CN1028499C - 制造颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是熔融金属的制粒方法。其中金属熔流从出钢槽或类似装置中向下落入盛放在一个槽内的冷却浴液中分裂成为颗粒而凝固，其特征是从出钢槽的出口至冷却浴液表面的距离小于在金属熔流脱离出钢槽的位置测定的金属熔流直径的100倍，使具有大致均匀的冷却液流从上述槽的一个侧壁大致垂直地流向下落的金属熔流，所述冷却液流的速度低于0.1米/秒，冷却液流具有一个水平延伸范围，从而使液流在金属熔流的两侧延伸出去，和冷却液流具有一个垂直延伸范围，该范围从冷却浴液的表面向下达到某一深度，在该深度上所述颗粒至少已经具有一个凝固的金属外壳。

Description

本发明涉及一种由熔融金属形成溶滴、使所述溶滴在冷却浴液中冷却并凝固从而制成颗粒的方法。

由美国专利No.3888956中已经知道有一种由熔体特别是由熔融的铁制造颗粒的方法，在该方法中，使熔融铁的熔流朝着一个水平的固定部件落下，熔体撞击该部件时由于其本身的动能而破碎，形成不规则形状的熔滴，这些熔滴往上述部件的上方和向外运动，然后向下落入位于所述部件下面的冷却介质的熔液中。采用这种已知的方法可以制造金属颗粒，但这种方法有很多缺点和不足。由于熔融金属撞击上述部件时形成的熔滴从很小的熔滴到相当大的熔滴大小不等，因此不可能有效地控制颗粒大小和颗粒大小分布。由熔融的铁合金例如FeCr、FeSi、SiMn制造颗粒时，产生大量的颗粒大小在5mm以下的颗粒。在制造硅铁颗粒时，颗粒大小在5mm以下的颗粒的数量一般占被制粒的熔体重量的22-35%。平均颗粒大小为7mm左右，对于硅铁来说，不希望有尺寸小于5mm的颗粒，特别是不希望有颗粒大小低于1mm的颗粒，因为这些颗粒会悬浮在液体冷却介质中，从而需要不断地清理冷却介质。

由瑞典专利No.439783，人们已经知道通过使熔融FeCr的熔流向下落入含水的浴液中使FeCr粒化，该方法是利用在水浴表面以下 紧靠该表面设置集中的喷水口使金属熔流分裂成为熔滴。这种方法产生的小颗粒的数量相当高，此外，由于金属熔滴内部可能夹带着水而使爆炸的危险增大。采用这种方法造粒时，由于形成极端湍流状态，所形成的颗粒之间碰撞的次数很高，这也增加了爆炸的危险性。

本发明的目的是提供一种改进的熔融金属粒化方法，使得有可能克服上述已知方法的缺点和不足。

因此，本发明是关于一种熔融金属造粒方法，其中，使至少一个熔融金属的连续熔流由出钢槽或类似装置向下落入盛放在一个槽内的冷却浴液中，金属熔流被分离成熔滴而凝固，这一方法的特征在于，从出钢槽的出口至冷却浴液表面的垂直距离应小于熔融金属流直径（在金属熔流离开出钢槽的位置测定的数据）的100倍和使基本上均匀的冷却液液流从上述槽的一个侧壁大体上垂直地流向下落的金属熔流，该冷却液液流的平均速度低于0.1米/秒。该冷却液液流具有一个水平延伸范围，以使液流延伸到金属熔流的两侧。该冷却液的液流具有一个垂直延伸范围，该范围从冷却浴液的液面向下延伸到某一深度，在该深度上所述颗粒至少已形成一个凝固了的金属外壳。

按照一个优选的实施方案，使冷却液液流以低于0.05米/秒的平均速度，由上述容器的一个侧壁大体上垂直地流向下落的金属熔流。

按照另一个优选的实施方案，将上述金属熔流的垂直距离保持在金属熔流直径的5至30倍之间。将金属熔流的垂直距离保持在其直 径的10至20倍之间所得到的结果最好。

由于将上述金属熔流的垂直距离与金属液流直径之间的比值保持在上面所述的范围内，因而确保金属熔流在击中冷却浴液表面时是连续的。从而在冷却浴液中形成熔滴。

冷却液最好是使用水。为了使冷却浴液中各颗粒周围形成的蒸气膜保持稳定，最好是往冷却水里加入高达500ppm的表面活性剂，此外还可以向水中加入高达10%的防冻剂，例如甘醇。为了调整pH值，最好在水中加0-5%的NaOH。还可以加入水溶性油，以调节水的表面张力和粘度。

