CN105612016B - 熔融材料的造粒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有改善的粒度分布的粒状材料以及用于生产这种粒状材料的方法和设备。粒度和粒度分布是利用一种旋转布料器控制的。所述旋转布料器包括上部入口、侧壁、以及位于所述侧壁的下端的底部和至少一排孔口，其中，侧壁中的所述孔口具有至少5毫米的最小尺寸。

Description

熔融材料的造粒
技术领域
本发明涉及一种具有改善的粒度分布的粒状材料以及用于生产这种粒状材料的方法和设备。
背景技术
在水中进行金属造粒是一种使液态金属迅速固化为中等粒度的产品形式的公认方法。工艺是为直接生产可随时用于钢铁工业的材料而开发的。在图1中公开了已知的设备。熔融金属被从浇注盘导向耐熔目标，在图1中，所述耐熔目标以喷头表示。金属冲击所述目标，分散并在罐中的冷却水上方径向分布。液滴在罐中固化，并从罐的底部回收。颗粒的粒度取决于多种因素，例如熔体成分和冲击条件。获得的主要部分在5-25毫米粒度范围之内。但是，定义为具有≤8毫米最大粒径的颗粒的细粒材料量可高达20％。在EP402 665和US 3 888 956中公开了此方法的原理。
US 4 402 884公开了一种使用转盘造粒的方法。采用此方法获得的颗粒的主要部分具有小于10毫米的粒度。
虽然通过上述方法获得的粒径允许颗粒金属在熔融钢材中迅速溶解，但是其中一个缺点是，调节平均粒度和粒度分布的可能性有限。
EP 522 844公开了一种通过把金属流倒入液体冷却浴中来生产金属颗粒的方法。US 6287362公开了一种通过向水流中引入熔融金属流来生产具有20-100毫米特征尺寸的金属块的方法。与这些方法相关的缺点是，粗粒物质的溶解时间长，并且粒度分布很宽。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具有改善的粒度分布的粒状材料。
另一个目的是提供一种用于制造这种改善的粒状材料的设备和方法。尤其是，当向熔融体添加所述材料时，应能够获得允许迅速溶解的平均粒度。
另一个目的是进一步改进工艺，以提供一种具有所获得的更窄的颗粒粒度分布的材料。
通过本发明可挤制针状铝合金颗粒。
根据本发明，所述造粒是利用一种旋转布料器进行的，所述旋转布料器包括上部入口、侧壁、以及位于所述侧壁的下端的底部和至少一排孔口，其中，侧壁中的所述孔口具有至少5毫米的最小尺寸。
附图说明
下面将参照优选实施方式和附图更详细地说明本发明。
图1是在工艺中使用的设备的示意图；
图2是本发明的一种使用旋转浇注盘的实施方式的示意图；
图3公开了在例1中获得的本发明的颗粒的粒度分布，其中的铁镍合金包含32％镍和0.1％硅；
图4公开了在对比方法中获得的颗粒的粒度分布，其中的铁镍合金包含32％镍和0.1％硅；
图5公开了在例1中获得的颗粒的粒度分布，其中的铁镍合金包含32％镍和0.27％硅；
图6公开了在对比方法中获得的颗粒的粒度分布，其中的铁镍合金包含32％镍和0.27％硅。
具体实施方式
现在将参照附图详细说明本发明。
用于生产粒状材料的设备包括：
a)包含冷却流体的冷却罐，
b)用于向旋转布料器供给液体材料的装置，
c)布置在所述冷却罐上方的旋转布料器，
d)所述旋转布料器包括上部入口、侧壁、以及位于所述侧壁的下端的底部和至少一排孔口，其中，侧壁中的所述孔口具有至少5毫米的最小尺寸。
用于向旋转布料器供给液体材料的装置布置在所述罐的上方，所述罐优选具有圆筒状侧壁，所述供给装置布置在所述圆筒状侧壁的中心线处。所述布料器可由非金属耐熔材料制成，例如矾土、镁土或白云石。尤其是，在对铁金属材料进行造粒时，所述布料器由陶瓷制成。
在一种实施方式中，所述旋转布料器包括浇注盘和附接到所述浇注盘上的细长管嘴，如图2所示。
所述细长管嘴优选在其中仅有一排孔口。所述管嘴的基本设计与用于连铸钢的浸入式管嘴的基本设计相似。
在另一种实施方式中，所述旋转布料器包括附接至布置在所述罐中的旋转装置的釜，所述旋转釜具有圆筒状侧壁，优选在所述侧壁上仅有一排孔口，并且可选具有环状顶部凸缘。
