AT393520B - Scheibe bzw. scheibensegment fuer scheibenmuehlen sowie verfahren zur herstellung derartiger scheiben bzw. scheibensegmente - Google Patents

Description

AT 393 520 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Scheibe bzw. Scheibensegment für Scheibenmühlen zum Mahlen von Faserstoffsuspensionen, mit einer verschleißfesten Schichte aus Hartmaterialteilchen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von Scheiben bzw. Scheibensegmenten für Scheibenmühlen. Für das Zerkleinern bzw. Mahlen von Faserstoffsuspensionen, insbesondere Papierfaserstoffsuspensionen ist beispielsweise aus der AT-PS 287 471 bereits bekanntgeworden, Mahlsteine einzusetzen, welche aus Silizium* carbid geformt sind. Insbesondere für Papierfaserstoffsuspensionen sind bereits als Refiner bezeichnete Mahlvorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen die miteinander zusammenwirkenden Zerkleinerungs- bzw. Mahl* flächen von an einem Träger aufgebrachten Scheiben gebildet sind. Derartige lößbar mit einem Träger aus rostfreiem Stahl verbindbare Schleifscheiben wurden hiebei mit einer verschleißfesten Oberfläche ausgestattet, wobei derartige verschleißfeste Scheibenelemente in der WO-87/06993 aus keramischem Material ausgebildet waren. Eine Zerfaserungsscheibe für eine Scheibenmühle zum Zerfasern zellulosehaltiger fasriger Stoffe mit einer Trägergrundplatte und einer auf dies« befestigten Metallkeramikmahlgamitur ist in der DE-AS 28 25 731 beschrieben. Bei den bekannten Scheiben mit Hartmaterialteilchen in der Oberfläche wurden üblicherweise nadelförmige bzw. langgestreckte Teilchen mit einer relativ inhomogenen Korngrößenverteilung eingesetzt, wobei nadelige Strukturen je nach Orientierung unterschiedliche und nicht einstellbare Zerfaserungseigenschafien bei relativ raschem Verschleiß aufweisen und bei einem Verdichten des Pulvergemisches bei pulvermetallur-gischen Verfahren zum Bruch neigen. In der Pulvermetallurgie werden aber dennoch üblicherweise derartige nadel-förmige Materialteilchen vorgeschlagen, da sich nach dem Vorverdichten eine bessere Grundstandfestigkeit «gibt

Die Hauptanforderungen an den Zerfaserungsgrad von zellulosehaltigem Aufgäbegut für die Herstellung eines hochfesten Papiers besteht im wesentlichen darin, daß flexible und plastische Fasern mit größtmöglicher Aufrechterhaltung der Faserlänge und mit größtmöglicher aktiver Faseroberfläche gewonnen werden. Die Zerspanungselemente der Garnitur können hiebei aus Hartmetall oder Sintermetall hergestellt sein, wobei auch Ausbildungen, bei welchen keramische Werkstoffe und metallische Werkstoffe kombiniert wurden, bereits bekannt sind. Für das Zerfasern von Stoffen, wie z. B. Holz, Asbest od. dgl., sind Scheib«imühlen üblicherweise so aufgebaut, daß ein Paar gleichachsig angeordnet« Scheiben, von welchen eine als Stator ausgebildet oder mit gegenüber von d« anderen unterschiedlicher Geschwindigkeit bzw. Drehrichtung roti«end gelagert ist, so angeordnet werden, daß zwischen den benachbarten Stirnflächen d« Scheiben das Zerfasern des Mahlgutes erfolgt

