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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von feinkörnigem Aluminiumoxyd
als Schleifmittel Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen von feinkörnigem kristallinem Aluminiumoxyd als Schleifmittel durch
Abschrecken einer dünnen Schicht einer Schmelze an einer Kühlwalze, Abziehen der
Masse von dieser und anschließendes Zerkleinern der Masse.
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Bis jetzt stellt man Schleifmittel auf Tonerdebasis aus einer geeigneten
Mischung von Bauxiterz her, das in Chargen von 10 bis 15 Tonnen geschmolzen wird
und das man 1 Woche hindurch oder noch länger in Form großer Klötze oder Masseln
abkühlen läßt. Diese Masseln werden dann mit schweren Hämmern zerkleinert, und die
Bruchstücke werden sortiert, um das hochwertige Erzeugnis von den Verunreinigungen
und Abfällen zu trennen. Dieses Verfahren ist kostspielig, mühsam und zeitraubend,
und wegen der Länge der für die Abkühlung benötigten Zeit ergeben sich im allgemeinen
gröbere Kristalle bis zu mittlerer Größe. Bei Tonerde, die in wassergekühlten Öfen
gegossen wird. welche eine große Charge aufnehmen können, ergibt sich z. B. ein
Anteil von 50 bis 80°/o an monokristallinen Kristallen der Korngröße 0,7 mm, während
sich bei einem ähnlichten Schleifmittel auf Tonerdebasis, das in eine Barrenform
mit einem Fassungsvermögen von etwa 135 kg gegossen wird, ein Anteil von 25 bis
70°/n an monokristallinen Kristallen der Korngröße 0,7 mm ergibt.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein sehr feines
kristallinisches Tonerde-Schleifmittel herzustellen, bei dem weniger als 1 1>/o
der monokristallinen Kristalle die Korngröße 0,7 mm besitzt und das nur bis zu etwa
4 bis 14 ovo an monokristallinen Kristallen der Korngröße 0,18 mm enthält, so daß
sich infolge dieser Feinheit Körner ergeben, die Stoßbeanspruchungen und der Abnutzung
wesentlich besser standhalten als das bis jetzt erzeugte grobkörnige Material und
die daher bei der Verwendung zu Schleifarbeiten den grobkönnigen Kristallen überlegen
sind.
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Zum Lösen dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß man
die Schmelze auf der Kühlwalze nur so weit abschreckt, daß die Masse zwar teilweise
erstarrt, aber teilweise auch noch plastisch ist, sie von der Kühlwalze ablaufen
läßt, dann umlenkt und auf einem endlosen Band vorschiebt, wobei auf dem Band das
Abschrecken bis auf Raumtemperatur forgesetzt wird, und dann das bereits im Kornverband
stark gelockerte Material in an sich bekannter Weise zerkleinert. Vorzugsweise wird
dabei die noch teilweise plastische Masse vor ihrer Umlenkung zu einem dünnen Streifen
zusammengedrückt.
