RU2425008C2 - Method of producing zirconia alumina and crystalliser - Google Patents
Method of producing zirconia alumina and crystalliser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425008C2 RU2425008C2 RU2008152659/03A RU2008152659A RU2425008C2 RU 2425008 C2 RU2425008 C2 RU 2425008C2 RU 2008152659/03 A RU2008152659/03 A RU 2008152659/03A RU 2008152659 A RU2008152659 A RU 2008152659A RU 2425008 C2 RU2425008 C2 RU 2425008C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- melt
- mold
- crystalliser
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 12
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 7
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 abstract description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 9
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 8
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 235000014698 Brassica juncea var multisecta Nutrition 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001415775 Rajidae Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству высокопрочного износостойкого абразивного материала циркониевого электрокорунда, применяемого при интенсивных методах обработки материалов.The invention relates to the production of high-strength wear-resistant abrasive material of zirconium electrocorundum, used in intensive methods of processing materials.
В основе прочности материала заложено свойство оксидов алюминия и циркония не вступать в химическое взаимодействие и не образовывать твердых растворов. Расплавленная смесь этих оксидов, будучи быстро охлажденной, образует материал с мелкодисперсной кристаллической структурой, сложенной из твердых кристаллов корунда и относительно мягких кристаллов оксида циркония (бадделеита). Подобная композиция оксидов придает материалу высокие износостойкость и сопротивление ударным динамическим нагрузкам.The strength of the material is based on the property of aluminum and zirconium oxides not to enter into chemical interaction and not to form solid solutions. The molten mixture of these oxides, being rapidly cooled, forms a material with a finely divided crystalline structure composed of solid crystals of corundum and relatively soft crystals of zirconium oxide (baddeleyite). Such a composition of oxides gives the material high wear resistance and resistance to dynamic shock loads.
Для быстрого охлаждения расплава указанной смеси оксидов расплав приходится охлаждать в тонком слое. Это обусловлено высоким уровнем теплоты кристаллизации применяемых оксидов и низкой теплопроводностью затвердевшего материала (см. Физические величины. Справочник. М., Энергоатомиздат, 1991 г., стр.291, 296, 358). В большинстве патентов расплав охлаждают в щелях, образованных между массивными металлическими пластинами (см., например, патент Канады №10628889, заявлено 14.10.1975, приоритет США от 08.11.74, опубликовано 25.09.1975, патент РФ №2138464, приоритет Германии №4306966 от 05.03.1993, опубликовано 29.09.1999, патент РФ №2110502, приоритет Германии №4306965.7 от 05.03.1993, опубликован 10.05.1998, патент США №4070796, заявлено 27.12.1971, опубликовано 31.01.1978).For rapid cooling of the melt of the specified mixture of oxides, the melt must be cooled in a thin layer. This is due to the high level of heat of crystallization of the oxides used and the low thermal conductivity of the hardened material (see Physical quantities. Handbook. M., Energoatomizdat, 1991, pp. 291, 296, 358). In most patents, the melt is cooled in slots formed between massive metal plates (see, for example, Canadian patent No. 10628889, claimed 10/14/1975, US priority 11/08/1974, published September 25, 1975, RF patent No. 2138464, German priority No. 4306966 dated 05.03.1993, published on 09.29.1999, RF patent No. 2110502, German priority No. 4306965.7 dated 05.03.1993, published 05/10/1998, US patent No. 4070796, filed 12/27/1971, published 01/31/1978).
Затвердевание (кристаллизация) расплава, учитывая его интенсивное охлаждение, происходит в интервале температур 1800°С - 1900°С (см. Зубов А.С., Гладков В.Е., Фотиев А.А. и др. Влияние различных модификаций ZrO2 на физико-механические свойства циркониевого электрокорунда. «Неорганические материалы», том 21, №4, 1985 г., с.616-619). В равновесных условиях ZrO2 при охлаждении до 1200°С претерпевает фазовое превращение тетрагональная - моноклинная - модификация с увеличением объема до 7%. Поскольку формирование циркониевого электрокорунда происходит в условиях активного охлаждения далеких от равновесных, фазовое превращение происходит в интервале температур 1200°С - 600°С, когда материал уже затвердел. Если позволить реализацию фазового превращения в полном объеме, то расширяющаяся ZrO2 г разрушит материал, если же «заморозить» полностью высокотемпературную тетрагональную модификацию ZrO2 до комнатной температуры, то в материале остаются внутренние напряжения, близкие к пределу его прочности, и приложение внешних усилий в процессе шлифования приведет к раскалыванию абразивного зерна.The solidification (crystallization) of the melt, taking into account its intensive cooling, occurs in the temperature range 1800 ° C - 1900 ° C (see Zubov A.S., Gladkov V.E., Fotiev A.A. et al. Effect of various modifications of ZrO 2 on the physicomechanical properties of zirconium electrocorundum. "Inorganic Materials", Volume 21, No. 4, 1985, pp. 616-619). Under equilibrium conditions, ZrO 2, upon cooling to 1200 ° С, undergoes a tetragonal - monoclinic - phase transformation with an increase in volume up to 7%. Since the formation of zirconium electrocorundum occurs under conditions of active cooling far from equilibrium, phase transformation occurs in the temperature range 1200 ° C - 600 ° C, when the material has already hardened. If the phase transformation is fully realized, expanding ZrO 2 g will destroy the material, but if the fully high-temperature tetragonal modification of ZrO 2 is “frozen” to room temperature, then internal stresses close to its ultimate strength remain and external forces are applied in grinding process will lead to cracking of abrasive grain.
