CZ180892A3

CZ180892A3 - Molten metals granulation process

Info

Publication number: CZ180892A3
Application number: CS921808A
Authority: CZ
Inventors: Karl Forwald; Rune Fossheim; Torbjorn Kjelland
Original assignee: Elkem As
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1993-01-13
Also published as: US5258053A; EP0522844A3; CA2071400C; CN1028499C; ZA924285B; DE69214362D1; NO172570B; NO912653D0; CN1068283A; BR9202485A; CA2071400A1; RU2036050C1; MX9203870A; NO912653L; NO172570C; EP0522844A2; ES2092642T3; JPH06172819A; EP0522844B1

Description

Oblast techniky (_I I / i

Vynález se týká způsobu granulace roztavených kovů? pM^Jkterém se alespoň jeden spojitý proud roztaveného kovu nechá padat ze žlabu do lázně chladicí kapaliny uložené v nádrži, kde se proud roztaveného kovu rozděluje na granule, které ztuhnou.

Dosavadní stav techniky

Z patentového spisu Spojených států amerických číslo 3,888,956 je znám způsob výroby granulí z taveniny, zvl,áště z roztaveného železa, kde proud roztaveného železa se nechá padat na vodorovný pevný člen, čimž tavenina vlivem své vlastní pohybové energie se o tento člen rozdělí a vytvoří nepravidelně tvarované kapičky, které se pohybují od členu nahoru a na strany a padají dolů do lázně chladicí kapaliny umístěné pod členem. Tímto známým způsobem je možné vyrábět kovové granule, tento způsob však má řadu nedostatků a nevýhod. Tak není možné řídit velikost částic ani rozsah velikostí, když kapičky vytvářené při nárazech kapalného kovu na člen se mění od velmi malých, do značně velkých kapiček.

Při výrobě granulí z tavenin ferroslitin, například FeCr, FeSi, SiMn, se vyrábí podstatné množství granulí o velikosti pod 5 mm.

Při výrobě ferrokřemičitých granulí je podíl částic o velikosti pod 5 mm typicky 22 až 35 % hmotnostních granulované taveniny a střední velikost částic je asi 7 mm. Ferrokřemičité částice o velikosti pod 5 mm nejsou žádány a částice o velikosti pod 1 mm jsou zvláště nežádoucí, nebot suspendují v lázni chladicí kapaliny, takže je nutné tuto plynule čistit.

Ze švédského patentového spisu číslo 439783 je známa granulace například ferrochromu, při které se proud roztaveného ferrochromu nechá padat do vodné lázně, kde se proud rozděluje na granule koncentrovaným vodním paprskem vytvářeným bezprostředně pod hladinou vodní lázně. Tento způsob dává spíše větší podíl malých částic. Navíc je nebezpečí exploze zvýšeno možností vniknutí vody dovnitř kapiček roztaveného kovu. Vzhledem k vysoce turbulentním podmínkám vytvářeným tímto způsobem granulace je počet kolizí mezi vytvořenými granulemi vysoký, což také zvyšuje nebezpečí exploze.

Úkolem předloženého vynálezu je vytvořit zlepšený způsob granulace roztavených kovů vylučující nedostatky známých způsobů.

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkol tím, že vytváří způsob granulace roztavených kovů, při kterém se alespoň jeden spojitý proud roztaveného kovu nechá padat ze žlabu do lázně chladicí kapaliny uložené v nádrži, kde se proud roztaveného kovu rozděluje na granule, které ztuhnou, jehož podstata spočívá v tom, že v podstatě stejnoměrný proud chladicí kapaliny se nechává vytékat z jedné boční stěny nádrže v podstatě kolmo na padající proud kovu, přičemž proud chladicí kapaliny má střední rychlost menší než 0,1 m.s~^·.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu je střední rychlost proudu chladicí kapaliny menší než 0,05 o.s \

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu má proud chladicí kapaliny svislý rozsah od povrchu lázně chladicí kapaliny dolů do hloubky, kde granule mají alespoň vnější slupku ze ztuhlého kovu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu má proud chladicí kapaliny takový vodorovný rozsah, že je rozmístěn po obou stranách proudu kovu nebo proudů kovu.

