BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von oxidkeramischen Materialien durch schnelles Abkühlen und Erstarren von geschmolzenen Materialien auf der Basis von Metalloxiden, wobei die Vorrichtung zwei waagrecht angebrachte Metallzylinder mit parallelen Achsen aufweist, die sich gegenläufig drehen und gekühlt sind.
Aus der EP-PS 0 057 651 und der EP-PS 0 139 071 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum schnellen Erstarren und Abkühlen durch Stranggiessen von geschmolzenen Metalloxiden, durch Einführen des geschmolzenen Materials in den konvergierenden Zwischenraum, der durch zwei Zylinder mit parallelen Achsen gebildet wird. Die Abkühlung des geschmolzenen Materials muss derart gesteuert werden. dass sich ein Keil schmelzflüssigen Materials, über die den Drehachsen der Zylinder gemeinsame Ebene hinaus, nach unten fortsetzt. Das Verfahren bedarf eines hohen Steueraufwandes. Bei zu rascher Erstarrung wandert die Erstarrungsgrenze über die Ebene der Drehachsen der Zylinder, das erstarrte Material kann nicht mehr ausgetragen werden, und die Zylinder drehen leer durch.
Wird die Abkühlungsrate erniedrigt, erreicht man wohl einen sicheren Durchtritt des Materials durch den Zylinderspalt, das resultierende Produkt weist aber nicht mehr die gewünschte Kristallinität auf.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die Nachteile erwähnter Art zu vermeiden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zu beschreiben, das leicht zu handhaben ist und hohe Abkühlungsraten für die Metalloxidschmelze ermöglicht, ohne zu Betriebsunterbrüchen durch vorschnelles Erstarren zu führen.
Erfindungsgemäss wird dies durch eine Vorrichtung erreicht, bei der die Aussenseite der Zylinder eine im Abrollumfang gewellte Oberfläche aufweist und jeweils eine Erhebung in der Oberfläche des einen Zylinders in eine entsprechende Vertiefung in der Oberfläche des anderen Zylinders eingreift, wobei die beiden Zylinderoberflächen in der Höhe der den beiden Drehachsen gemeinsamen Ebene einen freien Spalt von wenigstens 0,5 mm und maximal von 10 mm ausbilden.
In einer zweckmässigen Ausführungsform beträgt der der Oberflächenlinie folgende Umfang der Zylinder 130 bis 157% des mittleren Umfanges der Zylinder. Als mittlerer Umfang soll der Umfang verstanden werden, der sich aus der Linie durch die Mitte zwischen der jeweils höchsten Stelle der Erhebungen und tiefsten Stelle der Vertiefungen der gewellten Oberfläche ergibt.
Der mittlere Radius R der Zylinder beträgt zweckmässig 200 bis 1000 mm, vorzugsweise 400 bis 600 mm. Das Verhältnis des mittleren Radius R zum Radius der Erhebung R1 beträgt zweckmässig 5 zu 1 bis 20 zu 1.
Die gewellte Oberfläche weist vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmige Erhebungen mit einem Radius R1 und halbkreisförmige Vertiefungen mit einem Radius R2, wobei R2 gleich R1 +0,5 bis 10 mm ist, über den ganzen Umfang auf.
Anhand der Abbildungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Abbildung 1 zeigt einen Querschnitt durch die beiden Zylinder 1 und 2, die beide den gleichen mittleren Radius R aufweisen. Aus dem mittleren Radius R ergibt sich auch der mittlere Umfang der Zylinder. Die gewellte Oberfläche ist in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, indem die Erhebungen mit einem Radius R1 einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, und die Vertiefungen mit einem Radius R2 einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Zylinder weisen eine gemeinsame Ebene 3 in der Höhe der Drehachsen auf. Durch die unterschiedlichen Grössen der Radien R1 und R2, der 0,5 bis 10 mm betragen kann, ergibt sich auf der Ebene 3 ein entsprechender Spalt von 0,5 bis 10 mm.
In Abbildung 2 sind die Zylinder 1 und 2 ersichtlich, wobei die gewellten Oberflächen in gegenseitigem Eingriff sind.
Die beiden Stirnseiten der zwei Zylinder sind mit Abschlussblechen 4 (hier nur das hintere dargestellt) versehen, die ein seitliches Ablaufen der Schmelze verhindern.
Andere Ausführungsformen sind möglich, beispielsweise kann die gewellte Oberfläche an den beiden Randbereichen jedes Zylinders einem runden Zylinderquerschnitt weichen, und die konvergierenden Abschlussbleche können auf diesen glatten Randbereichen in den Spaltbereich zwischen den Zylindern hineinragen.
Ferner können die Abschlussbleche in runder Form ausgeführt und direkt an den Zylindern angebracht werden, wo bei die Abschlussbleche. mit einem Radius grösser als der Zylinderradius, übergreifend jeweils endständig an beiden Zylindern oder beidseitig an einem Zylinder oder wechselseitig an jeweils nur einer Stirnseite eines Zylinders angebracht werden können.