Установлено, что к факторам, тормозящим полиморфное превращение ZrO2 в электрокорунде, относятся отклонение ZrO2 от стехиометрического состава, высокий уровень внутренних напряжений в материале, сформированном в условиях больших градиентов температур как в процессе кристаллизации, так и при охлаждении отливки.It was established that the factors inhibiting the polymorphic transformation of ZrO 2 in electrocorundum include the deviation of ZrO 2 from the stoichiometric composition, a high level of internal stresses in the material formed under conditions of large temperature gradients both during crystallization and during casting cooling.
Количественное соотношение влияния различных факторов на фазовое превращение установить в промышленных условиях трудно из-за одновременности их действия и отсутствия надежных методик определения нестехиометрии, фазового состава и уровня внутренних напряжений.It is difficult to establish a quantitative correlation of the influence of various factors on the phase transformation in industrial conditions due to the simultaneity of their action and the lack of reliable methods for determining non-stoichiometry, phase composition and level of internal stresses.
При плавке в электропечи с углесодержащими электродами расплавы оксидов всегда получают с дефицитом ионов кислорода. Дефицит может быть увеличен добавками в расплав различного рода восстановителей.When melting in an electric furnace with carbon-containing electrodes, oxide melts are always obtained with a deficiency of oxygen ions. Deficit can be increased by additives in the melt of various kinds of reducing agents.
Необходимость получения мелкодисперсной структуры материала обуславливает кристаллизацию расплава в узких щелях между холодными пластинами. При этом существует мало возможностей для управления качеством материала. Режим охлаждения затвердевающего материала влияет на скорость и полноту фазового превращения ZrO2T в ZrO2M, а также на развитие термических напряжений в затвердевшем материале.The need to obtain a finely dispersed structure of the material determines the crystallization of the melt in narrow slots between the cold plates. However, there are few possibilities for managing the quality of the material. The cooling regime of the hardened material affects the speed and completeness of the phase transformation of ZrO 2T into ZrO 2M , as well as the development of thermal stresses in the hardened material.
В упомянутых выше патентах затвердевший материал извлекают из кристаллизатора после минимальных выдержек, не более нескольких минут, после чего полученные плитки циркониевого электрокорунда свободно с большой скоростью охлаждаются на воздухе. При этом «замораживаются» высокотемпературные модификации ZrO2T, возникают термические напряжения. Материал легко дробится до размеров шлифзерна, но в зернах абразива сохраняется высокий уровень напряжений, способствующих разрушению зерна при работе шлифования.In the aforementioned patents, the hardened material is removed from the crystallizer after a minimum exposure time of not more than a few minutes, after which the obtained zirconia electrocorundum tiles are freely cooled at high speed in air. At the same time, high-temperature modifications of ZrO 2T are “frozen,” thermal stresses occur. The material is easily crushed to the size of a grinding grain, but a high level of stresses is maintained in the abrasive grains that contribute to the destruction of grain during grinding operation.
