DE2420551B2

DE2420551B2 - Verfahren zur Herstellung von gekörnten Schleifmitteln aus hochfeuerfesten anorganischen Hartstoffen

Info

Publication number: DE2420551B2
Application number: DE2420551A
Authority: DE
Inventors: Gerd-Edzard Dipl.-Phys. Dr. 5210 Troisdorf Bockstiegel; Manfred Dipl.-Chem. Dr. 5200 Siegburg Neidhardt; Gerhard Dipl.-Min. Dr. 5100 Aachen Rehfeld; Werner 5216 Niederkassel Umlauf
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1974-04-27
Filing date: 1974-04-27
Publication date: 1981-01-08
Also published as: GB1498284A; DE2420551A1; ATA319175A; ES437029A1; DD117440A5; IT1035468B; JPS50150089A; BE828379A; SU631053A3; US4049397A; HU172346B; NL7504953A; JPS5817785B2; FR2268598B1; CA1082155A; SE7504898L; FR2268598A1; YU100375A

Description

Verfahren zur Herstellung von gekörnten Schleifmitteln aus hochfeuerfesten anorganischen Hartstoffen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gekörnten Schleifmitteln der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art

Schleifmittelkörnungen, die zu Schleifkörpern, vorzugsweise für die Grobbearbeitung von Gußteilen, Stahlblöcken oder dergleichen verarbeitet werden, bestehen vorwiegend aus Korund. Seit mehreren Jahren werden für dieses Anwendungsgebiet bevorzugt erschmolzene oder gesinterte Zirkonkorunde eingesetzt, die sich durch eine höhere Kornzähigkeit auszeichnen und damit eine höhere Schleifleistung erbringen.

Die Kornzähigkeit ist einmal eine Eigenschaft des Materials an sich, zum anderen ist sie aber auch abhängig von der Form des einzelnen Schleifkornes. So ist z. B. ein Korn mit abgerundeten Ecken und Kanten zäher als ein splittriges Korn. Aber auch Poren und Lunker innerhalb eines Kornes führen zu einer geringeren Kornzähigkeit, verglichen mit der Konizähigkeit eines kompakten Kornes. Auch das KristallgefO-ge des Einzelkorns ist fOr die Kornzähigkeit maßgebend. Ein Korn mit grobkristallinem Geföge ist wesentlich weniger zähl als ein Korn mit feinkristalliner Innenstruktur.

Die Kornzähigkeit ist bekanntlich in beträchtlichem Maße für die Standfestigkeit einer Schleifscheibe maßgebend. Unter der Standfestigkeit einer Schleifscheibe versteht man das Gewichtsverhältnis zwischen abgeschliffenem Werkstück und dem Materialverlust der Schleifscheibe

Zur Herstellung feinkristalliner Schleifmittelkörnungen mit hoher Kornzähigkeit, die zu Schleifkörpern mit hoher Standfestigkeit verarbeitet werden sollen, wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Gemäß der DE-PS 15 71435 geht man so vor, daß Zirkonoxid und Aluminiumoxid und/oder Bauxit gemeinsam geschmolzen werden, wobei während des

Abgießens und des Erstarrens der Schmelze ein Kontakt mit Stickstoff weitgehend vermieden wird. Nach diesem Verfahren werden Schleifmittelkörnungen

mit hoher Kornzähigkeit erhalten. Ein derart hergestellter Zirkonkorund weist nicht nur weniger Poren und

Lunker innerhalb des Kornes auf, sondern er ist in

seinem Gefüge deutlich feinkristalliner als ein nach üblichen Verfahren hergestellter Zirkonkorund.

Bei anderen bekannten Verfahren zur Herstellung

ίο feinkristalliner Schleifmittelkörnungen mit hoher Kornzähigkeit, die zu Schleifkörpern mit hoher Standfestigkeit verarbeitet werden sollen, geht man so vor, daß man eine Schmelze der gewünschten Zusammensetzung, die aus reinem Aluminiumoxid aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Chromoxid, Aluminiumoxid und Titanoxid, Aluminiumoxid und Zirkonoxid, und eventuell noch anderer Stoffe oder Krrebinationen dieser Stoffe besteht, durch Ausgießen aus dem Schmelzgefäß rasch abkühlt Zur Beschleunigung des Abkühlens wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen. So kann man z. B. gemäß US-PS 11 92 703 ein schnelles Abkühlen durch Abgießen der Schmelze in kleine Formen erreichen. Andere Verfahren beruhen auf der Steuerung der Abkühlgeschwindigifceit durch Abgießen der Schmelze in Formen, die beispielsweise mit Eisenkugeln oder mit kalten Stücken des gleichen Materials gefüllt sind.

