DE2107455B2

DE2107455B2 - Process for the production of fused-cast inorganic hard materials in a specific grain size

Info

Publication number: DE2107455B2
Application number: DE19712107455
Authority: DE
Inventors: Peter 5216 Niederkassel Hack; Horst 5200 Siegburg Warmann
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1971-02-17
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2107455C3; DE2107455A1; GB1377442A; IT939484B; BE778713A; AT311862B; CA970937A; ES399792A1; FR2125488B1; FR2125488A1; CS154201B2; HU163246B; JPS5431008B1

Description

Beider Herstellung von anorganischen Hartstoffen, wie beispielsweise Metalloxiden und Silikaten, wird im allgemeinen in der Weise verfahren, daß man die Ausgangsstoffe bzw. die Gemische der Ausgangsstoffe zum Schmelzen bringt, gegebenenfalls erforderliche Reaktionen in der Schmelze ablaufen läßt und danach die Schmelze in eine Form gießt, in der die Schmelze erstarrt. Der Schmelzvorgang wird vorzugsweise in Elektroschmelzofen durchgeführt. Aus arbeitstechnischen und wirtschaftlichen Gründen verwendet mau Formen, welche eine gewisse Mindestgröße nicht unterschreiten dürfen. Üblicherweise liegt das Volumen der Formen im Falle der Herstellung von Korund für Schleifmittel beispielsweise im Bereich von etwa 30 bis etwa 500 Liter. Formen mit einer Kapazität von weniger als 30 Liter kommen für eine solche Produktion praktisch nicht in Frage. Bei dieser herkömmlichen Arbeitsweise entstehen entsprechend große Gußkörper, deren Bruchstücke im Einzelgewicht 30 bis 50 kg auf Grob- und Feinbakkenbrechern zerkleinert werden müssen.In the production of inorganic hard materials, such as metal oxides and silicates, is in general, proceed in such a way that one uses the starting materials or the mixtures of starting materials melts, if necessary, allows any necessary reactions to take place in the melt and then pour the melt into a mold in which the melt solidifies. The melting process is preferred carried out in an electric furnace. Used for technical and economic reasons mau forms, which must not fall below a certain minimum size. Usually lies the volume of the molds in the case of the production of corundum for abrasives, for example, in the range from about 30 to about 500 liters. Molds with a capacity of less than 30 liters come for such a production is practically out of the question. In this conventional way of working, correspondingly arise large cast bodies, the fragments of which weigh 30 to 50 kg individually on coarse and fine jaw crushers need to be crushed.

Bei der Zerkleinerung werden diese Maschinen außerordentlich stark beansprucht. Die Verschleißteile müssen sehr oft ausgewechselt werden, und die Antriebsteile der Brecher werden äußerst stark belastet. In der Regel sind für diesen Verwendungszweck ungewöhnlich schwergebaute Sonderkonstruktionen dieser Maschinen unbedingt erforderlich.When shredding, these machines are extremely stressed. The wearing parts must be changed very often and the drive parts of the crushers are extremely stressed. As a rule, special constructions that are unusually heavy for this purpose are used these machines are absolutely necessary.

Meistens ist bei der Herstellung der anorganischen Hartstoffe der Anfall feiner Anteile unerwünscht, da feine Anteile in keiner Weise oder nicht in größeren Mengen Anwendung finden. Bei der herkömmlichen Herstellungsmethode unter Verwendung der größeren Gußformen läßt sich aber der Anfall von feinen Anteilen auf Grund der erwähnten Zerkleinerung in Grob- und Feinbackenbrechern überhaupt nicht vermeiden. In the production of inorganic hard materials, the accumulation of fine fractions is usually undesirable because fine fractions are not used in any way or not in large quantities. With the conventional Manufacturing method using the larger molds, however, can reduce the accumulation of fine Do not avoid fractions at all due to the above-mentioned size reduction in coarse and fine jaw crushers.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, aus dem Schmelzfluß anorganische Hartstoffe in gezielter Korngröße herzustellen, ohne daß bei dem Verfahren zum Zwecke einer Zerkleinerung Grob- und/oder Feinbackenbrecher eingesetzt werden müssen, und ohne daß erhebliche Anteile von feinen bzw. staubförmigen Teilchen anfallen. Aus arbeitstechnischenThe invention was based on the object of extracting inorganic hard materials from the melt flow in a more targeted manner Produce grain size without coarse and / or in the process for the purpose of comminution Fine jaw crusher must be used, and without significant proportions of fine or dusty Particles accumulate. From work-related

ic und wirtschaftlichen Gründen war eine Verfahrensweise anzustreben, bei der beispielsweise auch bei konventionellen Verfahren übliche Formen eingesetzt werden konnten.ic and economic reasons was a procedure The aim is to use forms that are customary in conventional processes, for example could become.

