NO153757B - Fremgangsmaate for hurtigavkjoeling av smeltet metalloksyd samt apparat for gjennomfoering av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for hurtig avkjøling av smeltet metalloksyd som ved avkjøling danner et fast metalloksyd som egner seg som slipemiddel.

Oppfinnelsen angår også et apparat for gjennomføring

av denne fremgangsmåten.

Oppfinnelsen angår således meget hurtig avkjøling av smeltede aluminiumholdige slipemidler slik som aluminiumoksyd-zirkoniumoksydslipemidler av den type som er beskrevet i US-PS 3.891.408. Ved avkjøling av slike slipemidler er det meget ønskelig at produktet foreligger i et meget tynt sjikt for å

oppnå en ekstremt hurtig størkning av slipemidlet. Dette gir en ekstremt liten krystallstørrelse, og der det er tilstede en eutektisk blanding av de to oksyder, oppnås det en ekstremt liten avstand mellom zirkoniumoksydstavene og platene i den eutektiske blanding. Det oppnås også et meget høyt innhold av "tetragonal" zirkoniumoksyd i den resulterende krystallinske struktur. Det er også antatt at en vesentlig mengde av reduksjonsprodukter er gunstige i disse slipemidler av aluminium-

oksyd og zirkoniumoksyd. Mens den eksakte funksjon av disse reduksjonsprodukter (enten suboksyder eller metalliske inklu-sjoner) ikke helt ut er forstått er det antatt at de gir en forbedret ytelse for mange typer sliping.

Uansett funksjonene for reduksjonsproduktene, er det ønskelig å bevare dem, og i henhold til dette er det en hoved-gjenstand for oppfinnelsen å gi en fremgangsmåte og et apparat som gir ekstremt hurtig avkjøling av meget tynne sjikt av smeltet slipemiddel.

En ytterligere gjenstand for oppfinnelsen er å frembringe en fremgangsmåte og et apparat som beskytter slipemidlet som avkjøles fra kontakt med en oksyderende omgivelse inntil temperaturen er redusert til under rødglødning, ved hvilken temperatur det avkjølte slipemiddel på sikker måte kan ekspo-neres til oksyderende atmosfærer slik som luft og vann for fjerning av den siste følbare varme.

Den kontinuerlige avkjøling av metalliske flak er kjent i lang tid og er kommersielt gjennomført for fremstilling av plater, staver o.l. mekanismer slik som vist i US-PS 3.805.877. I dette representative patent blir et metallisk belte ført i

en liten avstand fra en avkjølt trommel, og det smeltede metall helles inn i spalten mellom trommelen og beltet for å gi en kontinuerlig avkjøling. En beslektet utvikling som er repre-sentert ved US-PS 3.835.917 viser to belter som danner mot-satte sider av et rom inn i hvilket smeltet metall helles. I den kjente teknikk for avkjøling av smeltet slipemiddel er noe av den nærmestliggende teknikk vist i foreliggende søkers paten-ter. Et av disse er US-PS 3.377.660 som beskriver avkjøling av et smeltet slipemiddel på overflaten av én trommel som deretter presses mot en annen trommel og der begge tromler avkjøles. En kommersielt benyttet prosess er den som er vist i NO-PS 14 3.893. Dette patent viser et antall vertikalt anbragte tunge kalde metallplater som beveges i en kontinuerlig stabel under en helle-trakt der smeltet slipemiddel helles inn i de smale rom mellom platene. Platene blir deretter ført en liten avstand bort fra dette sted og størkner, mens fremdeles varmt slipemiddel blir sluppet vekk. Mens det ovenfor angitte patent gir et utmerket produkt, er det vanskelig å oppnå et ekstremt tynt rom mellom de tunge metallplater. Etterhvert som avstanden reduseres, er det vanskeligheter med helt og holdent å fylle formrommet, og prosessen blir mindre effektiv hvorved også mer av det uthelte produkt finnes som en hette på toppen av formen. Denne må deretter kasseres på grunn av porøsiteten, alvorlig oksydasjon og lignende.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for hurtig avkjøling av smeltet metalloksyd som ved avkjøling danner et fast metalloksyd egnet som slipemiddel, f.eks. zirkoniumoksyd og/eller aluminiumoksyd, omfattende å helle det smeltede metalloksyd mellom overforhverandre liggende kjøleflater, avkjøle det smeltede oksyd til fast tilstand ved å føre kjølevæske mot baksiden av de nevnte kjøleflater for å redusere temperaturen i oksydene til under "rød" varme og deretter slippe ut de størknede oksydflak fra de overforhverandre liggende overflater, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at de overforhverandre liggende overflater er konstruert av ett par av overforhverandre liggende belter hvor disse til å begynne med bringes til å bevege seg nedover og derefter å følge en krummet bevegelsesbane (sett i vertikalplanet), og smeltet metalloksyd helles i spaltapningen som dannes av de overforhverandre liggende belter efterhvert som de beveger seg i den første nedoverrettede bevegelsesvei og å regulere avstanden mellom beltene når de beveger seg i den krummede bane, og avkjølingshastigheten for metalloksydet reguleres ved hjelp av hellehastigheten av metalloksydet inn i spalteåpningen, hastigheten for beltene samt av det trykk som legges på beltene mot metalloksydet som avkjøles mellom disse slik at det ønskede metalloksyd oppnås i fast form.

