DE1237486B - Verfahren zur Herstellung eines gesinterten und kristallinen Huettenschlackenproduktes, vorzugsweise Rohkupferschlackenproduktes - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die so erhaltenen Produkte haben eine Enddichte von 2,92 g/cm3 und einen Abrieb von 0,05 cm3/cm2.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten und kristallinen Hüttenschlackenproduktes, vorzugsweise Rohkupferschlackenproduktes, d a -durch gekennzeichnet, daß 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 durch Erhitzen entfernt, diesen in beliebiger, vorzugsweise reduzierender Atmosphäre bei erhöhter Temperatur sintert und kristallisiert, im Fall der reduzierenden Atmopshäre gegebenenfalls durch weitere Temperaturerhöhung und Halten bei der erhöhten Temperatur weiterbehandelt und in beliebiger Atmosphäre auf Zimmertemperatur abkühlt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige und teilweise kristalline, als Ausgangsprodukt dienende Hüttenschlacke im Fall des Sinterns und Kristallisierens in neutraler oder oxydierender Atmosphäre einen Anteil an kristalliner Hüttenschlacke von höchstens 6011/o enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige und kristalline, als Ausgangsprodukt dienende Hüttenschlacke im Fall des Sinterns und Kristallisierens in reduzierender Atmosphäre einen Anteil an kristalliner Hüttenschlacke von höchstens 10 % enthält.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsprodukt dienende Hüttenschlacke mit vorzugsweise folgender Korngrößenverteilung verwendet: Korngrößen < 60 Rm bis 100% Korngrößen < 30 tum 60 bis 80% Korngrößen < 10 @m 35 bis 60 0/0 Korngrößen < 5 gm 25 bis 35% 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall des Sinterns und Kristallisierens in reduzierender Atmosphäre Hüttenschlacke mit folgender Korngrößenverteilung verwendet: Korngrößen < 100 bum bis 100 0/0 Korngrößen < 60 R,m bis 75 0/0 Korngrößen <
5. 5 Rin bis 20 0/0
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit etwa 10 % flüssigem Paraffin vorzugsweise bei Zimmertemperatur oder mit etwa 15% Hartparaffin bei etwa 100° C plastifiziert.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformen der plastischen Masse durch Druck- oder Spritzverformen erfolgt. B.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entfernen des Plastifikators im Fall des flüssigen Paraffins durch Erhitzen des Preßlings mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 30° C pro Minute auf 350° C und mindestens 0,3stündiges Belassen bei dieser Temperatur und im Fall des Hartparaffins durch Erhitzen des Preßlings mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 0,4° C pro Minute auf 350° C vornimmt.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sintern und Kristallisieren des Preßlings, vor allem je nach Ofenatmosphäre, Größe des Preßlings und Anteil an kristalliner Schlacke im Ausgangsprodukt, mit einer Geschwindigkeit von höchstens 30° C pro Minute auf 800 bis 1150° C und etwa 1- bis 20stündigem Belassen bei dieser Temperatur vornimmt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall des Sinterns und Kristallisierens in reduzierender Atmosphäre durch eine weitere Erhöhung der Temperatur auf höchstens 1050° C und ein vorzugsweise 1,5-stündiges Belassen bei dieser Temperatur weiterbehandelt.