In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfah-■> ren zur Herstellung von schmelzgegossenen anorganischen Hartstoffen, vorzugsweise von hochschmelzenden Metalloxiden und Silikaten, in gezielter Korngröße gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die flüssige Schmelzmasse in Formen ein-In order to fulfill this task, a process was now ■> Ren for the production of fused-cast inorganic hard materials, preferably high-melting ones Metal oxides and silicates, found in a specific grain size, which is characterized by that the liquid enamel mass is put into molds

»o gießt, die mit Körpern aus Metall mit Durchmessern S55 mm gefüllt sind, und dieselbe darin erstarren läßt. Der der DT-PS 2205436 zugrundeliegenden älteren Patentanmeldung liegt eine andere Aufgabe zugrunde, nämlich die Abkühlgeschwindigkeit von»O pours those with bodies of metal with diameters S55 mm are filled, and the same can solidify therein. The older one on which the DT-PS 2205436 is based Patent application is based on another object, namely the cooling rate of

-'3 Schleifmittelschmelzen zur Steuerung des Kristallwachstums exakt zu regeln. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Schmelze auf dicht gepackte, einen mittleren Durchmesser zwischen 10 und 50 mm aufweisende Stücke eines nicht mit dem-'3 precisely regulate abrasive melts to control crystal growth. To solve this problem it is suggested that the melt be densely packed, a mean diameter between 10 and 50 mm pieces one not with the

JO Schleifmittel in Reaktion tretenden Materials, das eine andere Zusammensetzung hat als die Schleifmittelschmelze, zu gießen. Bevorzugt werden Kugeln aus ferromagnetischem Material. Bei dieser Verfahrensweise ist es jedoch - im Unterschied zur Verfahrens-JO abrasive reacting material that has a different composition than the abrasive melt to be poured. Balls are preferred ferromagnetic material. With this procedure, however - in contrast to the procedure -

)·"> weise vorliegender Erfindung - nicht möglich, Gießformen beliebiger Form und Größe einzusetzen, wie insbesondere aus Spalte 2, Zeile 65 bis Spalte 3, Zeile 26 hervorgeht. Auch aus den Beispielen und den Fig. 1 bis 3 ist ersichtlich, daß die Schichtdicke der) · "> According to the present invention - not possible to use casting molds of any shape and size, such as in particular from column 2, line 65 to column 3, line 26 emerges. Also from the examples and the Fig. 1 to 3 it can be seen that the layer thickness of the

■to Kugeln entsprechend den Kugeldurchmessern zwischen K) und 50 min einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf, da sonst die gesamte Schichtdicke von der Schmelze nicht mehr durchdrungen wird und somit nur ein Teil der Kühlkörper wirksam werden■ to balls according to the ball diameters between K) and 50 min must not exceed a certain value, otherwise the entire layer thickness is no longer penetrated by the melt and therefore only a part of the heat sink is effective

■r> kann.■ r> can.

Im Gegensatz dazu ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht auf die Anwendung von Gießformen bestimmter Form und Größe eingeschränkt, sondern es ermöglicht die Verwendung von mitIn contrast, the method of the present invention does not apply to casting molds restricted to certain shape and size but it allows use of with

so Metallkörpern gefüllten Gießformen beliebiger Form und Größe.so metal bodies filled casting molds of any shape and size.

Die Metallkörper können an sich von beliebiger Form und in der Größe einheitlich oder uneinheitlich, vorzugsweise einheitlich, sein. Eis werden Metallkörper aus Eisen oder aus überwiegend Eisen enthaltenden Legierungen bevorzugt.The metal bodies can be of any shape and size, uniform or non-uniform, preferably uniform. Ice are metal bodies made of iron or predominantly containing iron Alloys preferred.

Eine regelmäßige geometrische Form der Metallkörper ist ebenfalls bevorzugt, insbesondere die Kugelform ; doch sind auch andere Formen wie kurze Zylinder, Linsen oder Quader möglich.A regular geometric shape of the metal body is also preferred, in particular the spherical shape ; however, other shapes such as short cylinders, lenses or cuboids are also possible.

