CN107470645A - 转杯离心粒化制备铝粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转杯离心粒化制备铝粒的方法，该方法采用粒化设备制备铝粒，该设备主要包括对熔融状态的铝液进行粒化的旋转粒化系统、将粒化飞溅出来铝滴冷却的空气冷却系统、对下落的铝粒进行收集的金属颗粒收集结构和对冷却铝滴的热空气进行收集的气体收集系统；该方法首先加热铝锭，得到熔融状态的铝液，然后调整驱动电机，使得转杯达到目标转速，再将铝液注入转杯中，开始粒化，得到铝粒。本发明方法由于选择了多孔转杯和恰当的转速，从而尽可能地保证得到的绝大部分铝粒粒径为4～8mm。

Description

转杯离心粒化制备铝粒的方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种转杯离心粒化制备铝粒的方法。

背景技术

钒铁是钒和铁组成的铁合金，主要用作炼钢的合金添加剂。钢中加入钒铁之后，可以显著提高钢的硬度、强度、耐磨度及延展性，改善钢的切削性能。钒铁常用于碳素钢、低合金钢强度钢、高合金钢、工具钢和铸铁生产中，高钒钒铁还用作有色合金的添加剂。

根据冶炼钒铁使用的还原剂不同，通常分为碳热法、硅热法或铝热法三种。工业上常用铝热还原生产钒铁合金，铝热法生产设备简单，占地面积小，生产规模可根据任务确定，产品品种较多，生产周期短等特点。铝热还原以铝粒作为还原剂。

铝热法生产钒铁的反应属固一固相反应，原料的粒度对反应具有重要影响。攀钢北海特种铁合金公司的汪良文分析了原料粒度对铝热法生产钒铁在炉况、钒回收率等生产指标上的影响，并指出了铝粒合适粒度为4～8mm，成品一级品率及钒的回收率也较高。生产实践证明，随着铝粒粒度增大，各项技术经济指标变差，异常炉况率明显上升，一级品率显著下降。除此之外粒度较大的条件下，为尽量优化技术指标，需调整原料配置来改变原料粒度分布，通常是在原料中配入更多的铝粉，铝粉的单耗明显上升。但在实际生产中，铝粒的粒度并非愈细愈好，粒度过细，化学反应过快过于激烈，反应温度过高，喷溅严重，将使损失增加。同时部分熔化的钒氧化物及铝来不及参与反应而进入炉渣和合金，使钒的回收率下降。另一方面，粒度过细，化学反应过于激烈，反应温度过高，容易产生喷溅，甚至出现漏炉事故，不利于安全生产。综上分析，原料粒度过大或过细均不利于生产。

铝粒由铁合金厂自己制造，一般是生产后立即使用，不宜长期存放。制造铝粒的喷雾法是将铝锭加热熔化后，用压缩空气加压，从熔铝锅经喷嘴喷出时，由雾化器用压缩空气将铝流击碎而成铝粒。可以通过调整喷出压力或改换雾化器，得到所要求粒度的铝粒。气雾化法制备铝粒，需要大量压缩空气，能耗高，且生产稳定性差。除此之外，气雾化工艺对颗粒粒度分布控制相对较差。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种耗能低，同时可以稳定得到所需粒径铝粒的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：采用如下粒化设备制备铝粒；

所述粒化设备包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室、转杯、法兰、连接轴、驱动电机和变频器；

所述雾化室具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室的底部；

所述转杯的侧壁上具有多个孔，转杯和法兰位于雾化室内部，转杯固定在法兰的上方，转杯与熔融金属注入口相对设置；

所述连接轴设置在法兰的下方，且其顶部与法兰固定连接；

所述驱动电机与连接轴连接，驱动连接轴沿其中心轴转动；

所述变频器与驱动电机连接，用于控制驱动电机的转速；

空气冷却系统：包括空气压缩机、气瓶、多个空气喷嘴和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机的气体出口通过管道与气瓶的气体入口连通，气瓶的压缩气体出口通过气管与空气喷嘴的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架和布风板；

所述安装架设置在法兰的外周；

所述布风板固定在安装架的顶部，所述布风板为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔，所述多个空气喷嘴安装孔沿布风板周向布设，且多个空气喷嘴安装孔的圆心所在圆位于转杯的外侧；

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器；

所述第一金属颗粒收集器用于收集从雾化室底部排出的金属颗粒；

气体收集系统：包括除尘器、热空气的收集器和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器的气体入口通过管道与雾化室上的空气出口连通，除尘器的气体出口与热空气的收集器的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器连接，用于收集除尘器

