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Verfahren zur Herstellung eines gesinterten und kristallinen Hüttenschlackenproduktes,
vorzugsweise Rohkupferschlackenproduktes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung eines gesinterten und kristallinen Hüttenschlackenproduktes, vorzugsweise
Rohkupferschlakkenproduktes, das insbesondere als Verschleißschutzelement Verwendung
finden kann.
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Es sind bereits die verschiedensten Verfahren bekannt, kristalline
Hüttenschlackenprodukte auf schmelzflüssigem Wege durch Formvergießen und Tempern
herzustellen. So ist z. B. ein Verfahren bekannt, mit dem man ein feinkristallines,
homogenes Rohkupferschlackenprodukt durch Wiederaufschmelzen von glasiger und/oder
kristalliner Rohkupferschlacke in neutraler bis oxydierender Atmosphäre, Vergießen
der schmelzflüssigen Schlacke in reduzierender Atmosphäre in vorgewärmte Metallformen,
Einsetzen des erhaltenen Gußkörpers in einen Ofen reduzierender Atmosphäre und Tempern
des Gußkörpers herstellen kann. Nach diesem Verfahren hergestellte Rohkupferschlackenprodukte
finden insbesondere als Verschleißschutzelemente Verwendung.
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Den nach diesen Verfahren hergestellten Produkten, insbesondere denen,
die als Verschleißschutzelemente verwendet werden, haftet vor allem der Mangel an,
daß diese Produkte entweder stark porig und strukturell inhomogen sind oder aber
eine geringe Maßhaltigkeit aufweisen und von mangelhafter glattflächiger Beschaffung
sind.
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Der Zweck, der durch die vorliegende Erfindung erreicht werden soll,
ist die Beseitigung der Mängel des Standes der Technik, insbesondere hinsichtlich
der als Verschleißschutzelemente verwendeten Hüttenschlackenprodukte.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden,
mit dessen Hilfe es möglich ist, Hüttenschlackenprodukte herzustellen, die strukturell
homogen, maßhaltig und von glattflächiger Beschaffenheit sind und sich insbesondere
als Verschleißschutzelemente einsetzen lassen.
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Es wurde ein Verfahren gefunden, das die gestellte Aufgabe im wesentlichen
löst, indem man eine glasige oder glasige und teilweise kristalline Hüttenschlacke,
vorzugsweise Rohkupferschlacke, nach dem Einstellen auf eine Korngrößenverteilung
mit einem Verformungsplastifikator plastifiziert, die erhaltene plastische Masse
verformt, den Plastifikator aus dem Preßling vorzugsweise unter Erhitzen entfernt,
diesen in beliebiger, vorzugsweise reduzierender Atmosphäre bei erhöhter Temperatur
sintert und kristallisiert, im Fall der reduzierenden Atmosphäre gegebenenfalls
durch weitere Temperaturerhöhung und Halten bei vier erhöhten Temperatur weiterbehandelt
und in beliebiger Atmosphäre auf Zimmertemperatur abkühlt. Die verwendete Hüttenschlacke
kann als Hauptbestandteil 44 bis 52% Si02, 13 bis 23,5% Ca0, 4,5 bis 24,5% A1203,
2 bis 10% MgO und 0,25 bis 6,5 % Fe0 enthalten.
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Gut gesinterte Hüttenschlackenprodukte erhält man, wenn man glasige
Hüttenschlacke einsetzt. Besonders vorteilhaft, vor allem hinsichtlich der Schwindung,
Maßtreue und Festigkeit der erhaltenen Produkte, wirkt sich aber ein Anteil an kristalliner
Hüttenschlacke im Ausgangsmaterial aus, der im Fall des Sinterns und Kristallisierens
in neutraler oder oxydierender Atmosphäre höchstens 60% und in reduzierender Atmosphäre
höchstens 10 % betragen sollte. Die einzusetzende Hüttenschlacke kann vorzugsweise
folgende Korngrößenverteilung aufweisen: Korngrößen < 60 jm bis 1000l0 Korngrößen
< 30 #tm 60 bis SO % Korngrößen < 10 l,m 35 bis 601/o Korngrößen< 5 R,m
25 bis 351)/o Im Fall des Sinterns und Kristallisierens in reduzierender Atmosphäre
ist es auch möglich, Hüttenschlacke mit einer größeren Korngröße einzusetzen. Es
kann eine Schlacke mit etwa folgender Korngrößenverteilung eingesetzt werden: Korngrößen
< 100 Rin bis 100010 Korngrößen < 60 gm bis 751/o Korngrößen < 5 @m bis
20 0/0 Das Plastifizieren der auf eine bestimmte Korngrößenverteilung eingestellten
Schlacke kann besonders vorteilhaft vor allem mit flüssigem Paraffin oder auch mit
Hartparaffin erfolgen, und zwar mit etwa
10% flüssigem Paraffin
oder etwa 15% Hartparaffin. Bei Verwendung z. B. des erstgenannten genügt ein Plastifizieren
bei Zimmertemperatur, während es z. B. beim Hartparaffin bei etwa 100° C erfolgen
muß.