所述设备可选具有下列的至少一种特征：
-用于使冷却水在所述罐中循环的装置，优选使冷却水相对于所述旋转装置沿相同或相反方向循环。
-用于相对于冷却罐中的冷却流体的上限液位调节所述旋转布料器的高度的装置。在造粒期间，所述高度可以是固定的，也可以是变化的。
-用于从所述冷却罐排出粒状材料的装置。优选采用W02009/157857中所述类型的排出装置。
-用于把所述布料器的转速控制在1-50rpm范围之内的装置。可为此目的采用任何类型的电机。
-用于调节所述液体材料从所述供给装置流向所述布料器的流量的装置。这些装置包括塞杆和滑动式闸门。所述调节可手动进行，也可自动进行。
-位于侧壁下端处的圆形孔口，所述孔口具有10-30毫米直径，优选具有12-20毫米直径。所述孔口的尺寸和数目取决于设计能力，即，吨/每分钟。
-具有1:1.2至1:10范围内的高宽比(h/w)的椭圆形孔口。通过调整所述孔口的形式，能够调整从所述布料器流出的熔体流的形式。较宽的孔口会使得熔体流更近似于膜状，从而可能影响颗粒的粒径和形状。
-单排孔口，并且优选在所述单排孔口中至多有4个孔口。这种设计最易制造，并且该方法容易控制。因此是一种优选设计。
-朝上5°-45°的孔口。利用这种方式，能够调节熔体流在撞击冷却液之前在空气中的路径和时间。而且，熔体流在冷却浴上方的散布受抛物线飞行轨迹的影响。
-朝下0°-45°的孔口。通过使一条或多条熔体流向下流动，能够缩短飞行距离，减少其在撞击冷却浴并影响在冷却浴上方的散布之前的蒸汽分散危险。
-用于向供给装置提供液体材料的中间接收装置或溜槽。这是一种替代设计，例如，当熔融合金从熔炉直接提供而不在浇注包中出铁时，可以采用这种设计。
-布置在长管嘴下方的耐熔安全板，在管嘴损坏的情况中，所述耐熔安全板使液流在冷却水表面上散布。
根据一种优选实施方式，所述用于向旋转布料器供给液体材料的装置布置在所述罐的上方，而所述罐具有圆筒状侧壁。所述供给装置布置在所述圆筒状侧壁的中心线处，所述旋转布料器包括圆形浇注盘和集中地附接至所述浇注盘的细长管嘴，所述细长管嘴具有一排直径为10-20毫米的至多为4个的圆形孔口；可选地，布置有用于向所述浇注盘提供受控数量的液体材料的中间接收装置或溜槽。
所述设备可具有用于浇注盘的称量系统，所述称量系统自动控制浇注盘中的液位，以保持恒定液压头，从而保持流过管嘴的恒定流量。可替代地，所述自动控制系统可包括光传感器或电磁传感器。
所述通过分散液态金属或熔渣来生产粒状材料的方法包括以下步骤：
a)提供设备，
b)以1-50rpm的转速旋转所述布料器，
c)向所述旋转布料器供给熔融材料，
d)在所述冷却罐中的冷却流体的上方分布至少一个熔融材料流，
e)在所述冷却液的上方和/或内部分散所述熔融材料，并至少部分地形成固化颗粒，
f)从所述冷却罐的底部回收所述粒状材料。
在一种优选实施方式中，所述生产粒状材料的方法包括下列的至少一种特征：
-使用有或者没有添加剂的水作为冷却流体。由于水容易获得，因此通常使用水作为冷却液。但是，也可使用其它冷却液，尤其是与用于钢的硬化的冷却液的类型相同的冷却液，例如乙二醇等高分子醇。当然，可以把不同的添加剂与水混合，以改变其密度、粘度、热容和/或表面张力。
-以1-10rpm的转速旋转所述布料器。较低的转速易于控制，并且似乎对熔体流的约束有积极影响。
-以0.5-10吨/分钟的流速供给所述熔融材料，优选以1-5吨/分钟的流速供给。这些供料速度可在高产能工厂中应用。但是，对于小工厂和试验工厂应用，较低的供料速度也是可能的。
-使冷却水在所述罐中循环，优选使冷却水相对于所述旋转装置沿相同或相反方向循环。通过控制冷却水在所述罐中循环，能够确保一致的冷却。与来自于旋转布料器的液流的方向相反的水流会导致较高的冷却速度，但是会在液体界面处导致较高的阻力。因此，通过控制冷却水的方向和流速，能够部分地影响颗粒的几何形状。
-把罐中的冷却水与旋转布料器的孔口之间的高度距离调节为0.1-1.5米。此设计参数可用于调节从布料器至熔体流撞击冷却液的环形区域的径向距离，如EP 402 665中所述。