除尘产生的金属颗粒；

从铜渣粉末中磁选提铁的步骤如下：

S1：加热铝锭，得到熔融状态的铝液，保温0.5-2h；

S2：启动旋转粒化系统中的驱动电机，调整转杯的转速，使其达到目标转速；

S3：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴，空气喷嘴喷出的向上的空气流；

S4：将步骤S1中的铝液注入旋转粒化系统的转杯中，开始粒化，粒化形成的熔滴，在雾化室内碰到喷嘴喷出的气流，跟气流发生动能跟热量交换，冷却、凝固成铝粒，温度降到粘接温度以下，下落在雾化室底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

S6：经过换热的空气，沿着雾化室上空气出口先进入除尘器中进行除尘，最后到达热空气的收集器，由收集器对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器在除尘过程中得到的铝粒颗粒进行收集。

作为优选，所述转杯侧壁上的孔孔径为6-8mm。

作为优选，所述转杯底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。

作为优选，所述S2中的目标转速为100～600rpm。

作为优选，所述空气喷嘴的倾斜角为45-90°。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1.该制备方法由于在熔融铝锭粒化和铝锭颗粒冷却过程中都不需要高压，从而大大降低了能耗；另外，另外采用空气作为冷却介质，原料更容易获得，从而同时还降低了制作铝锭颗粒的成本。收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值。回收、利用气体余热，节约成本。

2.相对气雾化和转盘粒化等工艺，采用多孔转杯作为粒化器可以更好控制铝粒的粒径。根据生产需要，铝粒的粒度为4～8mm。因此，多孔转杯开孔孔径范围为6～8mm。如果多孔转杯的开孔孔径大于8mm，旋转粒化得到的铝粒中会存在一定比例的颗粒粒径大于8mm，且随着开孔孔径的变大，大于8mm粒径的颗粒的比例也随之上升。生产实践证明，随着铝粒粒度增大，各项技术经济指标变差，异常炉况率明显上升，一级品率显著下降。在旋转粒化过程中不可避免会产生小于开孔孔径的铝粒，根据实验条件的不同，这个比例一般为5％～15％。如果多孔转杯开孔孔径小于6mm，制备的铝粒中会有一定比例的颗粒粒径小于4mm。根据生产实践，粒度过细，化学反应过快过于激烈，反应温度过高，喷溅严重，不但使损失增加还不利于安全生产，与此同时同时部分熔化的钒氧化物及铝来不及参与反应而进入炉渣和合金，使钒的回收率下降，因此，经过多次实验和数据分析，确定多孔转杯开孔孔径范围为6～8mm。

3.为了得到粒度为4～8mm的铝粒，适宜的转速范围为100～600rpm。这是由于当转速高于600rpm时，得到的铝粒粒径大部分小于4mm；当转速小于100rpm时，熔融的铝液从孔中直接流出，粒化难以顺利进行。

4.由风机提供的冷空气(～25℃)与高温铝粒换热，在雾化室上部收集到的热空气温度高于100℃，回收了部分熔融铝液的热量。

附图说明

图1为粒化设备的结构图。

图2为法兰的布风板的示意图。

图3为转杯的结构图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

转杯离心粒化制备铝粒的方法，采用如下粒化设备制备铝粒；

参见图1至图3，所述粒化设备包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室9、转杯4、法兰5、连接轴7、驱动电机12和和变频器13。

雾化室9具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室9的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室9的底部；

为了方便注入熔融状态的铝液和控制熔融状态的铝液的注入速度和流量，还可以包括设置在雾化室9顶壁外侧的熔融金属注入结构；

熔融金属注入结构包括耐高温的容器2和塞子1；所述容器2的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；所述塞子1与所述通过密封滑动配合，用于控制所述通孔的畅通与阻塞。具体实施时，所述塞子1由手持部和阻塞部两部分组成，为了方便手持，拔动和塞紧塞子，该手持部的直径大于阻塞部，另外还可以在手持部上设置防滑纹，便于拔动塞子时，塞子脱手。

优先地，金属颗粒出口设计为环形结构，且沿雾化室9底壁周向设置。这种结构更有利于快速收集冷却后的金属颗粒。环形的金属颗粒出口靠近雾化室9的竖直侧壁，这主要是因为金属颗粒经过冷却后，会打击在雾化室9竖直侧壁的内侧，然后落下，将金属颗粒出口设置在靠近雾化室9的竖直侧壁能快速对金属颗粒进行收集。

