CN101680051A - 使用铁屑制造铁块的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于从机械加工过程中产生的铁屑制造铁块的装置和方法。所述装置包括：填料器，碎片形状的铁屑通过填料器被引入；搅拌器，位于所述填料器下部，所述搅拌器在其上部区域中包括一个或多个进口而在其下部区域中包括出口，并且所述搅拌器包括叶轮，所述叶轮在所述搅拌器内部安装在中央轴上并且围绕所述中央轴旋转从而搅拌通过所述进口引入的所述铁屑、硅酸钠和水；以及，成形单元，位于所述搅拌器的出口的下部，并且包括嵌入在其内壁中的加热线。本发明的优点是具有最小化的重量损失以及增强的硬度，并且包含在铁块中的湿气量最小，从而避免由于存储和运输期间的腐蚀而导致硬度的减小。

Description

使用铁屑制造铁块的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于从机械加工过程中生成的铁屑制造铁块的装置和方法，更具体地，涉及一种用于从铁屑制造铁块的装置和方法，所述方法适用于利用硅酸钠和水混合加工机械部件过程中产生的铁屑，搅拌混合物，并且在对其加热的过程中将混合物压缩到形成腔体中，从而形成具有最小重量损失和硬度增强的铁块。
背景技术
一般地，当使用通用机床、车床或铣床加工包括机械部件的各种金属部件时，对部件的切割不断地产生卷曲的铁屑。
另外，在钢铁厂和制造场所，作为在金属产品的制造中产生的多余的块状物的矿渣粉在制造场所周围扩散并累积。
在完成制造金属产品的过程之后，例如铁屑的金属残余物被周期性进行收集和作为可再用材料进行处理。在这些处理中，卷曲的铁屑被压成碎片形状，然后与矿渣粉一起被收集以便再次使用。因此，当传输和存储铁屑时不能避免重量和体积的增加，从而增加了物流成本和运输费用。
另外，当再次使用铁屑时，粉末状的铁屑直接置于鼓风炉中，然后在鼓风炉中融化，其被加热至高温。在这一点上，一部分铁屑没有融化而飞向鼓风炉的内壁，从而导致对于鼓风炉壁体的损坏。
因此，已经尝试了各种努力来寻找一种方法，使得为了减小其体积并能够容易地对其进行传输和存储而将收集到的铁屑制造为铁块，并且将鼓风炉中的铁块进行融化以便再次使用。
在这种传统的制造铁块的方法中，铁屑与水以及作为固体剂加入的附加的粘合剂一起混合，然后形成为一个聚合体，其中粘合剂的凝固使铁屑形成铁块。然而，传统方法的问题在于，所产生的铁块不可避免地包含湿气，因此，在形成操作和干燥操作之后，所包含的湿气会使铁块破损。
为了克服上述问题，可以采用一种方案，其中，减小与铁屑相混合的水的量而增加粘合剂的量。在这种情况下，会出现这样的问题，即铁屑的再使用比率被降低，因为铁屑量与所用粘合剂量的增加成比例地减小。
因此，本发明旨在解决在使用铁屑制造铁块的传统方法中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于使用铁屑制造铁块的装置和方法，所述装置和方法适用于利用硅酸钠和水将加工机械部件中形成的或者来自于钢铁厂的铁屑进行混合，搅动混合物，并且将混合物压在成形器中，所述成形器在对其中的混合物进行加热时施加压缩的负载力，从而实现铁块，该铁块具有最小的重量减少、硬度的增加和提高的铁屑复原比率。
本发明的另一个目的是提供一种用于使用铁屑制造铁块的装置和方法，所述装置和方法用于使得铁块中的湿气由于在压缩铁屑混合物时的高温加热而蒸发，从而使得包含在铁屑中的湿气的量最小化，从而提高了压缩强度。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供一种用于使用铁屑制造铁块的装置，包括：填料器，碎片形状的铁屑通过填料器被引入；搅拌器，位于所述填料器下部，所述搅拌器在其上部区域中包括一个或多个进口而在其下部区域中包括出口，并且所述搅拌器包括叶轮，所述叶轮在所述搅拌器内部安装在中央轴上并且围绕所述中央轴旋转从而搅拌通过所述进口引入的所述铁屑、硅酸钠和水；以及，成形单元，位于所述搅拌器的出口的下部，并且包括嵌入在其内壁中的加热线。
所述搅拌可以配置为圆柱形，并且其中，形成在所述搅拌器上部区域中的所述一个或多个进口包括第一进口和第二进口，所述铁屑通过所述第一进口被引入所述搅拌器，所述硅酸钠和水通过所述第二进口以混合物的形式被引入到搅拌器中。