In der DE-PS 2107 455 ist ein Verfahren zur Herstellung von schmelzgegossenen anorganischen Hartstoffen in gezielter Korngröße beschrieben und u.a. erwähnt, daß die weitere Zerkleinerung von Stücken in der Größenordnung von etwa 0,5 kg Masse in Feinkreiselbrechern, Feinmühlen und ähnlichen Apparaten infolge der aufgetretenen Kühlrisse wesentlieh erleichtert wird.

Das Vermählen harter Stoffe in Kugel- oder Rohrmühlen ist z. B. beschrieben in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Band 6, 1955, 242 bzw. Band 1,1951,625-627.

«ο Den bisher bekannten Verfahren bei der Herstellung feinkristalliner Schleifmittelkörnungen hafter aber der Nachteil an, daß derart hergestellte Schleifmittelkörnungen trotz feinkristallinen InnengefOges teilweise viele sehr feine Poren und Lunker oder sonstige Störstellen, z. B. Spannungen im Kristallgefüge aufweisen; auch grobkristalline Anteile sind zu beobachten. Solche Körner bewirken eine Herabsetzung der Kornzähigkeit des Schleifmittels und damit auch der Standzeit eines Schleifkörpers.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung durch eine Ausbildung entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 an.

Überraschenderweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Nachbehandlung in einer Kugel- oder Rohrmühle nicht nur eine Kornformverbesserung erreicht, sondern auch eine Zerstörung der grobkristallinen Körner und der weniger kornzähen Körnungen mit gestörtem Gefüge.
Unter grobkristallinen Körnern werden hier solche verstanden, deren Kristallite größer eis 70 bis 80 μπι sind. Im allgemeinen fallen bei den oben genannten bekannten Verfahren zur Erzielung von Schleifmittelkörnungen mit feinkristalliner Innenstruktur Körnungen an, deren Kristallitgrößen im Bereich zwischen 0

(>■) und bis etwa 120 μιη liegen.

Erfindungsgemäß geht man von einem derartigen Material aus und entfernt durch die Mahlsorticrung die leichter zerkleinerbaren, unter anderem die grobkristal·

10

linen Körner, so daß in dem Endprodukt im wesentlichen nur noch Körner mit KristallitgröBen unter etwa 70 μπι vorliegen.

Im wesentlichen spielen sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren drei Vorgänge ab:

1. ejne Kornverrundung

2. eine Zerkleinerung der porösen oder Lunker oder Störstellen aufweisenden Körner

3. eine Zerkleinerung der Körner mit grobkristallinem Gefüge.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zur Verbesserung der Kornzähigkeit von gekörnten feinkristallinen Schleifmitteln, die durch Schmelzen von Aluminiumoxid und/oder Bauxit oder durch Schmelzen von Zirkonoxid und/oder Baddeleyit mit reinem Aluminiumoxid und/oder Bauxit gewonnen werden, wobei der Zirkonoxidanteil 0 bis 60 Gew.-% beträgt Den zu schmelzenden Mischungen können gegebenenfalls wiitere Metalloxide, z. B. Chromoxid oder Titanoxid in untergeordneten Mengen, z.B. in Mengen bis zu etwa 4 Gew.-% zugesetzt werden. Übliche Verunreinigungen wie S1O2 oder Fe2Ü3 sollten — zusammengenommen — zweckmäßig eine Menge von etwa 4 Gew.-% nicht überschreiten.

In einer bevorzugten Ausführungsiorm der Erfindung geht man so vor, daß man das erfindungsgemäß in einer Kugelmühle nachzubehandelnde Material zuvor einer Kornformbehandlung unterwirft

Diese Kornformbehandlung wird in an sich bekannter Weise vorgenommen, beispielsweise durch Verblasen des gekörnten Materials Jn einer mit einem oder mehreren Pralltelfern versehenen Vorrichtung.

Das aus der Schmelze kommende Material wird in an sich bekannter Weise, z. B. mittels Backenbrechern oder Walzenmühlen zunächst grob zerkleinert bzw. zertrümmert und anschließend beispielsweise in einer Schwingmühle weiter zerkleinert Das Korn wird nun, wie oben beschrieben, gegebenenfalls kornformbehandelt Nach Absiebung des Feinanteils, wobei bei einem Zirkonkorund oder Korund die Körnungen von feiner als SN 24 ausgesiebt und verworfen werden, erfolgt nun die erfindungsgemäße Nachbehandlung in einer Kugeloder Rohrmühle.

