DE2845839C2 - Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von SchleifkornInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn auf der Basis von Schmelztonerde oder
von Aluminium- und/oder Zirkoniumoxid, indem deren Schmelze schnell abgekühlt und verfestigt wird, durch
Eingießen in eine bewegte Metallschmelze, die einen Siedepunkt über der Temperatur der Schmelze von
Aluminiumoxid bzw. Aluminium/Zirkoniumoxid besitzt wie Zinn, wobei eine Oxidation verhindert wird. Die
erstarrten Teilchen schwimmen dann in der Metallschmelze auf und werden von dieser — z. B. durch
Zentrifugieren — getrennt. Schließlich werden die so gewonnenen Feststoffe auf die für das Schleifkorn
gewünschte Feinheit gemahlen.
Es sind verschiedene Verfahren zur Abkühlung einer Tonerdeschmelze bekanntgeworden wie das Abgießen
von Klumpen (US-PS 37 81 172), Aufgießen auf Metallkugeln oder zwischen Metailplatten und Eingießen
in eine Salzschmelze (DE-OS 25 19 569). Alle diese Verfahren sind noch nicht zufriedenstellend. Bei
letzterem Verfahren ist die geringe Wärmeleitfähigkeit, Dichte und der Siedepunkt der Salzschmelzen nachteilig.
Zirkonium/Aluminium-Oxid als Schleifkorn ist bekannt (US-PS 31 81 939 und 38 91 408). Dieses Schleifmittel
besteht im allgemeinen aus einem Eutektikum von etwa 42% Zrt>2 und 48% AI2O3 und zusätzlich
Primärkristallen von Aluminiumoxid oder von monoklinem oder tetragonalem Zirkoniumoxid. Aus den
verschiedenen Herstellungsverfahren sind in dem Material auch noch andere Produkte, insbesondere
verschiedene Reduktionsprodukte, enthalten. Dabei handelt es sich um Zirkoniumoxide mit unterstöchiometrischem
Sauerstoffgehali, Zirkoniumcarbid, Zirkonium und verschiedene Verbindungen aus den Verunreinigungen
der Ausgangsprodukte.
Die Qualität eines derartigen Schleifkorns hängt — wie vielfach gezeigt werden konnte — von der
Abschreckgeschwindigkeit der Schmelze und der b5 folgenden thermischen Behandlung in Gegenwart von
Sauerstoff oder Wasser ab. Es ergibt sich, daß die besten Schleifmittel mit höchster Abschreckgeschwindigkeit
erreicht werden, die besten Schleifmittel am empfindlichsten gegenüber Sauerstoff bei erhöhter Temperatur
sind und die Sauerstoffeinwirkung entweder während der Herstellung des Schleifkorns selbst oder während
dessen Verarbeitung zu den Schleifmitteln stattfindet
Die großtechnischen Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifkornes bestehen in dem Eingießen der
Schmelze in Formen verschiedener Konfiguration mit maximaler Kühlgeschwindigkeit Sie haben zwei Nachteile
und zwar
1. die Schmelze steht während der Erstarrung mit Luft und/oder Wasserdampf in Berührung. Dadurch
kommt es zu einer beträchtlichen Menge an hellem Material, welches für Schleifzwecke nicht
sehr entspricht Das beste Schleifkorn dieser Art ist schwarz durch Anwesenheit von reduzierten
Oxiden, Carbiden oder von Zirkonium.
2. Die Abkühlgeschwindigkeit ist aus zwei Gründen geringer als erwartet denn die Formflächen
überziehen sich mit Oxid, dessen Wärmeleitfähigkeit gering ist, und unmittelbar nach dem Einguß
schrumpft die Schmelze und verliert damit die Berührung mit der Formfläche, wodurch die
Wärmeableitung sehr wesentlich verlangsamt wird. Dies zeigt die charakteristische wellige und
pockennarbige Oberfläche der Gießlinge.
Somit ist eine hohe Abkühlgeschwindigkeit unter vollständigem Ausschluß von Luft oder Wasserdampf
erforderlich.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies erreicht durch Eingießen der Schmelze in eine
Metallschmelze direkt aus dem Schmelzofen durch einen Trichter unter Schutzgas — wie Argon — in ein
bewegtes Bad von nieder-schmelzendem Metall — wie Zinn —, dessen Siedepunkt wesentlich über der
Temperatur der eingegossenen Schmelze von Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid liegt.
Die Gießtemperatur der geschmolzenen Oxide liegt im algemeinen zwischen etwa 1870 und 1950° C. Zinn
schmilzt bei 2320C und siedet bei 2270° C und ist daher
für den in Rede stehenden Zweck besonders geeignet. Da die Dichte von geschmolzenem Zinn 637 g/cm3 und
die Dichte des erstarrten Schleifkorns im allgemeinen 4 bis 5 g/cm3 beträgt, schwimmt dieses auf der Metallschmelze
auf und kann von dieser abgeschöpft werden.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit in der Metallschmelze ist sehr viel größer als an einer kalten Stahlfläche
aufgrund des höheren Wärmeübergangskoeffizienten. Auch wird der Wärmefluß durch eine Oxidhaut an der
Stahlform oder durch ungenügende Berührung mit dieser nicht behindert
Die Schmelze der Oxide soll so schnell wie möglich auf eine Temperatur unter etwa 9000C abgeschreckt
werden. Dies erreicht man am besten unter nicht-oxidierenden Bedingungen durch Eingießen in ein Bad aus
geschmolzenem Zinn. Damit ist die einwandfreie Berührung zwischen Oxidschmelze und Kühlmittel
gewährleistet, bis die Oxide unter ihrer kritischen Temperatur abgekühlt sind. Zweckmäßigerweise wird
das Zinnbad gerührt, um die eingegossene Oxidschmelze zu verteilen, wodurch die Oxide zu kugeligen oder
unregelmäßigen Teilchen erstarren. Die Korngröße läßt sich durch die Rührintensität beeinflussen. Die erstarrten
Teilchen schwimmen auf die Oberfläche der Metallschmelze auf und können von dort abgeschöpft
werden. Anhaftendes Zinn läßt sich durch Zentrifugie-
ren bei einer Temperatur > 235° C leicht entfernen.