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Das Verformen der erhaltenen plastischen Masse kann insbesondere durch
Druck- oder Spritzverformen erfolgen. Zum Druckverformen können beispielsweise übliche
keramische Trockenpressen mit Preßdrücken von 100 bis 1000 kp/cm2 verwendet werden.
Das Spritzverformen kann beispielsweise mit Spritzverformungsautomaten erfolgen.
Hier empfiehlt es sich, die Schlacke vorher z. B. mit Hartparaffin zu plastifizieren
und das Verformen bei etwa 80 bis 120° C vorzunehmen. Das Spritzverformen ist besonders
vorteilhaft, wenn kompliziert gestaltete kleine Teile in relativ hoher Stückzahl
herzustellen sind.
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Das Entfernen des Plastifikators kann im Fall des flüssigen Paraffins
am zweckmäßigsten durch Erhitzen des Preßlings mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise
30° C pro Minute auf 350° C und mindestens 0,3stündigem Belassen bei dieser Temperatur
und im Fall des Hartparaffins am zweckmäßigsten auch durch Erhitzen des Preßlings
vorgenommen werden, und zwar mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 0,4° C pro
Minute auf 350° C.
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Nach dem Entfernen des Plastifikators aus dem Preßling - das Entfernen
ist am zweckmäßigsten gleich in dem Ofen vorzunehmen, in dem auch das Sintern und
Kristallisieren vorgenommen wird -wird der Preßling in einen Ofen mit neutraler,
oxydierender oder reduzierender Atmosphäre eingesetzt. Der Preßling wird vor allem
je nach Ofenatmosphäre, Größe des Preßlings und Anteil an kristalliner Schlacke
mit einer Geschwindigkeit von höchstens 30° C pro Minute auf 800 bis 1150° C erhitzt
und bei dieser Temperatur vor allem je nach Ofenatmosphäre und Größe des Preßlings
etwa 1 bis 20 Stunden belassen.
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Erfolgen das Sintern und Kristallisieren in neutraler oder oxydierender
Atmosphäre, so wird ein kleines, aber technisch ausreichendes Sinterintervall erreicht.
Bei Rohkupferschlacke beträgt es etwa 40° C. Die Enddichte des Rohkupferschlackenproduktes
beträgt etwa 2,85 g/cm3, und seine Abriebwerte liegen bei 0,063 cm3/em2. Vor allem
für kompliziert geformte Hüttenschlackenprodukte ist es aber zweckmäßig, das Sinterintervall
zu erweitern. Das wird dadurch erreicht, indem man das Sintern und Kristallisieren
in einer reduzierten Atmosphäre durchführt. Bei Rohkupferschlacke wird dadurch das
Sinterintervall um etwa 200° C erweitert und um etwa 30 bis 70° C nach unten verschoben.
Die Enddichte des Rohkupferschlackenproduktes erhöht sich auf etwa 2,9 g/cm3. Auch
verkürzt sich die Sinterzeit.
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Bei dem Sintern und Kristallisieren in reduzierender Atmosphäre ist
anzustreben, daß das Sintern und Kristallisieren so geführt wird, daß zuerst eine
Sinterung der Schlacke erfolgt und die nebenherlaufende Kristallisation der Schlacke
erst nach erfolgter Sinterung voll einsetzt. Ein Durchkristallisieren des Schlackenproduktes
kann gegebenenfalls auch durch eine weitere Erhöhung der Temperatur auf höchstens
1050° C und ein vorzugsweise 1,5stündiges Belassen bei dieser Temperatur erreicht
werden.
