DE2212311B2

DE2212311B2 - Verfahren zur Herstellung oxidischer Schleifmittel mit definierter Kristallgröße

Info

Publication number: DE2212311B2
Application number: DE19722212311
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr. Treibach Kaernten Krismer (Oesterreich)
Original assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Current assignee: Treibacher Chemische Werke AG
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1980-09-18
Also published as: DE2212311C3; DE2212311A1; FR2133595A1; PL83550B1; GB1383929A; FR2133595B1; AT324148B

Description

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

Üblicherweise werden oxidische Schleifmittel wie Schmelzkorund im Schmelzofen zu Blöcken erstarren gelassen und die erkalteten Blöcke nach 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 Schleifscheiben-Verschleiß.

Durch Abguß der Schmelze in Gußwagen (z. B. nach US-PS 2426643) oder in kleinere Graphit- oder Stahlformen (DE-AS 1 205882, GB-PS 993894) erhält man /war Schleifmittel, die - verglichen mit dem im Block erstarrten Material - ein feineres Kristallgefüge und verbesserte Schlcifeigenschaften besitzen; eine genauere Steuerung der Kristallgrößc ist aber hier nicht möglich. Nachteilig sind bei diesen Verfahren auch die kleinen Abgußmengen und die sehr merklichen Unterschiede des Kristallgcfügcs /wischen der Mitte und dem Rand des Gießlings. Um das zu vermeiden, soll /. H. nach der DF-AS I 259 762 die Schmelze zwischen 2 Kühlwalze!! in dünner Schicht abgekühlt werden. Dieses Verfahren erfordert hohe Anlagekosten und läßt nur eine geringe Gußgeschwindigkeit zu, die jedoch wegen der hohen Schmelztemperatur und den damit verbundenen

Wärmeverlusten durch Abstrahlung nur schwer eingehalten werden kann; außerdem ist der Mengendurchsatz je Zeiteinheit sehr gering. Nach der DE-OS 1918759 wird die Schmelze auf eine Masse von Klumpen gleicher Zusammensetzung wie jener der

ίο Schmelze gegossen, deren Größe zwischen 6,3 und 609,6 mm liegt. Bei einem Gewichtsverhältnis der Klumpen zur Schmelze zwischen 0,35 und 2,0 soll die durchschnittliche Korngröße unter 100 um liegen. Dieses Verfahren erzielt wohl eine relativ rasche Er-

IS starrung der Schmelze und erlaubt auch größere Gußgewichte, hingegen streuen die Kristallgrößen der erstarrten Schmelze in einem weiten Bereich ober- und unterhalb der durchschnittlichen Kristallgrö3e, 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 erbringt. Die Erzeugung eines Schleifmittels mit definierter Kristallgröße, d. h. mit einem geringen Verhältnis kleinster zu größter Kristallgröße, ist auch mit diesem Verfahren nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung eines oxidischen Schleifmittels mit wohldefinierter Kristallgröße, d. h., daß die maximale Kristallgröße des Schleifmittels die minimale Kristallgröße nicht um den 20fachen, vorzugsweise nicht um

den lOfachen, Wert überschreitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in die abgegossene aber noch flüssige Schmelze zur A kühlung metallische Formkörper einbringt und diese dann nach Schlagzerkleinerung des Blocks der erstarrten Schmelze vom Schleifmittel trennt. Die Formkörper können Kugeln, Rundstangenabschnitte, Profilstangenabschnitte oder Würfel mit abgerundeten Kanten sein. Zweckmäßigerweist' wendet man Formkörper gleicher geometrischer Form und Größe an. Wenn die Kühlkörper aus einem ferromagnetischen Material bestehen, lassen sich diese von dem Schleifmittel in außerordentlich einfacher Weise durch Magnetscheidung trennen. Bei nicht ferromagnetischen Kühlkörpern erfolgt die Abtrennung meist mit Hilfe eines Latteniostes.