Die unregelmäßigen Teilchen werden dann zerkleinert und auf die gewünschten Kornfraktionen gesiebt
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an der Zeichnung näher srläutert, welche schematisch und
teilweise im Schnitt eine Vorrichtung zeigt, in der die
geschmolzenen Oxide schnell durch Eingießen in eine Metallschmelze abgeschreckt werden. Die Oxide
werden in einem Lichtbogenofen eingeschmolzen und von dort in die Metallschmelze überführt
Tonerde oder Tonerde im Gemisch mit «_ B.
Zirkoniumoxid wird in einem üblichen Lichtbogenofen 1 eingeschmolzen und diese Oxidschmelze in die Metallschmelze
(Zinn) 2 gegossen. Dies geschieht vorzugsweise durch das Rohr 8, in welchem eine Schutzgasatmosphäre
aufrechterhalten wird, indem über die Zuleitung 9 Schutzgas — wie Argon — eingeführt wird. Die
Metallschmelze 2 wird vor dem Einguß der Oxidschmelze etwas über dem Schmelzpunkt mit Hilfe des
Heizelements 3 gebracht. Dabei kann es sich um eine ölheizung oder eine elektrische Heizung handeln. Die
Bewegung der Metallschmelze erfolgt mit einem Impellerrührer 4, wobei der Gießbereich durch den
Rührer 5 besondere Turbulenz erhält. Die Rührgeschwindigkeit des Rührers 5 wird im Hinblick auf die
angestrebte Körnigkeit des Produkts eingestellt. Von Beginn des Eingusses der Oxidschmelze steigt die
Temperatur der Metallschmelze und wird mit Hilfe der absenkbaren Kühlwasserschlangen 6 auf etwas über
2350C gehalten. Die erstarrten Oxide schwimmen bei einer Temperatur auf die Oberfläche auf, bei der die
Einwirkung von Sauerstoff nicht mehr nachteilig ist und sammeln sich in dem Austragbereich 7, aus dem sie
leicht gewonnen werden können. Anhaftendes Zinn wird durch Zentrifugieren bei über etwa 235° C entfernt
Für die Metallschmelze eignet sich besonders Zinn
aufgrund seiner Eigenschaften, nämlich Fp 232°C, Kp 2270° C, Dichte der Schmelze 6,2S g/cm3. Wärmeleitzahl
der Schmelze 34,56 W/k · m. Ebenfalls sehr gut brauchbar ist Gallium (Fp 29,8°C, Kp 1O83°C, Dichte
5,91 g/cm3), jedoch ist dieses sehr kostspielig, korrosiv und reaktionsfähig mit Tonerde. Auch Indium käme in
Frage (Fp 156,4° C, Kp 2000° C, Dichte 7,28 g/cm3),
jedoch ist dieses auch sehr kostspielig, gehört zu der gleichen Gruppe des Periodensystems wie Aluminium
und reagiert in gewissem Umfang mit der Oxidschmelze; jsdoch liegen noch keine näheren Kenntnisse über
diesen Reaktionsmechanismus vor.
Aufgrund dieser Tatsache ist Zinn am besten geeignet, man kann jedoch auch eine Metallschmelze aus einer Hauptmenge Zinn neben Gallium und Indium anwenden. Blei ist ungeeignet, da sein Siedepunkt bei 1600°C liegt, ebenso Zink (Kp 907°C) und Cadmium (Kp 767°C).
Aufgrund dieser Tatsache ist Zinn am besten geeignet, man kann jedoch auch eine Metallschmelze aus einer Hauptmenge Zinn neben Gallium und Indium anwenden. Blei ist ungeeignet, da sein Siedepunkt bei 1600°C liegt, ebenso Zink (Kp 907°C) und Cadmium (Kp 767°C).
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich jedoch nicht nur zur Herstellung von Schleifkorn auf der Basis
von Schmelztonerde und geschmolzenen Aluminium/ Zirkoniumoxiden sondern auch für feinkristallines
Aluminiumoxid und Aluminiumoxid enthaltende Doppe- !oxide wie Zirkoniumspinel (US-PS 24 98 769).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn auf der Basis von Schmelztonerde durch schnelles
Abschrecken der Oxidschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidschmelze in
eine Metallschmelze eingießt die einen Schmelzpunkt unter 3000C und einen Siedepunkt über
2000° C besitzt, das aufschwimmende Granulat von der Metallschmelze trennt und auf die gewünschte
Feinheit mahlt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallschmelze Zinn oder eine
Zinnlegierung verwendet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß man das aus der Metallschmelze
gewonnene Granulat durch Zentrifugieren von dem geschmolzenen Metall befreit
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß man den Einguß der Oxidschmelze
in die Metallschmelze unter Schutzgas und/oder mit Hilfe eines Tauchrohres vom Schmelzgefäß
in die Metallschmelze vornimmt
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