Die flüssige Schmelze füllt vor ihrem Erstarren die Zwischenräume zwischen den Metallkörpern und der Formenwand völlig aus. Das resultierende Granulat liegt schließlich in der Größe dieser Zwischenräume und kleiner als dieselben vor. Dadurch ist es in eleganter Weise möglich, durch die Wahl der Größe der Metallkörper die Korn- bzw. Stückgröße des erwünschten Hartstoffes vorzubestimmen. Wählt man die Metall-Before it solidifies, the liquid melt fills the spaces between the metal bodies and the Mold wall completely. The resulting granules ultimately lie in the size of these gaps and smaller than the same before. This makes it possible in an elegant way by choosing the size of the metal body Predetermine the grain or piece size of the desired hard material. If you choose the metal

körper genügend klein, so erübrigt sich auf jeden Fall das Zerkleinern in Grob- und Feinbackenbrechern. Das Anfallen von nennenswerten Mengen an staubförmigen Anteilen wird ausgeschlossen.body sufficiently small, so it is definitely unnecessary crushing in coarse and fine jaw crushers. The occurrence of significant amounts of dusty Shares are excluded.

Obgleich der Schmelzpunkt bei den meisten der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Schmelzprodukte erheblich über dem Schmelzpunkt des Metalles, aus dem die Körper in der Form bestehen, lag, wurde die Oberfläche dieser Körper nicht im geringsten angeschmolzen oder verzundert. Die Kugeln blieben überraschend unversehrt und können unbeschränkt lange weiter verwendet werden.Although the melting point of most of those produced in accordance with the process of the present invention Melt products well above the melting point of the metal from which the bodies in the mold are made, the surface of these bodies was not melted or scaled in the slightest. the Balls surprisingly remained intact and can be used indefinitely.

Überraschenderweise lassen sich das Schmelzgut und die Metallkörper (vorzugsweise Kugeln) leicht voneinander trennen. Mit einem leichten Hammerschlag ist es möglich, die Abgüsse zum Zerfall zu bringen und die Kugeln vom Schmelzgut in einfacher Weise, z. B. durch Magnetscheidung zu trennen. Diese leichte Trennung, die für die Durchführung des Verfahrens von ausschlaggebender Bedeutung ist, steht in engem Zusammenhang damit, daß die Oberfläche der Metallkörper nicht anschmilzt oder verzundert. Surprisingly, the melting material and the metal bodies (preferably balls) can be easily separate from each other. With a light blow of the hammer it is possible to cause the casts to disintegrate and the balls from the melt in a simple manner, for. B. to be separated by magnetic separation. This slight separation necessary for the implementation of the Process is of crucial importance is closely related to the fact that the surface the metal body does not melt or scale.

Bei einer mit Kugeln gleicher Größe gefüllten Form ist das Verhältnis von Kugelmasse zu Masse an Schmelzgut optimal günstig. Durch Auswahl der Kugelgröße läßt sich die maximale Entfernung der in der Kugelfüllung eingelagerten Schmelzmasse von der Kugeloberfläche in weiten Grenzen variieren, und dadurch die durchschnittliche Größe der Einzelstücke des erwünschten Granulates gezielt vorbestimmen. Für den Fall der Verwendung von Kugeln sind folgende Richtwertangaben zu machen. Liegt der Kugeldurchmesser bei 60 mm, so weisen die in den Hohlräumen erstarrten Gußkörper im Falle Korund allenfalls ein Gewicht von 0,5 kg auf.In the case of a shape filled with balls of the same size, the ratio of ball mass to mass is on Melting material optimally cheap. By selecting the ball size, the maximum distance in the Ball filling embedded melt mass from the ball surface vary within wide limits, and thereby Specifically predetermine the average size of the individual pieces of the desired granulate. In the event that balls are used, the following guidelines should be given. Is the ball diameter at 60 mm, the cast bodies solidified in the cavities have a weight of at most 0.5 kg in the case of corundum.

Außerdem ist noch hervorzuheben, daß die an sich schon ungewöhnlich kleinen Stücke der erstarrten Schmelze infolge der auftretenden intensiven Wärmespannungen von Kühlrissen durchsetzt sind, die die weitere Zerkleinerung in Feinkreiselbrechern, Feinmühlen und ähnlichen Apparaten wesentlich erleichtern. It should also be emphasized that the already unusually small pieces of the solidified Melt are penetrated by cooling cracks as a result of the intense thermal stresses that occur make further comminution in fine rotary crushers, fine mills and similar devices much easier.