Bei Korund oder Zirkonkorund behandelt man zweckmäßig in der Kugel- oder Rohrmühle ein Korngemisch der Korngrößen von etwa SN 6 bis etwa SN 24. Diese Korngrößen sind bei Korund und Zirkonkorund in der Praxis die Meistgefragten. Insbesondere gilt dies für einen Zirkonkorund, dessen so Zirkonoxidanteil 25 Gew.-% beträgt, der aufgrund seiner besonderen zähharten Materialeigenschaften für grobe Schrupparbeiten in den Korngrößen von etwa SN 6 bis SN 24 eingesetzt wird.

Bei anderen Schleifmittelkörnungen aus hochfeuerfesten, atiorganischen Hartstoffen geht man analog vor. Je nach den Materialeigenschaften und dem Verwendungszweck kann man andere als die o. g. Kornfraktionen der Nachbehandlung unterziehen.

Die für die Nachbehandlung des gekörnten Schleif- eo mittels eingesetzten Kugel- bzw. Rohrmühlen werden in Lueger, Bd. 16 (1970), Seite 437 bis 439 beschrieben.

Als lose Mahlkörperfüllung werden erfindungsgemäß Mahlkörper von regelmäßiger geometrischer Form, vorzugsweise kugelförmige Mahlkörper eingesetzt. In der Praxis bewährt haben sich Mahlkörper, vorzugsweise Eisenkugcln. eines Durchmessers von 10 bis 80 mm, vorzugsweise 20 bis 60 mm. Grundsätzlich können auch Mischungen von Kugeln verschiedener Durchmesser eingesetzt werden, Quaderförmige Mahlkörper sind ebenfalls einsetzbar.

Zur Erzielung einer optimalen Kornzähigkeitsverbesserung des Aufgabeguts ist es zweckmäßig, anhand von Vorversuchen die optimalen Bedingungen hinsichtlich Dauer der Behandlung, Kugelmühlendurchmesser und Umdrehungszahl, Mahlkörperdurchmesser und *4ahlkörpergewicht, Gewicht und Korngrößen des Aufgabeguts, Kornform und Kornzähigkeit des Aufgabeguts festzustellen.

Ziel der Erfindung ist nicht die Zerkleinerung des gesamten aufgegebenen Materials in der Kugel- oder Rohrmühle, sondern die Trennung der unerwünschten weniger zähen Körnungen von den erwünschten zähen Körnungen.

Wie die Beispiele zeigen, gelangt man zu guten Ergebnissen, wenn man im Falle eines Zirkonkorunds mit einem Gehalt von 25 Gew.-% Zirkonoxid das Gut in einer Rohmühle von 200 cm Länge 90 cm Durchmesser bei 21 Umdrehungen pro Minute drei Stunden behandelt, wobei sich 500 kg Körnungen und 1000 kg Eisenkugeln von 40 mm Durchmesser in der Mühle befinden. Bei Verwendung größerer Kugeln, nämlich Eisenkugeln von 80 mm Durchmesser bei den gleichen Bedingungen und in der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 beschrieben, werden zwar sehr hohe Schüttgewichte und sehr hohe Kornzähigkeit erreicht, gleichzeitg wird aber eine sehr starke Kornzerkleinerung auch des gewiäischten Materials verursacht Auf der anderen Seite arbeitet man beim Einsatz von Eisenkugeln von <40mm Durchmesser unwirtschaftlich in Anbetracht des hohen Zeitaufwandes.

Die Kornbezeichnung erfolgte gemäß »FEPA-Korngrößenstandard für Schleifmittelkorn zur Herstellung von Schleifkörpern, Körnungen 8 bis 220«, Ausgabe 13a-D-68.

Die Schüttgewichtsbestimmung wurde gemäß »FEPA-Standard-Methode zur Bestimmung des Schüttgewichtes von Schleifmittelkorn«, 1. Ausgabe, 1964, vorgenommen.