По патенту РФ №2199506 способ получения циркониевого электрокорунда включает плавление смеси оксидов алюминия и циркония с получением расплава с дефицитом кислорода относительно стехиометрического состава, разливку расплава в рабочее пространство между плитами кристаллизатора, соединенными стяжками, сжимающими пакет плит за счет гравитации, охлаждение расплава и его кристаллизация вместе с плитами, снятие гравитационного сжатия, извлечение полученного материала, при этом совместное охлаждение закристаллизовавшегося расплава и плит кристаллизатора производят до момента, когда температура пластин, полученных из расплава, и температура поверхности плит выравнивается (RU 2199506 С1, кл. С04В 35, 119, опубликован 27.02.2003). При этом охлаждение циркониевого электрокорунда, затвердевшего в промежутках (щелях) между плитами, производят совместно с плитами до температуры 100°С. В интервале температур фазового превращения ZrO2T→ZrO2M 1200°С ÷ 600°С материал находится в течение 2±0,3 часа. За это время ZrO2T превращается в ZrO2M более чем на 50%, в материале возникают в микрообъемах, сравнимых с размерами кристаллитов (Al2O3 и ZrO2 имеют размеры в пределах 5-30 мкм), напряжения, которые приводят к активному шелушению материала в шлифзерне во время шлифования и повышенному износу инструмента. Таким образом, недостатком способа-прототипа является низкое качество шлифзерна, получаемого из циркониевого электрокорунда, обусловленное повышенным внутренним напряжением.According to RF patent No. 2199506, a method for producing zirconium electrocorundum involves melting a mixture of aluminum and zirconium oxides to produce an oxygen-deficient melt relative to the stoichiometric composition, pouring the melt into the working space between the mold plates connected by couplers, compressing the plate pack due to gravity, melt cooling and its crystallization together with plates, removal of gravitational compression, extraction of the obtained material, while co-cooling the crystallized melt and plates ristallizatora produced until the temperature of the wafers from the melt, and the temperature of the surface plates aligned (RU 2199506 C1, Int. S04V 35 119, published 27.02.2003). In this case, the cooling of zirconium electrocorundum, hardened in the gaps (crevices) between the plates, is carried out together with the plates to a temperature of 100 ° C. In the temperature range of the phase transformation ZrO 2T → ZrO 2M 1200 ° С ÷ 600 ° С, the material is located for 2 ± 0.3 hours. During this time, ZrO 2T is converted to ZrO 2M by more than 50%, occur in the material in microvolumes comparable with crystallite sizes (Al 2 O 3 and ZrO 2 have sizes in the range of 5-30 μm), stresses that lead to active peeling material in the grinder during grinding and increased tool wear. Thus, the disadvantage of the prototype method is the low quality of the grinder obtained from zirconium electrocorundum, due to increased internal voltage.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства для осуществления способа является кристаллизатор, содержащий секции плит, состоящие из крайних плит и находящихся между ними рабочих плит, причем между рабочими плитами образовано рабочее щелевое пространство для размещения расплава, а верхние части плит выполнены в виде клина с углом при вершине в пределах 40-60°, при этом крайние плиты содержат цапфы для соединения с четырехшарнирными стяжками, среднее звено которых снабжено грузозахватным приспособлением, а нижняя часть этого звена имеет опорную площадку для взаимодействия с дополнительной опорной стойкой. К верхней части крайних плит прикреплены кронштейны для взаимодействия с боковыми продольными опорами, толщина кронштейнов меньше толщины плит, а кристаллизатор дополнительно снабжен эластичными тросами для подъема (RU 2199506 С1, кл. С04В 35, 119, опубликован 27.02.2003).The closest analogue of the claimed device for implementing the method is a mold containing sections of plates, consisting of extreme plates and working plates located between them, moreover, between the working plates there is a working slot space for melt placement, and the upper parts of the plates are made in the form of a wedge with an angle at the apex within 40-60 °, while the extreme plates contain trunnions for connection with four-hinged couplers, the middle link of which is equipped with a load gripping device, and the lower part of this link and EET support surface for cooperation with the additional support leg. Brackets are attached to the upper part of the outermost plates for interaction with lateral longitudinal supports, the thickness of the brackets is less than the thickness of the plates, and the mold is additionally equipped with elastic cables for lifting (RU 2199506 C1, CL S04B 35, 119, published 02.27.2003).
Металл плит, контактирующих с расплавом, находясь в почти пластическом состоянии, претерпевает термическое расширение, размер пакета увеличивается, использованные в прототипе практически недеформируемые стяжки с жесткими стальными стержневыми тягами увеличивают усилие сжатия стальных плит, плиты пластически деформируются, изменяя форму и положение. Пластины уменьшаются по толщине на 20-30% и меняют прямоугольную форму на форму овала. Кронштейны плит меняют положение в пространстве, а поскольку плиты деформируются неодинаково, то при разборке и сборке плиты пакета занимают произвольное положение, что не позволяет обеспечить нормальное положение плит в пакете, рабочее пространство (щель) между пластинами получается меньших размеров, негерметичной, при заливке расплав частично свободно вытекает из щелей, что снижает эффективность операции. При разгрузке пакета и подъеме его эластичными тросами отдельные участки троса испытывают повышенные усилия, пакет не раскрывается, трос получает вмятины и быстро выходит из строя. Разборку при разгрузке пакета приходится производить вручную.The metal of the plates in contact with the melt, being in an almost plastic state, undergoes thermal expansion, the packet size increases, the practically undeformable couplers with rigid steel rod rods used in the prototype increase the compression force of the steel plates, the plates are plastically deformed, changing shape and position. The plates are reduced in thickness by 20-30% and change the rectangular shape to the shape of an oval. The brackets of the plates change their position in space, and since the plates are deformed differently, when disassembling and assembling the plate of the package, they occupy an arbitrary position, which does not allow for the normal position of the plates in the package, the working space (gap) between the plates is smaller, leaky, when pouring the melt partially flows out of the slots, which reduces the efficiency of the operation. When unloading the package and lifting it with elastic cables, individual sections of the cable experience increased forces, the package does not open, the cable receives dents and quickly fails. Dismantling when unloading the package has to be done manually.