Podle dalšího výhodného provedeni předloženého vynálezu je svislá vzdálenost výstupního konce žlabu od hladiny lázně chladicí kapaliny menší než stónásobek průměru proudu roztaveného kovu měřeného v bodě, kde proud kovu opouští žlab.

.Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu je svislá vzdálenost proudu kovu od pětinásobku do třicetinásobku průměru proudu kovu.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu je svislá vzdálenost proudu kovu od desetinásobku do dvacetinásobku průměru proudu kovu.

Dodržením výše uvedených poměrů mezi svislou vzdáleností proudu kovu a průměrem proudu kovu v uvedených rozsazích je zajištěno, že proud kovu bude spojitý a hladký když narazí na povrch lázně chladicí kapaliny. Tvoření kapiček bude takto zajištěno v lázni chladicí kapaliny.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu chladicí kapalina je voda.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se do vody přidává saponát v podílu až do 500 ppm.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se do vody přidá 0 až 10% hmotnostních činidla snižujícího bod mrznutí.

-3Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se do vody přidá 0 až 55 hmotnostních hydroxidu sodného.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se do vody přidají činidla pro změnu povrchového napětí a viskozity.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se do chladicí kapaliny přidá voda o teplotě od 5 do 95 °C.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu má lázeň chladicí kapaliny teplotu od 10 do 60 °C.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu mají-li granule být prosty kyslíku, je chladicí kapalina uhlovodík, přednostně petrolej.

Když proud kovu padá do lázně chladicí kapaliny, vytvářejí se na spojitém proudu roztaveného kovu zúžení vlivem samoindukovaných oscilací v proudu. Tyto oscilace působí zúžení, která se s časem zvětšují a nakonec vedou k vytváření kapiček. Kapičky roztaveného kovu tuhnou a padají na dno nádrže a jsou z ní vynášeny obvyklými prostředky, například dopravníky nebo čerpadly.

Uvedením chladicí kapaliny do plynulého proudění nízkou rychlostí menší než 0,1 m.s“^ v podstatě kolmo na proud padajícího kovu v lázni chladicí kapaliny se tento rozděluje na kapičky, přičemž proudění chladicí kapaliny bude mít malý nebo žádný účinek na tvorbu kapiček.. Nicméně padající proud kovu bude plynule obklopován čerstvou” chladicí kapalinou, což způsobí, že teplota lázně chladicí kapaliny v oblasti padajícího proudu kovu dosáhne ustáleného stavu. Důležitou skutečností předloženého vynálezu tedy je, že rozdělení proudu kovu se děje samoindukovanými zúženími proudu. Lázeň chladicí kapaliny tedy nepřispívá k rozdělování proudu kovu na kapičky, nýbrž je nucena proudit nízkou rychlostí pouze pro ochlazování proudu kovu.

Způsob podle předloženého vynálezu představuje podstatně nižší nebezpečí exploze než známé způsoby podle dosavadního stavu techniky. Plynulé podmínky v lázni chladicí kapaliny tudíž způsobují nízkou frekvenci srážek mezi jednotlivými granulemi a tedy i sníženou možnost smrštění vrstvy páry, která se vytváří kolem každé granule během tuhnutí.

Způsob podle předloženého vynálezu může být použit pro množství kovů a slitin kovů jako je ferrosilicium s proměnlivým

-4obsahem křemíku, mangan, ferromangan, silikomangan, chrom, ferrochrom, nikl, železo křemík a jiné.

Způsobem podle předloženého vynálezu se dosáhne podstatného zvětšení střední velikosti granulí a podstatného snížení podílu granulí o velikosti pod 5 mm. Způsobem podle předloženého vynálezu se pro 75% ferrosilicia dostane střední velikost granulí asi 12 mm a podíl granulí menších než 5 mm je 10% nebo méně.

Při laboratorních zkouškách bylo dosaženo střední velikosti granulí 17 mm a podíl granulí menších než 5 mm byl 3 až 4%.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l je svislý řez zařízením pro granulaci k provádění způsobu podle vynálezu a obr.2 je řez podle Sáry I-I z obr.l.

