CH367158A - Verfahren zur Herstellung von Hartstoffen grosser Zähigkeit - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Herstellung von Hartstoen grosser     Zähigkeit       Die Erfindung     betrifft    die Herstellung von Erzeug  nissen hoher Härte und hoher     Zähigkeit,    die als       Strahlsand,        Hartbetonzuschlagsstoff    und als  weiche  Schleifmittel  zur     Herstellung    von organisch gebun  denen Schleifkörpern besonders geeignet sind.  



       Elektrokorund    ist als     Hartstoff,    z. B. als     Schleif-,     Strahl- und     Betonzuschlagsmittel,    schon seit Jahren       bekannt.    Für zahlreiche Anwendungen, wie z. B.        Sandstrahlen ,    Hartbeton, werden oft wegen des  hohen Preises des     Elektrokorunds    und seiner     relativ     geringen Zähigkeit Hartstoffe     anderen    Ursprungs, wie  beispielsweise Schlacken von     aluminothermischen          Verfahren    verwendet.

   Wegen ihrer relativ     schlechten     Härte- und     Zähigkeitseigenschaften,    unterschiedlichen  chemischen     Zusammensetzung,    sind diese den heu  tigen Anforderungen oft nicht mehr     gewachsen.    Es  ist auch     bekannt,        Bauxit    und dergleichen     durch     Schmelzen im     Elektrolichtbogenofen    in eine     kompakte     Masse     (sogenanates        Schmelz-Bauxit)

      zu     überführen.     Solche     Produkte    weisen wohl eine gute Härte aber  eine niedrige Zähigkeit auf und sind auch relativ kost  spielig in der     Herstellung,    so dass ihre     Verwendung     in vielen möglichen Anwendungsgebieten nicht     in     Frage kommen kann.  



  Es wurde nun festgestellt, dass     aluminiumoxyd-          ha@ltige    mineralische Rohstoffe, die neben Aluminium  oxyd leichter als Aluminiumoxyd reduzierbare Kom  ponenten     enthalten,    durch mässig reduzierenden Brand  in sehr kompakte Massen übergeführt werden können,  in welchen das     Aluminimoxyd        im        wesentlichen        als          Korund    enthalten ist.  



  Die     Erfindung        betrifft    nun     ein    Verfahren     zur    Her  stellung von     aluminiumoxydhaltigen        Hartstoffen        @gro-          sse:

  r    Zähigkeit durch thermisch reduzierende Behand  lung von     aluminiumoxydhaltigen        mineralischen    Roh-    Stoffen, das dadurch     gekennzeichnet    ist, dass man die       mineralischen        Rohstoffe    in Gegenwart eines reduzie  renden Mittels und bei Temperaturen von 700 bis       1600     C, einem     Sinterprozess        unterwirft.        Als        alumi-          niumoxydhafige        mineralische        Rohstoffe    werden sol  che verwendet,

   die     Verbindungen    von Metallen (wie  z. B. Eisenoxyde,     Manganoxyde,        Titanoxyde),    die  leichter als     Aluminiumoxyde    ,reduziert wer-den kön  nen,     enthalten,    z. B. Ton,     Siillimanit,        Cyanit    und  Bauxit.

   Durch Variieren des     Gehaltes    an     Aluminium-          oxyd    und an leichter reduzierbaren     Metalloxyden     sowie des Reduktionsgrades, kann die Härte und  Zähigkeit der     Fertigprodukte        gesteuert    werden; so       wird    das Produkt mit     zunehmendem    Aluminiumoxyd  gehalt härter. Je nach     Zusammensetzung    des Roh  stoffes kann man also durch Zugabe zu diesem ent  weder von     Aluminiumoxyd    oder z.

   B.     Eisenoxyd,    die       gewünschten    Härte- und     Zähigkeitseigenschaften    im       Endprodukt        herbeiführen.        Zweckmässigerweise        wird     die Mischung     derart        hergestellt,        ,dass    im Endprodukt  der     Aluminiumoxydgehalt        (insbesondere        a-Alumi          niumoxydgehalt)

          zwischen        40        und        95        %-,        vorzugsweise     zwischen 50 bis     80114,    liegt.  



  Als     Reduktionsmittel        wemden    z. B. reduzierende  Gase wie     Wasserstoff,    Kohlenmonoxyd oder Kohle,       Kohlenwasserstoffe,    Teer, Koks,     verwendet.    Je     nach     der Arbeitsweise kann der     mineralische    Rohstoff mit  dem     Reduktionsmittel    vor oder während des Prozesses  vermischt werden. Wird die Mischung vor der Be  handlung     vorgenommen,    so     wird        dieses        Gemisch    vor  zugsweise zu Granulaten von 5 bis 50,     an    besten  8 bis 25 mm, verarbeitet.

