JP3841230B2 - 研磨材料の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【0001】
【発明の背景】
本発明は、互いに平行に垂直方向に配された冷却板よりなる冷却板組立体間の空間内に熔融研磨材料を注入し、凝固させ、取出し更に砕くための方法及び装置に関する。
【０００２】
熔融金属酸化物の急速冷却方法は長く知られている。ドイツ特許文書ＤＥ−Ａ２２２７６４２によれば、これは冷却板間に熔融材料を注入することにより行われる。更に、ドイツ特許文書ＤＥ−Ｃ２４１４０３６は、管理された結晶寸法の酸化研磨材料の連続生産方法を記述し、これにおいては、研磨剤の熔融物がクサビ状の型に中に注入され、複数個のクサビ状の型が星状車輪の形に一緒に円形に連結され鋳造設備を形成する。型のクサビ形が凝固される材料の割れを防止する。しかし、これは、望ましくない結晶寸法の分布も生ずる。記述された方法は、この鋳造設備は運転中に非常に高温になるので、一定温度で実施することはほとんど不可能である。
【０００３】
高い研磨性能に肝要な一様な粒子寸法の分布を有する微細かつ一様な結晶構造は、ドイツ特許文書ＤＥ−Ｃ２４１４０３６の方法によっては得ることができない。
【０００４】
米国特許第3993119号は金属酸化物の連続冷却方法及びその装置を記述し、これにおいては、垂直方向に配置された冷却板間の空間内に鋳込み穴を通って液状の金属酸化物が注入され、これら冷却板は管の中の鋳込み穴の下方を通過して動かされる。次いで、板は、まだ高温の材料を取り出すことができるように、鋳造場所の外部で互いに離れるように少し動かされる。この方法の一つの短所は、記述された配列では、板間の均一で狭い空間を保証することが非常に難しいことである。型が空にされるとき、材料片が冷却板間に挟みつけられることは避けられない。このため、問題の空間は広げられて冷却条件が変えられ、一様で微細な結晶構造はもはや得られない。更に、米国特許第3993119号に説明された鋳造設備の連続運転の場合は、冷却システムを設けない限り、冷却板の加熱が避けられない。しかし、鋳造製品の品質は冷却板の温度に大いに依存し、従ってこの開示された配列では均一な品質を保証できない。
【０００５】
更に、ドイツ特許文書ＤＥ−Ａ２２６４２０２は、熔融研磨材料が互いに間隔を空けられた数個の金属又はグラファイトの板の間で鋳造され、冷却により凝固する研磨材料の製造方法を明らかにする。しかし、均一な製造条件、特に研磨材料の滞留時間は、この設備では保証されない。
【０００６】
本発明の対象とする目的は、従来技術の説明された欠点のいずれをも持たない方法を提供することである。
【0007】
【発明の概要】
これらの諸要求を満足させる方法が見いだされた。問題の方法は、互いに平行に垂直方向に配された冷却板よりなる冷却板組立体間の空間内に熔融研磨材料を注入し、凝固させ、取出し更に砕く方法であり、熔融材料は冷却板の空の組立体が熔融流の下方及び逆転用車輪の上方を連続的に通過させられ、次いで、板が分離されると同時に空にされ次いで組立体を形成するように再び一緒にされる方法で空間内に注入される。この方法が本発明の主題である。
【0008】
【実施例】
本発明による方法は、図１−２に示されるように、個々の冷却板の間に上向きの開口空間が形成されるように凹部が形成された冷却板の組立体（１）を使用して遂行される。好ましくは鋳造された金属、鋼、アルミニウム又はグラファイトで作られた冷却板の厚さは熔融物の急速な冷却を保証するように選定すべきである。酸化アルミニウムを含んだ研磨材の場合は、本発明による方法が特に適したその製造のためには、空間の幅3から7 mmに対して60から100 mmの板厚が適している。
【０００９】
空間の幅を決定する冷却板の凹所は、冷却板の片側または両側に置くことができる。
【００１０】
冷却板の数は限定されずかつ炉の容量に適合させることができる。冷却板の大きさも、経済的な運転の観点から大きな板を使用することが有利であることは勿論であるが，ある制限内で変更できる。
【００１１】
しかし、ある板の大きさを越えると材料は型の縁又は底に達する以前に固化するのでこれを完全に満たすことは困難又は不可能でさえもある。
【００１２】
