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Die Erfindung betrifft eine Kokille zum raschen Abkühlen von vorzugsweise auf Basis von Al 0 und ZiO zusammengesetzten Schleifmittelschmelzen. Ein rasches Abkühlen solcher Schmelzen ist erforderlich, um die gewünschte geringe Kristallgrösse zu erhalten. Hiefür sind zahlreiche Vorschläge bekanntgeworden, beispielsweise die deutsche Auslegeschrift 1205 882, gemäss der die Schmelze in kleine Pfannen aus Graphit oder Stahl zu Platten von 50 bis 75 mm Stärke abgegossen werden soll.
Das ist jedoch kaum durchführbar, weil der Betrieb eines Hochtemperaturschmelzofens nur das Abgiessen einer grossen Schmelzmenge von mindestens einigen hundert kg zulässt und hiefür nur wenig Zeit verfügbar ist, weil die Schmelze leicht abkühlt, dabei zäh wird und erstarren kann, bevor sie in die Gussform kommt. Es muss also viel Schmelze in kurzer Zeit abgegossen werden ; das ist beim Verfahren der erwähnten Auslegeschrift kaum möglich. Ausserdem ist die Kristallgrösse bei der Gussdicke von 50 bis 75 mm meist viel zu gross, weil die Abkühldauer zu lange ist.
Nach der deutschen Auslegeschrift 1259762 soll die Schmelze auf wassergekühlte Stahlwalzen und endlose Stahlbänder gegossen werden. Auch hier dauert das Ausgiessen grösserer Schmelzmengen zu lang, ausserdem ist die Giesseinrichtung kompliziert, anfällig und teuer.
Ein in der deutschenOffenlegungsschrift 1918 759 beschriebenes Verfahren erlaubt auf sehr einfache Weise Abgiessen und rasches Abkühlen grösserer Schmelzmengen. Die Schmelze wird auf ein Bett von Brocken des gleichen Materials wie das der Schmelze gegossen. Sie fliesst in die Räume zwischen den Brocken und erstarrt infolge der grossen dargebotenen Kühloberfläche rasch. N ach grobem Zerkleinern der abgekühlten Masse wird ein Anteil von Brocken geeigneter Grösse für den Wiedereinsatz zum Abkühlen neuer Schmelzen abgesondert, während der Rest in üblicher Weise zu Schleifkorn verarbeitet wird. Der wiederholte Einsatz der Brocken beim Giessen ist jedoch ungünstig, da sie unter anderem rekristallisieren und grosse Kristalle bilden ; gerade das zu vermeiden ist aber der Zweck des Verfahrens.
Dieser Nachteil lässt sich umgehen, wenn an Stelle der Kühlbrocken ein Bett gut wärmeleitender, insbe- sondere metallischer Körper tritt (deutsche Offenlegungsschrift 2 205 43 6). Die Kühlkörper sind vorzugsweise aus
Graphit oder noch besser aus oberhalb 1000 C schmelzenden Metallen wie Eisen gefertigt. Das Eisen hat noch den Vorzug, wegen seines Ferromagnetismus von der erstarrten Schmelze leicht abtrennbar zu sein.
Die Kühlkörper können beliebig geformt sein ; empfohlen wird ein Bett gleich grosser Kugeln von 10 bis
50 mm Durchmesser, das sich bei blossem Aufschütteln in gleichmässiger, dichter Packung anordnet undso auf einfachste Weise kleine, gleichgeformte Giesslinge liefert. Dadurch entfällt auch die teure Vorzerkleinerung.
Die Giesslinge sind dort, wo sie die Kugeln berührten, sehr feinkristallin, jedoch steigt die Kristallgrösse mit dem Abstand von derKuge1fläche mehr oder minder stark an. Infolge der besonderen Form hat jeder Giess- ling neben gut verwertbaren Wandstärken auch solche, die kleiner sind als die Grösse des kleinsten, noch verkäuflichen Schleifkorns. Diese zu dünnen Anteile sind daher Abfall. Nachteilig sind ferner der hohe Preis und die vergleichsweise geringeHaltbarkeit der Kugeln sowie der sehr geringe Spielraum, innerhalb dessen die Gussbedingungen bleiben müssen.
