DE2854680A1

DE2854680A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen abguss geschmolzener oxide

Info

Publication number: DE2854680A1
Application number: DE19782854680
Authority: DE
Inventors: John J Scott
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-28
Also published as: NO784213L; FR2422462B1; NO153757B; GB2010736B; JPS5814816B2; CA1112430A; FR2422462A1; BR7808298A; NO153757C; JPS5499781A; GB2010736A; DE2854680C2

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF-v. PECHMANM - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

MANDATAiRES agrees pres l'office europeen des brevets

2S5.6S0

DR.-ING. FRANZ TPUESTHOFF DR. PHIL. FREDA TUESTHOFF (1927-1956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-I971) DIPL-CHEM. DR. E. F^EJiIERR₁.V|(Jn;$ύφΐMANN DR.-INCDIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.--SCIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (0S9) 66 20 51 TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J 24 070

U-51 736

Pat

entanmeldung

Anmelder: NORTON COMPANY
Worcester

Massacliusetts OI6O6 U.S.A.

Titel: Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Abguß geschmolzener Oxide

989826/0821 ORIGINAL

DR.-ING. FRANZ TUESTHOFF

PATENTANWÄLTE , _Λ

DR. PHIL. FREDA WUESTHOFF (1927-IO56) WUESTHOFF-V-PECHMANN-BLHRENs GOKTZ

_DlPL.-ING. GERHARD PULS DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANÜATAIKES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.J DIFL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOET2

2 8 J 4 6 8 O D-SOOO MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2

TFLEtON: (oS₉) 6620 JI TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J24C70

IA-5I 736

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Abguß eines geschmolzenen Oxids, wie Aluminiumoxid, welches als Schleifmittel Verwendung finden soll, wobei die Schmelze in den Schlitz von zwei gegeneinander laufenden Metallbändern eingegossen wird. Das erstarrende Material hält die Bänder etwas im Abstand, und zwar in der Größenordnung von etwa 1,6 mm,während die Rückfläche des Bandes mit einer beträchtlichen Menge an Kühlflüssigkeit - z.B. Wasser - angeströmt wird, um dieses nicht auf Rotglut kommen zu lassen. Die Bänder werden ausreichend lang in einem geringen Abstand gehalten|bis die Schmelze unter Rotgluttemperatur abgekühlt ist_o Dann werden die Bänder getrennt und das Material abgenommen. Zu diesem Zeitpunkt kann sich die Berührung mit luft nicht mehr nachteilig auf das Material auswirken, was von besonderer Bedeutung ist, wenn es sich um Schmelzen für Schleifkorn (z.B. Aluminium/ Zirkoniumoxid) handelt, welches Reduktionsprodukte wie Suboxide oder metallische Teilchen enthält. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßeη Verfahrens

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kann das Oberband beträchtlich breiter sein als das Unterband, so daß sich auf diesem kein Wasser auf der nach oben weisenden Fläche sammeln kann, welches dann mit der Schmelze in Berührung kommt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dafür verwendeten Vorrichtung ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Schmelze außerordentlich schnell abgekühlt wird. Dies ist insbesondere zweckmäßig für Tonerdeschmelzen oder Aluminium-Zirkoniumoxid-Schmelzen für Schleifkorn (US-PS 3 891 408). Zur Herstellung eines solchen Schleifmaterials ist es außerordentlich wünschenswert, die Schmelze in einer sehr dünnen Schicht abzugießen, um eine extrem schnelle Erstarrung zu erreichen. Dadurch erhält man eine außerordentlich feine Kristallgröße. Liegt ein Aluminiumoxid/Zirkoniumoxid-Eutektikum vor, so kommt es zu einem extrem kleinen Abstand zwischen den Zirkoniumoxid-Stäbchen und den Plättchen des eutektischen Gemischs. Auch kommt es auf diese Weise in dem erhaltenen Kristallgefüge zu einem hohen Anteil an "tetragonalem" Zirkoniumoxid. Es wird angenommen, daß ein wesentlicher AniEil an Reduktionsprodukten sich in derartigen Aluminium/Zirkoniumoxid-Schleifmitteln vorteilhaft auswirkt. Es ist zwar die exakte Punktion derartiger Reduktionsprodukte (entweder Suboxide oder metallische Einschlüsse) noch nicht vollständig aufgeklärt, jedoch kann angenommen werden, daß man auf diese Weise für verschiedene Schleifvorgänge verbesserte Leistung erhält.