Příklady provedení vynálezu

Na obr.l a 2 je znázorněna nádrž 1 obsahující lázeň 2 chladicí kapaliny, například vody. V nádrži 1 je umístěn dopravník 2 pro odvádění ztuhlých granulí z nádrže 1. V určité výšce nad hladinou 2 lázně 2 chladicí kapaliny je umístěn žlab £ Ρ^Γ° roztavený kov. Roztavený kov je plynule vyléván z pánve 6 do žlabu £. Ze Žlabu £ vytéká vymezeným otvorem spojitý proud 2 kovu dolů ke hladině 2 lázně 2 chladicí kapaliny a padá v ní dolů stále ještě jako spojitý proud 2. V jedné boční stěně β nádrže 2 je uspořádán přívodní prostředek 2. P^ro chladicí kapalinu. Přívodní prostředek £ má otvor přivrácený k nádrži 1 a sahající od hladiny 2 lázně β chladicí kapaliny v nádrži i dolů do místa, kde vytvářené granule mají již alespoň povrchovou vrstvu ztuhlého kovu.

Ve vodorovném směru má otvor v přívodním prostředku £ takový rozsah, že proud chladicí kapaliny sahá mimo místo, kde proud kovu naráží na lázeň 2 chladicí kapaliny. Chladicí kapalina je plynule přiváděna přívodním potrubím 10 do rozdělovače 11 uspořádaného uvnitř přívodního prostředku β. Rozdělovač 11 má řadu otvorů 12. Tlak v přívodním potrubí 10 je nastaven tak, aby byl vyvíjen proud vody do nádrže 1 o maximální rychlosti 0,1 m.s”¹. Rychlost proudu vody je v celém průřezu otvoru přívodního prostředku 2, v boční stěně β nádrže 2 ^v podstatě stejná. Chladicí kapalina vytékající z přívodního prostředku 2. j® na obr.l a 2 vyznačena šipkami.

-5Proud kovu uvnitř lázně 2 chladicí kapaliny bude takto stále obklopen klidným tokem nové” vody z přívodního prostředku 2· Tento tok vody má rychlost, která není dostatečná k rozdělení spojitého proudu χ kovu na kapičky 13. Proud 2 kovu je na kapičky 13 rozdělován vlivem samoindukovaných kmitů, které začínají, když proud £ padá dolů v lázni 2 chladicí kapaliny. Tím se vytváří pravidelně kapičky 13 v podstatě stejné velikosti a jen malý podíl kapiček 13 je menší než 5 mm. Kapičky 13³tuhnou při pádu dolů v lázni 2 chladicí kapaliny a jsou z lázně 2 chladicí kapaliny odváděny dopravníkem £ nebo jiným vhodným prostředkem.

- Množství chladicí kapaliny odpovídající přiváděnému množství se z nádrže 1 odvádí přepadem nebo neznázorněným čerpacím zařízením.

Příklady provedeni vynálezu

V následujících příkladech značí L/D poměr délky proudu kovu mezi místem výtoku ze žlabu £ a místem dopadu proudu kovu na hladimu £ lázně 2 chladicí kapaliny ku průměru proudu kovu měřenému v místě výtoku ze žlabu £. D50 značí střední velikost granulí v mm.

Příklad 1

V laboratorním přístroji byl granulován 75%-ní ferrokřemík v dávkách po 6,5 kg roztavené slitiny. Přístroj byl výše popsán s přihlédnutím k obr.l a 2 výkresů. Při všech zkouškách byla jako chladicí kapalina použita voda, přičemž rychlost proudu vody byla udržována pod 0,05 m.s“^·.

Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1

» zkoušky	L/D	Teplota vody °C	D50	%< 5mm
1	15	8	17	8
2	30	50	15	9
3	70	90	15	10

Přiklad 2

V průmyslovém zařízení používajícím přístroj výše popsaný s přihlédnutím k obr.l a 2 byly granulovány dávky 75%-ního ferrosilicia. Každá dávka obsahovala minimálně 2 t roztavené slitiny. Při všech zkouškách byla jako chlydicí kapalina použita voda, přičemž rychlost proudu vody byla udržována mezi 0,01 a 0,03 m.s”¹.