In der deutschen Offenlegungsschrift 2227642 wird neben dem Abkühlen durch Giessen eines Schleifmaterials auf eine Masse von Metallkugeln auch ein Abkühlen durch Eingiessen des geschmolzenen Schleifmaterials zwischen Metallplatten beschrieben. Ausgehend von letzterer Verfahrensweise weist die Erfindung einen Weg, um auf besonders einfache Weise grosse Schmelzansätze mit feinem Kristallgefüge zu erhalten.
Dies wird erfindungsgemäss mit einer Kokille, die aus mehreren parallel zueinander angeordneten Graphitoder Metall-, insbesondere Eisenplatten besteht, dadurch erreicht, dass die die Kokille bildenden, zu einem Paket vereinigten, annähernd gleich grossen ebenen Platten voneinander in einem etwas mehr als das Doppelte des gewünschten Maximalkorns des Schleifmittels betragenden Abstand gehalten sind.
Bei Verwendung einer erfindungsgemässen Kokille entfällt die Notwendigkeit der teuren Grobzerkleinerung.
Erstarrt nämlich die Schmelze zwischen zwei Kühlplatten, so beginnen die Kristalle an jeder dieser Platten zu wachsen ; die Kristallzonen wachsen aufeinander zu und treffen etwa in der Mitte der Platte aufeinander, wo sie eine meist mit freiem Auge sichtbare Grenze bilden, entlang welcher sie sich leicht voneinander auftrennen lassen. Die Dicke der so erhaltenen Plattenhälften ist dann ein wenig grösser als die Abmessung des gewünschten Maximalkorns.
Durch Wahl geeigneter Distanzstücke lässt sich jede gewünschte Plattendicke leicht einstellen. Die Kühlplatten können beliebig gross sein, sofeme sie durch Distanzstücke und Einspannvorrichtungen in ihrer Lage und vor dem Verziehen durch thermische Einflüsse gesichert sind. Es empfiehlt sich, auf das Paket einen Rahmen aufzusetzen, um ein unerwünschtes Abfliessen der Schmelze zu vermeiden. Nach dem Erstarren der Schmelze kann das Paket durch Berieseln mit oder Eintauchen in Wasser rasch gekühlt werden. Dadurch lässt sich das Verzundern der Kühlkörper weitgehend vermindern. Zunderbeständige Kühlkörper sind anwendbar, soferne ihre Wärmeleitfähigkeit ausreicht, um die angestrebte rasche Auskühldauer zu erhalten.
In keiner der vorstehend genannten Veröffentlichungen ist ein dem erfindungsgemässen Verfahren entspre- chendes einfaches Verfahren beschrieben, das keine Grobzerkleinerung erfordert und das die Einstellung des gewünschten Maximalkoms ermöglicht.
Das Verfahren gemäss der Erfindung unterscheidet sich vom Verfahren der deutschen Offenlegung-
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schrift 2205436 in einigen wesentlichen Merkmalen : Bei diesem wird die Schmelze in eine lose Aufschüttung vieler kleiner Körper gegossen, deren maximale Ausdehnung 100 mm kaum überschreitet und meist wesentlich darunter liegt. Das Produkt sind kleine Giesslinge. Jeder von diesen hat eine von Null bis zu einem kleinen Höchstmass schwankende Stärke und, als Folge davon, einen verhältnismässig breiten Bereich der Kristallgrösse, von der der besonders erwünschte Anteil der kleinsten Kristalle nur teilweise zu gebrauchen ist, weil er in einer Dicke anfällt, die kleiner ist als das gewünschte Minimalkom.
Das erfindungsgemässe Verfahren hingegen sieht Kokillen vor, die aus vergleichsweise wenigen Teilen zusammengesetzt sind und die Schmelzeplatten grösseren Ausmasses liefern.
Gegenüber dem in der deutschen Auslegeschrift 1205882 beschriebenen Verfahren hat das erfindungsgemässe Verfahren ausser den eingangs schon erwähnten Vorzüge noch weitere günstige Merkmale, nämlich eine beidseitig glatte Plattenoberfläche, eine ganz kleine Lunkerzone, die die Platte in zwei gleich dicke Hälften unterteilt, während beim Verfahren gemäss der deutschen Auslegeschrift 1205 882 die obere Hälfte häufig so dünn ausfällt, dass sie unverwertbar wird und so mehr Abfall gibt.
Die erfindungsgemässe Kokille kann ausweicheisenplatten bestehen, die in ihrer Stellung zueinander durch Distanzstücke fixiert sind. Eine Vielzahl solcher Platten wird zu einem Paket vereinigt, das mittels Ankerschrauben zusammengehalten und entweder in eine Giesspfanne eingebracht oder aber frei auf eine Eisenplatte aufgestellt wird.
