DE2212311A1

DE2212311A1 - Verfahren zur Herstellung oxidischer Schleifmittel mit definierter Kristallgroesse

Info

Publication number: DE2212311A1
Application number: DE19722212311
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr Krismer
Original assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Current assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1972-10-26
Also published as: DE2212311B2; PL83550B1; AT324148B; GB1383929A; FR2133595B1; FR2133595A1; DE2212311C3

Description

BH. ING. T. WtTESTHOFP

TOR. E. τ. PECIIM ANN

DH. ING. P. TiKITHKNS

DIPL. INt«. 1ί. UOETZ

PATKNTANVVAIiTE

8MÜNCHEN9O IA-AI 91R

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Treibacher Chemische. Werke

Aktiengesellschaft 2212311

Treibaeh, Kärnten, Österreich

betreffend

Verfahren zur Herstellung oxidischer Schleifmittel mit

definierter Kristallgröße

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung oxidischer Schleifmittel mit definierter Kristallgröße aus der Schmelze dieser Schleifmittel.

Ueblicherweise -werden oxidische. Schleifmittel wie z.B. Schmelzkorund im Schmelzofen zu Blöcken erstarren gelassen und die erkalteten Blöcke nach allgemein bekannten Zerkleinerungsmethoden auf die gewünschten Schleifkorngrößen gebracht; Die dabei erhaltenen Schleifkörner sind grobkristallin, meist sogar Einzelkristalle oder Bruchstücke derselben Auf Schleifscheiben verarbeitet, splittern sie bei Schlag- oder Druckbeanspruchung ab und verursachen einen großen Schleifscheibenverschleiß.

Durch Abguß der Schmelze in Gußwagen (wie z. B. nach dem US-Patent 2,426.64-3) oder in kleinere Graphit- oder Stahlformen (DAS 1,205.882, brit. P. 993*894) erhält man zwar Schleifmittel, die, verglichen mit dem im Block erstarrten Material, ein feineres Kristallgefüge und verbesserte Schleifeigenschaften besitzen; eine genauere Steuerung der ICristallgröße ist aber hier nicht möglich. Nachteilig sind bei diesen Verfahren auch die kleinen Abgußmengen und die sehr merklichen Unteschiede des Kristallgefüges zwischen der Mitte und dem Rand des Gießlings.

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Um das su vermeiden, soll ζ. B. nach cer DAS 1,253.762 die .Schneise zwischen 2 Fühlwalzen in dünner Schicht abgekühlt werden. Dieses Verfahren erfordert hohe Anlagekosten und es läßt'nur eine geringe Gasgeschwindigkeit zu, die jedoch wegen der hohen Schmelztemperatur und den damit verbundenen VJärmeverlusten durch Abstrahlung nur schwer eingehalten v/erden kann; außerdem ist der l.Iengendurchsatz je Zeiteinheit sehr gering. In der CS 1,918.759 wird nun vorgeschlagen, die Schmelze auf eine Masse von Klumpen gleicher Zusammensetzung wie jener der Schmelze abzugießen, deren Größe zwischen 6,3 und 609,6 mm liegt. Bei einem Gewichtsverhältnis der Klumpen zur Schmelze zwischen C,35 und 2,0 soll die durchschnittliche Korngröße unter 100 uwliegen. Dieses Verfahren erzielt sowohl eine relativ rasche Erstarrung der Schmelze als auch erlaubt es, größere Gußgewichte zu verarbeiten, hingegen streuen die Xristallgrößen der erstarrten Schmelze in einem weiten Bereich ober- und unterhalb der durchschnittlichen Kristallgröße, die als arithmetisches Mittel der Größe der vorliegenden Kristalle bestimmt wird. Ein weiter Streubereich der Kristallgröße ist ungünstig, weil sowohl das Ausbringen an verwertbarem Korn absinkt als auch dieses selbst nicht die günstige Schleifwirkung eines feinkristallinen Kornes mit engem Streubereich und ohne ausgeprägte Vorzugsrichtung der Kristallisation erreicht. Die Erzeugung eines Schleifmittels axt definierter Kristallgröße, das heißt, mit einem geringen Verhältnis kleinster zu größter Eristall^röße, ist ai^oii mit äiesem Verfahren nicht möglich.