Was auch immer die Punktion dieser Reduktionsprodukte sein mag, i3t es wünschenswert,diese beizubehalten. Es ist somit Aufgabe vorliegender Erfindung,ein Verfahren und eine dafür geeignete Vorrichtung aufzuzeigen, die eine extrem schnelle Abkühlung und sehr geringer Schichtstärke von Oxidschmelzen gestattet, die dann auf Schleifkorn aufgearbeitet werden können. Wesentlich dabei ist, daß die erstarrende Schmelze von der oxidierenden Umgebung so lange

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abgeschirmt wird, bis die Temperatur unter Rotglut gesunken ist. Darunter kann das abgekühlte Material der oxidierenden Atmosphäre, wie luft und Wasser, ohne Gefahr ausgesetzt werden, um damit die restliche fühlbare Wärme abzuführen.

Pas kontinuierliche Gießen von Metallblechen ist lange bekannt und wird für die Herstellung von Blechen, Stangen, Bändern oder dergleichen angewandt (US-PS 3 805 877). Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen läuft ein Metallband in einem geringen Abstand von einer Kühltrommel und die Metallschmelze wird in den Schlitz zwischen Trommel und Band eingegossen. Die US-PS 3 835 917 stellt eine weitere Entwicklung dar, bei der zwei Caterpillar-Teile, welche die zusammenwirkenden Flächen für den Gießraum bilden, beschrieben wird. Der nächstkommende Stand der Technik für das Gießen von für Schleifmittel geeigneten Produkten ist die US-PS 3 377 660, wonach die Schmelze auf eine Trommel gegossen wird, welche gegen eine andere Trommel gepreßt wird, wobei beide Trommeln gekühlt werden. In der Praxis Eingang gefunden hat das Verfahren nach der US-PS 3 993 119· wonach eine

angewandt werden

Anzahl von vertikal angeordneten schweren KühlpiattenViwelche in einem kontinuierlichen Schacht unter dem Abgußloch bewegt werden, wobei die Schmelze in den schmalen Abstand zwischen die Platten gegossen wird. Die Platten werden dann etwas auseinander genommen aus der Gießposition und das erstarrte, doch noch heiße Material damit ausgeformt. Zwar erhält man auf diese Weise ein gutes Schleifmaterial, jedoch ist es schwierig, einen extrem schmalen Spalt zwischen den schweren Metallplatten zu gewährleisten. Mit abnehmender Spaltbreite wachsen die Schwierigkeiten der Füllung des Gieß— spaltes und das Verfahren wird wenig wirksam, da zunehmend mehr Schmelze sich auf der Form als'Schopf" ansammelt. Dieser Sdbqpf muß verworfen werden, da die Porosität und die weitgehende Oxidation des Produkts dessen Qualität nachteilig beeinflußt.

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Die Erfindung gestattet nun die Eliminierung vieler der Probleme, die bei den bekannten Verfahren auftraten im Rahmen eines kontinuierlichen Verfahrens zum Abguß extrem dünner Platten von oxidischem Material. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Aluminiumoxid-haltige Produkte, welche teilweise oder vollständige Reduktionsprodukte enthalten, und welches zu extrem dünnen Schichten mit sehr hohen Ausbeuten führt» Dabei wird die erstarrende Schmelze abgeschirmt von einer Berührung mit luft, !Feuchtigkeit oder dergleichen,bis sie unter eine Temperatur abgekühlt ist, wo es zu keiner Oxidation oder Porenbildung und damit Verschlechterung der Qualität kommen kann. Die erfindungs— gemäße Vorrichtung gestattet extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten, wobei als Kühlmedium Wasser angewandt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die mit der Schmelze in Berührung kommenden !Flächen vollständig trocken während der Zeit, in der die Schmelze zwischen die zwei Bänder gegossen wird, zwischen denen eine sehr dünne Schicht des dann als Schleifmaterial verwendeten Produkts erstarrt. Auf diese Weise erhält man ein dichtes, extrem fein kristallines Material, welches im wesentlichen die gleiche Oxidationsstufe besitzt wie die Schmelze vor dem Abguß. Das erhaltene Produkt weist keine durch Oxidation der erstarrenden Masse oder durch Entwicklung von Dampf oder anderen Gasen hervorgerufene Porosität auf, wie sie auftreten kann, wenn die Schmelze oder das erstarrende Material mit Wasser in Berührung kommt.