通过叶轮的旋转，通过第一进口从填料器引入搅拌器中的铁屑与通过第二进口被引入搅拌器中的硅酸钠和水相混合，然后被转移到圆柱形的成形单元。
所述成形单元具有形成在其中的圆柱形成形腔以及形成在其侧壁上的加热线。另外，所述成形单元具有用于排放湿气的湿气排放孔。
另外，所述成形单元包括压机，所述压机用于压缩和形成接收在成形腔中的铁屑混合物，从而作为所述压机垂直压缩的结果而形成圆柱形铁块。
还有，为了实现上述目的，本发明提供一种用于使用铁屑制造铁块的方法，包括：将硅酸钠和水混合为混合物的形式并搅拌所述混合物；将所述硅酸钠和水的混合物引入到搅拌器中，在所述搅拌器中，所述混合物与预定量的铁屑相混合从而形成混合物，并且使用围绕所述搅拌器的中央轴旋转的叶轮搅拌所述混合物；将具有铁屑的所述混合物通过所述搅拌器的出口引入到成形单元中；使用压机对所述成形单元中的具有铁屑的所述混合物进行压缩，同时加热所述混合物至预定温度，从而提供熔结的铁块；以及，从所述成形单元中移除被压缩的熔结的铁块。
通过所述第二进口引入的混合物中的硅酸钠和水以1∶4的比例相混合。
被引入到所述成形单元中的铁屑、硅酸钠和水的所述混合物在使用嵌入在所述成形单元中的加热线加热到200到600摄氏度时可以被压缩，从而使得包含在铁屑混合物中的湿气蒸发，从而提供压缩的、高强度的铁块。
如上所述，根据本发明的用于使用铁屑制造铁块的装置和方法用于以适当的混合比例混合铁屑、硅酸钠和水，并且在配置有加热线的成形器中在对混合物进行加热时对其进行压缩。因此，本发明的优点是具有最小化的重量损失和增加的强度。另外，本发明的优点是，使包含在铁块中的湿气的量最小，从而避免在存储和运输期间由于腐蚀而使得强度降低。
附图说明
本发明的上述目的及其它目的、特征和其它优点将从以下结合附图所作的详细描述中变得更加容易理解，其中：
图1为示出了根据本发明的用于制造铁块的装置的示意图；以及
图2是示出了根据本发明的装置中集成的成形器的截面图。
附图中的标号描述：
10：填料器
20：搅拌器
22：中央轴
23：叶轮
24：第一进口
25：第二进口
26：出口
30：成形器
31：加热线
33：湿气排放孔
具体实施方式
通过下面结合附图所进行的详细的描述，可以获得对于根据本发明的用于使用铁屑制造铁块的装置和方法的技术构造和效果的更好的理解，附图示出了本发明的优选实施例。
用于制造铁块的装置
在附图中，图1为示出了根据本发明的用于制造铁块的装置的示意图，图2是示出了根据本发明的装置中集成的成形器的截面图。
如图中所示，根据本发明的用于制造铁块的装置包括：储料器10、搅拌器20以及成形器30，搅拌器20位于储料器10的正下方并且具有安装在中央轴22上并且绕其旋转的叶轮23，成形器30位于搅拌器20端部的正下方并且其中引入混合在搅拌器20中的铁屑混合物“C”。
碎片形状的铁屑“F”引入到填料器10中，在铁屑中，预定量的铁屑被置于搅拌器20中，该搅拌器20置于填料器10正下方。
其中引入铁屑“F”的搅拌器20配置为圆柱形，使得第一进口24和第二进口25形成在搅拌器的上部区域上，而出口26则形成在搅拌器的端部。
在搅拌器20中，通过第一进口24引入搅拌器20的铁屑“F”被围绕中央轴22旋转的叶轮23搅拌和移动。在搅拌器20中沿着叶轮23移动的期间，铁屑进一步与由水和硅酸钠组成的混合物相混合，铁屑和混合物通过叶轮23的连续旋转产生铁屑混合物“C”。
在引入水和硅酸钠的混合物中，水和硅酸钠可以以这种方式引入，即，使得水和硅酸钠通过第二进口25被同时引入搅拌器20中然后在其中进行混合，或者以另外一种方式引入，即，事先分别将水和硅酸钠引入混合物，然后通过第二进口25将混合物引入搅拌器20中并与铁屑“C”相混合。
在这种情况下，硅酸钠可以是水玻璃，并且可以根据其构成分类为偏硅酸钠(Na2SiO3)及其氢氧化物，例如原硅酸钠(Na4Si2O4)和二硅酸钠(Na2Si2O5)。硅酸钠通常为偏硅酸钠。硅酸钠可用于氢氧化物的形式，并且例如常规玻璃的酐通过将石英和碳酸钠的混合物加热和融化至1000的摄氏度的温度然后使其凝固来制造。硅酸钠的水溶液被水解为丰富的硅酸钠(2Na2SiO3+H2O＝Na2SiO5+2NaOH)，后者通常被称为液体玻璃。
通过第二进口25引入搅拌器20的水和硅酸钠的混合物以液体合成物的形式提供，该液体合成物通过通过以1∶4的比例混合硅酸钠和水来准备。硅酸混合物与铁屑“F”相混合，该铁屑“F”通过第一进口24以1∶15到1∶30的比例引入。