若用水作冷却液，供入冷却液槽的水的温度要保持在5℃和95℃之间。将硅铁制粒时，供入冷却水的温度最好是在10℃和60℃之间，因为这种作法改善了所制得颗粒的机械性能。

如果想要制造不含氧的颗粒，那最好使用液态烃特别是煤油作为冷却液。

当金属熔流落入冷却浴液时，在连续的熔融金属熔流上由于该熔流内的自感振荡（selfinduced    oscillations）而产生收缩。这些振荡引起的收缩随时间而增大，最终导致形成熔滴。这些金属熔滴凝固并继续向下落到槽的底部，利用常规装置例如传送带或泵将其送出槽外。

由于在金属熔流向下落入冷却浴液中并分裂形成熔滴的同时，使冷却液以不到0.1米/秒的较低速度大致垂直于下落的金属熔流连续地流动，冷却液的液流对熔滴的形成没有多大影响或完全没有影响。但是，下落的金属熔流连续不断地被“新鲜”的冷却液所包围， 致使下落的金属熔流区域内的冷却液的温度达到稳定状态。因此，本发明的一个重要特征是，借助于金属熔流内自感收缩而使金属熔流发生分裂。因此，冷却浴液对于金属熔流分裂成为熔滴并没有贡献，驱使冷却液以较低速度流动仅仅是为了使金属流冷却。

本发明的方法所产生的爆炸危险显著低于现有技术的方法。冷却浴液中的平稳状态使得颗粒之间碰撞的次数比较低，因而减少了在凝固过程中各个颗粒周围形成的蒸气膜层被破坏的可能性。

本发明的方法可用于多种金属和合金，例如各种不同硅含量的硅铁、锰、锰铁、硅锰、铬、铬铁、镍、铁、硅等等。

采用本发明的的方法，平均颗粒尺寸显著地增大，颗粒尺寸在5mm以下的颗粒所占的百分比明显地降低了。对于含硅量为75%的硅铁，采用本发明方法得到的平均颗粒直径为12mm左右，直径小于5mm的颗粒数量一般是10%或更低。在试验室试验中所获得平均颗粒直径为17mm，直径小于5mm的颗粒的数量在3-4%范围内。

下面参照附图进一步说明本发明方法的实施方案。

图1所示为制粒装置的垂直剖面图;

图2所示为沿图1中Ⅰ-Ⅰ线的剖面图。

图1和图2中示出了一个冷却液槽，里面充满了液体冷却介质2例如水。在槽1中以传送带3的形式设置了一台装置，用于将凝固的颗粒送出槽1。在槽1内的冷却液的液面5上方一定距离上设置了一个用于盛放熔融金属的中间包4。熔融金属由盛钢桶6或类似装置中连续地被绕注到中间包4中。连续金属熔流7从中间包4中流过 确定的开孔或缝隙，降落到冷却液2的表面5，向下落入冷却浴液中，此时金属熔流仍保持连续流的形式。在槽1的一个侧壁8上设置有一个冷却液供给装置9。该供给装置9有一个朝向槽1的开口，所述的开口从冷却液2的表面向下延伸到槽1内的某一深度，在该深度上所产生的颗粒至少已形成了一个凝固的金属外壳。在水平方向上，供给装置9上的开口也有一定的扩展范围，以使冷却液流延伸大大超出金属熔流击中冷却浴液2的部位。通过输送管10将冷却液连续地供入设在供给装置9内的集流腔11。集流腔11上有许多开孔12。调节输送管10内的压力，使形成的水流以最高0.1米/秒的平均速度流入槽1中。设在槽1的侧壁8上的供给装置9的开孔的整个横截面上，水流的速度基本上是恒定的。在图1和图2中用箭头表示由供给装置9中流出的冷却液。