Wirdnaeh der Erfindung ein Schleifmittel aus Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid hergestellt und die Gießgeschwindigkeit und Bandgeschwindigkeit so eingestellt, daß die Gießschicht etwa 1,6 mm dick ist, so ist der Stäbohenabstaud in dem Eutektikum in der Größenordnung von 100 bis 180 nm und der Anteil an tetragonalem Zirkoniumoxid in der Größenordnung von zumindest 70%. Es ist zwar exakt der Oxidationsgrad des Produktes nicht bekannt, Jedoch kann die Gewichtszunahme

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beim Glühen bis zu 0,66$ betragen, was die Anwesenheit beträchtlicher Reduktionsprodukte anzeigt, z.B. von Suboxiden von Zirkonium oder Aluminium oder auch metallisches Zirkonium und Aluminium. Das erhaltene Produkt ist extrem dicht und ist praktisch vollständig frei von einem porösen Produkt, wie es auftritt beim Abguß von Ausgangsmaterialien für Schleifmittel auf einer Platte, deren Oberfläche Luft aus gesetzt ist. Auch entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Schopf, wie dies bei dem Verfahren nach der US-PS 3 993 119 der Pail ist, wo es außer dem Verlust an Material durch diesen Schopf zu einer ungenügenden Füllung der Form kommt·

Die Erfindung wird nun an den Figuren weiter erläutert.

Pig. 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

pig. 2 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung nach Pig, von rechts mit weggebrochenen Teilen und

Pig. 3 ist ein Schnitt entlang 3-3 der Pig. 1;

Pig. 4 zeigt schematisch eine Gesamtanlag nach der Erfindung.

Aus der Figo 1 entnimmt man nun das dünne metallische Unterband 10 und Oberband 12. Aus den Pig· 2 und 3 sieht man, daß das Oberband 12 breiter ist als das Unterband 10, so daß sich die Kanten wesentlich über die Kanten des Bandes 10 erstrecken, wenn die beiden Bänder übereinander laufen und ihre Rückseiten mit beträchtlichen Wassermengen zur Kühlung bespritzt werden· Das Unterband 10 läuft über Rollen 14, 15,16 und das Oberband über Rolle 18 und Scheibenrolle 20, Aus der Pig· 2 erkennt man, daß die Scheibenrolle 20 aus einer Anzahl

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schmalen Scheiben 20a aufgebaut ist, die axial ausgerichtet im Abstand voneinander angeordnet sind auf der gemeinsamen Welle 23. Die Scheibenrolle 20 stützt das Oberband 12 ab, so als ob es über eine massive Trommel laufen würde, hält jedoch die Rückenfläche für die Wasserkühlung frei. Eine Vielzahl von unteren Sprühdüsen 22 und oberen Sprühdüsen 24 sind gegen die Rückseiten der Bänder gerichtet, um mit Hilfe von Kühlwasser diese unter Rotglut zu hätten ι solange die Bänder übereinander die erstarrende Schmelze führen. Das Ausgangsmaterial wird in dem Schmelzofen 26 eingeschmolzen und aus der Gießschnauze 28 als Schmelzstrom 30 in den Gießspalt 11 zwischen den Bändern 10 und 12 eingeführt. Die beiden Bänder mit der erstarrenden Schmelze dazwischen verlassen die Schei benrolle 20 und werden so noch durch zwei Gruppen von Rollen

35 in den Rahmen 38 zusammengehalten, wobei zumindest einer der Rahmen gegen den anderen mit Federn 40 (Pig. 3) gepreßt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rollen

36 übliche Führungsrollen, die in entsprechendem Abstand angeordnet sind, um nicht in nennenswertem Ausmaß zu einer Beeinflussung der Außenflächen der Bänder beim Aufspritzen mit Wasser zu führen. Gegebenenfalls kann man Spannrollen vorsehen, um die Bänder in ausreichendem Kontakt mit den Laufrollen zu halten.

Die mit der kalten trockenen Metallfläche in Berührung kommende Schmelze erstarr praktisch momentan. Der Abstand zwischen den beiden Bändern wird durch die Geschwindigkeit, mit der die Schmelze eingegossen wirdi und mit der Laufgeschwindigkeit der Bänder eingestellt. Bei langsamem Bandlauf und bei geringer Gießgeschwindigkeit kann die Dicke des erstarrenden Materials extrem dünn gehalten werden, und zwar in der Größenordnung von einigen Hundertstel Zoll.Bei gleicher Gießgeschwindigkeit und verringerter Bandlaufgeschwindigkeit steigt die Stärke der erstarrenden Schicht bis in die Größenordnung von 1,6, ja sogar 4,8 mm.

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Während die erstarrende Masse zwischen den beiden Bändern vorgeschoben wird, wird deren fühlbare Wärme sehr schnell abgeführt. Dann v/erden die Bänder getrennt und die erstarrte Schmelze fällt von dem über die Rolle 16 laufenden Unterband in Form von Stückchen 3O¹ in das Sammelgefäß 32, wobei die Temperatur bereits unter Rotglut gesunken ist. Es kommt dann zu keiner Oxidation mehr, so daß man mit Wasser abschrecken oder mit Luft bis Raumtemperatur abkühlen kann.