Nach der älteren DE-PS 221)5436 wird die Schmelze des Schleifmittels auf dichtgepackte Kühlkörper mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm aufgegossen. Gegenüber dieser vorgeschlagenen Verfahrcnswcisc weist die erfindungsgemäße Verfahrensweise beträchtliche Vorteile auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine durchweg gleichartige thermische und mechanische Beanspruchung der Kühlkörper, wodurch deren Haltbarkeit vergrößert

wt werden kann, und sich auch kleine Kühlkörper einsetzen lassen, die den Vorteil der großen Gcsamtobcrf lache glcichbedeufend mit einer großen Kühlfläche besitzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren treten keine lokalen Ubcrhitzungcn auf, und durch die

f,5 außerordentlich gleichmäßige Abkühlung der gesamten Schmelze ist auch das Korngefiigc in dem gesamten Gicßling sehr gleichmäßig, das bedeutet, Jail das Ausbringen an Schleifkorn der gewünschten Kör-

nungskJasse sowohl gegenüber dem Stand der Technik als auch gegenüber dem älteren Vorschlag wesentlich verbessert werden konnte.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst wie üblich in einem kipp- oder abstechbaren elektrischen Lichtbogenofen das auf das Schleifmittel zu verarbeitende Rohmaterial - vorzugsweise Bauxit, Bayer-Tonerde, Korund, Zirkoniumoxid, Zirkonsand oder deren Gemische gegebenenfalls unter Zugabe von Koks, Gußeisenspänen, ία Magnesiumoxid, Titandioxid, Stabilisatoren und so weiter - eingeschmolzen und auf Schmelztemperatur gehalten, bis eventuelle chemische Reaktionen beendet sind; dann wird erfindungsgemäß die Schmelze in eine Gießpfanne überführt und dann in die Schmelze rasch die Kühlkörper eingeworfen. Die Schmelze erfüllt nun die Zwischenräume zwischen den Kühlkörpern innerhalb der gesamten Gießpfanne und erstarrt in extrem kurzer Zeit, was zu einem sehr engen Kristallgrößen-Bereich führt. Dieser erstarrte Körper wird aus^hr Pfanne genommen und zerschlagen oder gebrochen, woraufhin ferromagnetische Kühlkörper mit Hilfe eines Magnetscheiders von dem Schleifmittel getrennt werden. Bei nicht-ferromagnetischen Metallkörpern erfolgt die Abtrennung auf einem Lattenrost. Das Schleifrrcaterial wird nach einem Vorbrechen der üblichen Prallzerkleinerung unterworfen und ergeben dabei ein kompaktes Schleifkorn mit überraschend hoher Ausbringung von bis zu 75% der Schleifkorn-Fraktionen 6 bis 20 nach j« FEPA-Norm. Die erhaltenen maximalen Kristallgrößen sind höchstens ?0mal größer als die kleinsten Kristalle. Meist wird jedoch das Größenverhältnis 1:10 nicht überschritten, währenU bei dcii bisherigen Verfahren die Größenverhältnisse über 1:50 liegen.

Die Erfindung wird an folgendem Beispiel weiter erläutert.

Beispiel

1200 kg Bayer-Tonerde wurden mit 800 kg Zir- 4» konerde und 20 kg Titanoxid im Lichtbogenofen eingeschmolzen und die Schmelze so in 2 Stahlgußpfanncn von je 250 I Volumen abgegossen, daß diese halb gefüllt waren. In eine dritte »50-l-Pfanne wurde eine ca. 3 cm dicke Schmelzschicht abgegossen. Etwas Schmelze verblieb zum besseren Anfahren im Ofen. In die erste Pfanne wurden dann über eine Blechrinne in rascher Folge 30-mm-Eisenkugeln, in die zweite Pfanne auf gleiche Weise 60-mm-Eisenkugeln bis zum Pfannenrand geschüttet. Dabei stieg die Schmelze in so beiden Fällen bis knapp unter den Pfannenrand und erstarrte sofort.

