EA010944B1 - Способ производства твердых спеченных керамических частиц и полученные этим способом частицы - Google Patents

Abstract

В изобретении предлагается способ приготовления твердых спеченных керамических частиц, которые являются главным образом круглыми и сферическими, из суспензии, в которую входят кальцинированный, некальцинированный или частично кальцинированный исходный материал, имеющий содержание оксида алюминия ориентировочно свыше 40%. Суспензию подвергают обработке при помощи процессов распылительной сушки, чтобы получить твердые, главным образом круглые и сферические спеченные частицы, имеющие средний размер ориентировочно свыше 200 мкм, объемную плотность ориентировочно свыше 1,40 г/см и кажущуюся удельную массу ориентировочно свыше 2,60.

Description

Предпосылки к созданию изобретения

Распылительная сушка представляет собой распыление керамического жидкого исходного материала на капли, которые превращаются в индивидуальные частицы порошка при контакте с горячим воздухом. Использовавшаяся первоначально при производстве керамической черепицы и столовой посуды в промышленности фарфорофаянсовых изделий, распылительная сушка затем нашла применение во многих других областях промышленного использования, в том числе при производстве электронных керамических изделий (полупроводниковые изделия, конденсаторы) и конструктивных керамических изделий (износостойкие детали, режущий инструмент, биомедицинские детали).

Нефть и природный газ добывают из скважин, идущих в пористые и проницаемые подземные формации. Пористость формации позволяет ей хранить нефть и природный газ, а проницаемость формации позволяет нефти или газу протекать через формацию. Проницаемость формации является существенной характеристикой, позволяющей нефти или газу протекать в местоположение, из которого они могут быть откачены через скважину. Иногда проницаемость формации, содержащей нефть или газ, является недостаточной для рентабельной добычи нефти или газа. В других случаях, во время работы скважины, проницаемость формации падает до такой степени, что дальнейшая добыча становится нерентабельной. В таких случаях необходимо производить образование трещин в формации и расклинивать трещины, поддерживая их в открытом состоянии, при помощи расклинивающего материала или расклинивающего агента. Такое трещинообразование обычно осуществляют с использованием гидравлического давления, а в качестве расклинивающего материала или расклинивающего агента используют порошковый материал, такой как песок, стеклянные шарики или керамические частицы, которые вводят в трещину при помощи флюида.

Здесь описаны способы производства твердых керамических частиц, которые являются главным образом круглыми и сферическими, с использованием процесса распылительной сушки. После спекания, твердые керамический частицы подходят для использования в качестве расклинивающего материала.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана блок-схема способа изготовления спеченных твердых керамических частиц, которые являются главным образом круглыми и сферическими, с использованием описанного здесь способа распылительной сушки.

На фиг. 2 показана сушильная камера, обеспечивающая комбинацию параллельных и встречных потоков для использования в описанных здесь способах распылительной сушки.

На фиг. 3 показана сушильная камера, обеспечивающая параллельные потоки для использования в описанных здесь способах распылительной сушки.

На фиг. 4 показано масштабирование пространства сушильной камеры, предназначенной для изготовления твердых керамических частиц, которые являются главным образом круглыми и сферическими, с использованием описанного здесь способа распылительной сушки.

Подробное описание изобретения

В частности, далее описаны способы производства главным образом круглых и сферических, твердых, спеченных керамических частиц, имеющих средний размер ориентировочно свыше 200 мкм, объемную плотность ориентировочно свыше 1,40 г/см³, и кажущуюся удельную массу ориентировочно свыше 2,60. В некоторых вариантах, частицы имеют средний размер ориентировочно свыше 300 мкм, или ориентировочно свыше 400 мкм. Использованный здесь термин средний размер частиц относится к размеру частиц, полученному при помощи распределения при помощи сит партии частиц.

Использованный здесь термин твердая керамическая частица относится к керамическим частицам, имеющим внутренние полости, которые составляют ориентировочно меньше чем 10% от объема частицы. В некоторых вариантах, твердые керамические частицы имеют внутренние полости, которые составляют ориентировочно меньше чем 5% от объема частицы.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1, на котором показана блок-схема способа изготовления твердых керамических частиц, которые являются главным образом круглыми и сферическими, с использованием способа распылительной сушки, который включает в себя операцию 100 приготовления суспензии, операцию 102 распыления, операцию 104 контактирования, операцию 106 сушки, операцию 108 выгрузки и операцию 110 спекания.