Durch Auswahl von Kugeln unterschiedlicher Kugelgröße läßt sich eine möglichst dichte Kugelpackung und damit eine möglichst dünnwandige Ausbildung der eingelagerten Schmelzmasse erreichen. Das bedeutet letztlich den Anfall eines verhältnismäßig kleinkörnigen Materials. Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens sind Größe und Form der verwendeten Gießformen von verhältnismäßig geringer Bedeutung.A ball packing as dense as possible can be achieved by selecting balls of different ball sizes and thus achieve the thinnest possible formation of the embedded melt. That means ultimately the accumulation of a relatively fine-grained material. When applying the proposed Method, the size and shape of the casting molds used are relatively smaller Meaning.

Als Schmelzmassen aus hochschmelzenden Metalloxiden und Silikaten werden allgemein solche verstanden, die überwiegend aus einem der Oxide Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂ oder deren Mischungen mit kleineren Anteilen weiterer Oxide oder Silikate bestehen. Beispiele solcher Schmelzmassen sind Korunde, wie Normalkorunde mit Gehalten von 94 bis 97 Gew.% AI₂O₃ und etwa 2 bis 4 Gew.% TiO₂, Halbedelkorunde mit Gehalten von 97 bis 99 Gew.% Al₂O₃ und etwa 0,5 bis 1,5 Gew.% TiO₂, vor allem Zirkonkorunde mit Anteilen von 10 bis 60 Gew.% ZrO₂, bevorzugt 20 bis 30 Gew.% ZrO₂, neben überwiegend Al₂O₃, Aluminiumsilikate wie Mullit oder Sillimanit, Spinelle, Zirkonoxide und zahlreiche weitere. Diese Schmelzmassen werden nach der Erstarrung im allgemeinen in Feinkreiselbrechern, Feinmühlen u. dgl. gebrochen und zu geeigneten Kornfrakticnen versiebt, können aber auch ungebrochen Verwendung finden.Melting masses composed of high-melting metal oxides and silicates are generally understood to be those which predominantly consist of one of the oxides Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , SiO ₂ or their mixtures with smaller proportions of other oxides or silicates. Examples of such melt masses are corundum, such as normal corundum with contents of 94 to 97 wt.% Al ₂ O ₃ and about 2 to 4 wt.% TiO ₂ , semi-precious corundum with contents of 97 to 99 wt.% Al ₂ O ₃ and about 0, 5 to 1.5 wt.% TiO ₂ , especially zirconium corundum with proportions of 10 to 60 wt.% ZrO ₂ , preferably 20 to 30 wt.% ZrO ₂ , in addition to predominantly Al ₂ O ₃ , aluminum silicates such as mullite or sillimanite, spinels , Zirconium oxide and many others. After solidification, these melt masses are generally crushed in fine rotary crushers, fine mills and the like and sieved to form suitable grain fractions, but they can also be used unbroken.

Aus solchen gebrochenen Schmelzmassen sind zahlreiche Produkte herstellbar. So werden die Korunde von hoher Druckfestigkeit überwiegend zu Schleifkörpern wie Schleifscheiben oder Trennscheiben durch Einbetten in z. B. Kunstharze verarbeitet. Korunde größerer Sprödigkeit können auch zur Herstellung flexibler Schleifmittel dienen. Die SilikateNumerous products can be manufactured from such broken enamel masses. So are the corundums from high compressive strength mainly to grinding tools such as grinding disks or cutting disks by embedding in z. B. processed synthetic resins. Corundum of greater brittleness can also be used for production serve more flexible abrasives. The silicates

in können z. B. zur Herstellung keramischer Massen dienen.in can e.g. B. for the production of ceramic masses to serve.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)Example 1 (comparative example)

Eine Schmelzcharge, bestehend aus, bezogen auf Al₂O₃, ca. 75% Bauxit und ca. 25% Zirkonoxid mit dem erforderlichen Anteil an Reduktionskohle wurde geschmolzen und in starkwandige, konische Formen von 700/500 mm 0 und 700 mm Höhe eingegossen. Es entstanden Abgüsse von etwa 500 kg Gewicht. Das erstarrte Material wurde zunächst unter großer Lärmbelästigung in einem Großbackenbrecher zerkleinert. Danach folgte eine Nachzerkleinerung in einem Feinbackenbrechei'. Durch beide Operationen kam ein Anteil von ca. 10 Gew.% an zu feinem Material in Abzug, da er nicht verwendet werden konnte. Er wurde wieder mit eingeschmolzen. Die Weiterverarbeitung des so angefallenen Korns zu Schleifmitteln von bestimmter Korngröße und bestimmtem Schüttgewicht erfolgte in einem Feinkreiselbrecher und an-A melt charge consisting of, based on Al ₂ O ₃ , approx. 75% bauxite and approx. 25% zirconium oxide with the required proportion of reducing carbon was melted and poured into thick-walled, conical molds 700/500 mm 0 and 700 mm high. There were casts weighing around 500 kg. The solidified material was first crushed in a large jaw crusher with a lot of noise. This was followed by re-crushing in a fine jaw crusher. As a result of both operations, a proportion of approx. 10% by weight of too fine material was deducted because it could not be used. He was melted down again. The further processing of the resulting grain into abrasives of a certain grain size and a certain bulk density took place in a fine rotary crusher and other

«) schließend in einer Feinmühle.«) Finally in a fine grinder.

