DE2228913B2

DE2228913B2 - Verfahren und Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial

Info

Publication number: DE2228913B2
Application number: DE2228913A
Authority: DE
Inventors: Paul Buffalo N.Y. Cichy
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1971-06-15
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1981-03-19
Also published as: US3726621A; DE2228913C3; CA1006315A; DE2228913A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial.

Feuerfeste Oxydmaterialien mit einer feinen Kristallstruktur sind als feuerfestes Korn brauchbar, insbesondere als Schleifkorn zum Einschluß in gebundenen Schleifmitteln wie Schleifscheiben und dergleichen. Für solche Zwecke ist es sehr erwünscht, daß das Schleifkorn eine möglichst feine Kristallstruktur hat, da das dem Schleifkorn Zähigkeit verleiht Es ist bereits ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung feuerfester Oxydmaterialien vorgeschlagen worden, die gekennzeichnet sind durch eine extrem feine Kristallstruktur (beispielsweise mindestens 90% in numerischer Zählung der diskontinuierlichen Kristalle in einem Zweiphasensystem haben eine Partikelgröße von weniger als etwa 40 Mikron). Ferner sind eine Vorrichtung und ein Verfahren für die halbkontinuierliche Herstellung von feuerfestem Oxydmaterial vorgeschlagen worden, bei dem bzw. bei der zusätzliche Mittel zum Zugeben zusätzlichen Kühlmittels zur Erstarrungskammer vorgesehen sind, während die feuerfeste Oxydschmelze in die Erstarrungskammer gegossen wird. Die letztgenannte Lösung ist jedoch bestenfalls halbkontinuierlich, da die Erstarrungskammer, selbst wenn sie in sehr großen Abmessungen gebaut wird, immer noch in der Größe Beschränkungen unterliegt Wenn also die Erstarrungskammer gefüllt ist, muß das Zusetzen von Kühlmittel und feuerfester Oxydschmelze unterbrochen werden. Ferner muß die Erstarrungskammer des zweiten Vorschlags nach der Füllung irgendwie entleert werden. Während es möglich ist, das Kühlmittel mit einem Magneten auszuscheiden (wenn mit einem magnetischen Kühlmittel gearbeitet wird), muß die erstarrte feuerfeste Oxydschmelze aus der Erstarrungskammer gegossen werden, wenn die Erstarrungskammer einen geschlossenen Boden hat. Da die Erstarrungskammer nach dem Füllen mit Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze sehr schwer sein kann, bringt das Probleme bei der Entleerung mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kontinu ierlich eine Schmelze feuerfesten Oxydmaterials rasch kühlen und erstarren zu lassen und auch bei halbkontinuierlichem Betrieb den Aufbau großer Materialmengen innerhalb der Kammer m vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren und

eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bzs. 4 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen ist

F i g. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum chargenweisen oder semikontinuierlichen Betrieb, bei der ein konischer Boden periodisch dem Rest der Erstarrungskammer gegenüber entfernt wird, so daß das Kühlmittel und die erstarrte feuerfeste Oxydschmelze an den äußeren Rändern des im wesentlichen konischen Bodens ablaufen können,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer ähnlichen Vorrichtung mit weiteren Einrichtungen, die einen kontinuierlichen Betrieb erleichtern,

F i g. 3 einen Schnitt an der Linie 3-3 der F i g. 2, wobei F i g. 2 an der Linie 2-2 in F i g. 3 geschnitten ist, und

F i g. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem kein Boden benötigt wird, um das offene Ende der Erstarrungskammer abzudecken, da die kontinuierliche Abgabe von Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze mittels der Justierung des Neigungswinkels des Zylinders bestimmt wird, der die Erstarrungskammer bildet