Die Kornzähigkeit wurde bestimmt nach dem sogenannten »Batteile-Verfahren«, einem Kugelmühlen-Prüfverfahren, das in der europäischen Schleifmittelindustrie als Prüfverfahren angewendet wird. Bei diesem Verfahren wird aus dem Schleifmittelkorn ein sogenanntes Nennkorn abgesiebt und in einer Kugelmühle unter definierten Bedingungen so lange vermählen, bis ein Drittel des Materials durch ein bestimmtes Sieb hindurchgeht Die Anzahl der hierzu notwendigen Mühlenumdrehungen wird als Maßzahl für Kornzähigkeit betrachtet

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In einem Lichtbogenofen wurde folgende Rohstoffmischung unter Zugabe von Kohle geschmolzen:

750 kg Aluminiumoxid (Bayer-Tonerde, 99,5 Gew.-%

AbOj₁ Rest NaK))
250 kg Zirkonoxid (99,5 Gew.-% ZrO₂, Rest SiO₂ und

TiO₂)
15 kg Reduktionskohle

Die Schmelze wurde in starkwandige Formen abgegossen. Nach dem Erstarren wurden die Stücke in Brechern, Walzen- und Schwingmühlen grob zerkleinert (0 bis 3 mm) und die Korngemische durch

Verblesen gegen eine Prallplatte komformbehandelt. Nach Absiebung des Feinanteils feiner SN 24 erfolgt die Mahlsortierung in einer Rohrmühle von 200 cm Länge, 90 cm Durchmesser, mit 21 Umdrehungen pro Minute, wobei sich 500 kg Körnungen und 1000 kg Eisenkugeln von 40 mm Durchmesser in der Mühle befanden; die Dauer der Behandlung war 3 Stunden. Das so behandelte Mahlgut wurde nach bekannten Verfahren abgesiebt in die Körnungen SN 6 bis SN 30.

Die Kornzähigkeit und das Schüttgewicht wurden wie oben beschrieben gemessen: ·

Korn-Nr. Schottgewicht Komzähigkeit

SN 8 2340 g/l 191000 Umdrehungen

Beispiel 2

Aufgabegut für Rohrmühle wie Beispiel 1, Füllung 500 kg Körnungen, 1000 kg Eisenkugeln von 60 mm Durchmesser, Dauer der Behandlung 3 Stunden.

Korn-Nr. Schüttgewicht Komzähigkeit

2345 g/l

10 Die Beispiele 1 und 2 zeigen, daß der Sorüerungsgrad durch Wahl der Bedingungen — bei gleichem Schüttgewicht und damit gleicher Kornform — gezielt eingestellt werden kann.

Vergleichsbeispiel

Die gleiche Rohstoffmischung wie in den Beispielen 1 und 2 wurde in der gleichen Weise behandelt wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, jedoch ohne die erfindungsgemäße Nachbehandlung in der Rohrmühle. Es wurden die folgenden Werte gemessen:

iCorn-Nr. Schüttgewicht

20

245 000 Umdrehungen

Komzähigkeit

is SN 2215 g/I

38 000 Umdrehungen

Aus dem Vergleich der Beispiele 1 und 2 sowie des Vergleichsbeispiels läßt sich ablesen, daß durch die erfindungsgemäße Nachbehandlung in der Kugel- oder Rohrmühle ein Anstieg der >chüttgewichts- und der Kornzähigkeitswerte durch Abrundung der Körner erreicht wird.

Durch Variation der Mahlkörper und -gewichte erzielt man einen weiteren Anstieg der Kornzähigkeitsverte bei gleichem Schüttgewicht durch Zerkleinerung poröser oder weniger fester Körper.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gekörnten Schleifmitteln mit verbesserter Kornzähigkeit aus hochfeuerfesten anorganischen Hartstoffen mit einem Al₂O3-Gehait von 100—40 Gew.-% und einem ZrOa-Gehalt von 0—60% sowie üblichen Begleitsubstanzen, dadurch gekennzeichnet, daß man das nach an sich bekannten Verfahren zur Erzielung einer feinkristallinen Innenstruktur hergestellte stückige oder blockförmige Material zerkleinert und anschließend die Körper mittels einer Kugel- oder Rohrmühle, deren Mahlkörper von regelmäßiger geometrischer Form, vorzugsweise kugelförmig, sind und die einen Durchmesser von 10 bis 80 mm, vorzugsweise 20 bis 60 mm aufweisen, einer Mahlsortierung unterwirft, derart, daß im wesentlichen nur die porösen oder Störstellen aufweisenden oder grobkristallinen Körner zerkleinert und von dem übrigen Gut abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner vor der Mahlsortierung zusätzlich einer Kornformbehandlung durch Verblasen gegen eine Prallplatte unterworfen werden.