所述转杯4的侧壁上具有多个孔，转杯4和法兰5位于雾化室9内部，转杯4固定在法兰5的上方，转杯4与熔融金属注入口相对设置。

作为优选，所述转杯4侧壁上的孔孔径为6-8mm。具体可以选择，6mm、6.2mm、6.5mm、6.8mm、7mm、7.2mm、7.5mm、7.8mm、8mm，相对气雾化和转盘粒化等工艺，采用多孔转杯作为粒化器可以更好控制铝粒的粒径。如果多孔转杯的开孔孔径大于8mm，旋转粒化得到的铝粒中会存在一定比例的颗粒粒径大于8mm，且随着开孔孔径的变大，大于8mm粒径的颗粒的比例也随之上升。生产实践证明，随着铝粒粒度增大，各项技术经济指标变差，异常炉况率明显上升，一级品率显著下降。在旋转粒化过程中不可避免会产生小于开孔孔径的铝粒，根据实验条件的不同，这个比例一般为5％～15％。如果多孔转杯开孔孔径小于6mm，制备的铝粒中会有一定比例的的颗粒粒径小于4mm。根据生产实践，粒度过细，化学反应过快过于激烈，反应温度过高，喷溅严重，不但使损失增加还不利于安全生产，与此同时同时部分熔化的钒氧化物及铝来不及参与反应而进入炉渣和合金，使钒的回收率下降，多孔转杯开孔孔径范围为6～8mm。

该转杯4底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。裙边和安装孔的设置主要是为了更好、更稳固地将转杯固定在法兰上，尽可能地防止转杯和法兰发生相对转动或移动。

所述连接轴7设置在法兰5的下方，且其顶部与法兰5固定连接；所述驱动电机12与连接轴7连接，驱动连接轴7沿其中心轴转动。

所述变频器13与驱动电机12连接，用于控制驱动电机12的转速。变频器13的设置主要是为了更加方便调节驱动电机12的转速。

空气冷却系统：包括空气压缩机20、气瓶15、多个空气喷嘴17和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机20的气体出口通过管道与气瓶15的气体入口连通，气瓶15的压缩气体出口通过气管16与空气喷嘴17的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架8和布风板3；所述安装架8设置在法兰5的外周；所述布风板3固定在安装架8的顶部，所述布风板3为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔3-1，所述多个空气喷嘴安装孔3-1沿布风板3周向布设，且多个空气喷嘴安装孔3-1的圆心所在圆位于转杯4的外侧，通过喷出的压缩气体将从转杯4上的孔中飞溅出来的金属颗粒冷却。

为了避免空气喷嘴17喷出的气流过大，将粒化出来的颗粒吹到雾化室9的顶壁上，空气喷嘴17可以倾斜设置，空气喷嘴17与倾斜角可以根据实际情况确定。具体地，空气喷嘴17空气喷嘴17的倾斜角为45-90°，即空气喷嘴17与水平面的夹角为45-90°从而从空气喷嘴17喷出的气流是斜向上的，具体可以选择，45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°。实施时，可根据金属颗粒跟空气的换热效果，调整空气喷嘴的数量以及空气气流量。

金属颗粒从转杯上的孔中以非常高的速度飞离转杯，与空气流接触，改变飞行轨迹，使金属颗粒到达雾化室底部的飞行时间变长，金属颗粒换热充分，温度降到粘接温度以下，不会发生粘接现象；转杯粒化与冷却空气相结合，与直接高压气体制取金属颗粒工艺相比，所需空气无需高压，可以降低了生产成本；转杯粒化与冷却空气相结合，金属颗粒从转杯上的孔以非常高的速度飞离转杯，并在极短的时间内与空气流接触，可以在一定程度上减小金属颗粒表面的氧化程度。

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器10；所述第一金属颗粒收集器10用于收集从雾化室9底部排出的金属颗粒，具体实施时，可以将第一金属颗粒收集器设置在雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该第一金属颗粒收集器10上端的开口与金属颗粒出口相对；第一金属颗粒收集器10为环形结构，其上端的开口与环形的金属颗粒出口相对，将下落的金属颗粒收集在其中。

采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置还包括气体收集系统；

所述气体收集系统包括除尘器18、热空气的收集器19和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器18的气体入口通过管道与雾化室9上的空气出口连通，除尘器18的气体出口与热空气的收集器19的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器18连接，用于收集除尘器18除尘产生的金属颗粒。由于从雾化室9输出的热空气中会带有金属颗粒，除尘器18对该热空气进行除尘，其实就是将热空气携带的少量金属颗粒和空气进行分离，因此第二金属颗粒收集器将除尘器18分离后金属颗粒进行收集，进一步提高了金属颗粒的产量，减少能源的浪费，同时收集的热空气也可以进行再利用。收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值，回收、利用气体余热，节约成本。

从铜渣粉末中磁选提铁的步骤如下：

S1：加热铝锭，得到熔融状态的铝液，保温0.5-2h；具体可以选择0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.8h、2h，保温一段时间后，可使熔融状态的铝液具有良好的流动性，利于后续的离心粒化。