Выявлен еще один недостаток устройства-прототипа. Вход в рабочую щель кристаллизатора-прототипа образован двумя скосами на верхних торцах плит. При заполнении кристаллизатор, установленный на тележке, протягивают специальной лебедкой под струей расплава из летки печи. Струя расплава скользит по одному скосу и под углом, близким к 90°, ударяется о другой скос. Образуются брызги и расплав, меняя направление движения, теряет скорость движения вниз, в щель. Замедляется скорость заполнения щели расплавом, снижается степень заполнения щели. Даже небольшие задержки движения расплава с температурой, близкой к 2000°С, живучесть которого составляет время порядка 3-4 секунд, существенно снижает его жидкотекучесть и способность заполнять щелевые пространства. Расплав затвердевает на входных поверхностях щелей. На верхней, заливочной, поверхности пакета пластин образуется толстый 15-30 мм слой корунда, как правило, пористого, не пригодного для получения качественного шлифовального зерна (скрап). Этот скрап при разгрузке секций пластин вручную удаляют и направляют на переплав. Увеличивается трудоемкость процесса, снижаются технико-экономические показатели производства. Масса скрапа составляет 15-20% от веса расплава, выпущенного из печи за плавку.Another disadvantage of the prototype device was identified. The entrance to the working slot of the prototype mold is formed by two bevels on the upper ends of the plates. When filling, the mold mounted on the trolley is pulled with a special winch under a melt stream from the notch of the furnace. The melt stream slides along one bevel and, at an angle close to 90 °, hits another bevel. Spatter and melt are formed, changing the direction of movement, it loses the speed of movement down into the slot. The rate of filling the gap with the melt is slowed down, the degree of filling of the gap is reduced. Even small delays in the movement of the melt with a temperature close to 2000 ° C, the survivability of which is about 3-4 seconds, significantly reduces its fluidity and the ability to fill gap spaces. The melt hardens on the entrance surfaces of the slots. A thick 15-30 mm layer of corundum is formed on the upper, casting, surface of the plate pack, usually porous, not suitable for obtaining high-quality grinding grain (scrap). This scrap, when unloading the sections of the plates, is manually removed and sent for remelting. The complexity of the process increases, the technical and economic indicators of production decrease. The mass of scrap is 15-20% of the weight of the melt released from the furnace for melting.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества шлифовального зерна из циркониевого электрокорунда, повышение срока службы кристаллизатора и эффективности его работы, снижение трудоемкости технологии и себестоимости продукта.The objective of the present invention is to improve the quality of grinding grains of zirconium electrocorundum, increasing the life of the mold and its efficiency, reducing the complexity of the technology and the cost of the product.
Указанная задача решается за счет того, что в известном способе получения циркониевого электрокорунда, включающем плавление смеси оксидов алюминия и циркония с получением расплава с дефицитом кислорода относительно стехиометрического состава, разливку расплава в рабочее пространство между плитами кристаллизатора, соединенными стяжками, сжимающими пакет за счет сил гравитации, охлаждение расплава и его кристаллизацию вместе с плитами до температуры 600-700°С в течение 10-20 минут, что обеспечивает выравнивание температур пластин, полученных из расплава, и поверхности плит, снятие гравитационного сжатия, извлечение полученного материала из кристаллизатора и последующее охлаждение полученного материала на воздухе отдельно от плит кристаллизатора.This problem is solved due to the fact that in the known method of producing zirconium electrocorundum, including melting a mixture of aluminum oxides and zirconium to obtain a melt with oxygen deficiency relative to the stoichiometric composition, pouring the melt into the working space between the mold plates connected by couplers compressing the package due to gravitational forces cooling the melt and its crystallization together with the plates to a temperature of 600-700 ° C for 10-20 minutes, which ensures equalization of the plate temperatures, obtained s from the melt and the surface plates, the removal of the gravitational compression, extracting the material obtained from the mold and subsequently cooling the material in air separately from the mold plates.