ä Ö 8 S i 4 / "ι i; 1

Die vorliegende Erfindung vermeidet alle bisher aufgezeigten l\achteile und ermöglicht die Herstellung oxidischer Schleifmittel mit vorausbestimrabarem kristallinen Aufbau. Sie besteht iu Gießen geschmolzenen Schleifmittels auf metallische Formkörper, wobei auch große !.!engen vergossen v/erden können. Als ile tall formkörper haben sich Kugeln, Rund- oder Profilstangenabschnitte, Würfel mit abgerundeten Kanten usw. bestens bewährt. In der folgenden allgemeinen Erklärung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur besseren Verständlichkeit, jedoch ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens, der Guß auf Eisenkugeln beschrieben.

' In einen kipp- oder fibstechbaren elektrischen Lichtbogenofen wird der vorzugsweise aus Bauxit, Bayer-Tonerde, Normalkorund, Zirkoniumoxid, Zirkonsand, allein oder kombiniert, mit oder ohne Zuschlag an Koks, Gußeisenspänen, Magnesiumoxid, Titanoxid, Stabilisatoren usw. bestehende Llöller eingeschmolzen, bis die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen beendet sind. Die Schmelze des Schleifmittels wird sodann in eine mit Eisenkugeln gefüllte Gußpfanne aus Stahlruß zügig abgegossen. Die Schmelze füllt dabei in der gesamten Gußpfanne die Kugelzwischenräume voll a\... und erstarrt in extrem kurzer Zeit. Durch den geometrischen Aufbau der Kugelfüllung in der Gußpfanne entstehen sphärische Formkörper des Schleifmittels mit sehr geringen Kristallgrößentoleranzen. Die abgekühlte Gußpfannenfüllung wird aus der Pfanne gekippt, zerschlagen und die Kugeln mit einem Magnetscheider abgetrennt. Bei nichtferronagnetisehen l'etallkörpern erfolgt die Abtrennung auf einem Lattenrost, Die sphärischen Schleifmittelformkörper werden nach einer Vorzerkleinerung der üblichen Prallzerklei-

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nerung unterworfen und ergeben dabei ein kompaktes Schleifkorn mit überraschend hoher Ausbringung von bis zu 75 % der Schleifkornfraktionen 6 bis 20 nach FZPA-Xorn. Die erhaltenen maximalen Kristallgrößen sind höchstens 2G-nal größer als die kleinsten Kristalle. Keist wird jedoch das Größenverhältnis 1 : 10 nicht überschritten, während, bei den bisherigen Verfahren die Gröfienverhältnisse über 1 : 50 liegen.

Zur Erläuterung des beschriebenen Herstellungsweges dienen die nachstehenden Beispiele:

Beispiel A:

llipO kg Hormalkorundabfall wurden mit 350 kg Zirkonerde im Dreiphasenlichtbogenofen eingeschmolzen und nach Beendigung des Schnelzvorganges und der 3eal:tion die Elektroden ausgefahren. Dann wurde die Schmelze in eine 800-1-Stahlgußpfanne, die luit 30-mm-Sisenkugeln bis 50 mm unter dem Pfannenrand angefüllt war, zügig abgegossen. Nach dem Auskühlen wurde die Pfanne durch Stürzen entleert und der Block durch einen einmaligen Stoß mit einer Pallbirne zerlegt. Auf einem Magnetscheider wurden die Kugeln vom Schleifmittel getrennt und dieses durch Prallzerkleinerung auf die geforderten Schleifkornfraktionen nach F2Ü? A-Iform von 6 bis 20 gebracht. 68 % des eingesetzten rohen Schleifmittels wurden als blockiges, kompaktes Korn der gewünschten Größe erhalten. Die Kristellgröße der Ot-Al₂ O₃-Kristalle im Schleifkorn lag zwischen 3 und 28 μ«) also in einem bisher unerreichten engen Größenbereich. Das Verhältnis der minimalen zur maximalen Kristallgröße lag demnach unter 1 : 10.