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Es ist zwar schon bekannt, dünne Schuppen einer hochreaktionsfähigen
Natrium-Blei-Legierung dadurch herzustellen, daß man die geschmolzene homogene Masse
auf einer in das Schmelzbad eintauchenden rotierenden Walze zum Erstarren bringt,
dann von der Metalloberfläche der Walze abstreift und die dabei entstandenen Schuppen
zerkleinert. Bei der bekannten Masse liegt der Schmelzpunkt der Legierung jedoch
bei etwa 3700 C, während er beim Aluminiumoxyd der Erfindung um 16000 C liegt; ferner
unterscheidet sich die Wärmeleitfähigkeit um etwa zwei Größenordnungen. Dementsprechend
erstarrt bei der bekannten Vorrichtung die Masse sofort beim Aufbringen auf den
Kühlzylinder, während sie bei der Erfindung nur teilweise erstarrt, aber zunächst
auch teilweise noch plastisch bleibt. Dieser zunächst noch teilweise plastische
Zustand der Masse wird nach der Erfindung dazu ausgenutzt, die Masse auf das endlose
Band umzulenken, da der plastische Anteil der Masse noch eine Verformung der bereits
teilweise erstarrten Masse zuläßt. Durch das Krümmern während der Umlenkung wird
die Masse in neuartiger Weise in ihrem Kornverband stark gelockert, so daß nach
dem weiteren Abkühlen der Masse bis zu endgültiger Erstarrung und schließlichem
Zerklei-
nern mit bekannten Mitteln eine Feinkörnigkeit der zerkleinerten
Tonerde erreicht wird, die bisher bei der Herstellung von Tonerde als Schleifmittel
unbekannt war. So läßt sich jetzt ein Produkt erzielen, das zum großen Teil aus
reinen Einkristallen besteht, wobei insbesondere Abmessungen der Kristalle des Schleifmittels
zwischen 0,001 und 0,03 mm erreicht werden können und der Anteil der sonst in großem
Maße vorhandenen Korngröße 0,7 mm nur etwa 1 0/o beträgt. Durch das vorzugsweise
vor dem Umlenken und damit Krümmen der Masse ausgeübte Quetschen der noch teilweise
plastischen Masse wird die Makroporosität der Masse verkleinert, wodurch der Kleinheitsgrad
des Endprodukts noch verbessert wird. Es sei angemerkt, daß nicht unbedingt reine
Tonerde verarbeitet werden muß; im allgemeinen handelt es sich um eine Masse mit
einem Anteil zwischen 94 und 1000/o, häufig von 950/0 Tonerde.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, an dem auch die in den Unteransprüchen
genannten vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung deutlich werden.
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Die Zeichnung ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Gemäß der Zeichnung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen
in bekannter Weise ausgebildeten, mit einem Abgabestutzen versehenen Ofen 10, aus
dem das geschmolzene Erzeugnis zur Herstellung des Schleifmittels über einen Stutzen
12 an einen waagerecht angeordneten Schüttrog 14 aus Graphit abgegeben werden kann,
der an seinen Enden nahe des Stutzens 12 durch in einem Querabstand voneinander
angeordnete umgekehrt V-förmige Rahmen 1616 unterstützt wird; jeder dieser Rahmen
umfaßt senkrecht bzw. geneigt angeordnete Rahmenteile 16 a-16 a und 16 b-16 b. Der
Trogl4 ist an der Vorderseite offen, und unterhalb des Troges ist eine zylindrische
Abschreck- bzw. Kühlwalze 20 mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa
700 mm so angeordnet, daß sie auf einer Achse 22 um ihre Längsachse drehbar ist;
die Achse 22 ist an ihren Enden auf den geneigten Rahmenteilen 16 b-16 b der Rahmen
16-16 gelagert. Eine Quetschwalze 24 mit einem Durchmesser in der Größenordnung
von etwa 500 mm ist in waagerechter Lage vor der Kühlwalze 20 auf einer zur Achse
22 parallelen Achse 26 drehbar angeordnet.
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Die Enden der Achse 26 ruhen auf in einem Querabstand voneinander
angeordneten waagerechten Schienen 28-28, deren hintere Enden an den geneigten Rahmenteilen
16 b-16 b befestigt sind, während ihre vorderen Enden von den oberen Enden aufrecht
stehender Säulenteile 3û-3û getragen werden. Die unteren Enden der Säulenteile30-30
sind mit den geneigten Rahmenteilen 16 b-16 b verbunden. Somit kann sich die Quetschwalze
24 in Richtung auf die Kühlwalze 20 bewegen, und ihre Umfangsfläche wird in Berührung
mit der Umfangsfläche der Kühlwalze 20 gehalten; zu diesem Zweck sind Gewichte W-W
an den hinteren Enden flexibler Seile32-32 aufgehängt, deren vordere Enden an den
Enden der Achse 26 befestigt sind, und die von dort aus nach hinten über Seilrollen
34-34 laufen, welche auf an den Rahmenteilen 16 b-16 b befestigten Böcke 36-36 gelagert
sind.