   Es ist dabei zweckmässig       dafür    zu sorgen, dass     solche    Granulate     einen    leichten  Überschuss von     :höchstens        101/e    über den     zur        Er-          zielung    des gewünschten     Reaktionsgrades    stöchiome-           trisch    erforderlichen Kohlenstoffgehalt     aufweisen.          Zweckmässigerweise        wird    das     Sinterverfahren    in redu  zierender,

   vorzugsweise     leicht        reduzierender,    Atmo  sphäre     durchgeführt.     



  Der     Sinterprozess    wird     vorzugsweise    in     einem          Drehrohrofen        durchgeführt.    Man kann ihn aber auch  in einem     entspechend    eingerichteten Schachtofen,  wie er z. B. in der     Zementindustrie    angewendet     wird,     oder einem anderen entsprechend wirkenden Ofen       durchführen.     



  Das Endprodukt ist eine aus     Metalloxyden    teil  weise niedriger Oxydationsstufe oder Metall beiste  hende glasige bis     kristallinische,    zum     Teil        metallische     Matrix, in welcher die sehr feinen     Korundkristalle     eingebettet     sind.    Dieses Produkt kann als     Schleifmittel,          Strahlmittel    oder     Betonhartstoff    verwendest werden  und wird je nach Verwendungszweck zu pulverigem  bis körnigem Gut gemahlen.  



  Die Farbe des Produktes ist vor allem     abhängig     vom     Eisenoxydgehalt    des     Ausgangsmaterials;        mit    zu  nehmendem Gehalt geht die Farbe von grau - grau  blau in dunkelbraun -     schwarz    über.  



  Die gemessene Mikrohärte der Matrix liegt bei  1100     kgmm2,    die der eingebetteten a     A1203        Kristalle     bei 1900     kg/mm2.        (Normalkorund    = 2050     kgmm2;

       Quarz = 750     kg/mm2.)     Beachtenswert ist     die        Zähigkeit    des neuen Mate  rials.     Vergleichsversuche    nach der     Schle-uderrad-          methode    haben folgende     Zähigkeitszahlen    ergeben  (diese Methode     wurde    beschrieben in Berichte der  Deutschen Keramischen     Gesellschaft    37 (1960),  Seite 355 bis 361):

           SiC    schwarz = 75       Korundschlacke    = 88       Quarzsand    = 95       Schmelzbauxit    = 95  grobkristalliner       Normalkorund    =<B>190</B>       feinkristalliner          Normalkorund    = 230       Hartstoff    gemäss       Erfindung    = 370    <I>Beispiel 1</I>         100        kg        roter        Bauxit        mit        einem        Gehalt        von        

  70%          A1203,        15%        SiO2,        10%        Fe203        sowie        Ca0,        MgO     und     TiO2    wurde mit 10 kg Koks auf eine     Feinheit     von weniger als 0,2 mm     zerkleinert    und in erdfeuch  tem     Zustand        stückig    gemacht.

   Das     Stückigmachen     kann auch mit     Hilfe        einer        Teerverbindung    vorgenom  men werden, wobei der nicht     flüchtige        Anteil    im       Kohlezusatz        berücksichtigt    werden muss.

   Das     stückige     Material wurde in     einem        Drehrohrofen        in    leicht     redu-          zierender    Atmosphäre bei     etwa    1300  C     gesintert.    Die  reduzierende     Atmosphäre    im Ofen wird durch ent  sprechende Dosierung de=r Verbrennungsluft     im    Öl  brenner     eingestellt.    Die     Durchlaufzeit        betrug    etwa    30     Minuten.    Durch die partielle Reduktion wird     eine          

  Herabsetzung    der     Sintertemperatur    bewirkt, wodurch  die bereits bei dieser Temperatur entstehenden feinen       a-A1203        Kristalle    in eine Matrix eingebettet werden.  Das     Endprodukt        reit    einem Gewicht von etwa 70 kg       weist        einen        A1,03        Gehalt        von        etwa        72%        auf        und        ist          ein    schweres, schwarzes bzw.

   dunkelbraunes feinkri  stallines Material mit zahlreichen     kleineren    und grö  sseren Poren. Die Mikrohärte beträgt bis 1950     kg/mm2.       <I>Beispiel 2</I>    100 kg weisser Bauxit mit     einer    Korngrösse von  10 bis 20 mm und mit der chemischen     Zusammen-          setzung        von        90'010        A1203,    5     %        Fe203        sowie        Ca0,          Mg0,        TiO2,        Sioz        u:

  sw.    wurden mit 5 kg Koks     gleicher     Korngrösse     gemischt.    Diese Mischung wurde im  Schachtofen     gesintert.    Es wurden 75 kg eines grauen  bzw. graublauen     Sintergutes    gewonnen. Entsprechend       dem        höheren        a-A1203        Gehalt        (90        %        A1203)        ist        es        ein          ausserordentlich    hartes und zähes Material.