Die auf diese Weise gebildete Kokille wird dann mit Schmelze vollgegossen. Bei einer andem Ausführung wird das Paket in eine mit Schmelze gefüllte Giesspfanne gesenkt. Vorteilhaft ist es, die Platten gleich gross zu machen und sie so anzuordnen, dass sie ähnlich wie die Rahmen bei einer Filterpresse zusammengespannt wie auch auseinandergezogen werden können, um den Schmelzkuchen (= Schmelzeplatte) leicht entfernen zu können. Bei dieser Anordnung fallen die Schmelzkuchen vertikal an, jedoch liegen andere Anordnungen und auch andere Kokillenmaterialien als Stahl und Eisen ebenfalls in dem Bereich der Erfindung.
Eine Kokille gemäss der Erfindung kann auch aus Graphit, Gusseisen, insbesondere solchen mit Kugelgraphit, zunderbeständigen und warmfesten Stählen und Legierungen sowie auch aus andern Kokillenwerkstoffen wie Co, Ni, Cr, deren Legierungen mit Eisen und ändern Elementen bestehen.
Um eine rasche Abkühlung zu erreichen, ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Kokille zu fordern ; es muss aber auch das Gewichtsverhältnis M der Kokille zur eingegossenen Schmelze gross genug sein, um die aus der Schmelze abzuführende Wärme aufnehmen zu können. M lässt sich leicht aus der Gleichung berechnen :
EMI2.1
EMI2.2
<tb>
<tb> C <SEP> = <SEP> spez. <SEP> Wärme <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> (kcal/kg)
<tb> t <SEP> = <SEP> Giesstemperatur <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> OC
<tb> Ws <SEP> = <SEP> Erstarrungswärme <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> (kcal/kg)
<tb> M <SEP> = <SEP> kg <SEP> Kokille <SEP> je <SEP> kg <SEP> Schmelze
<tb> C <SEP> = <SEP> spez. <SEP> Wärme <SEP> der <SEP> Kokille <SEP> (kcal/kg)
<tb> x <SEP> = <SEP> Temperatur <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Wärmeübergang <SEP> (oC) <SEP>
<tb> t <SEP> = <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> Kokille <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Eingiessen.
<tb>
EMI2.3
M1. Aus 61 Weichstahlplatten, 25 mm stark, Abmessungen 800 x 400 mm hoch, wurde eine Kokille zusammengesetzt und mit Ankerbolzen verspannt. Der Abstand von 10 mm zwischen 2 Platten war durch eingelegte Flacheisen (10 x 20 x 400 mm) festgelegt.
Die Kokille wurde auf eine starke Eisenplatte gestellt. Ein Stahlrahmen von 50 mm Höhe umschloss die Kokille oben, um ein Überfliessen der Schmelze zu verhindern.
Eine 20000C heisse Schmelze, die 97% AI0 und geringe Mengen von six, TiO und andern Verunreinigungen enthielt, wurde so in die Kokille eingegossen, dass sie mit Schmelze innerhalb des Rahmens bedeckt war. Eine Schicht von erstarrten Brocken dieser Schmelze lag auf der Kokille, um den Gussstrahl zu verteilen.
Diesem Zweck diente auch eine langsame Bewegung der Kokille während des Giessens. Die 2 min nach dem Abgiessen gemessene Kokillentemperatur war 950OC. Die Kokille wurde anschliessend mit Wasser berieselt, um sie schnell abzukühlen. Die nach dem Erkalten und Zerlegen der Kokille von selbst abfallenden Platten der Schmelze waren 8 bis 9 mm stark, ihre durchschnittliche Kristallgrösse war 15 p.
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2. Eine Schmelze von 25 Gew.-% ZrO2, Rest Al 0 und geringe Mengen von Verunreinigungen, wurde bei 1900 C in eine Kokille der im Beispiel 1 beschriebenen Art eingegossen, deren Plattenabstand jedoch 6 mm und deren Tiefe 500 mm betrug. Der Gussraum wurde voll ausgefüllt. Es entstanden feinkristalline Platten mit beiderseits glatter Oberfläche bei ganz geringfügiger Lunkerbildung. Die durchschnittliche Stärke der Platten betrug 4, 8 mm, die durchschnittliche Kristallgrösse war 10 p.