通过混合上述混合比例的材料并对之进行搅拌形成的铁屑混合物“C”通过搅拌器20的出口26被引入到成形器30中。被引入成形器30的铁屑混合物“C”使用压机40产生的垂直负载力进行压缩，所述压机40位于成形器30上并向下移动。
依据构成铁屑混合物“C”的碎片状铁屑的搅拌程度和密度，通过压块40施加在铁屑混合物“C”上的压力可以变化。在压块40压缩的同时，铁屑混合物“C”被加热线31加热到200到600摄氏度的范围内的温度，该加热线31嵌入在成形器30的壁体中。
然后，接收在成形器30中的铁块混合物“C”通过压机40的压力将湿气排出，被排出的湿气通过形成在成形器30中的湿气排放孔33被排出。
另外，自从在铁屑混合物“C”在被施加到其侧表面上的热量进行加热时被压机40压缩，包含在压缩混合物中的湿气得以蒸发，并且蒸发的湿气通过形成在成形器30的侧壁中的湿气排放孔33排出。
更具体地，当接收在成形器30中的铁屑混合物“C”在被加热时以预定压力被压缩时，包含在铁屑混合物“C”中的湿气被移除，从而剩余的硅酸钠凝固。作为硅酸钠凝固的结果，铁屑混合物“C”中的粘力被提高，另外产生了由于被压缩铁屑混合物“C”中的湿气量的最小化而具有增加强度的铁块。
制造铁块的方法
根据本发明的用于使用上述装置制造铁块的方法包括：第一搅拌步骤，其中，硅酸钠和水相互混合并且搅拌硅酸混合物；第二搅拌步骤，其中，硅酸搅拌物被引入搅拌器20，其中，硅酸混合物与铁屑相混合，从而产生铁屑混合物“C”。
另外，所述方法包括引入步骤，其中，在搅拌器20中准备的铁屑混合物“C”，也就是通过在搅拌器20中以预定比例混合水和硅酸钠形成的铁屑混合物“C”，被向外排出，并且排出的铁屑混合物“C”被引入到成形器30中；还包括压力形成步骤，其中，进入成形器30中的预定量的铁屑混合物“C”在被压机40压缩时被加热到预定温度；还包括分离步骤，其中，被压缩的铁块从成形器30中被移开。
在这个方法中，1∶4比例的硅酸钠和水可以通过第二进口25同时被引入到搅拌器20中，其中，它们相互搅拌。可替代地，在引入到搅拌器20之前，硅酸钠和水可以通过单独的搅拌器(图中未示出)混合到硅酸混合物中，然后该硅酸混合物可以通过第二进口25被引入到搅拌器20中。
通过位于第二进口25上游的第一进口24，相对于硅酸混合物具有1∶15到1∶30比例的铁屑“F”从填料器10被引入到搅拌器20中，被引入到搅拌器20中的铁屑“F”沿着叶轮23被水平地向出口26方向转移，叶轮23围绕中央轴22旋转。
通过均匀混合水、硅酸钠和铁屑产生的铁屑混合物“C”通过出口26被排出，然后进入位于出口26正下方的成形器30中。
进入成形器30中的铁屑混合物“C”被嵌入在成形器30内壁中的加热线31加热，从而包含在铁屑混合物“C”中的湿气蒸发。同时，铁屑混合物“C”被置于成形器30上的压机40压缩，从而铁屑混合物“C”中的湿气被排出，从而实现所希望的具有最小量湿气和高硬度的铁块。
以通过根据本发明确的装置和方法制造的铁块作为样品，并对之在韩国工业技术研究院(Korea Institute of Industrial Technology)进行测试。测试结果的抗张强度和硬度如下面的表1所示。
表1
样品编号 直径(mm) 抗张强度(N/mm2)   布氏硬度(HBW10/3000)
  1-1   19.99   325   215
  1-2   19.99   328   217
*测试标准：KS B 0801(No.8)，0802，0805
*样品比例：生铁30％，钢铁废料19％，压缩的加工后碎片50％，铁合金1％
从表1中明显可以看出，根据本发明的通过压缩和形成大量铁屑制成的铁块具有与通常的钢锭可比的抗张强度和硬度，基至在使用各种类型的铁屑制造铁块时亦是如此。
在一个样品在炉子中融化之后，发现了样品的恢复比例。融化后的恢复比例在下面的表2中表示。
表2
  样品编号   进入重量(kg)   融化后重量(kg)   恢复比例
  1   52.254   52.200   99.89
*测试方法：在高频率引入融化炉中融化
*样品：被压缩的加工后的碎片硬固物
从表2中可以明显地看出，通过根据本方法的方法制造的铁块包含最小的湿度。因此，要注意的是，从炉子中恢复的融化铁的重量与进入成形器30中的铁屑的重量之比，即恢复比例，几乎为99.9％。因此，非常有利的是，使用铁屑制成的铁块内部结构中的缺陷所导致的融化损失几乎没有。