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Scheibe bzw. ein Scheib«isegment der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich durch besonders hohe mechanische Festigkeit auszeichnet und insbesondere für Holzfasern oder Asbestfasem einen optimi«ten Zerfaserungsgrad «gibt Weiters zielt die Erfindung darauf ab, ein einfaches Verfahren zur Herstellung d«artiger Scheiben bzw. Scheibensegm«ite mit gleichbleibender Qualität und hoher Abriebfestigkeit und Druckfestigkeit zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Scheibe bzw. das erfindungsgemäße Scheibensegment im wesentlichen darin, daß die verschleißfeste Schicht Metallcarbidteüchen mit ein« mittteren Teilchengröße von 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm und im wesentlichen kubischer Form «ithälL Unter kubisch w«den im vorlieg«iden Fall räumliche Gebilde verstanden, deren drei Achs«i im wes«itlichen gleich lang sind. Unter dieser Definition sind das kubische, das hexagonale und das tetragonale System zu verstehen. Dadurch, daß die v«schleißfeste Schicht aus Metallcarbidteüchen mit im wesentlich«i kubischer Form aufgebaut wird, wird eine relativ dichte und weitestgehend porenfreie Ob«fläche ausgebildet, wobei durch Wahl d« mittler«! Teilchengröße d« im wesentlichen kubischen Teilchen von 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise eine Scheibe bzw. ein Scheibensegment mit besonders günstigen Zerfaserungseigenschaften für Fas«stoffsuspension«! geschaffen wird. Als Metallcarbidteüchen kommt hiebei bevorzugt Wolfiramcaibid zur Anwendung und die im wesentlichen homogene Größenverteilung der Teilchengröße in dem g«iannten Bereich erlaubt es unter größtmöglich« Aufrechterhaltung der Faserlänge eine größtmögliche aktive Faseroberfläche zu schaffen. Die MetaücarbidteUchen der mittleren Teüch«igröße sind hiebei bevorzugt an der Oberfläche der Scheibe bzw. des Scheibensegmentes angeordnet, wobei eine d«artige Anordnung eine einfache und kostengünstige H«steüungsweise mit gleichbleibenden Spezifikationen der verschleißfesten Oberfläche ermöglicht. Die kubische Form der Teilchen ertaubt eine reproduzierbare Erzielung gleichbleibender Zerfaserungseigenschaften, welche bei unterschiedlicher Orientierung der einzelnen Teüchen wesentlich g«ing«e Veränderungen erfährt als dies bei unterschiedlicher Orientierung von von der kubischen Form wesentlich abweichenden Teilchen d« Faü wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Scheiben bzw. Scheibensegm«iten der eingangs genannten Art für Scheibenmühlen zum Mahlen von Faserstoffsuspensionen mit einer verschleißfesten Beschichtung aus Hartmaterialteüchen ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß körnige Hartmaterialteilchen, insbesondere MetaücarbidteUchen, mit im wes«itlichen kubisch« Form mit ein« pulverförmigen Legierung aus rostfreiem Stahl als Matrix und mit einem Flußmittel vermischt und auf einen Grundköiper aus rostfreier Legierung aufgetragen werden, daß der grüne Formüng einer Vorverdichtung unterworfen wird und daß der Formling mit der verschleißfesten Beschichtung an seiner Unterseite in einem Sinterofen gesintert wird. Dadurch, daß ein Pulvergemisch aus den körnigen HartmaterialteUchen, insbesondere MetaücarbidteUchen, mit im wesentiiehen kubisch« Form und einer pulverförmigen Legierung aus rostfreiem Stahl als Matrix sowie einem Flußmittel auf den Grundkörper aufgetragen wird, werden die für die Ausbildung der verschleißfesten Beschichtung gewünschten TeUe zunächst in die gewünschte Position relativ zum Grundkörper gebracht, worauf nach einer Vorverdichtung eine weitgehend porenfreie Oberfläche geschaffen wird. Dadurch, daß nun der Formling mit der verschleißfesten Beschichtung an seiner Unterseite in einem Sinterofen gesintert wird, verbleiben die -2-