Example 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die obengenannte Form mit Eisenkugeln von 60 mm 0 gefüllt war und die in Beispiel 1 genannte Schmelze eingegossen wurde. Die in die Form eingefüllten Kugeln wogen 575 kg, der in den Hohlräumen eingelagerte, erstarrte Korund hatte ca. 295 kg Gewicht. Auch dieser Korund wurde, wie vorbeschrieben, zu Schleifmittelkörnungen aufbereitet. In diesem Fall war jedoch der technisch aufwendige Einsatz von Grob- und Feinbackenbrechern überhaupt nicht erforderlich, und die Arbeit des nachgeschalteten Feinkreiselbrechers wurde wesentlich erleichtert.Example 1 was repeated, the above-mentioned mold being filled with iron balls of 60 mm diameter and the melt mentioned in Example 1 was poured in. The balls filled into the mold weighed 575 kg, the solidified corundum stored in the cavities weighed approx. 295 kg. Also this one As described above, corundum was processed into abrasive grains. In this case, however, was the technically complex use of coarse and fine jaw crushers is not required at all, and the work of the downstream fine gyratory crusher has been made much easier.

Example 3

Eine Schmelzcharge nachfolgender Zusammensetzung A melt batch with the following composition

30 Gew.% Bauxit mit ca. 87 Gew.% Al₂O₃ 30% by weight bauxite with approx. 87% by weight Al ₂ O ₃

44 Gew.% kalzinierte Tonerde44% by weight calcined clay

26 Gew.% Quarzsand26% by weight quartz sand

wurde in einem kippbaren Elektroschmelzofen zu Elektromullit (3 AI₂O₃ 2 SiO₂) verschmolzen. Es wurde wieder die Form aus Beispiel 1 verwandt, und wieder wurde in eine Form abgegossen, die keine Kugeln enthielt und in eine zweite Form, die mit Kugeln von 55 mm 0 gefüllt war. Die Form ohne Kugeln enthielt ca. 370 kg Mullit, die Form mit Kugeln ca. 215 kg.was fused into electromullite (3 Al ₂ O ₃ 2 SiO _{2) in a tiltable electric melting furnace.} The mold from Example 1 was used again and again poured into a mold that did not contain any balls and into a second mold that was filled with balls of 55 mm diameter. The form without balls contained approx. 370 kg of mullite, the form with balls approx. 215 kg.

bo Bei dem so gewonnenen Schmelzmullit analog Beispiel 1 war auf jeden Fall eine Weiterbearbeitung im Grob- und Feinbackenbrecher erforderlich. Das gemäß dieser Erfindung hergestellte Material fiel dagegen in so kleinen Stücken an, daß sich eine vorherige Bearbeitung in einem Grobbackenbrecher und einem Feinbackenbrecher erübrigte. Für spezielle Zwecke war allenfalls eine weitere Zerkleinerung in einem Feinkreiselbrecher erforderlich.bo With the fused mullite obtained in this way analogously to Example 1, further processing was in any case Coarse and fine jaw crusher required. However, the material made according to this invention fell in so small pieces that a previous processing in a coarse jaw crusher and a Fine jaw crusher unnecessary. For special purposes there was at most a further shredding in one Fine gyratory crusher required.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of melt-cast inorganic hard materials, preferably of high-melting metal oxides and silicates, in a specific grain size, characterized that the molten molten mass is poured into molds filled with metal bodies with a diameter of 55 mm, and let it freeze in it.

2. The method according to claim 1, characterized in that filled with metal bodies Casting molds of any shape and size can be used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that with metal bodies of regular geometric shape, preferably filled with spherical metal bodies casting molds of any shape and size can be used.

4. The method according to any one of claims 1 to

3, characterized in that casting molds filled with metal bodies of uniform size any shape and size can be used.

5. The method according to any one of claims 1 to

4, characterized in that casting molds filled with metal bodies made of iron or steel any shape and size can be used.