Es wurden im Falle der 30-mm-Kugeln 74% kubisches, dichtes Korn der FEPA-Körnungen 6 bis 20 erhalten, das eine Kristallgröße der eutektoid zerfallenen Mischkristalle von 6 bis 25 μιη hatte. Bei den 60-mm-Kugeln wurden 69% kompaktes Korn der FEPA-Norm 6 bis 20 mit Kristallgrößen der eutektoid zerfallenen Mischkristalle von 12 bis 38 μιη erhalten. Der Vergleichsguß ergab nur 48% verwertbares Korn der FEPA-Norm 6 bis 20 mit Kristallgrößen der zerfallenen Michkristalle von 10 μτη bis über 800 μχη federförmiger Aggregate. Die Kristallgrößenverhältnisse lagen bei 1:4 bzw. 1:3,17; beim Vergleichsguß jedoch bei 1:80. Die Zusammensetzung dieses Schleifmittels ist nahezu eutektisch, daher sind die Einzelkristalle äußerst klein (bis 1 μιη).

Fei höherer Temperatur ist jedoch ein Al₂Oj-ZrO₂-MischkristaIl beständig, der bei Erkalten eutektoid zerfällt, seine kubische Form im Umriß aber beibehält. Die Größe dieser quasi kubischen Kristeile ist für die Qualität der Schleifkörner bestimmend. Sie wurde daher für die mikroskopische Kristallgrößenbestimmung im Anschliff bewertet. Dasselbe gilt auch für die oktaedrischen Kristalle der Spinellkorund-Schleifmittel, z. B. MgO-Al₂O₃-SpineIl in Al₂O₃-ZrOi-Matrix, die ebenfalls beim Abkühlen der Schmelze eutektoid zerfallen.

Um die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen, wurden die erhaltenen Schleifkörner der ausgesiebten Fraktion nach FEPA 14 einem modifizierten FEPA-Test unterzogen und Werten von SchJeifkörnern gleicher Zusammensetzung und vorbekannter Herstellungsverfahren gegenübergestellt. Das Kugelmühlenverfahren zur Bestimmung der Kornzähigkeit von losem Schleifkorn nach der 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^c versetzten Hubleisten über die ganze Ki.Mjelmühlcnlänge modifiziert werden, da sich wegen der bisher unbekannt hohen Zähigkeit der erhaltenen Schleifkörner die Chromstahlkugeln beim genormten Verfahren mit einer Schleifmittel-Pulverschicht überzogen und der 7,-Kornzerfall auch nach 20000 Umdrehungen noch nicht erreicht wurde. Beim modifizierten Verfahren wird dies vermieden und man erhält bei annehmbaren Umdrehungszahlen vergleichbare Werte. Diese waren für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schleifkörncr '^050 und für Schlcifkörncr, die durch Aufgießen der Schmelze auf Klumpen erhalten worden sind (DE-OS I 918759) nur 8100.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines oxidischen Schleifmittels mit definierter Kristallgröße, insbesondere mit maximaler Kristallgröße des Schleifmittels, die den 20fachen, vorzugsweise den lOfachen Wert der minimalen Kristallgröße nicht überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Abkühlung der abgegossenen, aber noch flüssigen Schmelze metallische Formkörper zugibt und die metallischen Formkörper von der erstarrten Schmelze nach Schlagzerkleinerung des Blokkes abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Formkörper Kugeln, Rundstangenabschnitte, Profilstangenabschnitte oder Würfel mit abgerundeten Kanten verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Formkörper gleicher geometrischer Form und gleicher Größe verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferromagnetische Formkörper verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper von der erstarrten Schmelze nach der Schlagzerkleinerung des Blockes durch Magnetscheidung oder durch einen Lattenrost abgetrennt werden.

6. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf die Schmelze von Elektrokorund (Al₂O₃), Zirkonkorund (Aluminiumoxid-Zirkonoxid) oder Magnesiumoxid-AIuminiumoxid-Zirkonoxid.