冷却板組立体は溶解炉（２）の鋳込み用開口を通過して動かされ、冷却板間の特定の空間内に液状の熔融物が連続的に注入される。冷却板の温度は、型を完全に満たせないほど急速に熔融酸化物が凝固することなしに材料が急速に冷却されるように選定すべきである。このために、冷却板は、熔融物の鋳込み以前に冷却ゾーン（６）において定められた温度、好ましくは100から500℃の温度に冷却される。
【００１３】
鋳込みステーションからある距離（ｌ）において、型が満たされた板組立体は、凝固した製品を型から出し得るように板を個々に持ち上げる逆転用車輪（３）上に案内される。鋳込みステーションと逆転用車輪（３）との間の距離（ｌ）は、鋳込みから空にするまでの間の時間が好ましくは１から３分間であるように選定される。
【００１４】
冷却板間の滞留時間は、温度が酸化雰囲気のいかなる反応も受けなくなる温度に低下するまで、凝固中の熔融物が空気又は水又は類似物のような酸化性雰囲気から保護されるようであるべきである。このことは、小さな生成物の存在が研磨性に好ましい効果を有するため、酸化アルミニウム／酸化ジルコニウム研磨材の製造に対して特に有利である。
【００１５】
図３及び４は、本発明による冷却板の特別の例を示す。これらの図に示された板は次の寸法を持つ。
【００１６】
ｄ＝８０ｍｍ
ｓ＝ ５ｍｍ
各型の容量は約５−７ｋｇである。
【００１７】
冷却板間のジルコニウムコランダムの滞留時間が各型に対して同じになるように、満たされた各型が（ラックの一定の前進運動により）特定の定められた時間（ｔ）内に距離（ｌ）を通過するため、各型は一定の速度で空にされ、この事実は図１より明らかである。実際上は、これは、最後の型が充填のために炉の注ぎ口の下方をまだ通過している間に、組立体の最初の型が既に空にされたことを意味する。
【００１８】
各型について、板間の材料の滞留時間は約２分間である。
【００１９】
続いて、最終製品は、好ましくはコンベヤーベルト（５）により次の処理ステーションに輸送される。
【００２０】
凝固した製品が冷却板に付着することを防ぐために、板は、一緒の状態に戻される以前に、逆転用車輪領域において型抜き用及び／又は剥取り用の部材（８）の手段により空の空間に凝固した研磨材の付着残渣が無いようにされることが有利である。
【００２１】
取出しステーションの通過後、冷却板は組立体を形成するように一緒の状態に戻され、冷却ゾーン（６）に導かれる。冷却ゾーンは板組立体の上方に配置された数個のノズルよりなることが有利である。冷却用媒体には好ましくは水が使用される。
【００２２】
逆転用車輪の区域における滞留時間とは別に、均一な型幅が保証されるようにラック（７）上に冷却板が固定配置される。
【００２３】
最後の板組立体が鋳込み用の開口を通過すると鋳込み工程が終了する。冷却工程は、板組立体全部が冷却ゾーンにくるまでは開始されない。これにより、組立体を通じて確実にある許容範囲内の同じ温度が得られる。板組立体が所要温度に冷却されると直ちに、これは次の鋳込みサイクルを開始できるように逆転用車輪を経て出発位置に戻される。空にすることは、時間遅れなしに鋳込みサイクルと同時に行われる。
【００２４】
酸化金属鋳物の品質に決定的な物理的要因は、本発明に従った方法により相当正確に確立できる。こうして、酸化金属は均一な薄い層に鋳込むことができる。これが極めて急速な凝固を確実なものとし、凝固した金属の全体を通じて一様に連続した極めて微細な結晶構造を提供する。
【００２５】
研磨材がジルコニウムコランダムであるとき、本発明により特に良好な結果が得られた。酸化アルミニウム／酸化ジルコニウム研磨材において正方晶系酸化ジルコニウムの高含有率が得られ、これがこの研磨材の性能に対して有利な効果を持つことが、経験から見いだされている。
【００２６】
次の例は、いささかも本発明を限定することなしに本発明を説明するために意図された。
【００２７】
例
Al_２O_３ 58%、ZrO_２ 39%及びTiO_２ 1%の混合物が電気アーク炉内で炭素の存在下で熔融された。熔融物は本発明による装置により冷却される。冷却板の初期温度は約300℃に、板間の空間は4 mm幅に、そして冷却板間の鋳造熔融物の滞留時間は約2分間に調整された。
【００２８】
こうして得られた研磨材は、平均の初晶の大きさが約0.2μmの一様な構造を持っていた。正方晶系ZrO_２ の百分率含量はZrO_２ の全含量に対してほぼ80%であった。
【００２９】
この材料は砕かれ研磨材に作られた。