这样，冷却水浴2内的金属熔流总是被来自供给装置9的平稳流动的“新鲜”水所包围。这个水流的速度不足以使金属熔流破裂成为熔滴。因此，金属熔流7将由于当它向下落入冷却浴液中时开始的自感振荡而破裂成熔滴13，从而形成有规则的熔滴，使得所形成的熔滴具有大致均匀的颗粒大小，并且颗粒大小在5mm以下的熔滴所占的百分率也比较小。熔滴13在冷却浴液2中下落的过程中凝固，借助传送带3或其它已知的装置将其从冷却液中输送出去。

通过溢流或通过泵送设备（未示出）从槽1中排出冷却液，排出量相当于供入的冷却液数量。

实施例1

在一台试验室装置中，分批地将6.5kg含Si75%的熔融硅铁合金制成颗粒。所述装置如同上面图1和图2所描述的那样。在所有的试验中，都是用水作为冷却液，并且水流速度保持在0.05米/秒以下。

试验条件和结果示于表Ⅰ中。

表Ⅰ

试验编号 L/D^＊水温℃ D50^＊＊%＜5mm

1    15    8    17    8

2    30    50    15    9

3    70    90    15    10

^＊L/D＝从出钢槽出口至冷却浴液表面的金属熔流长度与在金属熔流离开出钢槽的位置测定的金属熔流直径之比。

^＊＊D50＝平均颗粒大小（毫米）

实施例2

在一台采用参照图1和图2所描述的装置的工业生产设备中，分批将含硅75%的硅铁制成颗粒。每一批由至少2吨熔融合金构成。在所有试验中均用水作冷却液。水的流速保持在0.01和0.03米/秒之间。

试验条件的结果示于表Ⅱ中。

表Ⅱ

试验编号    L/D    水温℃    D50    %＜5mm

4    7    25    12    9

5    15    15    11    10

6    7    40    12    10

结果表明，对于硅铁粒化来说，采用本发明的方法所得到的平均颗粒大小明显增大，颗粒大小在5mm以下的颗粒所占的百分比由22-35%降低到10%。

实施例3

在一台试验室装置中分批将11kg熔融硅锰合金制成颗粒。所述装置与图1和图2所描述的相同。

在所有试验中，使用含不同数量甘醇的水作为冷却液，水流的速度保持在0.05米/秒以下，供水温度保持在60℃。

试验条件和结果示于表Ⅲ中。

表Ⅲ

试验编号    L/D    %甘醇    D50    %＜5mm

1    13    10    11    4

2    8    3.4    10    6

3    13    1    9    12

结果表明，对于硅锰来说，所得到的平均颗粒大小为80mm左右，小于5mm的颗粒数量随冷却水中甘醇含量的增加而降低。

Claims (12)

1、一种熔融金属的制粒方法，其中，使至少一个连续的熔融金属流由出钢槽或与之类似的装置向下落入盛放在一个槽内的冷却浴液中，在所述的槽内金属熔流分裂成为颗粒而凝固，其特征在于，由出钢槽的出口至冷却浴液表面的垂直距离小于在金属熔流脱离出钢槽的位置测定的熔融金属流直径的100倍，和使其本上均匀的冷却液的液流由上述槽的一个侧壁大致垂直地流向下落的金属熔流，所述的冷却液流的平均速度低于0.1米/秒，所述冷却液流具有一个水平延伸范围，从而使液流在金属熔流的两侧延伸出去，和所述冷却液流具有一个垂直延伸范围，该范围从冷却浴液的表面向下达到某一深度，在该深度上所述颗粒至少已经具有一个凝固的金属外壳。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却液流的平均速度小于0.05米/秒。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属熔流优选的垂直距离是在金属熔流直径的5倍至30倍之间。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属熔流特别优选的垂直距离是在所述金属熔流直径的10倍至20倍之间。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却液是水。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，以高达500ppm的含量向水中加入表面活性剂。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，以0-10%的含量向水中加入防冻剂。

8、如权利要求5所述的方法，其特征在于，向水中加入0-5%NaOH。

9、如权利要求5所述的方法，其特征在于，在水中加入用于改善表面张力和粘度的试剂。

10、如权利要求5-9中任一项所述的方法，其特征在于，加冷却浴液槽中的水的温度在5℃和95℃之间。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，冷却浴液优选的温度在10℃和60℃之间。

12、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用液态烃特别是煤油作为冷却液。