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Metailcarbidteilchen mit im wesentlichen kubischer Form auf Grund der Schwerkraft an der äußeren Oberfläche der gesinterten Schicht und es wird insbesondere vermieden, daß Teilchen deren maximale Größe kleiner ist als die Schichtstärke der Beschichtung beim Sintern in das Innere absinken können. Durch einen derartigen Sintervorgang wird somit eine Metailcarbidteilchen in ihrer Oberfläche enthaltende Schicht geschaffen, welche sich durch überaus homogene Eigenschaften bei gleichzeitig geringster Porosität auszeichnet, wodurch die Standzeit wesentlich erhöht wird. Dadurch, daß das Absinken von Metailcarbidteilchen in das Innere der Beschichtung beim Sintervorgang verhindert wird, können bei vorgegebener Teilchengröße und vorgegebener Teilchenmenge gleichbleibende Zerfaserungseigenschaften der Scheibe bzw. Scheibensegmentes sichergestellt werden. Durch die Wahl einer pulverförmigen Matrix aus einer rostfrei«! Legierung wird gemeinsam mit dem Flußmittel eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung der Beschichtung mit dem Grundkörper erzielt. Auf Grand der Vorverdichtung kann eine weitgehend parenfieie Beschichtung «zielt werden, welche sich durch höhere mechanische Festigkeit auszeichnet.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß die Matrix von einer selbstfließenden Legierung aus rostfreiem Cr, und/oder Ni und/oder Co-Stahl gebildet wird. Eine derartige Matrix ermöglicht gleichzeitig die sichere Einbettung der Metailcarbidteilchen an der Oberfläche und eine sichere mechanische Verbindung mit dem Grundkörper. Mit Vorteil werden bei der Herstellung der «Endungsgemäßen Scheiben bzw. Scheibensegmente Hartmaterialteilchen mit einer mittleren Korngröße von 0,5 bis 1 mm eingesetzt, deren Anteil an der Gesamtmasse der Hartmaterialteilchen vorzugsweise wenigstens 75 Gew.-% beträgt Durch die Verwendung eines derartigen eng definierten Komgrößenbereiches wird eine homogene Zerfaserungswirkung über die gesamte Oberfläche der Segmente unter Berücksichtigung der eingangs genannten Anforderungen an den Zerfaserungsgrad sichergestellt.

In besonders einfach« Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß das Flußmittel in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-% eingesetzt wird und bei Sintertemperatur inert ist oder eine reduzierende Wirkung ausübt, wobei insbesondere dann, wenn ein Flußmittel mit bei Sintertemperatur reduzierender Wiikung eingesetzt wird, Beeinträchtigungen der Stabilität der Verbindung der Beschichtung mit dem Grundkörper und Beeinträchtigungen der Stabilität des Grundkörpers beim Sinterprozeß vermieden werden. Die Sinterung selbst wird bevorzugt unter Inertgas, insbesondere ^-Atmosphäre bei Temperaturen von 700 bis 1050 °C vorzugsweise 850 bis 1000 °C vorgenommen, wobei als Hartmaterialteilchen vorzugsweise Wolframcarbidpartikel und/oder Titancarbidpartikel eingesetzt w«den.

Mit Rücksicht auf die weitgehend dichte äußere Oberfläche der Scheiben bzw. Scheibensegmente und die durch die Vorverdichtung erzielte Kompaktierung kann es zur Erzielung bestimmt« Zerfaserungsgrade vorteilhaft sein, die Oberfläche der Scheibe bzw. Scheibensegmentes beim H«stellungsprozeß noch zu strukturier«!. Zu diesem Zweck wird bevorzugt so vorgegangen, daß die Vorv«dichtung unter Verwendung ein« eine rauhe Oter-flächenstruktur aufweisenden Preßform vorgenommen wird, wobei zur Erzielung einer weitgehend dichten Oberfläche bevorzugt die Vorverdichtung unter Anwendung eines Preßdruckes von 80 bis 120 kg/cm^ bei Raumtemperatur vorgenommen wird.