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Beispiel

In einem Schmelzofen üblicher Bauaft (vgl. z. B. USP 2,426.643) wurden 1000 kg Bauxit unter Zugabe von 40 kg Koks und 20 kg Gußeisenspänen eingeschmplzen. Die resultierende Schmelze wurde abgestochen und über eine kohlezugestellte Zwischenrinne zu den Gußpfannen geleitet. Um die gute Steuerbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzuzeigen, wurden auf einen Gußwagen zwei 200-1-Stahlgußpf armen gestellt, wobei die erste Pfanne mit 20-mm-Eundstahlabschnitten, die zweite mit · 100-inm-Knüppelabschnitten bis unter den Hand durch einfache Schüttung gefüllt waren* Beide Pfannen wurden unter stetiger langsamer Weiterbewegung über die Rinne mit Schmelze gefüllt und nach dem Abkühlen wie im Beispiel A weiterverarbeitet. Beim Guß auf die 20-mm-Rundstahlabschnitte wurden 72 % Schleifkorn nach PEPA 6-20 mit einer a-Äl₂ O₃-Kristallgröße von 1,5 bis 17 wnund bei den 100-mm-Knüppelabschnitten 67 % Schleifkorn nach PEPA 6-20 mit einer Oc-Al₂ O₃ -Kristallgröße von 27 bis 110 y^erhalten. Bei den 20-mm-Eundstahlabschnitten lag das Kristallgrößenverhältnis bei 1 : 11,4; bei den 100-rmm~ Knüppelabschnitten bei 1 : 4,08.

Beispiel C:

1200 kg Bayer-Tonerde wurden mit 800 kg Zirkonerde und 20 kg Titanoxid wie im Beispiel A .im Lichtbogenofen eingeschmolzen und die Schmelze so in 2 Stahlgußpfannen von je 250 1 Volumen abgegossen, daß diese halb gefüllt waren. In eine dritte 250-1-Pfanne wurde eine ca. 3 cm dicke Schmelzschichte abgegossen. Etwas Schmelze verblieb zum besseren Anfahren im Ofen. In die

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erste Pfanne wurden dann über eine Blechrinne in rascher Folge 30-min-Sisenkugeln, in die zweite Pfanne auf gleiche -«'eise 60-mm-Eisenkugeln'bis zum Pfannenrand geschüttet. Dabei stieg die* Schmelze in beiden !Fällen bis knapp unter den Pfannenrand an und erstarrte sofort. Nach Weiterverarbeitung der Blöcke wie im Beispiel A wurden im Falle der 30-mm-Kugeln 74 °/Ό kubisches, dichtes Korn der·FBPA-Körnungen 6 bis 20 erhalten, das eine Kristallgröße der eutektoid zerfallenen Mischkristalle von 6 bis 24 chatte. Bei den 60-iam-Kugeln wurden 69 % kompaktes Korn der FEPA-Form 6-20 mit Kristallgrößen der eutektoid zerfallenen Mischkristalle von 12 bis 38 μ«erhalten. Der Plattenguß ergab nur 48 % verwertbares Korn der FEPA-Korm 6-20 mit Kristallgrößen der zerfallenen Mischkristalle von 10 μ«bis über 800 yM federförmiger Aggregate. Die Kristallgrößenverhältnisse lagen bei 1 : 4 bzw. 1 : 3 »17 J beim Plattenguß jedoch bei 1 : 80. Die Zusammensetzung dieses Schleifmittels ist nahezu eutektisch. Daher sind die Sinzelkristalle äußerst klein (bis 1 μ). Bei höherer Temperatur ist jedoch ein Al₂O₃-ZrO₂-Mischkristall beständig, der beim Erkalten eutektoid zerfällt, seine kubische Form im Umriß aber beibehält. Die Größe dieser quasikubisehen Kristalle ist für die Qualität der Schleifkörner bestimmend. .Sie wurde daher für die mikroskopische KristallgröGenbestimmung im Anschjliff bewertet. Dasselbe gilt auch für die oktaedrischen Kristalle der Spinellkorundschleifmittel, z. B. HgC-Al₂O₃-Spinell in Al₂ O₃ -ZrO₂ -Matrix, die ebenfalls beim Abkühlen der .Schmelze eutoktoid zerfallen.