Указанная задача решается также за счет того, что в кристаллизаторе, включающем секции плит, состоящих из крайних плит и находящихся между ними рабочих плит, между рабочими плитами образовано щелевое пространство для размещения расплава, а верхние части плит выполнены в виде одностороннего клина, с углом при вершине клина 30°, при этом крайние плиты содержат цапфы для соединения со стяжками-цепями, которые имеют кольца, устанавливающиеся на верхние концы опорных стоек, так что секции плит подвешены на опорных стойках с возможностью гравитационного сжатия секций плит за счет натягивая стяжки-цепи и сжатия крайними плитами рабочих плит.This problem is also solved due to the fact that in the mold, which includes sections of plates consisting of extreme plates and working plates located between them, a slit space is formed between the working plates to accommodate the melt, and the upper parts of the plates are made in the form of a one-sided wedge with an angle at the top of the wedge is 30 °, while the extreme plates contain trunnions for connection with tie rods, which have rings that are mounted on the upper ends of the support posts, so that the sections of the plates are suspended on the support posts with the possibility of gravity insulating the compression slab sections due to tie chain pulling and compression plates extreme working plates.
При совместном охлаждении закристаллизовавшегося расплава и плит кристаллизатора до выравнивания температур полученных пластин и поверхности плит в условиях гравитационного сжатия плит между собой при температуре 1200°С - 600°С происходит частичное превращение ZrO2T→ZrO2M с увеличением объема ZrO2. Однако возникающие в материале напряжения благодаря относительно высокой температуре и весьма развитой поверхности мелкодисперсных кристаллитов Al2O3 и ZrO2, слагающих материал, релаксируют. Получаемый при комнатной температуре мелкокристаллический материал характеризуется минимальными внутренними напряжениями.When the crystallized melt and crystallizer plates are co-cooled to equalize the temperatures of the obtained plates and the surface of the plates under conditions of gravitational compression of the plates between themselves at a temperature of 1200 ° C - 600 ° C, a partial transformation of ZrO 2T → ZrO 2M occurs with an increase in the volume of ZrO 2 . However, the stresses arising in the material due to the relatively high temperature and very developed surface of finely dispersed crystallites Al 2 O 3 and ZrO 2 composing the material relax. The finely crystalline material obtained at room temperature is characterized by minimal internal stresses.
При совместном охлаждении закристаллизовавшегося расплава и плит кристаллизатора до выравнивания температур полученных пластин и поверхности плит, то есть до температуры порядка 700°С - 600°С, что значительно больше, чем предусмотренные в прототипе 100°С, плиты находятся при высокой температуре ограниченное время (порядка 10-20 минут). За это время не происходит существенных деформаций как самих плит, так и получаемых пластин. В результате плиты служат дольше. Между плитами не образуется щелей, то есть предотвращается вытекание расплава, а следовательно, снижается себестоимость получаемого материала.When the crystallized melt and crystallizer plates are co-cooled until the temperatures of the obtained plates and the surface of the plates equalize, i.e. to a temperature of the order of 700 ° С - 600 ° С, which is significantly greater than that provided for in the prototype 100 ° С, the plates are kept at high temperature for a limited time ( about 10-20 minutes). During this time, there are no significant deformations of both the plates themselves and the resulting plates. As a result, the plates last longer. No gaps are formed between the plates, that is, the flow of the melt is prevented, and therefore, the cost of the resulting material is reduced.
Использование для подвески пакета плит (секции) кристаллизатора вместо жестких стержневых стяжек более упругих стяжек из цепи, длина которых при нагреве может несколько увеличиваться за счет упругих деформаций звеньев цепи, позволяет предотвратить излишнее увеличение усилия сжатия, снизить деформацию плит и всего пакета плит. Это также удлиняет срок службы пакета плит.The use of a mold plate (section) instead of a rigid rod coupler for suspension of a pack of molds of more elastic chain couplers, the length of which may increase somewhat during heating due to elastic deformations of the chain links, helps to prevent an excessive increase in the compression force and reduce the deformation of the plates and the entire plate package. It also extends the life of the plate package.
Выполнение одностороннего скоса на верхней заходной части плит с углом при вершине 30° облегчает затекание расплава в щели между плитами. Струя расплава, попадая в приемное пространство, скользит по стенкам этого пространства или «разрезается» острием верхней части плит с направлением полученных потоков в смежные щели. Поток расплава испытывает минимальное гидравлическое сопротивление. Рабочее пространство между плитами заполняется быстро и в максимальном объеме, скорость заливки кристаллизатора увеличивается на 10-15%, количество скрапа уменьшается. Это обеспечивает снижение трудоемкости технологии и себестоимости продукта.Performing a one-sided bevel on the upper entry part of the plates with an angle at the apex of 30 ° facilitates the flow of the melt in the gap between the plates. The melt stream, falling into the receiving space, slides along the walls of this space or is "cut" by the tip of the upper part of the plates with the direction of the resulting flows into adjacent slots. The melt flow experiences minimal flow resistance. The working space between the plates is filled quickly and to the maximum extent, the mold pouring rate is increased by 10-15%, the amount of scrap is reduced. This reduces the complexity of the technology and the cost of the product.