При проведении операции 100 приготовления суспензии, готовят суспензию, содержащую воду и керамический исходный материал, имеющий содержание оксида алюминия ориентировочно свыше 40 процентов по весу. Суспензию готовят при помощи гомогенизации, перемешивания, взбалтывания или других аналогичных технологий, знакомых специалистам в данной области. Керамическим исходным материалом может быть некапьпинированный керамический материал, частично кальцинированный керамический материал, кальцинированный керамический материал, а также их комбинации. В некоторых вариантах керамическим исходным материалом может быть материал, из которого могут быть сделаны твердые керамические частицы, которые являются главным образом круглыми и сферическими, и который содержит летучие вещества природного происхождения, такие как влага, органика и химически связанная вода (которую называют также водой гидратации). В некоторых вариантах количество летучих веществ природного происхождения составляет ориентировочно от 10 до 40 вес.%, в пересчете на вес керамического исходного материала. В других вариантах керамический исходный материал представля

- 1 010944 ет собой некальцинированную глину, частично кальцинированную глину, кальцинированную глину, а также их смеси. В соответствии с другим вариантами керамический исходный материал представляет собой каолин, бокситную глину или боксит, причем любой из этих материалов может быть кальцинированным, частично кальцинированным или некальцинированным, а также может содержать их смеси.

В некоторых вариантах суспензия дополнительно содержит связующее вещество, такое как поливиниловый спирт, поливинилацетат, метилцеллюлоза, декстрин и меласса. Связующие вещества типично представляют собой органические материалы, которые используют для повышения прочности частиц. В некоторых вариантах вода может играть роль связующего вещества.

В некоторых других вариантах суспензия дополнительно содержит диспергирующий агент, такой как коллоид, полиэлектролит, тетра пирофосфат натрия, тетра пирофосфат калия, полифосфат, цитрат аммония, железистый цитрат аммония и гексаметафосфат натрия. Диспергирующие агенты вводят для того, чтобы повысить полное содержание твердой фазы в суспензии, за счет снижения вязкости суспензии. Количество диспергирующего агента, если он есть, выбирают как компромисс между способностью распыления суспензии и способностью получения твердых, сферических частиц.

Относительные количества керамического исходного материала, воды, связующего вещества (если оно есть) и диспергирующего агента (если он есть) в суспензии зависят от желательных свойств твердого керамического расклинивающего наполнителя, однако они ограничены теми количествами, которые позволяют делать суспензию подходящей для нагнетания через нагнетательное сопло или вращающееся колесо в операции 102 распыления, и которые позволяют делать сырые частицы, которые можно спекать, чтобы образовать твердые керамические частицы, которые являются главным образом круглыми и сферическими. В некоторых вариантах, суспензия имеет содержание твердой фазы в диапазоне ориентировочно от 50 до 75% по весу, в то время как, в других вариантах, содержание твердой фазы составляет ориентировочно от 50 до 60% по весу, или ориентировочно от 60 до 70% по весу.

В вариантах, в которых суспензия содержит связующее вещество, количество связующего вещества может составлять ориентировочно меньше чем 0,5 процента, в пересчете на вес сухого керамического исходного материала, или ориентировочно меньше чем 1,0 процент, в пересчете на вес сухого керамического исходного материала.

В вариантах, в которых суспензия содержит диспергирующий агент, количество диспергирующего агента может составлять ориентировочно меньше чем 0,3 процента, в пересчете на вес сухого керамического исходного материала, ориентировочно меньше чем 0,5 процента, в пересчете на вес сухого керамического исходного материала, или ориентировочно меньше чем 1,0 процент, в пересчете на вес сухого керамического исходного материала.

В процессе 102 распыления, суспензию подают на распылительное оборудование. Подходящее распылительное оборудование включает в себя (но без ограничения) распылитель с вращающимся колесом, распылитель с нагнетательным соплом и распылитель со сдвоенным жидкостным соплом. Распылители с вращающимся колесом, с нагнетательным соплом и со сдвоенным жидкостным соплом хорошо известны специалистам в данной области, и представляют собой распылительные сушилки, которые серийно выпускаются различными фирмами, такими как Νίτο, 1пс. Конструкция сопла хорошо известна специалистам в данной области и описана, например, в руководстве К. Майега: 8ртау Отушд НапбЬоок, 1о1ш \УПеу апб 8оп§, №\ν Уотк (1979).

Необходимость использования распылителя с вращающимся колесом, с нагнетательным соплом или со сдвоенным жидкостным соплом зависит от свойств, таких как размер, распределение и форма, желательных для готовых сухих твердых керамических частиц, вместе с желательной производственной мощностью. Как правило, распылители с вращающимся колесом позволяют создавать более мелкие частицы, в то время как распылители с нагнетательным соплом и со сдвоенным жидкостным соплом, работающие под давлением, позволяют создавать относительно крупные частицы.

Когда используют распылитель с вращающимся колесом, керамическую суспензию подают в центр вращающегося колеса распылителя и перемещают к периметру колеса за счет центробежной силы. Распыление имеет место на кромке колеса. Размер капель и распределение капель по размерам в полученной распыленной жидкости зависят от количества энергии, передаваемой суспензии, и от фрикционного воздействия между вновь образованными каплями и турбулентным воздушным потоком в непосредственной близости от колеса. Капли распыленной жидкости выталкиваются горизонтально из колеса, но быстро начинают следовать картинам воздушного потока, созданным при помощи диспергатора воздуха, который направляет горячий воздух вниз в сушильную камеру управляемым образом. Размер керамических частиц, получаемых в распылительных сушилках с вращающимся колесом, возрастает при снижении скорости колеса распылителя. Влияние скорости подачи является незначительным в оптимальном рабочем диапазоне данного распылителя с вращающимся колесом, причем флуктуации скорости подачи во время работы не изменяют распределение по размерам полученного керамического порошка. Диаметр камеры при использовании распылителя с вращающимся колесом должен быть достаточно большим, чтобы исключить образование полумокрых отложений на стенках камеры на уровне распылителя. В отличие от этого, камеры меньшего диаметра, но с большей высотой цилиндра, могут быть использованы совместно с распылителями с нагнетательным соплом и со сдвоенным жидкостным соплом.