虽然已经以示例目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应当理解，可以进行各种修改、添加和替代，而这并不脱离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神，并且这些修改、添加和替代也落入本发明的范围中。

Claims (12)

1.一种用于使用铁屑制造铁块的装置，包括：
填料器，碎片形状的铁屑通过填料器被引入；
搅拌器，位于所述填料器下部，所述搅拌器在其上部区域中包括一个或多个进口而在其下部区域中包括出口，并且所述搅拌器包括叶轮，所述叶轮在所述搅拌器内部安装在中央轴上并且围绕所述中央轴旋转从而搅拌通过所述进口引入的所述铁屑、硅酸钠和水；以及
成形单元，位于所述搅拌器的出口的下部，并且包括嵌入在其内壁中的加热线。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述搅拌器配置为圆柱形，并且其中，形成在所述搅拌器上部区域中的所述一个或多个进口包括第一进口和第二进口，所述铁屑通过所述第一进口被引入所述搅拌器，所述硅酸钠和水通过所述第二进口以混合物的形式被引入到搅拌器中。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成形单元配置为圆柱形，并且包括湿气排放孔，所述成形单元的内部通过所述湿气排放孔与外部相通。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述硅酸钠与水以1∶4的比例相混合。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，通过所述第二进口被引入的所述硅酸盐与水的混合物和通过所述第一进口被引入的所述铁屑以1∶15到1∶30的混合比例相混合，并且在搅拌器中进行搅拌。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成形单元将接收在其中的所述铁屑、硅酸钠和水的混合物使用嵌入在所述内壁中的加热线加热到200到600摄氏度的温度。
7.一种用于使用铁屑制造铁块的方法，包括：
将硅酸钠和水混合为混合物的形式并搅拌所述混合物；
将所述硅酸钠和水的混合物引入到搅拌器中，在所述搅拌器中，所述混合物与铁屑相混合从而形成混合物，并且使用围绕所述搅拌器的中央轴旋转的叶轮搅拌所述混合物；
将具有铁屑的所述混合物通过所述搅拌器的出口引入到成形单元中；
使用压机对所述成形单元中的具有铁屑的所述混合物进行压缩，同时加热所述混合物，从而提供熔结的铁块；以及
从所述成形单元中移除被压缩的熔结的铁块。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在引入硅酸盐和水的混合物的步骤中，铁屑通过所述搅拌器的第一进口从填料器被引入到所述搅拌器中，并且硅酸盐和水的所述混合物通过所述搅拌器的第二进口被引入到所述搅拌器中。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在压缩所述混合物的步骤中，包含在所述混合物的湿气通过湿气排放孔被排出，所述湿气排放孔形成在所述成形单元中，并且所述成形单元的内部通过所述湿气排放孔与外部相通。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，通过所述第二进口引入的混合物中的硅酸钠和水以1∶4的比例相混合。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，通过所述第二进口被引入的硅酸盐和水的所述混合物和通过所述第一进口被引入的铁屑以1∶15到1∶30的混合比例相混合，并且在所述搅拌器中进行搅拌。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，接收在所述成形单元中的铁屑、硅酸钠和水的所述混合物使用嵌入在所述成形单元中的加热线加热到200到600摄氏度。
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