Die Erstarrungskammer in F i g. 1 besteht aus einer im wesentlichen vertikalen hohlzylinderischen äußeren Wand 10 und einem im wesentlichen waagrechten, abnehmbaren, vorzugsweise im wesentlichen konischen Boden 11, der die öffnung im unteren Ende der vertikalen hohlzylindrischen äußeren Wand 10 schließen kann. Ein »im wesentlichen waagrechter« konischer Boden hat in diesem Sinne eine vertikale Achse und einen relativ stumpfen Winkel, jedoch nicht so stumpf, daß das Kühlmittel und die erstarrte Schmelze nicht aus dem Boden des Kegels auslaufen. Die Erstarrungskammer tO, 11 ist mit Mitteln 13 versehen, um feuerfeste Oxydschmelze 14 in die Erstarrungskammer 10,11 über das Kühlnj'ttel 12 zu gießen, und ferner mit Mitteln 17 zum Zusetzen weiteren Kühlmittels zur Erstarrungskammer 10, 11, während die feuerfeste Oxydschmelze 14 in die Erstarrungskammer 10,11 gegossen wird. Das obere Ende der Erstarrungskammer 10,11 ist damit zum Zusetzen von Kühlmittel 12 und feuerfester Oxydschmelze 14 eingerichtet. Die im wesentlichen vertikale hohlzylindrische äußere Wand 10 ist mit einer öffnung in ihrem unteren Ende versehen, durch die Kühlmittel und erstarrte feuerfeste Oxydschmelze entfernt werden können. Mittel 13 /um Gießen von feuerfester Oxydschmelze können mit einer Anzahl von Einlassen 13a und 136 in die Erstarmngskammer 10,11 versehen sein. Die Mittel 17 zum Zusetzen zusätzlichen Kühlmittels 12 können mit einer Anzahl von Einlassen 17a und 176 in die Erstarrungskammer 10,11 versehen sein.

Die Kriterien für das Kühlmittel sind verschiedene. Zunächst muß das Kühlmittel dem feuerfesten Oxydmaterial gegenüber nicht reagierend sein, das auf das Kühlmittel gegossen werden soll. Ztim zweiten muß das Kühlmittel ein nicht schmelzendes festes Material in Partikelform sein, bei dem es sich nicht um das Material des feuerfesten Oxydmaterials handelt, das auf das Kühlmittel gegossen werden soll. Ob das Kühlmittel nicht schmelzend einem betreffenden feuerfesten Oxydmaterial gegenüber ist, das auf dem Kühlmittel abzukühlen und zum Erstarren zu bringen ist, kann unter Bezugnahme auf die thermodynamischen Eigenschaften des feuerfesten Materials und des Kühlmittels bestimmt werden, wie das im einzelnen bereits im erwähnten Vorschlag beschrieben worden ist

Bevorzugte, wenn auch nicht entscheidende Eigenschaften des Kühlmittels sind unter anderem die folgenden: Das feuerfeste Mittel muß eine relativ gleichförmige Größe haben, so daß die Räume zwischen dem Kühlmittel (und damit die Größe des feuerfesten Oxydmaterials nach dem Erstarren) etwa die gleiche Größe haben. Das Kühlmittel muß außerdem vorzugsweise innerhalb der Erstarrungskammer mit einer relativ voraussagbaren Struktur packen. Das Kühlmittel soll vorzugsweise eine glatte Oberfläche haben, so daß die erstarrte Schmelze nicht an der Oberfläche des Kühlmittels nach dem Erstarren hängenbleibt Um ein Trennen des Kühlmittels von dem erstarrten feuerfesten Oxydmaterial zu erleichtern, ist das Kühlmittel vorzugsweise magnetisch, so daß das Kühlmittel lediglich dadurch ausgeschieden wird, daß mit einem Magneten gearbeitet wird, nachdem das feuerfeste Oxydmaterial erstarrt ist- Um wiederholt verwendet werden zu können, muß das Kühlmittel zäh und wärmeschockbeständig sein. Demgemäß besteht das bevorzugte Kühlmittel zur Verwendung gemäß der Erfindung aus metallischen Kugeln etwa gleicher Größe (z. B. innerhalb von etwa 20%). Insbesondere wird vorzugsweise Kohlenstoffstahl als Kühlmittel verwendet Die Größe der Kugeln beeinflußt die Kühlgeschwindigkeit und folglich die Kristallgröße und die Brüchigkeit des erstarrten feuerfesten Oxydmaterials. Demgemäß sollen die Stahlkugeln vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis 60 mm liegen. Kleinere Kugeln kühlen die Schmelze schneller, aber Stahlkugeln, die kleiner als etwa 5 mm sind, sind schwerer aus dem erstarrten feuerfesten Oxydmaterial zu entfernen. Innerhalb dieses Bereichs wird vorzugsv eise mit Stahlkugeln gearbeitet, die einen Durchmesser von etwa 12 bis etwa 40 mm haben, besser noch mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 18 bis etwa 32 mm. Andere Kühlmittel können verwendet werden, unter anderem Graphit- oder Ferrosiliziumkl'impen.