Foreliggende oppfinnelse angår videre et apparat for gjennom-føring av den ovenfor angitte fremgangsmåte, omfattende en roterbar trommellignende del, midler for å avgi smeltet metalloksyd til denne og væskespraydyser for avkjøling av det indre av trommelen, og dette apparat karakteriseres ved at trommelen er definert av et antall smale skiver i avstand fra hverandre på en felles aksling og at det er et øvre metallbelte innrettet til å passere rundt og bæres ved hjelp av skiven, og et overfor det øvre belte liggende nedre belte som bæres av et antall valser idet disse er posisjonert for å holde det nedre belte i strekk og i motsatt rettet trykkforhold til det øvre belte over i det minste en del av bevegelsesbanen definert av den trommellignende del og valsen, idet spraydyser er anordnet for å sprøyte kjølemiddel mot baksiden av de øvre belter og ytterligere spraydyser anordnet for å sprøyte kjølemiddel mot baksiden av det nedre belte.

Foreliggende oppfinnelse eliminerer mange av de problemer som følger med den kjente teknikk ved å frembringe en kontinuerlig fremgangsmåte for avkjøling av ekstremt tynne plater av oksydmateriale. Den er spesielt an-vendelig ved avkjøling av aluminiumholdige oksyder som inneholder partielle reduksjonsprodukter eller totalt reduserte produkter, der produktet kan oppnås i ekstremt tynne sjikt med meget høye utbytter av tynt produkt. Det gir meget god beskyttelse for produktet mot kontakt med luft, fuktighet o.l. inntil produktet er avkjølt til under en temperatur ved hvilken ugunstige reaksjoner slik som oksydasjon eller poredannelse kan oppstå på grunn av reaksjon med luft eller fuktighet. Apparatet er konstruert slik at det kan benyttes ekstremt høye avkjølingshastigheter ved bruk av en væske slik som vann. Den sørger også for at overflaten som skal komme i kontakt med smeltet slipemiddel, er helt tørr på det tidspunkt slipemidlet helles mellom de to belter når disse bringes overfor hverandre med det meget tynne sjikt av størknede slipemiddel mellom seg. På denne måte fremstilles det et tett og ekstremt fint krystallinsk materiale som i det vesentlige har den samme oksyda-sjonstilstand som den smeltede strøm som støpes. Det inneholder ikke indusert porøsitet på grunn av oksydasjon av det størknede slipemiddel eller på grunn av dannelse av damp eller andre gasser som stammer fra kontakt med vann under støpingen.

