DE2854680C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Abguß geschmolzener Oxide - Google Patents

Description

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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. 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 erfindungsgemäßen Verfahrens 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 38 91 408). 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 Anteil an Reduktionsprodukten sich in derartigen Aluminium/Zirkoniumoxid-Schleifmitteln vorteilhaft auswirkt. Es ist zwar die exakte Funktion derartiger Reduktionsprodukte (entweder Suboxide oder metallische Einschlüsse) noch nicht vollständig aufgeklärt, jedoch kann angenommen werden, da man auf diese Weise for verschiedene Schleifvorgänge verbesserte Leistung erhält.

Was auch immer die Funktion dieser Reduktionsprodukte sein mag, ist 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 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.

Das kontinuierliche Gießen von Metaliblechen ist lange bekannt und wird für die Herstellung von Blechen, Stangen, Bändern oder dergleichen angewandt (US-PS 38 05 877). 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 38 35 917 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 33 77 660, 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 39 93 119, wonach eine Anzahl von vertikal angeordneten schweren Kühlplatten angewandt werden, welche 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 Schleifmate-

rial, jedoch ist es schwierig, einen extrem schmalen Spalt zwischen den schweren Metallplatten zu gewährleisten. Mit abnehmender Spaltbreite wachsen die Schwierigkeiten der Füllung des Gießspaltes und das Verfahren wird wenig wirksam, da zunehmend mehr Schmelze sich auf der Form als »Schopf« ansammelt. Dieser Schopf muß verworfen werden, da die Porosität und die weitgehende Oxidation des Produkts dessen Qualität nachteilig beeinflußt.

Die Erfindung gestattet nun die Eliminierung vieler der Problerne, die bei den bekannten Verfahren auftraten im Rahmen eines kontinuierlichen Verfahrens zum Abguß extrem dünner Platten von oxidischem Material. Das erfindungsgemä.iJe 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 i'.bgekühlt ist, wo es zu keiner Oxidation oder Porenbildung und damit Verschlechterung der Qualität kommen kann. Die erfindungsgemäße 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.

Wird nach 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 Stäbchenabstand 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 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 ausgesetzt ist. Auch entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Schopf, wie dies bei dem Verfahren nach der US-PS 39 93 119 der Fall 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.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 ist i?ine Draufsicht einer Vorrichtung nach F i g. 1 von rechts mi¹ weggebrochenen Teilen und

F i g. 3 ist ein Schn'lt entlang 3-3 der Fig. 1:

F i g. 4 zeigt schematisch eine Gesamlaniage nach der Erfindung.

Aus der F i g. 1 entnimmt man nun das dünne metallische Unterband 10 und Oberband 12. Aus den F i g. 2 und 3 sieht man. daß das Oberhand 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

ίο werden. Das Unterband 10 läuft über Rollen 14,15, 16 und das Oberband über Rolle 18 und Scheibenro'.le 20. Aus der F i g. 2 erkennt man, daß die Scheibenrolle 20 aus einer Anzahl von 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 halten, 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 Scheibenrolle 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 (Fig.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 erstarrt praktisch momentan. Der Abstand zwischen den beiden Bändern wird durch die Geschwindigkeit, mit der die Schmelze eingegossen wird, 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

so Schicht bis in die Größenordnung von 1,6, ja sogar 4,8 mm.

Während die erstarrende Masse zwischen den beiden Bändern vorgeschoben wird, wird deren fühlbare Wärme sehr schnell abgeführt. Dann werden die Bänder

v> getrennt und die erstarrte Schmelze fällt von dem über die Rolle 16 laufenden Unterband in Form von Stückchen 30' 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 ei-

ne 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 Forrnüberzüg, 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 Sauerstoffunterschuß arbeitenden Acetylengebläses erzeugt werden.

In der F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt; in diesem Fall 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 Materia!?. Die wesentlichen Bauteile entsprechen denen der F i g. 1 bis 3 mit der Ausnahme, daß von der Vorratsrolle 41 das Metallband '.2 abgenommen wird, über die Scheibenrolle 20 läuft und nach Passieren 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 42 in den Gießbereich, 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 Füllung des Schmelzofens 26 verarbeiten läßt. Dieses System hat den Vorteil, daß mit Sicherheil keine Feuchtigkeit in den Gießschlitz gelangt.

Anstelle von Wasser kann man auch ein anderes Kühlmedium wie Trockeneis oder Stickstoff mit — !95⁰C anwenden.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

1. Patentansprüche:

   . 1. Verfahren zum schnellen Abkühlen einer Schmelze von Metalloxiden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze in den Gießschlitz von zwei gegeneinander verlaufenden Metallbändern eingießt, die Bänder von den Außenseiten kühlt und nach dem Erstarren der Schmelze trennt und das erstarrte Produkt gewinnt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stärke der erstarrenden Schmelze durch die Laufgeschwindigkeit der Bänder und die Gießgeschwindigkeit einstellt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die erstarrende Schmelze zwischen den Bändern bis unter Rotglut kühilt.
4. 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 und deren Trennung.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kühlung Spritzdüsen für das Kühlmedium sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberband breiter ist als das Unterband.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bandrücklauf Mittel zur Entfernung des Kühlmediums von den Bändern vorgesehen sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entfernung des Kühlmediums eine Heizeinrichtung und/oder Blasdüsen sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder im Gießbereich über eine Scheibenrolle laufen, welche aus auf einer gemeinsamen Achse 23 im Abstand voneinander angeordnete Scheiben 20a besteht.