Im Betrieb wird die Erstarrungskammer 10, 11 gleichzeitig mit dem zusätzlichen Kühlmittel 12 und der feuerfesten Oxydschmelze 14 gefüllt, wobei die Schmelze 14 schnell erstarrt kurz nachdem sie in Kontakt mit dem Kühlmittel 12 gelangt ist Die Erstarrungskammer 10,11 wird allmählich voll, derart, daß das Zusetzen von Kühlmittel 12 und feuerfester Oxydschmelze 14 unterbrochen werden muß. Während das Kühlmittel 12 und die feuerfeste Oxydschmelze 14 der Erstarrungskammer 10,11 zugesetzt werden, wird die Erstarrungskammer 10, 11 vorzugsweise gedreht (z.B. mit eii.er Drehzahl von etwa 3 bis 10 UpM), um einen örtlichen Aufbau von hohen Temperaturen zu vermeiden. Nachdem die Erstarrungskammer 10, 11 im wetentlichen mit erstarrter feuerfester Oxydschmdze 14 und Kühlmittel 12 gefüllt ist, wird das Zusetzen des Kühlmittels 12 und der feuerfesten Oxydschmelze 14 unterbrochen. Dt Boden 11 wird dann von der im wesentlichen vertikalen hohlzylindrischen äußeren Wand 10 entfernt. Das wird am besten dadurch erreicht, daß die äußere Wand 10 beispielsweise durch Mittel 20 hochgehoben wird, so daß die erstarrte feuerfeste Oxydschmelze und das Kühlmittel an dem im wesentlichen konischen wsigrechten Roden 11 entlang in alle Richtungen nach unten laufen. Falls verhindert werden soll, daß das Kühlmittel 12 und die erstarrte feuerfeste

Oxydschmelze 14 in alle Richtungen nach unten laufen, kann eine Leitwand 21 um einen Teil der hohlzylindrischen äußeren Wand 10 in einigen Teilen der VuTichtung vorgesehen sein. Wenn mit einer solchen Leitwand gearbeitet wird, kann es sich als zweckmäßig erweisen, dem waagrechten abnehmbaren Boden 11 eine andere Form zu geben, so daß die Gesamtr.ienge an Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxycschmelze in der gewünschten Richtung wegfließt.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, die der in Fig. I gezeigten ähnlich Ut, jedoch zusätzliche Mittel aufweist, die einen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung erleichtern. Die im wesentliche) vertikale hohlzylindrische äußere Wand 10, der im wesentlichen waagrechte abnehmbare Boden II. das Kühlmittel 12, die Mittel 13 zum Gießen von feuerfester Oxydschmelze 14 (einschließlich einer Anzahl von Einlassen 13a und 12b in die Erstarrungskammer 10. U) und Mittel 17 zum Zusetzen zusätzlichen Kühlmittels (einschließlich einer Anzahl vcr. Einlassen !?;; und !7t in die Ersiarrur^skammer 10, 11) sind im wesentlichen zum Ausüben der gleichen Funktionen in diesem zweiten Ausführungsbeispiel wie im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, das in F i g. I gezeigt ist. Die Mittel 20 zum Heben der im wesentlichen vertikalen hohlzylindrischen äußeren Wand 10 führen jedoch eine etwas andere Funktion aus, nämlich die äußere Wand 10 in einer dauernd hochgehobenen Position zu halten, derart, daß das offene untere Ende der äußeren Wand 10 teilweise durch den im wesentlichen konischen Boden 11 blockiert ist. Das macht die kontinuierliche Entnahme von Kühlmittel 12 und erstarrter feuerfester Oxydschmelze 14 aus der Erstarrungskammer 10, Il durch die öffnung 22 zwischen der äußeren Wand 10 und dem im wesentlichen konischen Boden 11 möglich. Um sicherzustellen, daß die öffnung 22 sich nicht zusetzt, wird "orzugswei.se der im wesentlichen konische Boden 11 mit Rippen 23 versehen, um das Kühlmittel und die erstarrte feuerfeste Schmelze bei der Drehung des Bodens Il neu zu orientieren. Vorzugsweise wird der Boden mit den Rippen 23 mit einer Drehzahl von etwa 5 bis etwa 20 UpM gedreht, während sich die hohlzylindrische äußere Wand 10 mit einer anderen Drehzahl von etwa 3 bis etwa 10 Upm dreht. Die Drehzahlen des Bodens 11 und der äußeren Wand 10 können eingestellt werden, um einen ständigen Strom an Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze durch die Öffnung 22 sicherzustellen, so daß die Geschwindigkeit ausgeglichen wird, mit der das Kühlmitte! 12 und die feuerfeste Oxydschmelze 14 der Erstarrungskammer 10, 11 zugesetzt wird. Dieser kontinuierliche Strom durch die öffnung 22 kann dann durch die Haltewand 21 aufgehalten werden, die im vorliegenden Ausführungsbeispie! die gesamte Vorrichtung umgibt und in einem gewissen Abstand von der äußeren Wand 10 entfernt liegt. Dieser kontinuierliche Strom an Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze kann dann aufgefangen werden, beispielsweise mittels rotierender Kratzer 24, die an der Haltewand 21 vorgesehen sind und die die erstarrte feuerfeste Oxydschmelze und das Kühlmittel durch einen Schacht 25 in das Auffangsilo 26 schieben.