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Beispiel D:

SCO ks romalkorund, 800 kg Zirkoncrde und 240 kg Magnesit wurden rot 15 ^g Ceritoxid (einem Genisch der Oxide der Seltenen Erden, entsprechend ihrer Verteilung in den natürlichen Vorlcor.-jr.en) als Stabilisator γ/ie in Beispiel A im Lichtbogenofen eingeschmolzen und bis Heaktionsen.de auf Temperatur gehalten. Anschließend wurde die Schmelze in 4 !Formen.abgegossen, die wie im Baispiel B auf einem Gußwagen abgestellt waren, und zwar: ·

a) in eine 250-1-Gußpfanne eine 3 om dicke Schichte,

b) in eine 250-1-Gußpfanne, die mit artgleichen Klumpen von 1 bis 5 cm Größe gefüllt war (OS 1,918.759), '

c) in eine 25C-1-Gußpfanne, die mit 3-cm-Eisenkugeln gefüllt war,

d) in eine 250-1-Gußpfanne, die mit 6-cm-Eisenkugeln gefüllt war. Nach Abtrennung der Sisenkugeln von c) und d) wurden die 4 Proben nach einer Vorzerkleinerung im Backenbrecher der üblichen Prallzerkleinerung unterworfen, die ICornfraktionen 6-20 nach FEPA ausgesiebt und ein Durchschnitt der Schleifmittelkörner auf ihre Kristallgrößen untersucht. Dabei konnten die in Tabelle 1 enthaltenen Ergebnisse erhalten werden.

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Tabelle 1

Probe

^c,l> Ausbringung
der Kornfraktionen nach
FEPA 6-20

a)

c) d)

64

73 71

Kristallgrößen der eutektoid zerfallenen oktaedrischen Mischkristalle und deren Verteilungsform, federfcrmig gerichtete Kristalle von 12 - 670 μ*{ Verhältnis 1 : 55,S

federförmig gerichtete und teilweise unregelmäßig verteilte Kristalle von 8 530 yrj Verhältnis 1 : 66,3

unregelmäßig verteilte Kristalle von 4 - 38 \if\ Verhältnis 1 : 9,5

unregelmäßig verteilte Kristalle von 8 - 84 μ^ Verhältnis 1 : 10,5

Die federförmige Struktur (a + b) ergibt unerwünschtes splitterfcrmiges Schleifkorn, das bei der Prallzerkleinerung zerbricht und dabei Unterkorn ergibt. Dadurch sinkt die Ausbeute an verwertbarem Korn nach 5¹EPA 6-20 erheblich ab. Durch die unregelmäßige Verteilung der Kristalle (c + d) v/erden äußerst kompakte Schleifkörner in sehr hoher Ausbringung erhalten.