-通过控制用于向旋转布料器供给液体材料的装置的流量来控制浇注盘和/或旋转布料器中的熔融液体的液位。这是为了控制液压头，从而控制流过管嘴的液体流量。
-通过控制浇注盘和/或旋转布料器中的熔融物的液位来控制造粒速度。这是一种便捷的方法，因为提高液压头会导致流过管嘴的流量增加。
-通过利用水和喷气装置从罐的下端排料来回收固化的颗粒。此方法是在WO2009/157857中公开的，并且被认为是最适当的方法。但是，也可以使用其它方法来回收粒状材料。
所述粒状材料优选是从由铁、铁锭、钢、铁合金、回收钢粉、铜、锌和铝构成的组中选择的金属或合金。
根据一种优选实施方式，待分散的材料以1-5吨/分钟的速度供给至具有细长管嘴的旋转浇注盘，所述细长管嘴具有单排孔口，其中，孔口的数目优选为1-4，并且通过控制浇注盘中的熔融物的液位来控制造粒速度。
采用本发明的方法获得的粒状材料具有很窄的粒径分布，典型情况下，平均粒径在12-50毫米范围之内，优选为15-25毫米，其中，具有小于6毫米的粒径的细粒的量可限于5％。具有小于4毫米粒径的细粒的量可限于少于1％。
本发明不受上述实施方式的限制，但是，本领域技术人员能够理解，可在权利要求限定的范围内做出各种变化。
实例
下面把根据本发明获得的结果与采用具有扁平喷头的已知设备获得的结果进行对比。在所有实例中，在感应电炉中熔化镍铁合金，并利用出铁槽向浇注盘供给熔融的镍铁合金。出铁温度为1650℃。浇注盘中的熔融物液位手动控制为300-400毫米。浇注盘中的管嘴直径为27毫米。在完成造粒后，颗粒从罐中排出，干燥，称重，并筛选。所用的筛目等级为<4毫米、4-8毫米、8-12毫米、12-16毫米、16-25毫米和>25毫米。结果以总重量的百分比的形式给出。
例1：
在此例中，镍铁合金包含32％镍和0.1％硅。
本发明的旋转布料器具有布置为一排的四个孔。四个孔口的总孔口面积为346平方毫米。
使用3rpm转速，以确保一致的散热。
根据本发明获得的颗粒的粒径分布公开在图3中(充填量108)。
采用常规扁平喷头获得的颗粒的粒径分布在图4中示出(充填量110)。
显而易见的是，本发明的设备使粒径分布得到了改善，即，细粒量减少，平均粒径增大，粒径分布改善。
例2：
在此例中，研究了提高硅的含量对粒径分布的影响。
镍铁合金包含32％镍和0.27％硅。造粒条件与例1中的相同。
根据本发明获得的颗粒的粒径分布公开在图5中(充填量116)。
采用常规扁平喷头获得的颗粒的粒径分布在图6中示出(充填量115)。
在这两种情况中，都实现了粒径分布改善。
使用常规喷头的结果与预期的一致，因为已知的是，硅对粒径分布有积极影响。充填量115和充填量110之间的对比表明，提高硅含量会导致细粒量减少，并且粒径分布改善。
但是，提高硅含量对使用本发明的设备获得的粒径分布有显著影响。充填量116和充填量115之间的对比表明，细粒量几乎被完全消除，颗粒的平均粒径增大很显著。
工业实用性
本发明特别适合于在铁合金、铁和钢行业中应用。

Claims (14)

1.一种用于通过分散液体来生产具有至少5毫米平均粒径的粒状材料的设备，所述设备包括：
a)包含冷却液体的冷却罐，
b)用于向旋转布料器供给液体材料的装置，
c)布置在所述冷却罐上方的旋转布料器，
d)所述旋转布料器包括上部入口、侧壁、以及位于所述侧壁的下端的底部和至少一排孔口，其中，侧壁中的所述孔口具有至少5毫米的最小尺寸，
e)用于把所述布料器的转速控制在1-50rpm范围之内的装置，其中至少一个液态材料流分布在所述冷却罐中的冷却流体的上方并至少部分地形成固化颗粒，
f)用于从容纳冷却液体的所述冷却罐排出粒状材料的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其中，用于向所述旋转布料器供给液体材料的装置布置在所述冷却罐的上方。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述旋转布料器包括浇注盘和附接至所述浇注盘的细长管嘴。