Når produktet som fremstilles ved hjelp av denne type apparat er et slipemiddel på aluminiumoksyd-zirkoniumoksydbasis og avkjølingshastigheten 0g beltehastigheten holdes slik. at sjikt-et er ca. 1,59 mm tykt, er avstanden i den eutektiske blanding av aluminiumoksyd og zirkoniumoksyd i størrelsesorden 1000-1800 Å, og prosentandelen tetragonal zirkoniumoksyd er i størrelsesorden 70% eller høyere. Mens den eksakte art av oksydasjonstilstanden for produktet ikke er kjent, kan gevinsten ved tenning av produktet være opptil 0,66%, noe som antyder nærværet av betydelige mengder reduksjonsprodukter (f.eks. suboksyder av zirkoniumoksyd eller aluminiumoksyd eller zirkonium og metallisk aluminium) i produktet. Produktet er typisk ekstremt tett og viser så og si total frihet for enhver form for porøst produkt av den type som oppstår når et slikt slipemiddel avkjøles på en plate med en over-flate eksponert til luft. Det er også fritt for den"hette" som kan være karakteristisk når en produktmengde helles i en form av den type som er beskrevet i US-PS 3.993.119 der det ikke er en tilstrekkelig fylling av formen og der meget av produktet størkner på toppen av formen i stedet for i rommet mellom platene. Det henvises til figurene 1, 2 og 3 som viser en fore-trukket utførelsesform av oppfinnelsen. Disse figurer er skjema-tiske og diagramatiske og viser en utførelsesform der fig. 1 er et sideriss av et avkjølingsapparat, fig. 2 er et enderiss med fjernede deler fra høyre side av fig. 1 og der fig. 3 er et snitt langs linjen 3-3 i fig. 1.

Under henvisning til fig. 1 er det vist to tynne metalliske belter, et nedre belte 10 og et øvre belte 12. Slik det fremgår av fig. 2 og 3, er det øvre belte 12 betraktelig bredere enn det nedre belte 10 slik at dets kanter strekker seg vesentlig ut over kantene av det nedre belte 10 når de to belter holdes mot hverandre og med de "bakre" overfalter besprøytet med betydelige mengder kjølevann. Det nedre belte 10 passerer over valser 14, 15 og 16, og det øvre belte føres over en valse 18 og en skivevalse 20. Slik det fremgår av fig. 2, er skivevalsen 20 dannet av et antall smale skiver 20a som er aksialt innrettet, men anbragt fra hverandre på en felles aksel 23. Skivevalsen 2 0 virker således til å bære metallbeltet 12 som om det ble ført over en fast trommel, men den holder aen bakre side av beltet fritt for tilførsel av betydelige mengder kjølevæske. Et antall nedresprøytedyser 22 og øvre sprøytedyser 24 er anordnet for besprøytning av baksidene av det nedre og øvre belte med vann for å holde overflatene under rødglødningstemperatur, mens beltene fastholder det størk-nede og kjølnende sjikt av slipemiddel 30 mellom seg. En ovn for smelting av slipemiddel er skjematisk vist ved 26 med en helle-trakt 28 hvorfra en strøm av smeltet slipemiddel 30 helles. Dette slipemiddel 30 helles inn i spalten 11 mellom beltene 10'og 12 når disse bringes sammen. Når de to belter forlater skivevalsen 20 med det kjølnende sjikt av slipemiddel mellom seg, holdes de i denne "sandwich"-forbindelse mellom to sett valser 35 som i er anordnet i rammer 38, og hvorav minst én av rammene presses mot den andre ved hjelp av skjematisk antydede fjærer 40 i fig.3. I den foretrukne utførelsesform er valsene 35 kommersielle trans-portvalser med en heller stor avstand mellom seg for ikke i noen vesentlig grad å innvirke på sprøytingen av vann på de ytre fla-,ter av beltene som ligger an mot slipemidlet. Ytterligere midler kan anordnes, hvis det er ønskelig, for å holde beltene i adekvat kontakt med drivvalsene.

Det smeltede slipemiddel som kommer i kontakt med de kalde tørre metallbelter, størkner så og si med en gang på overflaten av beltene. Avstanden mellom de to belter når de bringes sammen, reguleres i forhold til den mengde med hvilken slipemidlet helles inn mellom beltene og den hastighet med hvilken beltene beveges. Når disse beveges hurtig og slipemiddel-strømmen er langsom, kan tykkelsen av det størknede slipemiddelsjikt holdes ekstremt liten, i størrelsesorden 1/10 mm. Når hastigheten for beltene er mindre og man benytter den samme strømnings-hastighet for slipemidlet, kan tykkelsen av det størknede sjikt 9 gjøres noe større i størrelsesorden 1,58 og helt opp til 4,76 mm.