S2：启动旋转粒化系统中的驱动电机12，调整转杯4的转速，使其达到目标转速；作为优选，目标转速为100～600rpm。具体可以选择，100rpm、150rpm、200rpm、2500rpm、300rpm、360rpm、400rpm、500rpm、600rpm，这是由于当转速高于600rpm时，得到的铝粒粒径大部分小于4mm；当转速小于100rpm时，熔融的铝液从孔中直接流出，粒化难以顺利进行；

为了得到粒度为4～8mm的铝粒，转杯开孔孔径靠近所限定范围下限时，一般转速也采用所限定范围的下限附近值，从而旋转速度与转杯侧壁上孔的孔径相配合，这是由于开孔孔径较小，得到的颗粒粒径较小，如果采用较快转速与之相配合，得到的铝粒粒径小于4mm的比例会变大。而多孔转杯开孔孔径较大时，一般采用较快的旋转速度与之相配合，这是为了降低粒径大于8mm铝粒的比例。

S3：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴17，空气喷嘴17喷出的向上的空气流；

S4：将步骤S1中的铝液注入旋转粒化系统的转杯4中，开始粒化，粒化形成的熔滴，在雾化室内碰到喷嘴喷出的气流，跟气流发生动能跟热量交换，冷却、凝固成铝粒，温度降到粘接温度以下，下落在雾化室9底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

S6：经过换热的空气，沿着雾化室9上空气出口先进入除尘器18中进行除尘，最后到达热空气的收集器19，由收集器19对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器18在除尘过程中得到的铝粒颗粒进行收集。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：采用如下粒化设备制备铝粒；

所述粒化设备包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室(9)、转杯(4)、法兰(5)、连接轴(7)、驱动电机(12)和变频器(13)；

所述雾化室(9)具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室(9)的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室(9)的底部；

所述转杯(4)的侧壁上具有多个孔，转杯(4)和法兰(5)位于雾化室(9)内部，转杯(4)固定在法兰(5)的上方，转杯(4)与熔融金属注入口相对设置；

所述连接轴(7)设置在法兰(5)的下方，且其顶部与法兰(5)固定连接；

所述驱动电机(12)与连接轴(7)连接，驱动连接轴(7)沿其中心轴转动；

所述变频器(13)与驱动电机(12)连接，用于控制驱动电机(12)的转速；

空气冷却系统：包括空气压缩机(20)、气瓶(15)、多个空气喷嘴(17)和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机(20)的气体出口通过管道与气瓶(15)的气体入口连通，气瓶(15)的压缩气体出口通过气管(16)与空气喷嘴(17)的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架(8)和布风板(3)；

所述安装架(8)设置在法兰(5)的外周；

所述布风板(3)固定在安装架(8)的顶部，所述布风板(3)为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔(3-1)，所述多个空气喷嘴安装孔(3-1)沿布风板(3)周向布设，且多个空气喷嘴安装孔(3-1)的圆心所在圆位于转杯(4)的外侧；

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器(10)；

所述第一金属颗粒收集器(10)用于收集从雾化室(9)底部排出的金属颗粒；

气体收集系统：包括除尘器(18)、热空气的收集器(19)和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器(18)的气体入口通过管道与雾化室(9)上的空气出口连通，除尘器(18)的气体出口与热空气的收集器(19)的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器(18)连接，用于收集除尘器(18)除尘产生的金属颗粒；

从铜渣粉末中磁选提铁的步骤如下：

S1：加热铝锭，得到熔融状态的铝液，保温0.5-2h；

S2：启动旋转粒化系统中的驱动电机(12)，调整转杯(4)的转速，使其达到目标转速；

S3：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴(17)，空气喷嘴(17)喷出的向上的空气流；

S4：将步骤S1中的铝液注入旋转粒化系统的转杯(4)中，开始粒化，粒化形成的熔滴，在雾化室内碰到喷嘴喷出的气流，跟气流发生动能跟热量交换，冷却、凝固成铝粒，温度降到粘接温度以下，下落在雾化室(9)底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

S6：经过换热的空气，沿着雾化室(9)上空气出口先进入除尘器(18)中进行除尘，最后到达热空气的收集器(19)，由收集器(19)对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器(18)在除尘过程中得到的铝粒颗粒进行收集。

2.如权利要求1所述的转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：所述转杯(4)侧壁上的孔孔径为6-8mm。

3.如权利要求3所述的转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：所述转杯(4)底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。

4.如权利要求1-3任一项所述的转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：所述S2中的目标转速为100～600rpm。

5.如权利要求1-3任一项所述的转杯离心粒化制备铝粒的方法，其特征在于：所述空气喷嘴(17)的倾斜角为45-90°。