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DE2845839A1 - Verfahren zur herstellung von schleifkorn - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schleifkorn

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DE2845839A1
DE2845839A1 DE19782845839 DE2845839A DE2845839A1 DE 2845839 A1 DE2845839 A1 DE 2845839A1 DE 19782845839 DE19782845839 DE 19782845839 DE 2845839 A DE2845839 A DE 2845839A DE 2845839 A1 DE2845839 A1 DE 2845839A1
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Norton Co
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653Processes involving a melting step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

PATENTANWALT^:
WUESTHOFF - ν. PECHMANN - 3EHRE NS - GOET2
PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATA1RES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS
DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF DR. PHIL. FREDA »UESTHOFF (1927-I9J6) DIPI..-ING. GERHARD PULS (1952-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-1NG. RUPERT GOETZ
D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 teleton: (089) 6620 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J 24 070
1Δ-51 504
Patentatimeldung
Anmelder: HORTON COMPANY
Worcester
Massachusetts 01606
π.s.a.
Titel: Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn
909819/06A5
PATENTANWÄLTE
WUESTHOFF - ν. PECHMAN N - BEHRENS - GOETZ
PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGRe£s PRES l'oFFICE EOROPUEN DES BREVETS
DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF DR. PHIL. FREDA XFUESTHOFF (1927-1956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL1-VIRTSCH1-INCRUPERT GOETZ
D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2
TELEtON: (089) 6620 51 telegramm.· protectpatent telex: 524070
1Δ-51 504
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn auf der Basis von Schmelztonerde oder von Aluminium- 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 v/erden von dieser z.B. durch Zentrifugieren getrennt. Schließlich werden die so gewonnenen Peststoffe auf die für das Schleifkorn gewünschte Feinheit gemahlen.
Es sind verschiedene Verfahren zur Abkühlung einer To-nerdeschmelze bekannt geworden wie das Abgießen von luppen (US-PS 3 781 172), Aufgießen auf Metallkugeln oder zwischen Metallplatten und Eingießen in eine Salzschmelze (DE-OS 2 519 569). Alle diese Verfahren sind noch nicht zufriedenstellend. Bei letzterem Verfahren ist die geringe
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Wärmeleitfähigkeit, Dichte und der Siedepunkt der Salzschmelzen nachteilig.
Zirkonium/Aluminium-oxid als Schleifkorn ist bekannt (US-PS 3 181 939 und 3 891 408). Dieses Schleifmittel besteht im allgemeinen aus einem Eutektikum von etwa 42 $ ZrO2 und 48 $> AlgO·* und zusätzlich Primärkristallen von Aluminiumoxid oder von monoklinem oder tetragonalem Zirkoniumoxid. Aus den verscheidenen Herstellungsverfahren sind in dem Material auch noch andere Produkte, insbesondere verschiedene Reduktionsprodukte enthalten. Dabei handelt es sich um Zirkoniumoxide mit unterstöchiometrischem Sauerstoffgehalt, 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 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 Sohleifkorns 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,
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Carbiden oder von Zirkonium. 2. Die Abkühlgeschwindigkeit ist aus zwei Gründen geringer als erwartet, denn die Formflächen überziehen sich mit Oxid, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer als erwartet ist,und die Schmelze unmittelbar nach dem Einguß schrumpft und verliert damit die Berührung mit der Pormflache, wodurch die Wärmeabfuhr 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, und zwar entweder 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 allgemeinen zwischen etwa 1870 und 195O0C. Zinn-schmilzt bei 2320G und siedet bei 227O0C und ist daher für den in Rede stehenden Zweck besonders geeignet. Da die Dichte von geschmolzenem Zinn 6,37 und die Dichte des erstarrten Schleifkorns im allgemeinen 4 bis 5 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 am Stahl oder durch ungenügende Berührung nicht behindert.
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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 Zentrifugieren bei einer Temperatur über 2350O leicht entfernen.
Die unregelmäßigen Teilchen werden dann zerkleinert und gesiebt auf die gewünschten Kornfraktionen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an beiliegender Zeichnung näher erläutert, 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 z.B. Zirkoniumoxid wird in einem üblichen Lichtbogenofen 1 eingeschmolzen und diese Oxidschmelze in die Metallschmelze (Zinn) 2 gegossen. Dies geschieht vorzugsweise durch das Rohr § in welchem eine Schutzgasatmosphäre aufrecht erhalten 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 Heiz-
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elements 3 gebracht. Dabei kann es sich um eine Ölbeheizung oder eine elektrische Beheizung 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 eingestellte Ton 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 2350C entfernt.
Für die Metallschmelze eignet sich besonders Zinn aufgrund seiner Eigenschaften, nämlich Pp 2320C, Kp 227O0C, Dichte der Schmelze 6,28 g/cnr, Wärmeleitfähigkeit der
Schmelze 0,078 cal/secm .K.cm. Ebenfalls sehr gut brauchbar ist Gallium (Ep 29,80C, Kp 19830C, Dichte 5,91 g/cm3), jedoch ist dieses sehr kostspielig, korrosiv und reaktionsfähig mit Tonerde. Auch Indium käme in Präge (Pp 156,40C, Kp 20000C, 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, jedoch liegen noch keine näheren Kenntnisse über dieses 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 16000C liegt, ebenso Zink (Kp 9070O) und Cadmium (Kp 7670C).
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-fr-
Das erfindungsgem$ße 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 Doppeloxide wie Zirkonspinel (US-PS 2 498 769)ο
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Claims (4)

  1. Patentansprüche
    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 30O0C und einen Siedepunkt über 200O0C besitzt, das aufschwimmende Granulat von der Metallschmelze trennt und auf die gewünschte Feinheit mahlt.
  2. 2.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß man als Metallschmelze Zinn eine Zinnlegierung verwendet.
    oder
  3. 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. 4.
    Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e -
    9098 19/0646
    ORIGINAL INSPECTED
    _ 2 —
    kennze i c h η e t , daß man den Einguß der Oxidschmelze in die Metalls cbmelze unter Schutzgas und/oder mit Hilfe eines Eauchrohres vom Schmelzgefäß in die Metallschmelze vornimmt.
    9098 1 9/06AS
DE2845839A 1977-10-21 1978-10-20 Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn Expired DE2845839C2 (de)

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