Etterhvert som slipemiddel føres mellom de to belter og holdes der mens det størkner og avkjøles, blir følbar varme hurtig fjernet slik at når beltet åpnes og slipemiddel føres fra overflaten av dette når det nedre belte går over trommelen 16, har slipemiddelstykkene 30 "sort" temperatur. På dette punkt vil de ikke underkastes noen forringende oksydasjon, og de kan enten bråavkj.øles i vann eller tillates avkjøling til romtemperatur i luft.

Diverse ytterligere innretninger anordnes fortrinnsvis for å sikre at de to mot hverandre liggende overflater av beltene er tørre. Dette inkluderer et par viskere 36 som tjener til å fjerne mesteparten av vannet som befinner seg på belteover-flåtene. Fortrinnsvis anvendes ytterligere flammetørking som vist skjematisk ved 50 og 52, der et antall flammer rettes mot et utstrakt område på baksiden av beltene slik at disse opp-varmes til over kokepunktet for vann og slik at ikke noe væske forblir på disse overflater når de bringes sammen i spalten 11

for å motta smeltet slipemiddel. Alt vann på overflatene i nipen 11 vil selvfølgelig øyeblikkelig fordampe, noe som kan forårsake porøsitet i det størknende slipemiddel og også reaksjon med suboksyder og metalliske bestanddeler i den smeltede slipemiddel-blanding. Viskerne og oppvarmingsinnretningene supplementeres fortrinnsvis med luftstråler fra dysene 54 og 56 som understøtter fjerning av hovedmassen av vann fra overflatene som skal tørkes. Et skjold 60 er fortrinnsvis anordnet for å holde kjølnende vann borte fra det nedre belte 10 når dette beveger seg på tilbake-veien.

Hvis ønskelig, kan de flater av beltene som skal være overfor hverandre ta i mot smeltet slipemiddelsjikt, belegges med et støpebelegg slik som et sjikt f.eks. av sot for å forbedre strømmen av smeltet slipemiddel over overflaten av beltet og derved forbedre den termiske kontakt mellom smeltet slipemiddel og metallbeltene. Et slikt sotsjikt kan anbringes ved hjelp av en oksygenfattig acetylenflamme.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen som skjematisk er vist i fig. 4, er de to belter ikke vist som kontinuerlige belter, men anordnet som lange bånd av metall som kan mates fra to separate viklinger og deretter vikles opp på mottagerval-ser anordnet på den andre side av utslippsvalsen 16. I dette tilfelle er apparaturen i det vesentlige den samme som i fig. 1, 2 og 3 (selv om mesteparten av apparaturen er fjernet.fra teg-ningen), bortsett fra at en tilførselsvalse er anordnet ved 41 for tilmatning av en lang lengde metallbelte 12 til skivetrom-melen 2 0 gjennom apparaturen over returvalsen 18 og deretter til en opptaksvalse 42. På samme måte kan det nedre belte 10 mates fra en kilde 44 over valsen 14, over utslippsvalsen 16 og til en annen opptaksvalse 46. Med denne utførelsesform av oppfinnelsen er det kun nødvendig at de diskontinuerlige bånd er lange nok til å gi tilmåting av tilstrekkelig mengde metallbelte til apparatet til å ta vare på en total sats fra den elektriske ovn 26. Dette system har den fordel at man sikrer absolutt forhind-ring av fuktighetsinntreden i spalten. Med dette arrangement kan de kontinuerlige belter benyttes en gang eller de kan benyttes mange ganger avhengig av foretrukne økonomiske betraktninger ved driften.