Die Zylinder 1 und 2 werden durch einen Antrieb in Drehung versetzt, wobei die Zylinder gegenläufig drehen und durch ein Schleppgetriebe, einen Kettenantrieb oder dergleichen oder durch die Synchronisation zweier Antriebsvorrichtungen gleichzeitig in gleicher Drehzahl angetrieben werden.
Die Zuführung der Schmelze in den Spaltbereich zwischen die Zylinder erfolgt von einem Ofen oder Haltetiegel, dessen Auslass die Form einer Abgussschnauze hat.
In Abbildung 3 ist eine weitere Ausführungsform der gewellten Oberfläche der Zylinder gezeigt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, einen verbesserten Einzug der Schmelze in den Kühlbereich zu erzielen, oder, in Abbildung 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, um eine verbesserte Verteilung der Schmelze über die gesamte Breite der Zylinder zu erreichen.
Eine Anordnung der Erhebungen und Vertiefungen, die nicht parallel zu den Zylinderachsen verlaufen, sondern schräg dazu im Sinne einer Schrägverzahnung, sind ebenfalls möglich und bewirken ein besseres Einziehen der Schmelze und eine bedingte steuerbare Vorzerkleinerung.
Die Achsen der beiden Zylinder stützen sich endständig auf entsprechend dimensionierte Lager ab. Aus Sicherheitsgründen und für Zwecke der Revision sind die Zylinder auslenkbar und ausweichbar in mindestens 2 Dimensionen. Die Zylinder sind mit Kühlvorrichtungen versehen und können von innen, aussen oder von beiden Seiten gekühlt werden.
Als vorteilhaft hat sich die Anordnung von Düse als Kühlvorrichtung im Bereich der Walzenmäntel erwiesen.
Als Kühlmedium kommen die an sich bekannten Gase und Flüssigkeiten. wie Luft und Wasser zur Anwendung.
Kreisläufe von beispielsweise Ölen oder Salzschmelzen können aber ebenso Anwendung finden, wie die Kühlung mit in ihrer Wirkung inerten Gasen.
Die Zylinder werden beispielsweise aus Stahl oder Kupfer hergestellt und weisen in der Regel eine Breite von 500 bis 1500 mm auf.
Die Breite der Zylinder richtet sich nach der Menge an Schmelze, die pro Zeiteinheit aufgegeben wird.
Die Drehzahl der Zylinder liegt in der Regel bei 1 bis 50 U/min., vorzugsweise bei 1 bis 10 Imin.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird in der beschriebenen Vorrichtung derart ausgeführt, dass die Schmelze von einemOfen oder Haltetiegel, in Mengen von 1 bis 100 kg/ min., mit einer Temperatur von ca. 2400 C auf die Walzen gegossen wird. Die Schmelze wird durch die angetriebenen Zylinder und insbesondere durch die erfindungsgemässe Oberflächengestaltung der Zylinder zwangsweise in den Walzenspalt gezogen. Die Schmelze erstarrt auf der Zylin deroberfläche unter dem äusseren Druck der Zylinder im Bereich des konvergierenden Zylinderspaltes.
Schon im Spaltbereich und dann im divergierenden Teil des Zylinderspaltes wird das erstarrte Material vorgebrochen und fällt durch Schwerkraft aus dem Arbeitsbereich der Zylinder, wobei die Temperatur des erstarrten Materials auf unter 1600 -C gefallen ist. Während des ganzen Abgusses werden die Zylinder intensiv von innen und gegebenenfalls auch aussen gekühlt.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich zur Verarbeitung von keramischen Schmelzen aus Aluminiumoxid in Mischung mit Baddeleyit und/oder den Oxiden des Zirkons, Magnesiums, Yttriums, Calciums und Chroms in Form von Ein- oder Mehrstoffsystemen, insbesondere zu Materialien für Schleifzwecke, als Plasmaspritzpulver und als Sinterpulver für Formteile.
DESCRIPTION
The invention relates to a device and a method for producing oxide-ceramic materials by rapid cooling and solidification of molten materials based on metal oxides, the device having two horizontally mounted metal cylinders with parallel axes which rotate in opposite directions and are cooled.
From EP-PS 0 057 651 and EP-PS 0 139 071 a method and a device is known for rapid solidification and cooling by continuous casting of molten metal oxides, by introducing the molten material into the converging space, which is passed through two cylinders with parallel Axes is formed. The cooling of the molten material must be controlled in this way. that a wedge of molten material continues downward beyond the plane common to the axes of rotation of the cylinders. The process requires a high tax expense. If the solidification is too rapid, the solidification limit moves across the plane of the axes of rotation of the cylinders, the solidified material can no longer be discharged, and the cylinders spin empty.
If the cooling rate is reduced, the material can safely pass through the cylinder gap, but the resulting product no longer has the desired crystallinity.