4.如权利要求1和2中任何一项所述的设备，其中，所述旋转布料器包括附接至布置于所述冷却罐中的旋转装置的釜，所述旋转釜具有圆筒状侧壁。
5.如权利要求4所述的设备，其中该设备具有下列的至少一种特征：
-用于使冷却液体在所述冷却罐中循环的装置，使冷却液体相对于所述旋转装置沿相同或相反方向循环，
-用于相对于冷却罐中的冷却液体的上限液位调节所述旋转布料器的高度的装置，
-用于调节所述液体材料从所述供给装置流向所述布料器的流量的装置，
-布置在所述侧壁的下端的圆形孔口，所述圆形孔口具有10-30毫米直径，
-具有1:1.2至1:10范围内的高宽比(h/w)的椭圆形孔口，
-仅单排孔口，
-朝上0°-45°的孔口，
-朝下0°-45°的孔口，
-用于向所述供给装置提供液体材料的中间接收装置或溜槽，
-布置在长管嘴下方的耐熔安全板，在管嘴损坏的情况中，所述耐熔安全板使液流在冷却液体表面上散布，
-由非金属耐熔材料制成的旋转布料器，
-具有位于所述侧壁处的最多5排孔口的旋转布料器，
-所述旋转布料器中的每排孔口具有1-10个孔口。
6.如权利要求1所述的设备，其中，用于向所述旋转布料器供给液体材料的装置布置在所述具有圆筒状侧壁的冷却罐的上方，所述供给装置布置在所述圆筒状侧壁的中心线处，所述旋转布料器包括圆形浇注盘和集中地附接至所述浇注盘的细长管嘴，所述细长管嘴具有一排直径为10-20毫米的至多为4个的圆形孔口；布置有用于向所述浇注盘提供受控数量的液体材料的中间接收装置或溜槽。
7.如权利要求6所述的设备，其中该设备具有用于所述浇注盘的称量系统，所述称量系统自动控制所述浇注盘中的液位，以保持恒定液压头，从而保持流过管嘴的恒定流量。
8.一种通过分散液态金属或熔渣来生产粒状材料的方法，所述方法包括以下步骤：
g)提供前述权利要求之中任何一项所述的设备，
h)以1-50rpm的转速旋转所述布料器，
i)向所述旋转布料器供给熔融材料，
j)在所述冷却罐中的冷却液的上方分布至少一个熔融材料流，
k)在所述冷却液的上方和/或内部分散所述熔融材料，并至少部分地形成固化颗粒，
l)从所述冷却罐的底部回收所述粒状材料。
9.如权利要求8所述的生产粒状材料的方法，其中，该方法包括下列的至少一个特征：
-使用有或者没有添加剂的液体作为冷却液，
-以1-10rpm的转速旋转所述布料器，
-以0.5-10吨/分钟的速度供给所述熔融材料，
-使冷却液体在所述冷却罐中循环，使冷却液体相对于所述旋转装置沿相同或相反方向循环，
-把所述冷却罐中的冷却液体与所述旋转布料器中的孔口之间的高度距离调节为0.1-1.5米，
-通过控制用于向旋转布料器供给液体材料的装置的流量来控制旋转布料器中的熔融液体的液位，
-通过控制所述旋转布料器中的熔融物的液位来控制造粒速度，
-使颗粒在所述冷却液中固化到至少80％，
-通过利用水和喷气装置从冷却罐的下端排料来回收固化的颗粒，
-通过控制所述旋转布料器中的液态熔渣或金属的液位来控制造粒速度，
-所述液态金属的熔点高于700℃，
-所述液态金属的密度高于4.5克/立方厘米。
10.如权利要求8或9所述的生产粒状材料的方法，其中，所述粒状材料是从由铁、钢、铜和锌构成的组中选择的金属或合金。
11.如权利要求8所述的生产粒状材料的方法，其中，所述熔融材料以1-5吨/分钟的速度供给至具有细长管嘴的旋转浇注盘，所述细长管嘴具有单排孔口，其中，孔口的数目为1-4，并且通过控制浇注盘中的熔融物的液位来控制造粒速度。
12.如权利要求8所述的生产粒状材料的方法，其中，所述粒状材料选自由铁和钢构成的组，并且所述材料的硅含量控制为0.1-0.5％。
13.一种采用如权利要求8-12中任何一项所述的方法获得的粒状材料，其中，所述粒状材料具有12-50毫米范围内的平均粒径。
14.如权利要求13所述的粒状材料，具有13-18毫米平均粒径，其中，具有小于6毫米粒径的细粒的量限于3％，其中，具有小于4毫米粒径的细粒的量限于少于1％。
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