Mens en spesiell form av oppfinnelsen er vist ovenfor, (med ytterligere modifikasjon av beltetilmatning) er det åpen-bart at tallrike andre modifikåsjoner av oppfinnelsen vil være åpenbare for fagmannen, og disse er ment å ligge innenfor opp-finnelsens ramme. For eksempel kan man i stedet for å benytte et kjølende medium som vann, noe som representerer en foretruk-ken. utførelsesform, sprøyte et annet kjølemedium slik som fast karbondioksydpulver eller en lavtemperaturgass, f.eks. nitrogen av -195°C, mot baksiden av beltene.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for hurtig avkjøling av smeltet metalloksyd som ved avkjøling danner et fast metalloksyd egnet som slipemiddel, f.eks. zirkoniumoksyd og/eller aluminiumoksyd, omfattende å helle det smeltede metalloksyd mellom overforhverandre liggende kjøleflater, avkjøle det smeltede oksyd til fast tilstand ved å føre kjølevæske mot baksiden av de nevnte kjøle-flater for å redusere temperaturen i oksydene til under "rød" varme og deretter slippe ut de størknede oksydflak fra de overforhverandre liggende overflater, karakterisert ved at de overforhverandre liggende overflater er konstruert av ett par av overforhverandre liggende belter hvor disse til å begynne med bringes til å bevege seg nedover og derefter å følge en krummet bevegelsesbane (sett i vertikalplanet), og smeltet metalloksyd helles i spaltåpningen som dannes av de overforhverandre liggende belter efterhvert som de beveger seg i den nedoverrettede bevegelsesvei og å regulere avstanden mellom beltene når de beveger seg i den krummede bane, og avkjølings-hastigheten for metalloksydet reguleres ved hjelp av hellehastigheten av metalloksydet inn i spalteåpningen, hastigheten for beltene samt av det trykk som legges på beltene mot metalloksydet som avkjøles mellom disse slik åt det ønskede metalloksyd oppnås i fast form.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de overforhverandre liggende belter følger en i det vesentlige lineær bane oppover efter å ha passert gjennom den nedoverrettede krummede bane, og at det størknede oksyd slippes ut efter at bevegelsesveien rettes nedover ved ombøyning av det nedre belte.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det legges på et sjikt av sot på de overforhverandre liggende belter før man heller metalloksydet mellom beltene.

4. Apparat for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en roterbar trommellignende del, midler for å avgi smeltet metalloksyd til denne og væskespraydyser for avkjølinq av det indre av trommelen, karakterisert ved at trommelen (20) er definert av et antall smale skiver (20 A) i avstand fra hverandre på en felles aksling (23) og at det er et øvre metallbelte (12) innrettet til å passere rundt og bæres ved hjelp av skivene (20 A), og et overfor det øvre belte liggende nedre belte som bæres av et antall valser (14, 15, 16) idet disse er posisjonert for å holde det nedre belte (10) i strekk og i motsatt rettet trykkforhold til det øvre belte over i det minste en del av bevegelsesbanen definert av den trommeIlignende del (20) og valsen (16)^ idet spraydyser (24) er anordnet for å sprøyte kjølemiddel mot baksiden av det øvre belte. (12) og ytterligere spraydyser (22) anordnet for å sprøyte kjølemiddel mot baksiden av det nedre belte (10).

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at strekkvalsene for det nedre beltet (10) inkluderer utslippsvalsen (16) rundt hvilken det nedre beltet (10) er innrettet til å passere i en nedoverrettet bane efter å ha beveget seg i en i det vesentlige rett oppover skrådd bane efter å ha passert undersiden av trommelen (20 A), der det øvre belte. (12) kan holdes i strekk ved hjelp av en valse (18) rundt hvilken det kan passere og hvilken valse kan bringe det øvre belte (12) i trykkforhold mot i det minste en del av det nedre belte (10) mens dette er i kontakt med utslippsvalsen (16).

<6*> Apparat ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at de øvre og nedre metallbelter (12, 10) er kontinuerlige, lukkede sløyfer og at det er anordnet viskere (36), flammetørkere (50, 52) og et skjold (60) for å holde de endeløse belter i i det vesentlige tørr tilstand ved området for spalteåpningen for opptak av smeltet metalloksyd.

7. Apparat ifølge et hvilket som helst av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at beltene (12, 10) mates fra separate viklinger (41, 44) og at det er anordnet midler (42,46) for å vikle opp hvert belte efter å ha passert utover posisjonen for utslipp av fast metalloksyd.