Wenn die Vorrichtung in kontinuierlicher Weise verwendet wird, wie das vorstehend umrissen worden ist. ist es wichtig. Mittel vorzusehen, um die im wesentlichen vertikale zylindrische äußere Wand 10 zu kühlen. Das kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß man mit fallendem Kühlwasser 27 arbeitet, das durch ein perforiertes Rohr 28 herangeschaffi wirci, welrnes mittels einer Wasserquelle 29 gespeist wird. OdS fallende Kühlwasser 27 wird dann im Sumpf 30

* innerhalb des Wassertrogs 31 aufgefangen und durch einen geeigneten Ablauf (nicht dargestellt) abgelassen. Wenn mit Kühlwasser gearbeitet wird, kann es sich als zweckmäßig erweisen, die Form der äußeren Wand 10 etwas zu ändern, derart, daß der Boden der Wand 10

ίο etwas größer als die Oberseite ist. Das dient dazu, einen besseren Kontakt des fallenden Wassers 27 mit der äußeren Wand 10 zu schaffen. Es liegt im Rahmen des Begriffs »im wesentlichen vertikal«, eine solche Änderung von einer absoluten vertikalen Form der

ti hohlzylindrischen äußeren Wand 10 mit zu erfassen.

Fig. 3 ist ein Schnitt an der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei F ι g. 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der F i g. 3 ist. Um die Teile der dargestellten Vorrichtung klarer darzustellen, ist in Fig. 3 die Vorrichtung ohne

JIi Kühlmittel ndcr ffiiprfp^tp OxvH^rhmpl/e tye/eifft.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem kein Boden benötigt wird, um das offene untere Ende der Erstarrungskammer zu bedekken. Das liegt daran, daß die kontinuierliche Abgabe von

2i Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze aus dem unteren Ende des hohlen Zylinders 10 durch den Neigungswinkel des Zylinders 10 bestimmt wird, der die Erstarrungskammer bildet. Die in Fig.4 gezeigte Vorrichtung ist wie die in Fig. 1—3 gezeigten

so Vorrichtung mit einer Quelle 13 für feuerfeste Oxydschmelze 14 und mit einer Quelle 17 für zusätzliches Kühlmittel 12 versehen. Die hohlzylindrische äußere Wand 10 wird vorzugsweise gedreht, wie das durch den Pfeil 33 gezeigt ist, und zwar um einmal

ii ein örtliches Überhitzen des Kühlmittels und der hohlzylindrischen äußeren Wand 10 zu verhindern, und um zum anderen die Bestimmung der Abgabegeschwindigkeit des Kühlmittels und der erstarrten feuerfesten Schmelze in das Auffangsilo 26 zu erleichtern. Wenn der

J ο in Fig.4 gezeigte Teil in kontinuierlicher Weise verwendet wird, werden vorzugsweise Mittel wie die Quelle 34 für Kühlwasser vorgesehen, um die hohlzylindrische äußere Wand 10 zu kühlen. Das Kühlwasser wird in einer geeigneten Wanne (nicht dargestellt)

■»5 aufgefangen und abgeführt.