【００３０】
得られた材料は粒度P36(FEPA標準)の基体の研磨材における市販のジルコニウムコランダムに対して試験された。
【００３１】

本発明の主たる特徴および態様は以下のとおりである。
【００３２】
１．垂直方向で互いに平行に配されラック上に固定配置された冷却板よりなる冷却板組立体の間の空間内に熔融した研磨材料を注入し、次いで凝固させ、取り出しそして砕くことによる研磨材料の製造方法にして、冷却板の空の組立体が熔融流の下方を連続的に通過させられ次いで変換段階を通して進められ、板は個々に持ち上げられ、分離され同時に空にされ次いでかかる変換段階において組立体を形成するように再び一緒にされる方法で、熔融材料が空間内に注入されることを特徴とする方法。
【００３３】
２．熔融物が注入される以前に冷却板が定められた温度に冷却されることを特徴とする上記１に説明された方法。
【００３４】
３．板が１００−５００℃の範囲の温度に冷却されることを特徴とする上記２に説明された方法。
【００３５】
４．注入と空にする間の時間が１から３分間であることを特徴とする上記１、２又は３に説明された方法。
【００３６】
５．空にされた空間が再組立て以前に凝固した研磨剤の残渣の付着がなくされることを特徴とする上記１、２又は３に説明された方法。
【００３７】
６．研磨材料がジルコニウムコランダムであることを特徴とする上記１、２又は３に説明された方法。
【００３８】
７．酸化を限定しかつ急速冷却の状態下で熔融セラミックを冷却する装置であって、
(a) アレイ内に間隔を密に配されラック上に固定配置された一連の冷却板を定めかつこの間隔よりも相当に大きな面厚を有する手段、
(b) 板のアレイを冷却する手段及びこの冷却板のアレイを板が縁において熔融セラミックの注ぎ口と実質的に向かい合うようにこの注ぎ口を動かす手段；
(c) 板の間の凝固したセラミック材料を取り出し得るように板を個々に持ち上げ、分離しかつこの板を再使用のために次の鋳込み用のアレイに再組合せする手段；並びに
(d) アレイの移動及び冷却中、板に関して伝熱、厚さ、鋳込み後の接触面積及び接触面の表面形状がアレイ板の分離及びセラミックの取出し以前の板間のセラミックの凝固の実質的な完了を確保するための手段であって、空間における熔融物の一部分の凝固が更なる充填を防ぐより以前に、各空間を熔融物で実質的に満たし得るように板のアレイが構成されかつ配列される手段
を備えた装置。
【００３９】
８．板が60−100 mmの範囲の厚さを有し、かつアレイの板間の空間が3−7 mmの範囲である上記７の装置。
【００４０】
９．板分離手段は、板の分離を形成するためにアレイの連続した板を持ち上げるための手段の間隔を空けた円周アレイを有する車輪であって、この板の分離がかかる円周アレイの直径及びその上の持ち上げ手段の間隔により決定され、かつ車輪が円弧を通って回転する際に板アレイの再集合を形成する車輪、及び再集合された板アレイを車輪から動かすコンベヤー手段を備え、凝固セラミックの取出し用手段は板が分離されたときの重力落下を含む上記７又は８の装置。
【００４１】
１０．輸送手段及び車輪が再集合された板アレイを新たな鋳込みの準備のためにその出発位置に戻すように可逆的である上記９の装置。
【００４２】
１１．１−３分間で全体の鋳込み及び凝固した材料の取出しを行うように構成されかつ配列された上記７又は８の装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による研磨材製造装置の実施例の図式的な斜視図である。
【図２】図１の装置の逆転用車輪部分の拡大図である。
【図３】複数個の冷却板の組立体の斜視図である。
【図４】図３の冷却板組立体の断面図である。

Claims (1)

1. 垂直方向で互いに平行に配されラック上に固定配置された冷却板よりなる冷却板組立体の間の空間内に熔融した研磨材料を注入し、次いで凝固させ、取り出しそして砕くことによる研磨材料の製造方法において、冷却板の空の組立体が熔融流の下方を連続的に通過させられ次いで逆転用車輪の上方に進められ、板は個々に持ち上げられ、分離され同時に空にされ次いで組立体を形成するように再び一緒にされ、その後、熔融材料が空間内に注入されることを特徴とする上記方法。

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