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Unterhalb der Walzen 20 und 24 ist ein endloses Förderband 37 angeordnet,
das an seinen Enden
über waagerecht angeordnete Trommeln 38-38 läuft, von denen eine
an ihren Enden auf den Rahmenteilen 16 a-16 a gelagert ist, während die andere durch
Säulenteile40-40 getragen wird. Die Oberseite des oberen Trums des endlosen Bandes
37 befindet sich in einem Abstand von etwa 350 mm unterhalb der Berührungslinie
zwischen den Walzen 20 und 24.
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Die Säulenteile 40-40 tragen außerdem einen Motor M und eine Antriebswelle
42 mit Kettenrädern 44-44, über die zwei Rollenketten 46-46 und zwei Rollenketten
48-48 laufen. Am entgegengesetzten Ende laufen die Rollenketten über Kettenräder
50-58 bzw. 52-52, die auf den Enden der Achse 22 der Kühlwalze 20 bzw. der die Trommel
tragenden Achse angeordnet sind. Die Kühlwalze 20 wird mit etwa 10 bis 15 U/min
angetrieben, während sich das obere Trum des endlosen Bandes mit einer Geschwindigkeit
von etwa 28 m/min bewegt.
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In der Kühlwalze 20 ist ein Spritzkopf 54 in Form eines Rohrs parallel
zur Drehachse der Walze so angeordnet, daß Wasserstrahlen auf die Innenfläche des
Zylinders im oberen Teil desselben gerichtet werden.
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Auf diese Weise läßt sich die Temperatur der Kühlwalze erheblich unterhalb
dem Schmelzpunkt von Stahl halten, der 13500 C beträgt. Ein weiterer Spritzkopf
56 ist nahe der hinteren Trommel 38 parallel zu dieser auf der Höhe des oberen Tums
des endlosen Bandes so angeordnet, daß Wasserstrahlen entlang der Oberseite dieses
Trums in Richtung auf die Zone ausgespritzt werden, in die das Material von der
Kühlwalze 20 hineinfällt, und weitere Spritzköpfe 60 sind auf der Unterseite des
oberen Förderbandstranges angeordnet, um Wasserstrahlen gegen diese Fläche zu richten.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung besteht das Erzeugnis zu 95
O/o aus Tonerde; es wird aus Bauxiterz durch Reduktion mit Koks oder Kohle in dem
Ofen 10 hergestellt und von dem Ofen bei einer Temperatur von etwa 20000 C an den
Schütttrog 14 abgegeben, aus dem es auf die Oberseite der umlaufenden Kühlwalze
20 strömt, auf der es sich in Form eines Streifens mit einer Breite von etwa 300
mm und einer Dicke von etwa 1,6 bis 3,2 mm ausbreitet.
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Da die Temperatur der Kühlwalze 20 erheblich unter der Schmelztemperatur
von Stahl (13500 C) gehalten wird, zu welchem Zweck die Wasserkühlung vorgesehen
ist, beginnt die Erstarrung des Streifens schon bei seiner Berührung mit der Walze,
so daß der Streifen die Form der konvexen Zylinderumfangsfiäche der Walze annimmt.
Jedoch ist der Streifen noch plastisch, wenn er die Quetschwalze 24 erreicht, so
daß er beim Hindurchlaufen zwischen der Kühlwalze 20 und der Quetschwalze 24 zusammengedrückt
wird, wodurch eine Verkleinerung der Makroporosität erfolgt. Wenn der Streifen aus
der Berührungslinie zwischen den beiden Walzen hervortritt, beginnt er wegen seines
Eigengewichts von der Umfangsiläche der Kühlwalze 20 abzulaufen und auf das obere
Trum des endlosen Bandes 37 zu fallen; da der Streifen jedoch immer noch etwas plastisch
ist, behält er seinen Zusammenhang, so daß der auf dem endlosen Förderband ruhende
Teil des Streifens, der sich zusammen mit dem Förderband bewegt, dazu beiträgt,
den noch auf der Kühlwalze 20 befindlichen Teil von dessen Umfangsfläche abzuziehen.