Auf Grund d« erfindungsgemäßen Vorgangsweise, den Formling mit der verschleißfesten Beschichtung an seiner Unterseite im Sinterofen zu sintern, wird es möglich, die Schichtstärke in Übereinstimmung mit der geforderten mechanischen Stabilität der Verbindung d« Beschichtung mit dem Grundkörper den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen, da ja in jedem Fall sichergestellt ist, daß die Hartmaterialteilchen an der Außenober-fläche der Scheibe bzw. Scheibensegmentes verbleiben. Mit Vorteil wird zur Erzielung einer derartigen sicheren Verbindung mit dem Grundkörper so vorgegangen, daß die voschleißfeste Beschichtung in einer Stärke aufgebracht wird, welche nach dem Vorverdichten und Sintern zwischen 1 und 3 mm Schichtstärke ergibt, wobei die mechanische Stabilität des Grundkörpers in einfach« Weise dadurch von ein« Beeinträchtigung beim Sinterpro-zeß freigehalten werden kann, daß das Sintern unter Anwendung eines Heizveriahrens mit einstellbarer Eindringtiefe, insbesond«e unter induktiver Beheizung des Rohlings vorgenommen wird. Die Beheizung des Rohlings «folgt hiebei an d« Seite d« Beschichtung und die Vorv«dichtung kann unter Verwendung ein« entsprechenden hochtemperaturstabilen Matrize erfolgen, welche im Fall der Ausbildung dieser Matrize als elektrisch leitfähige Matrize unmittelbar für ein Beheizungsverfahren von d« Seite d« Beschichtung her herangezogen werden kann. Während der Vorverdichtung des grünen Formlings durch Anw«iden eines entsprechenden beispielsweise strukturierten Preßstempels kann eine Vortrocknung des aufgebrachten Pulvergemisches erfolgen, um die optimale Packungsdichte zu erreichen. Das Pulvergemisch kann als teigige Paste aufgebracht werden, wobei die Trocknung auch im Warmluftstrom erfolgen kann. Nach dem Vorverdichten muß die Möglichkeit bestehen, den vorv«dichteten gepreßten Rohling um im wesentlichen 180° zu wend«i, so daß das Einbringen des auf diese Weise gewendeten grünen Formlings in den Sinterofen ermöglicht wird.

Die Wärmebehandlung im Sinterofen muß sicherstellen, daß der Grundkörper auf welchen die Beschichtung aufgesintert wird, seine geford«ten mechanisch«! Eigenschaft«! behält Üblich«weise erfolgt daher die Erwärmung im Sinterofen relativ langsam und in aller Regel erfolgt die Abkühlung nach dem Sintern auf Raumtemperatur mit gegenüber d« Aufwärmzeit v«längerter Abkühlzeit

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näh« erläutert In dieser zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teilbereich einer Scheibe nach -3-

Claims (12)