Таким образом, использование заявленной совокупности признаков обеспечивает:Thus, the use of the claimed combination of features provides:
- повышение качества получаемого циркониевого электрокорунда;- improving the quality of the resulting zirconium electrocorundum;
- ускорение процесса охлаждения, повышение производительности;- acceleration of the cooling process, increased productivity;
- снижение перегрева плит, следствием чего является повышение срока их службы;- reduction of overheating of the plates, resulting in an increase in their service life;
- уменьшение потерь получаемого материала на разбрызгивание и др.- reducing the loss of material obtained by spraying, etc.
Таким образом, обеспечено достижение заявленного технического результата.Thus, the claimed technical result is achieved.
Проведенные патентные исследования показали, что заявляемые технические решения соответствуют критериям охраноспособности изобретения: «новизна», «изобретательский уровень». Эти решения также соответствуют критерию «промышленная применимость».Conducted patent studies have shown that the claimed technical solutions meet the eligibility criteria of the invention: "novelty", "inventive step". These solutions also meet the criterion of “industrial applicability”.
Сущность предлагаемых технических решений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен внешний вид нескольких последовательно установленных на опорные стойки тележки секций (пакетов) плит, соединенных цепями (стяжками), на фиг.2 - плита с кронштейнами.The essence of the proposed technical solutions is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the appearance of several sections (packages) of plates connected by chains (ties) sequentially mounted on the support racks of the trolley, and Fig. 2 shows a plate with brackets.
Кристаллизатор включает секции плит 1, выполненных из листовой стали, Каждая плита 1 в плане имеет прямоугольную форму. Верхняя часть плит 1 выполнена в виде одностороннего клина с углом при вершине 30°. К верхней части плиты приварены кронштейны 2, снабженные полукруглыми выемками (вырезами) для установки на боковые продольные трубчатые опоры 3. Толщина пластин кронштейнов 2 меньше толщины плит 1 на 10-30%.The mold includes sections of plates 1 made of sheet steel. Each plate 1 has a rectangular shape in plan. The upper part of the plates 1 is made in the form of a one-sided wedge with an angle at the apex of 30 °.
По боковым и нижней стороне периметра каждой плиты 1 с каждой стороны приварены стальные прокладки 4. Толщина прокладок 4 определяет толщину получаемой пластины электрокорунда. Прокладки 4 смежных плит 1, примыкая друг к другу, образуют лабиринтное соединение, предотвращающее вытекание расплава из образующегося между смежными плитами 1 рабочего пространства (щели), а также препятствующее проникновению воздуха к расплаву.On the side and bottom side of the perimeter of each plate 1, steel gaskets are welded on each
Сборка кристаллизатора осуществляется следующим образом. На две продольные трубчатые опоры (направляющие) 3 последовательно устанавливают плиты 1. Крайние плиты 1 в каждой секции соединяют цепями-стяжками 5, захваты которых надевают на противоположные цапфы 6. Затем подготовленную секцию посредством чалки поднимают краном за кольца 9 цепей-стяжек и устанавливают на опорные стойки 7 разливочной тележки 8 таким образом, что цепь-стяжка 5 опирается на верхние концы опорных стоек 7. Цепь натягивается, крайние плиты 1 сжимают находящиеся между ними рабочие плиты 1, и секция плит повисает на стойках 7, не опираясь на платформу разливочной тележки 8. Плиты в секции удерживаются только силами трения, возникающими под воздействием сжимающего усилия, развиваемого цепями 5. Чем больше масса секции плит 1, тем больше гравитационное сжатие.Assembly of the mold is as follows. Plates 1 are sequentially mounted on two longitudinal tubular supports (guides) 3. The extreme plates 1 in each section are connected with tie chains 5, the grippers of which are worn on opposite trunnions 6. Then, the prepared section is lifted by a crane using the rings 9 of the tie chains and installed on supporting racks 7 of the trolley 8 in such a way that the screed chain 5 rests on the upper ends of the supporting racks 7. The chain is tensioned, the end plates 1 compress the working plates 1 between them, and the plate section hangs on the racks 7, not rayas on the casting platform trolleys 8. Plates section held only friction forces arising under the influence of compressive force developed chains 5. The greater the mass plate section 1, the greater gravitational compression.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Подготовленная разливочная тележка 8 с секциями плит 1 подкатывается под летку печи. Печь наклоняют, поддерживая равномерную по времени струю расплава. Перемещая тележку 8 под струей, последовательно заполняют рабочие щелевые пространства между плитами 1.The inventive method is as follows. Prepared filling trolley 8 with sections of plates 1 rolls up under the notch of the furnace. The furnace is tilted, maintaining a stream of melt uniform in time. Moving the trolley 8 under the stream, successively fill the working slotted spaces between the plates 1.