Es können verschiedene Maßnahmen vorgesehen werden, um zu gewährleisten, daß die mit der erstarrenden Schmelze in Berührung kommenden Flächen der Bänder trocken bleiben, z.B. ein Paar von Gummiabstreifern 36, um das meiste Wasser von den Bändern abzustreifen. Zweckmäßigerweise werden die Bänder jedoch noch getrocknet, wie dies schematisch durch eine Vielzahl von Flammen 50,52, die gegen die Rückseiten der Bänder gerichtet sind, angedeutet ist. Damit lassen sich die Bänder über den Siedepunkt des Wassers erwärmen, so daß sich auf ihnen keine Flüssigkeit mehr befindet, wenn sie wieder in den Gießspalt 11 einlaufen. Restliches Wasser in dem Gießspalt würde zwar plötzlich verdampfen, führt aber in der erstarrenden Masse zu einer Porosität und auch zu einer Reaktion mit den Suboxiden und metallischen Bestandteilen der Schmelze«, Die Mittel zum Abstreifen und Beheizen der Bänder werden vorzugsweise auch noch ergänzt durch Blasdüsen 54» 56» welche die Trocknung der Bandflächen unterstützen. Das Leitblech 60 dient zum Abhalten des Kühlwassers vom rücklaufenden Unterband.

Die Gießflächen der beiden Bänder können mit einem Formüberzug, wie einer Schicht aus Ruß, versehen sein, um das Fließen der Schmelze quer über die Fläche des Bandes zu verbessern und damit zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Schmelze und Metallband beizutragen· Ein solcher Rußüberzug kann mit Hilfe eines mit Sauerstoffunter-

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schoß arbeitenden Acetylengeblases erzeugt werden.

In der Pig» 41st eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung gezeigtj in diesem Pail sind keine endlosen Bänder als Gießflächen vorhanden sondern zwei lange Metallstreifen, die von zwei Wicklungen abgenommen und wieder aufgewickelt werden nach der Abnahme des erstarrten Materials» Die wesentlichen Bauteile entsprechen denen der Pig· 1 bis 3 mit der Ausnahme, daß von der Vorratsrolle 41 das Metallband 12 abgenommen wird, über die Scheibenrolle 20 läuft und nach Pasieren der Umlenkrolle 18 wieder auf der Aufnahmerolle 42 aufgewickelt wird. In ähnlicher Weise läuft das Unterband 10 von der Vorratsrolle 44 ab und gelangt nach der Umlenkrolle in den G-ießbereich, nach dessen Verlassen es über 26 auf der Aufnahmerolle 46 aufgewickelt wird. Bei dieser Ausführungsform müssen die Streifen entsprechend lang sein, daß sich damit eine vollständige Püllung des Schmelzofens 26 verarbeiten läßt» Dieses System hat den Vorteil, daß mit Sicherheit keine Peuchtigkeit in den G-ießschlitz gelangt.

Anstelle von Wasser kann man auch ein anderes Kühlmedium wie Trockeneis oder Stickstoff mit -195⁰O anwenden.

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Claims

DR.-ING. FRANZ 'WUESTHOFF

WESTHOFF-ν. PECHMANN-SEHRENS-GO-iTZ

DIPL.-CHEM. I)R. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREis PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.J DIPL.-VIKTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

2854580 ^D-^SG0° MÜNCHEN SCHWHIGI-RSTRASSE 2

telefon: (0S5) 66 20 51 TELEGRAMM: PROTECTi¹ATENT TELEX: J 24 070

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Ansprüche

1„J Verfahren zum schnellen Abkühlen einer Schmelze von Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet , daß man die Schmelze in den Gießschlitz von zwei gegeneinander laufenden Metallbändern eingießt, die Bänder von den Außenseiten kühlt und nach dem Erstarren der Schmelze trennt und das erstarrte Produkt gewinnt,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stärke der erstarrenden Schmelze durch die Laufgeschwindigkeit der Bänder und die Grießgeschwindigkeit einstellt,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die erstarrende Schmelze zwischen den Bändern bis unter Rotglut kühlt,
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei gegenläufige Metallbänder, die einen Gießschlitz bilden und die nach einer entsprechenden Strecke auseinanderlaufen,, sowie Vorrichtungen zur Kühlung der Bänder zwischen Gießschlitz

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ORfGINAL INSPECTED

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und deren Trennung,
5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch g e k e η η — zeichnet, daß die Mittel zur Kühlung Spritzdüsen für das Kühlmedium sind«
6_e Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberband breiter ist als das Unterband.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch g e kennzeichnet, daß im Bandrücklauf Mittel zur Entfernung des Kühlmediums von den Bändern vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung des Kühlmediums eine Heizeinrichtung und/oder Blasdüsen sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder im Gießbereich über eine Scheibenrolle laufen, welche auf einer gemeinsamen Achse 23 im Abstand voneinander angeordnete Scheiben 20a besteht.

ORIGINAL INSPECTED

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