1. AT 393 520 B dem Stand der Technik; Fig. 2 einen analogen Querschnitt entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 einer erfindungsgemäßen Scheibe und Fig. 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausbildung eines Scheibensegmentes. In Fig.l ist der Grundkörper da- Scheibe mit (1) angedeutet. Auf diesen Grundkörper wird eine Beschichtung (2) enthaltend Hartmaterialteilchen (3) aufgebracht. Bei der Hasteilungsweise nach dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist, sinken bei einem Sintervorgang Hartmaterialteilchen innerhalb da Beschichtung (2) ab, so daß eine entsprechend geringere Anzahl von Hartmaterialteilchen an der für das Schleifen wirksamen Oberfläche zur Verfügung steht In Ermangelung einer Vorverdichtung bilden sich bei der Ausführung nach dem Stand der Technik schematisch mit (4) angedeutete Poren in da Oberfläche aus, welche die Standzeit wesentlich herabsetzen. Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist ein Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei deutlich ersichtlich ist, daß die Hartmaterialteilchen (3) der Beschichtung (2) sich nahezu quantitativ an der Oberfläche der Scheibe befinden, deren Grundkörper wiederum mit (1) bezeichnet ist. Die Beschichtung (2) ist ingesamt wesentlich dichter ausgebildet, da sie zum einen vorverdichtet wurde und zum anderen in da für die mechanische Verbindung mit dem Grundkörper wesentlichen Übergangszone aus einer Matrix besteht, welche sich durch gute Verbindbarkeit mit dem Grundkörper auszeichnet. Auf Grund der Vorverdichtung entsteht eine porenfreie Oberfläche und auf Grund des Sintervorganges, bei welchem da Grundkörper (1) die Oberseite des in den Sinta-ofen eingebrachten Rohlings bzw. Formstückes bildet, verbleiben die Hartmaterialteilchen (3) in den oberflä-chennahen Bereichen bzw. da Oberfläche. Eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Scheibensegment ist in Fig. 3 darstellt, wobei die Oberfläche (5) des in Fig. 3 dargestellten Segmentes (6) neben eina im wesentlichen homogenen Korngröße zusätzliche Strukturierungen, wie sie durch Anwendung eines entsprechende Gegenprofile aufweisenden Preßstempels bei der Vorvadichtung erzielt werden, zeigt PATENTANSPRÜCHE 1. Scheibe bzw. Scheibensegment für Scheibenmühlen zum Mahlen von Faserstoffsuspensionen, mit einer verschleißfesten Schichte aus Hartmaterialteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Schicht Metallcarbidteilchen mit einer mittlaen Teilchengröße von 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm und im wesentlichen kubischa Form enthält
2. 2. Scheibe bzw. Scheibensegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallcarbidteilchen der mittleren Teilchengröße an da Oberfläche da Scheibe bzw. des Scheibensegmentes angeordnet sind.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Scheiben bzw. Scheibensegmenten für Scheibenmühlen zum Mahlen von Faserstoffsuspensionen mit einer verschleißfesten Beschichtung aus Hartmaterialteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß körnige Hartmaterialteilchen, insbesondoe Metallcarbidteilchen, mit im wesentlichen kubischer Form mit einer pulverförmigen Legierung aus rostfreiem Stahl als Matrix und mit einem Flußmittel vermischt und auf einen Grundkörper aus rostfreier Legierung aufgetragen werden, daß der grüne Formling einer Vorverdichtung unterworfen wird und daß da Formling mit der verschleißfesten Beschichtung an seiner Untoseite in einem Sinterofen gesintert wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix von einer selbstfließenden Legioung aus rostfreiem Cr, und/oder Ni und/oda Co-Stahl gebildet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmaterialteilchen eine mittlere Korngröße von 0,5 bis 1 mm aufweisen, deren Anteil an der Gesamtmasse der Hartmaterialteüchen vorzugsweise wenigstens 75 Gew.-% beträgt
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Gew.-% eingesetzt wird und bei Sintertemperatur inert ist oder eine reduzierende Wirkung ausübt
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung unta Inertgas, insbesondere Nj-Atmosphäre bei Temperaturen von 700 bis 1050 °C vorzugsweise 850 bis 1000 °C vorgenommen wird. -4- AT 393 520 B
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartmaterialteilchen Wolframcarbidpartikel und/oder Titancarbidpartikel eingesetzt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung unter 5 Verwendung einer eine rauhe Oberflächenstruktur aufweisenden Preßform vorgenommen wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung unter Λ Anwendung eines Preßdruckes von 80 bis 120 kg/cm bei Raumtemperatur vorgenommen wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Be schichtung in einer Stärke aufgebracht wird, welche nach dem Vorverdichten und Sintern zwischen 1 und 3 mm Schichtstärke ergibt.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern unter IS Anwendung eines Heizverfahrens mit einstellbarer Eindringtiefe, insbesondere unter induktiver Beheizung des Rohlings vorgenommen wird. 20 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-