   Die Mikro  härte beträgt bis 1970     kg/mm2.       <I>Beispiel 3</I>    2000 kg roter Bauxit mit einer chemischen     Zu-          sammensetzung        von        etwa        6501o        A12O3,        12%        Fe203,          12        %        SiO2        sowie        Ca0,        Mg0,

          VO        usw.        wurden        in     einer Korngrösse von 5 bis 50 mm ohne     Kohlezusatz     bei reduzierender Flammenführung bei etwa 1300  C  im     Drehrohrofen    gesintert. Die     Sinte,rtemperatur    ist in  erster     Linie    von der chemischen     Zusammensetzung,     dem Reduktionsgrad und der     Verweilzeit    des Mate  rials in der Reduktionszone des Ofens abhängig.

   Es  wurden 1440 kg     eines        Sintergutes        gewonnen,    dessen       A1203-Gehalt    etwa     670/a    beiträgt. Das Material ist       dunkelbraun    bis schwarz, sehr kompakt und weist  eine maximale Mikrohärte von 1930     kg!mm2    auf.  



  <I>Beispiel 4</I>       200        kg        weisser        Bauxit        (A1203        =        90%,        Fe2O3        =     6     %)        wurden        zusammen        mit        12        kg        Koks        auf        eine     Feinheit von     weniger    als 0,

  2 mm     zerkleinert    und in       erdfeuchtem    Zustand zu Körpern von etwa  5 X 10 X 20 cm gepresst. Diese     Körper    wurden in  einem gasbeheizten Kammerofen in     neutraler    Ofen  atmosphäre 2     Stunden    bei 1300  C gesintert.

       Man     erhielt von zahlreichen Rissen durchzogene     dunkel-          grau-@braune        Steine.    Die Mikrohärte dieser     Steine    be  trägt bis 1900     kg/mm'2.    Nach der Zerkleinerung dieser       Steine    erhält man Körnungen, die     ausserordentlich     kompakt sind und     keinerlei    Risse besitzen.

   Die     Aus-          beute        betrug        185        kg        eines        Gutes        mit        etwa        90        %        A1203          ("r.hnlt     <SDOCL LA="DE">    PATENTANSPRUCH  Verfahren zur Herstellung von     aluminiumoxyd-          haltigen    Hartstoffen grosser Zähigkeit durch thermisch  reduzierende Behandlung von Aluminiumoxyd und  leichter als     Aluminiumoxyd    reduzierbare Metalloxyde  enthaltenden  <RTI  

   ID="0002.0230">   mineralischen    Rohstoffen, dadurch     ge-          kennzeichnet,    dass man den     mineralischen    Rohstoff in       Gegenwart    eines reduzierenden Mittels     und    bei Tem-           peraturen    von 700 bis 1600  C einem     Sinterprozess     unterwirft.       UNTERANSPRÜCHE     1.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge  kennzeichnet, dass man dem     Sinterprozess    einen mine  ralischen     Rohstoff    mit einem leichten     überschuss    von  höchstens 10     0/a    über den zur Erzielung des ge  wünschten Reaktionsgrades     stöchiometrisch    erforder  lichen     Reduktionsmittelgehalt        unterwirft.     2. Verfahren gemäss Patentanspruch und Unter  anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den  mineralischen Rohstoff im Gemisch in Form von       Granalien    von 5 bis 50, vorzugsweise 8 bis 25 mm,  der     Sinterung    zuführt.    3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unter  ansprüchen 1 und 2, dadurch     gekennzeichnet,    dass  man     einen        mineralischen    Rohstoff verwendet, dessen       Afuminiumoxydgehalt    zwischen 40 und 95, vorzugs  weise zwischen 50 und     801/o"    liegt.

    4.     Verfahren    gemäss Patentanspruch und Unter  ansprüchen 1 bis 3, dadurch     gekennzeichnet,        -dass    die       Sinterungsre@aktion    in     raduzie#ren#der,        vorzugsweise     schwach     reduzierender,        Atmosphäre        erfolgt.     5. Verfahren gemäss     Patentanspruch    und Unter  ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die       Sinterung        in        einem        I?rehrohrofen    erfolgt.