The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the type mentioned and to describe an apparatus and a method which is easy to handle and enables high cooling rates for the metal oxide melt without leading to interruptions in operation due to premature solidification.
According to the invention, this is achieved by a device in which the outside of the cylinder has a corrugated surface in the rolling circumference and in each case an elevation in the surface of one cylinder engages in a corresponding depression in the surface of the other cylinder, the two cylinder surfaces at the height of the form a free gap of at least 0.5 mm and a maximum of 10 mm in the plane common to the two axes of rotation.
In an expedient embodiment, the circumference of the cylinders following the surface line is 130 to 157% of the average circumference of the cylinders. The mean circumference is to be understood as the circumference that results from the line through the middle between the highest point of the elevations and the lowest point of the depressions of the corrugated surface.
The average radius R of the cylinders is expediently 200 to 1000 mm, preferably 400 to 600 mm. The ratio of the mean radius R to the radius of the elevation R1 is expediently 5 to 1 to 20 to 1.
The corrugated surface preferably has semicircular elevations with a radius R1 and semicircular depressions with a radius R2, R2 being R1 +0.5 to 10 mm, over the entire circumference.
The invention will be explained in more detail with the aid of the figures.
Figure 1 shows a cross section through the two cylinders 1 and 2, both of which have the same mean radius R. The average circumference of the cylinders also results from the average radius R. The corrugated surface is shown in a preferred embodiment in that the elevations with a radius R1 have a semicircular cross section and the depressions with a radius R2 have a semicircular cross section. The cylinders have a common plane 3 at the height of the axes of rotation. Due to the different sizes of the radii R1 and R2, which can be 0.5 to 10 mm, there is a corresponding gap of 0.5 to 10 mm on level 3.
Figure 2 shows cylinders 1 and 2 with the corrugated surfaces in mutual engagement.
The two end faces of the two cylinders are provided with end plates 4 (only the rear one shown here) which prevent the melt from running off to the side.
Other embodiments are possible, for example the corrugated surface on the two edge regions of each cylinder can give way to a round cylinder cross section, and the converging end plates can protrude on these smooth edge regions into the gap region between the cylinders.
Furthermore, the end plates can be designed in a round shape and attached directly to the cylinders, where the end plates. with a radius larger than the cylinder radius, can be attached to both cylinders at the ends or on both sides of a cylinder or alternately to only one end of a cylinder.
The cylinders 1 and 2 are set in rotation by a drive, the cylinders rotating in opposite directions and being driven at the same speed by a trailing gear, a chain drive or the like or by the synchronization of two drive devices.
The melt is fed into the gap area between the cylinders from a furnace or holding crucible, the outlet of which is in the form of a pouring spout.
Figure 3 shows another embodiment of the corrugated surface of the cylinders. This embodiment has the advantage of achieving an improved feed of the melt into the cooling area, or an embodiment is shown in FIG. 4 in order to achieve an improved distribution of the melt over the entire width of the cylinders.
An arrangement of the elevations and depressions, which do not run parallel to the cylinder axes, but rather obliquely in the sense of helical teeth, are also possible and bring about a better drawing in of the melt and a conditioned controllable pre-comminution.
The axles of the two cylinders are supported on appropriately dimensioned bearings. For safety reasons and for revision purposes, the cylinders can be deflected and deflected in at least 2 dimensions. The cylinders are equipped with cooling devices and can be cooled from the inside, outside or from both sides.
The arrangement of the nozzle as a cooling device in the area of the roll shells has proven to be advantageous.
The gases and liquids known per se come as the cooling medium. like air and water to use.
Circulations of, for example, oils or molten salts can also be used, as can cooling with gases that are inert in their effect.
The cylinders are made of steel or copper, for example, and generally have a width of 500 to 1500 mm.
The width of the cylinder depends on the amount of melt that is applied per unit of time.
The speed of the cylinders is generally 1 to 50 rpm, preferably 1 to 10 imin.
The process according to the invention is carried out in the device described in such a way that the melt is poured onto the rolls from a furnace or holding crucible in quantities of 1 to 100 kg / min at a temperature of approx. The melt is forcibly drawn into the nip by the driven cylinders and in particular by the surface design of the cylinders according to the invention. The melt solidifies on the surface of the cylinder under the external pressure of the cylinder in the region of the converging cylinder gap.
Already in the gap area and then in the diverging part of the cylinder gap the solidified material is pre-broken and falls out of the working area of the cylinder by gravity, whereby the temperature of the solidified material has dropped to below 1600 ° C. During the entire casting, the cylinders are cooled intensively from the inside and possibly also from the outside.
The method according to the invention is suitable for processing ceramic melts made of aluminum oxide in a mixture with baddeleyite and / or the oxides of zirconium, magnesium, yttrium, calcium and chromium in the form of single- or multi-material systems, in particular for materials for grinding purposes, as plasma spray powder and as sinter powder for molded parts.