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Das Abkühlen des nunmehr gesinterten und kristallinen Hüttenschlackenproduktes
ist an keine bestimmte Atmosphäre gebunden und kann in beliebiger Atmosphäre vorgenommen
werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Hüttenschlakkenprodukte weisen etwa folgende
Abriebwerte auf: Oxydierend gesintert und kristallisiert - glasiges Ausgangsmaterial
..... 0,06 ... 0,075 cm3/cm2 Oxydierend gesintert und kristallisiert
-50 % glasiges Ausgangsmaterial 0,055 ... 0,065 cms/cnts Reduzierend gesintert
und kristallisiert-50% glasiges Ausgangsmaterial 0,045 ... 0,055 cm3/cm2
Es werden gesinterte und kristalline Hüttenschlackenprodukte erhalten, die strukturell
homogen, maßhaltig und von glattflächiger Beschaffenheit sind und sich insbesondere
als Verschleißschutzelemente einsetzen lassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet seine nähere Erläuterung durch
folgende Ausführungsbeispiele, wobei das Verfahren aber nicht auf diese Beispiele
beschränkt ist: Beispiel 1 500 g glasige und 400 g kristalline Rohkupferschlacke
mit einer Korngrößenverteilung von 25 0/0 30 bis 60 #tm 35 0/0 10 bis 30 [im 15
0l0 5 bis 10 tcm 250/0 5 jm werden mit 100 g flüssigem Paraffin plastifiziert und
mittels einer Trockenpresse bei einem Preßdruck von 600 kp/cm2 zu zylindrischen
Preßlingen verformt. Diese Preßlinge, die eine Höhe von 50 mm und einen Durchmesser
von 30 mm haben, werden zum Entfernen des Plastifikators mit einer Geschwindigkeit
von 30° C pro Minute auf 350° C erhitzt und bei dieser Temperatur 20 Minuten gehalten.
Nun werden die Preßlinge in einem auf 350° C erhitzten Ofen mit oxydierender Atmosphäre
mit einer Geschwindigkeit von 10° C pro Minute auf 1080° C erhitzt, bei dieser Temperatur
2 Stunden gehalten und mit einer Geschwindigkeit von 3° C pro Minute auf Zimmertemperatur
abgekühlt.
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Die so erhaltenen Produkte haben eine Enddichte von 2,81 g/cm3 und
einen Abrieb von 0,063 cm3/cm2. Beispiel 2 850g glasige Rohkupferschlacke mit einer
Korngrößenverteilung 25 0/0 60 bis 100 [tm 25% 30 bis 60 Rm 30% 5 bis 30 Fm 20%
5 jm werden erwärmt, bei etwa 100° C mit 100 g Hartparaffin plastifiziert und bei
dieser Temperatur mittels eines Spritzverformungsautomaten zu U-förmigen Preßlingen
mit einer Schenkellänge von 30 mm verformt. Diese Preßlinge werden zum Entfernen
des Plastifikators mit einer Geschwindigkeit von 0,3° C pro Minute auf 300° C erhitzt.
Alsdann werden die Preßlinge in einem auf 300° C erhitzten Ofen mit reduzierender
Atmosphäre (Formiergasspülung - 1 Teil Wasserstoff und 3 Teile Stickstoff) mit einer
Geschwindigkeit von 5° C pro Minute auf
850° C erhitzt, bei dieser
Temperatur 1,5 Stunden gehalten und mit einer Geschwindigkeit von 10° C pro Minute
auf Zimmertemperatur abgekühlt.
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Die so erhaltenen Produkte haben eine Enddichte von 2,9 g/cm3 und
einen Abrieb von 0,05 cm3/cm2. Beispiel 3 800 g glasige und 100 g kristalline Rohkupferschlacke
mit einer wie unter Beispiel 2 angegebenen Korngrößenverteilung werden erwärmt,
bei etwa 100° C mit 100 g Hartparaffin plastifiziert und bei dieser Temperatur mittels
eines Spritzverformungsautomaten zu ringförmigen Düsen (Außendurchmesser 25 mm,
Innendurchmesser 10 mm, Höhe 15 mm) verformt. Diese Formkörper werden zum Entfernen
des Plastifikators mit einer Geschwindigkeit von 0,35° C pro Minute auf 350° C erhitzt.
Alsdann werden die Formkörper in einem auf 350° C erhitzten Ofen mit reduzierender
Atmosphäre (Formiergasspülung) mit einer Geschwindigkeit von 5° C pro Minute auf
825° C erhitzt, dann mit 15° C pro Minute auf 1000° C weitererhitzt und bei dieser
Temperatur 1 Stunde belassen. Die Abkühlung auf Zimmertemperatur erfolgt mit einer
Geschwindigkeit von 5° C pro Minute.
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Die so erhaltenen Produkte haben eine Enddichte von 2,92 g/cm3 und
einen Abrieb von 0,05 cm3/cm2.