Заполненные расплавом секции кристаллизатора охлаждают до момента выравнивания температур закристаллизовавшегося материала в щелях кристаллизатора и поверхностей плит 1. Как показала практика, это происходит в течение 10-20 минут, при этом температура составляет примерно 700°С - 600°С.The sections of the mold filled with the melt are cooled until the temperature of the crystallized material is equalized in the slots of the mold and the surfaces of the plates 1. As practice has shown, this happens within 10-20 minutes, while the temperature is about 700 ° C - 600 ° C.
Затем секции кристаллизатора за кольца 9 цепей-стяжек поднимают краном, устанавливают на стенд разгрузки, оборудованный вибратором, где с них снимают стяжки 5. Пластины циркониевого электрокорунда выпадают из раскрывшихся щелей между плитами 1 в приемную тару и отправляются на доохлаждение. Охлажденный электрокорунд далее отправляется на дробление.Then the mold sections are lifted by a crane using rings 9 of the coupler chains, installed on a discharge stand equipped with a vibrator, where the couplers are removed 5. The zirconium electrocorundum plates fall out of the open slots between plates 1 into the receiving container and are sent for further cooling. The cooled electrocorundum is then sent for crushing.
Пример конкретного выполнения способаAn example of a specific implementation of the method
В разогретую электроплавильную печь мощностью 1250 кВА загружают 1100 кг шихты, состоящей из следующих материалов:1100 kg of a charge consisting of the following materials are loaded into a 1250 kVA heated electric melting furnace:
- 50 кг скрапа циркониевого электрокорунда от предыдущей плавки;- 50 kg of scrap of zirconium electrocorundum from the previous heat;
- 250 кг возвратов циркониевого электрокорунда из схемы дробления и рассева мелких неликвидных фракций;- 250 kg of returns of zirconium electrocorundum from the crushing and sieving scheme of small illiquid fractions;
- 220 кг бадделеита;- 220 kg of baddeleyite;
- 680 кг глинозема.- 680 kg of alumina.
Загруженную шихту расплавляют, наклоняя ванну печи и перемещая под леткой кристаллизатор, состоящий из шести секций плит, висящих на цепных стяжках 5 и сжатых усилием собственного веса, заливают расплав в течение 2,5 минут в рабочие щели между плитами.The loaded charge is melted by tilting the furnace bath and moving the mold, consisting of six sections of plates hanging on chain ties 5 and compressed by its own weight, under a tap hole, pour the melt for 2.5 minutes into the working slots between the plates.
Время кристаллизации расплава в каждой щели составляет 5-8 сек, температура конца кристаллизации примерно 1910°С.The crystallization time of the melt in each slit is 5-8 seconds, the temperature of the end of crystallization is approximately 1910 ° C.
Через 10-20 минут температура затвердевших пластин циркониевого электрокорунда и поверхности металлических пластин секций кристаллизатора сравнивается на уровне 600-700°С и начинается их совместное охлаждение.After 10-20 minutes, the temperature of the hardened plates of zirconium electrocorundum and the surface of the metal plates of the crystallizer sections is compared at a level of 600-700 ° C and their joint cooling begins.