-6Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 2. Tabulka 2

Číslo zkoušky	L/D	Teplota vody °C	D50	%< 5mm
4	7	25	12	9
5	15	15		10
6	7	40	12	10
Výsledky zkoušek ukazují, že způsobem podle předloženého

vynálezu se při granulaci ferrosilicia dosahuje podstatného zvýšení střední velikosti granulí a snížení podílu granulí o velikosti pod 5 mm z 22 až 35% podle dosavadního stavu techniky na maximálně 10%.

Příklad 3

V laboratorním přístroji byl granulován silikomangan v dávkách 11 kg roztavené slitiny. Byl použit přístroj výše popsa· ný s přihlédnutím^ k obr. 1, a;2.1

Při všech zkouškách byla jako chladicá kapalina použita voda obsahující proměnlivé množství glykolu. Při všech zkouškách byla rychlost proudu vody udržována pod 0,05 m.s”^ a teplota vody byla udržována.na 60 °C.

Výsledky zkoušek jsou uvedeny v tabulce 3.

Tabulka 3

Číslo zkoušky L/D % glykolu D50 %<5mm

13 10 11 4

8 3,4 10 6

13 1 9 12

Výsledky ukazují, že pro silikomangan bj'la dosažena střední velikost granulí 80 mma že podíl granulí menších než 5 mm byl snížen se stoupajícím podílem glykolu ve chladicí vodě.

-7FAIENT0VE

Claims

FAIENT0VE

l. Způsob granulace roztavených kovů, při kterém se alespon~jéden spojitý proud roztaveného kovu nechá padat ze žlabu do lázně chladicí kapaliny uložené v nádrži, kde se proud rozděluje na granule, které ztuhnou, vyznačující se tím, že v podstatě stejnoměrný proud chladicí kapaliny se nechává vytékat z jedné boční stěny nádrže v podstatě kolmo na padající proud kovu, přičemž proud chladicí kapaliny má střední rychlost menší než 0,1

m. s”¹.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že střední rychlost proudu chladicí kapaliny je menší než 0,05 m.s“¹.
3. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že proud chladicí kapaliny má svislý rozsah od povrchu lázně chladicí kapaliny dolů do hloubky, kde granule mají alespoň vnější slupku ze ztuhlého kovu.
4. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že proud chladicí kapaliny má takový vodorovný rozsah, že jé rozmístěn po obou stranách proudu kovu nebo proudů kovu»
5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že vzdálenost výstupního konce žlabu od hladiny lázně chladicí kapaliny je menší než stonásobek průměru proudu roztaveného kovu měřeného v bodě, kde proud kovu opouští žlab,
6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že svislá vzdálenost proudu kovu je od pětinásobku do třicetinásobku průměru proudu kovu·
7» Způsob podle bodu 6, vyznačující se tím, že svislá vzdálenost proudu kovu je od desetinásobku do dvacetinásobku průměru proudu kovu»
8. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chladicí kapalina je voda.
9. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se do vody přidá saponát v podílu až do 500 ppm.
10» Způsob podle bodu 8, vyznačující se tím, že se do vody přidá 0 až 10% hmotnostních činidla snižujícího bod mrznutí.
11». Způsob podle bodu 8, vyznačující se tím, že se do vody přidá

0 až 5% hydroxidu sodného.
12. Způsob podle bodu 8, vyznačující se tím, že se do vody přidají činidla pro změnu povrchového napětí a viskozity.

-813. Způsob podle bodů 7 až 12, vyznačující se tím, že do chladicí kapaliny se přidá voda o teplotě od 5 do 95 °C.
14. Způsob podle bodu 13, vyznačující se tím, že lázeň chladicí kapaliny má teplotu od 10 do 60 °C.
15. Způsob podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že chladicí kapalina je uhlovodík, přednostně petrolej.

Zastupuje^

AS^OCIAŤED LAVT

JUT’Petr Kaler<t>

\ 11504 Pra?-l.f