Durch das Eigengewicht des herabhängenden Streifens, d. h. des sich von der Kühlwalze
20 aus nach unten erstreckenden Teils, sowie die nach vorn gerichtete Zugkraft des
endlosen
Bandes bewirkt ein Umbiegen des Streifens in der entgegengesetzten Richtung beim
Ablaufen von der Kühlwalze 20, und hierdurch wird der Streifen in Stücke zerbrochen,
welche die Form von Quadraten mit einer Seitenlänge von etwa 300 mm haben.
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Während sich diese Bruchstücke auf dem endlosen Band nach vorn bewegen,
bewirkt eine weitere Abkühlung eine Zerlegung in noch kleinere Stücke.
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Die Untersuchung des Querschnitts des Erzeugnisses zeigt ein dunkles
dichtes und feines Kristallgefüge von 0,01 bis 0,030 mm, das einige große Poren
aufweist.
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Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Kristalle
sind erheblich fester als grobkristalline Materialien und besitzen eine wesentlich
bessere Verschleißfestigkeit.
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Im Gegensatz hierzu hat ein im Ofen hergestelltes handelsübliches
Schleifmittel eine braune bis rötliche Färbung, ein wachsähnliches Aussehen und
Kristallabmessungen von 0,5 rot 0,1 mm.
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Zwar hat das hier beschriebene Erzeugnis einen Tonerdegehalt von
95 O/o, doch sei bemerkt, daß auch Schleifmittel mit einem Tonerdegehalt von 94
bis 1000/o in den Bereich der Erfindung fallen und daß die feine Kristallstruktur
die Eigenschaften des Erzeugnisses bei allen Werten innerhalb des angegebenen Bereichs
verbessert.
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Hauptvorteile der Einrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung
bestehen darin, daß das Erzeugnis aus feinen Kristallen besteht, daß die für seine
Herstellung benötigte Zeit erheblich verkürzt wird, z. B. auf 10 bis 15 Minuten
nach dem Gießen, woraufhin das Material zum Versand gebrochen oder zu Schleifscheiben
verarbeitet werden kann, und daß sich das Material mit geringeren Kosten herstellen
läßt, da es sich leichter brechen läßt und weniger Arbeitsgänge und sonstige Hantierungen
erfordert.
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Bei der geschilderten Anordnung wird der Streifen aus dem teilweise
erstarrten bzw. noch plastischen Tonerdematerial zwischen der Kühlwalze und der
Quetschwalze gequetscht, um die Makroporosität, d. h. die Zahl der für das unbewaffnete
Auge sichtbaren Poren, zu verringern. Es ist jedoch durchaus möglich, die Quetschwalze
fortzulassen; auch in diesem Falle erhält man immer noch erheblich feinere Kristalle
als bei den bis jetzt bekannten Verfahren des Gießens im Ofen; dies ist darauf zurückzuführen,
daß das Abschrecken genügend schnell erfolgen kann, so daß die Kristalle keine Zeit
zum Wachsen haben. Zwar wurde beschrieben, daß das geschmolzene Material auf die
Umfangsfläche eines Zylinders aufgebracht wird, um abgeschreckt zu werden, doch
sei erwähnt, daß man die Schmelze in kinematischer Umkehr auch auf die Innenfläche
des Zylinders aufbringen könnte; in diesem Falle wird das Material durch die Drehbewegung
des Zylinders von dessen Innenfläche abgehoben und in axialer Richtung an einem
Ende des Zylinders abgegeben, wobei der Zylinder zu diesem Zweck z. B. geneigt angeordnet
ist.