuschliessen von der Verwendung sind weiterhin solche Metalloxyde, welche beim zu verpressenden Metall interkristalline Korrosion hervorrufen würden, was beispielsweise beim Verpressen von Stahl durch Anwendung von Bleioxyd der Fall sein kann.
Auszuschliessen sind schliesslich solche Metall-Oxyde und solche andern Stoffe, welche die Diffusion des Sauerstoffes in das verpresste Metall während der verhältnismässig kurzen Kontaktzeit im Verlauf der Pressgut-Abkühlung beschleunigen oder selbst in dieses diffundieren würden, d. h. es soll bei- spielsweise beim Verpressen von Stahl kein Oxyd der Metalle Nickel, Kupfer, Kobalt und Molybdän vorhanden sein. Ebenso sind Stoffe, die Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefeldioxydgase abgeben, zu vermeiden. Bei Stählen, die Randaufkohlungen nicht vertragen, sind Graphitbeimengungen zu vermeiden.
Um zu grosse Schichtstärken zu vermeiden und einen glatten Ablauf der Schutzschicht durch die Matrize zu gewährleisten, soll die Mischung vorzugsweise keine Korngrössen von mehr als 0,3 mm enthalten. Zur Herstellung einer besonders dünnen Schicht auf dem Strang werden kleinere Korngrössen verwendet.
Die verwendungsgemäss auf dem Strang hergestellte Schutzschicht, einerlei ob sie als zusammenhängende Schicht oder in Form von Kügelchen über der Puderschicht sitzt, kann dadurch sehr leicht vom Strang entfernt werden, dass der Strang gereckt wird, was aus Gründen der Fertigung im allgemeinen sowieso notwendig ist. Die Schutzschicht springt beim Recken vom Strang ab und hinterlässt eine vollständig glatte, narbenfreie Strangoberfläche. Bei Strängen, die eines Richt- bzw. Reckvorganges nicht bedürfen, genügt eine kurzzeitige Oberflächenerwärmung, um die Schicht von der glatten Strangoberfläche abzulösen (Bestreichen mit einer Gasbrennerflamme).
Die erfindungsgemäss angewendeten Gemische können in Form von Pulvermassen, Pasten oder Formstücken (Scheiben) in die Strang- oder Rohrpresse eingebracht werden. Wichtig ist nur, dass sie irgendwie zwischen den heissen Metallblock und die Presswerkzeuge gelangen. Sie können deshalb zeit-
<Desc/Clms Page number 5>
lieh mit dem Block oder vor dem Block in die Presse eingebracht werden. Es ist auch möglich, sie schon vor dem Erwärmen oder Einbringen der Presswerkzeuge, insbesondere der Matrize, auf diese auf- zubringen. Es können verschiedene Metalloxyde verwendet werden, u. zw. vornehmlich im Gemisch mit Siliziumoxyden. Brauchbar sind Schwermetalloxyde mineralischer oder synthetischer Herkunft.
Die Pulvermassen, Pasten oder Formstücke (beispielsweise Scheiben) können mit Hilfe von feinkör- nigen, puderartigen Metall-Oxyd-Pulvern hergestellt werden. Es können ihnen Bindemittel beigefügt sein, wie beispielsweise Wasserglas ; feste Formstücke, insbesondere Scheiben, können auch vor dem
Einsetzen in die Presse durch einen besonderen Pressprozess hergestellt werden.
Der Verschleiss-Schutzwert der Schicht kann durch die Stärke der Pulverschicht beeinflusst werden, wobei die Stärke der Pulverschicht, wie bereits gesagt, durch die Korngrösse des Pulvers bestimmt ist.