Um die Ueberlegenheit des erfindungsgemä3en Verfahrens deutlich zu veranschaulichen, wurden die erhaltenen Schleifkörner, der ausgesiebten Fraktion nach FEPA 14 der angegebenen Beispiele A-D einem modifizierten FEPA-Test unterzogen und 7/erten von Schleifkörnern gleicher Zusammensetzung und vorbekannter Herstellungsverfahren gegenübergestellt. Das Kugelmühlenverfahren zur Bestimmung der ilornzähigkeit von losem Schleifkorn nach der

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Methode der Forschungsgemeinschaft Schleifscheiben im Verein Deutscher Schleifmittelwerke e. V., technischer Forschungsausschuß (Juni 1962) mußte zur Prüfung der erfindungsgemäßen Schleifkörner durch den Einbau von drei 120° versetzten Hubleisten über die ganze Kugelmühlenlänge modifiziert.werden, da sich wegen der bisher unbekannt hohen Zähigkeit der erhaltenen Schleifkörner die Chromstahlkugeln beim genormten" Verfahren mit einer Schleifmittelpulverschichte überzogen und der 1/3-Kornzerfall auch nach 20.000 Umdrehungen noch nicht erreicht wurde. Beim modifizierten Verfahren wird dies vermieden und man erhält bei annehmbaren Umdrehungszahlen vergleichbare Vierte. Diese Werte sind in der -Tabelle 2 zusammengefaßt. " · ;

Tabelle 2

Kornzähigkeit der Schleifkörner = Anzahl der Umläufe bei 1/3-

Kornzerfall

	A	Vorbekannte	Guß nach	Erfindungsgemäßes Verfahren
	B	Guß in 3- cm-Platten		Guß auf metallische Formkörper
Beispiel	C	4700		8800
Beispiel	D	1700		2400
Beispiel	5100		9050
Beispiel	2250	Verfahren	3100
	auf Klumpen OS 1,918.759
	7950
2100
8100
2800

Patentansprüche

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Claims

BH. TWQ. T. WtTESTH T)H. T!. τ. PKCTTM ANN

BR.INO. τ>. üTzuuKNS η η - OO1OQ11

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atentansprüche

fly Verfahren zur Herstellung eines oxidischen Schleif- ' mittels mit definierter Kristallgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze des Schleifmittels durch metallische Forakörper rasch abgekühlt v/ird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze des oxidischen Schleifmittels auf die metallischen

j--

Formkörper gegossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgegossenen, aber noch flüssigen Schmelze des oxidischen Schleifmittels die metallischen Formkörper zugegeben werden,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schmelze beim Abguß in die Gußpfanne in diese gleichzeitig metallische Formkörper zugegeben werden.
5. Geschmolzenes Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 uncL 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Kristallgröße den 20-fachen Wert der minimalen Kristallgröße nicht überschreitet.
6. Geschmolzenes oxidisches Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Kristallgröße den 10-fachen V/ert der minimalen Kristall— größe nicht überschreitet.
7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Formkörper Kugeln, Rundstangenabschnitte,

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ProfilStangenabschnitte oder Würfel mit abgerundeten Kanten verwendet werden.
S. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß Formkörper gleicher geometrischer Form und gleicher Größe verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Formkörper gleicher geometrischer Form verwendet werden.
IC. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische ftletallfcrmkörper verwendet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel Elektrokorund (Al₂O₃) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel Zirkonkorund (Aluminiumoxid—Zirkonoxid) ist,
13. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß als Schleifmittel das System Magnesiumoxid-AluminiumcrcLd-Zirkonoxid verwendet-wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Formkörper von der erstarrten Schmelze nach Schlagzerkleinerung des Blockes durch Magnetscheidung uder durch einen Lattenrost abgetrennt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1-10 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das abgetrennte Schleifmittel nach der Vorzerkleinerung durch Prallzerkleinerung auf die gewünschte Korngröße gebracht wird.

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16. Schleifscheiben aus einem geschmolzenen oxidischen Schleifmittel, dadurch rekennzeichnet, daii das Schleifkorn nach Anspruch 1, 14- und 15 hergestellt wird.

Der Patentanwalt:

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