После выравнивания температур (через 10-20 минут после разливки или при температуре закристаллизовавшегося материала и поверхности плит в диапазоне 600-700°С) секции кристаллизатора поднимают краном за грузовые проушины цепных стяжек 5 и устанавливают на стенд разгрузки, при этом плиты кристаллизатора опираются боковыми кронштейнами 2 на два горизонтальных параллельных стержня 3. Затем секции избавляют от цепных стяжек 5. Включают вибропривод, пластины циркониевого электрокорунда выпадают из щелей в приемную тару. Из тары пластины высыпают через решетку с ячейкой 150×150 мм в бункер-накопитель. В процессе транспортировки и пересылки пластины циркониевого электрокорунда активно охлаждаются, что предотвращает чрезмерное протекание фазового превращения ZrO2T→ZrO2M. В материале не возникают чрезмерные внутренние напряжения. Динамическая прочность шлифзерна из частиц размерами примерно 3 мм повышается по сравнению с зерном, полученным по технологии-прототипу, с 60-65% до 80-85%, на 20-30% повышается стойкость шлифовальных кругов, применяемых для силового обдирочного шлифования.After temperature equalization (10-20 minutes after casting or at a temperature of the crystallized material and the surface of the plates in the range of 600-700 ° C), the mold sections are lifted by a crane by the load eyes of the chain ties 5 and mounted on the discharge stand, while the mold plates are supported by
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152659/03A RU2425008C2 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Method of producing zirconia alumina and crystalliser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152659/03A RU2425008C2 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Method of producing zirconia alumina and crystalliser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008152659A RU2008152659A (en) | 2010-06-27 |
| RU2425008C2 true RU2425008C2 (en) | 2011-07-27 |
Family
ID=42683370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008152659/03A RU2425008C2 (en) | 2008-12-23 | 2008-12-23 | Method of producing zirconia alumina and crystalliser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425008C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3993119A (en) * | 1974-11-08 | 1976-11-23 | Norton Company | Progressively or continuously cycled mold for forming and discharging a fine crystalline material |
| RU2144502C1 (en) * | 1998-05-12 | 2000-01-20 | Зубов Альберт Сергеевич | Zirconium electrocorundum, method and crystallizer for manufacturing thereof |
| RU2199506C2 (en) * | 2001-05-04 | 2003-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Абразивные технологии" | Method for producing abrasive grains and crystallizer for performing the same |
| RU2317964C1 (en) * | 2006-04-17 | 2008-02-27 | Алла Георгиевна Морозова | Method of production of the zirconium electrocorundum with the high content of the tetragonal modification of zirconium dioxide |
-
2008
- 2008-12-23 RU RU2008152659/03A patent/RU2425008C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3993119A (en) * | 1974-11-08 | 1976-11-23 | Norton Company | Progressively or continuously cycled mold for forming and discharging a fine crystalline material |
| RU2144502C1 (en) * | 1998-05-12 | 2000-01-20 | Зубов Альберт Сергеевич | Zirconium electrocorundum, method and crystallizer for manufacturing thereof |
| RU2199506C2 (en) * | 2001-05-04 | 2003-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Абразивные технологии" | Method for producing abrasive grains and crystallizer for performing the same |
| RU2317964C1 (en) * | 2006-04-17 | 2008-02-27 | Алла Георгиевна Морозова | Method of production of the zirconium electrocorundum with the high content of the tetragonal modification of zirconium dioxide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СТЕПАНОВ Ю.А. Краткий политехнический словарь. Государственное издательство технико-теоретической литературы. - М., 1955, с.1045. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008152659A (en) | 2010-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2602924C2 (en) | Machine for forming metal bars | |
| US7833490B2 (en) | Crucible for the treatment of molten silicon | |
| NO131505B (en) | ||
| EP3390945B1 (en) | Pallet car for the transport of bulk material for a thermal treatment and method terefore | |
| WO1993012272A1 (en) | Method of and apparatus for casting crystalline silicon ingot by electron beam melting | |
| US20160016231A1 (en) | Method and facility for transforming a liquid-state metal into a solid-state metal | |
| RU2425008C2 (en) | Method of producing zirconia alumina and crystalliser | |
| KR101227382B1 (en) | Melting Apparatus | |
| HU222951B1 (en) | Method and device for purifying aluminium by segregation | |
| JP5606152B2 (en) | How to remove ladles from ladle | |
| NO854157L (en) | PROCESS MEETING AND DEVICE FOR CASTING FERRO ALLOYS AND Slags. | |
| US4580974A (en) | Melting furnace cover | |
| JPH09192822A (en) | Tundish cover | |
| RU2199506C2 (en) | Method for producing abrasive grains and crystallizer for performing the same | |
| KR101668621B1 (en) | aluminum ingot mnting for casting | |
| JP7425949B2 (en) | Remaining water storage container | |
| RU2340568C1 (en) | Brick-lining of glass furnace pool walls | |
| KR101207332B1 (en) | Apparatus for melting flux and method for melting flux using the same | |
| US10100427B2 (en) | Hybrid crucible for crystallizing materials | |
| Kakde et al. | Improvement in Ladle Technology for Conservation of Heat Energy | |
| Kampova et al. | Stages of technological control in foundries | |
| JP2006015367A (en) | Casting production device and casting production method | |
| SU742465A1 (en) | Method of slag melt removal from metallurgical sets | |
| RU2629506C1 (en) | Method of manufacturing granulated foam glass and granulated foam glass crystalline materials and device for its implementation | |
| RU2085324C1 (en) | Silicon pouring ingot mold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20101214 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121224 |