Der Verschleiss-Schutzwert setzt sich aus einem Wärmeisolierwert und einem Reibungs-Minderungswert zusammen. Der Wärmeisolierwert wird hiebei nicht nur durch die Schichtstärke, sondern auch durch die Wärmeleitwerte der Mischungsbestandteile, beispielsweise die Silizium-Dioxyd-Bestandteile, bestimmt.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Gemisches besteht darin, dass aus wenigen Gemischkomponenten für jede Art von zu verpressenden Schwermetallen und für alle Presstemperaturen durch Variation des Mengenverhältnisses der Gemischkomponenten jeweils ein Gemisch mit optimalen Eigenschaften für den bestimmten Anwendungsfall hergestellt werden kann. Die plastisch, zähflüssig, klebrig oder flüssig werdenden Gemischanteile sind immer so zu wählen, dass sie mit ihrem Schmelzpunkt entweder dicht unter oder bei der Blocktemperatur des jeweils zu verpressenden Schwermetalles liegen. Durch Kombination verschiedener Gemischanteile mit verschieden hoch liegenden Schmelzpunkten wird das Gemisch so aufgebaut, dass es entweder für die Matrize oder den Dorn und Rezipienten geeignet ist, d. h. eine grössere oder kleinere Plastizität besitzt.
Die Zeichnungen sollen eine Übersicht über die Begriffe der Erfindung erleichtern. Das erfindungsgemässe Gemisch besitzt grundsätzlich raumkristalline Pulverkomponenten, deren eine Komponente aus Metalloxyd oder Metalloxyden und deren andere Komponente aus einem kristallinen, keinen Sauerstoff abgebenden Stoff oder deren mehreren besteht.
Ein Teil der letztgenannten Komponente kann, muss aber nicht, ersetzt sein durch kristall-wasserfreies, amorphes Pulver, wie beispielsweise Glaspulver und glasähnliches Pulver.
Die waagrechte strichpunktierte Linie gibt eine Strangpresstemperatur des zu verpressenden Schwermetalles an. In den mit --A-- bezeichneten Feldern liegen die jeweils verwendeten kristallinen Stoffe mit bestimmten Schmelzpunkten. Der Schmelzpunkt des Pressmetalloxydes liegt immer über der Strangpresstemperatur. Schmelzpunkte anderer Metalloxyde können teils oberhalb, teils unterhalb der Strangpresstemperatur liegen. Die andern kristallinen, keinen Sauerstoff abgebenden Stoffe haben ihren Schmelzpunkt bei Normaldruck teilweise unterhalb, teilweise knapp oberhalb der Strangpresstemperatur. Ein bei normalem Druck knapp unterhalb der Strangpresstemperatur liegender Schmelzpunkt kann bei Pressdruck sogar etwas über die Presstemperatur hinaufwandern.
Im Feld-B-liegen Stoffe, deren Erweichungsbereiche unterhalb der Presstemperatur liegen. Hiebei handelt es sich im Gegensatz zu den mit --A-- bezeichneten Feldern für die amorphen Stoffe um einen Viskositätsbereich zwischen einer oberen Temperaturgrenze, bei welcher der betreffende Stoff flüssig ist, und einer ziemlich weit darunterliegenden Temperaturgrenze, bei welcher der Stoff fest ist, während dazwischen der sogenannte Viskositätsbereich dieses Stoffes liegt, in dem der Stoff allmählich vom festen zum flüssigen Zustand oder umgekehrt übergeht.
Die Prozentzahlen der Zeichnungen geben die möglichen prozentualen Grenzen der Anteile der einzelnen Gemischkomponenten an.
Wie sich aus obigem ergibt, wird erfindungsgemäss bei einer bevorzugten Ausführungsart mit einem Gemisch gearbeitet, das überwiegend kristalline Anteile hat, um eine kristalline Schutzschicht auf dem Strang zu erzielen. Wird mit einem Glasanteil gearbeitet, dann müssen andere Anteile die Kristallisation des Glases erzwingen, um die auf dem Strang entstehende Schicht kristallin zu machen. Der teilweise raumkristalline Charakter des Gemisches verhindert das Entstehen eines viskosen Zustandes des Gemisches. Die Schutzschicht erhält nur eine geringe Stärke, wird gleichmässig und schützt die Werkzeuge gegen Wärme.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.