Vorzugsweise wird die äußere Wand 10 mit einem Flansch 35 versehen, um zu verhindern, daß Kühlwasser in das Produkt gelangt, d. h. in das Kühlmittel und die erstarrte feuerfeste Oxydschmelze.

v> In allen vorstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der direkte Ausstoß der Erstarrungskammer ein Gemisch aus Kühlmittel und erstarrter feuerfester Oxydschmelze. Wenn es sich bei dem Kühlmittel um Stahlkugeln handelt, kann das Kühlmittel einfach aus der erstarrten feuerfesten Oxydschmelze mittels eines Elektromagneten entfernt werden. Die verbleibende erstarrte feuerfeste Oxydschmelze hat eine extrem feine Kristallstruktur, beispielsweise mindestens 90% in numerischer Zählung der diskontinuierliehen Kristalle ;n einem Zweiphasensystem mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 40 μιη Material mit einer so feinen Kristallstruktur ist hochgradig erwünscht, da es gemahlen werden kann, um ein extrem zähes Schleifkorn zum Einschluß in Schleifpartikeln oder Schleifgegenstände wie Schleifscheiben und dergleichen zu erzeugen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze des feuerfesten Oxydmaterials Ober eine Anfangsmenge eines mit der Schmelze nicht reagierenden, nicht schmelzenden festen Kühlmittels in Partikelform gegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Kohlenstoffstahlkugeln mit einem Durchmesser von 5 bis 60 mm verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Gießens der feuerfesten Oxydschmelze zusätzliches Kühlmittel zu der Anfangsmenge des Kühlmittels zugesetzt wird.

4. Vorrichtung zum schnellen Abkühlen und Erstarrenlassen einer Schmelze aus feuerfestem Oxydmai'irial, gekennzeichnet durch eine Erstarrungskaismer (10,11) mit einem oberen Ende zum Zusetzen von Kühlmittel (12) und der Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial (14) mit einer öffnung (22) am unteren Ende für die Entnahme von Kühlmittel und erstarrtem feuerfesten Oxydmaterial, wobei in der Erstarrungskammer (10, U) als Anfangsmenge des Kühlmittels ein Bett mit einer Tiefe von mindestens 15 cm gebildet ist, ferner durch Mittel (13) zum Gießen der Schmelze aus feuerfestern Oxydmaterial in die Erstarrungskammer (10, 11) Ober das Kühlmittelbett und durch Mittel (17) zum Zugeoen zusätzlichen Kühlmittels in die Erstarrungskammer (10,1 Ij.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstamv gskammer (10) im wesentlichen aus einer hohlzylindrischen äußeren Wand mit einem unteren offenen Ende besteht, wobei die hoiuzylindrische Wand unter einem solchen Winkel schräggestellt ist, daß die kontinuierliehe Abgabe von Kühlmittel und erstarrendem feuerfestem Oxydmaterial aus d»m unteren offenen Ende der Erstarrungskammer (10) geregelt erfolgt

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch drehbare Lagerung der Erstarrungskammer

(10) während der Zugabe der Schmelze aus feuerfestem Oxydmaterial und des zusätzlichen Kühlmittels.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrungskammer eine im ^ω wesentlichen vertikale hohlzylindrische äußere Wand (10) und einen im wesentlichen waagerechten abnehmbaren Boden (11) aufweist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung (28,29; 34) an der hohlzylindrischen äußeren Wand (10).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung am unteren Ende der Erstarrungskammer (10) vorübergehend ganz mit einem Boden (11) geschlossen ist und zur Entnahme ^M von Kühlmittel und erstarrtem feuerfesten Oxydmaterial aus der Erstarrungskammer (10) periodisch geöffnet werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung im unteren Ende der Erstarrungskammer (10) teilweise mit einem Boden

(11) derart blockiert ist, daß Kühlmittel und erstarrtes feuerfestes Oxydmaterial aus der Erstarrungskammer (10) kontinuierlich abfließen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Boden (11) eine im wesentlichen konische Form hat mit einer Neigung von der Mitte des Bodens (11) nach unten.

12. Vorrichtung nach Anspruch H, gekennzeichnet durch drehbare Lagerung des Bodens (11) gegenüber der vertikalen zylindrischen äußeren Wand (10) und durch Rippen (23) am Boden (11) zur Führung des Kühlmittels und des erstarrten feuerfesten Oxydmaterials.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine um den konischen Boden (10) angeordnete Haltewand (21) und einen Behälter zum Auffangen von aus der äußeren Partie des konischen Bodens abfließendem Kühlmittel und erstarrtem feuerfesten Oxydmaterial.