- 2 010944

Когда используют распылитель с нагнетательным соплом, суспензию подают в сопло под давлением. В случае распылителя со сдвоенным жидкостным соплом, суспензию и осушающий воздух подают через отдельные сопла. Подачу воздуха производят при повышенном давлении, в то время как подачу суспензии можно производить при повышенном давлении или самотеком (или через сифон). В описанных здесь примерах с использованием распылителя со сдвоенным жидкостным соплом подачу суспензии производят при повышенном давлении.

Энергия давления преобразуется в кинетическую энергию, и суспензия вытекает из отверстия сопла в виде имеющей высокую скорость пленки, которая легко разделяется на капли. Размер капель, полученных при помощи распылителя с нагнетательным соплом или со сдвоенным жидкостным соплом, изменяется обратно пропорционально давлению и прямо пропорционально скорости подачи и вязкости исходного материала. Пропускная способность нагнетательного сопла или сдвоенного жидкостного сопла изменяется как квадратный корень от давления. В некоторых вариантах, в которых желательно иметь высокие скорости подачи и/или осуществлять распылительную сушку с высокой производительностью, могут быть использованы системы с множеством сопел.

Обратимся теперь к рассмотрению операции 104 контактирования, в ходе которой капли суспензии, выходящие из распылительного оборудования, встречаются с горячим осушающим воздухом, поступающим в сушильную камеру. Первоначальный контакт капель и осушающего воздуха и движение капель/частиц через сушильную камеру может происходить в параллельных потоках, в противотоке или в их комбинациях. В некоторых вариантах, таких как показанный на фиг. 2 для случая использования распылителя с нагнетательным соплом, сушильная камера создает комбинацию параллельных и встречных потоков.

На фиг. 2 показана упрощенная блок-схема устройства для распылительной сушки, которое содержит сушильную камеру 204 и нагнетательное сопло 202. Распылительные сушилки типично содержат дополнительные компоненты, которые нет необходимости здесь подробно описывать, так как сами по себе распылительные сушилки и их компоненты хорошо известны специалистам в данной области. На фиг. 2 показано, что суспензию подают из источника 200 питания через нагнетательное сопло 202. Несмотря на то, что на фиг. 2 показано только одно нагнетательное сопло, следует иметь в виду, что может быть использовано множество сопел. Различные типы оборудования, подходящего для подачи суспензии, хорошо известны специалистам в данной области, и могут содержать, например, питающий насос с фильтром или без него. Нагнетательное сопло 202 распыляет суспензию на капли и разбрызгивает капли вверх в сушильную камеру 204, что показано стрелками. Горячий воздух подают в сушильную камеру 204 от источника 206 воздуха через впуск 208, причем поступающий в сушильную камеру 204 воздух входит в контакт с каплями суспензии.

При этом, горячий воздух поступает в точку выше места распыления суспензии в сушильной камере и движется в направлении вниз в камере. Первоначально капли суспензии движутся в направлении вверх в сушильной камере, в результате чего образуется противоток с горячим воздухом. Однако в некоторый момент капли перестают подниматься по своей вертикальной траектории и начинают движение главным образом вниз в камере, при этом создаются параллельные потоки (капель и воздуха). Капли в сушильной камере, такой как показанная на фиг. 2, имеют удлиненную вертикальную траекторию, что обеспечивает более длительное время сушки воздухом. Несмотря на то, что на фиг. 2 показан распылитель с нагнетательным соплом, используемый с сушильной камерой, в которой создаются параллельные и встречные потоки, следует иметь в виду, что такие сушильные камеры могут быть использованы также для распылителей с вращающимся колесом и для распылителей со сдвоенным жидкостным соплом.

В некоторых вариантах, таких как показанный на фиг. 3, вместе с распылителем с нагнетательным соплом используют сушильную камеру с параллельными потоками.

На фиг. 3 показана упрощенная блок-схема устройства для распылительной сушки, которое содержит сушильную камеру 304 и нагнетательное сопло 302. Суспензия поступает от источника 300 питания через нагнетательное сопло 302. Нагнетательное сопло 302 распыляет суспензию на капли и разбрызгивает капли главным образом в направлении вниз (направление А) в сушильную камеру 304. Горячий воздух поступает в сушильную камеру 304 от источника 306 воздуха, и втекает в сушильную камеру 304 главным образом в направлении вниз (направление В). Таким образом, горячий воздух и капли суспензии протекают главным образом в направлении вниз в камере, за счет чего создаются параллельные потоки (воздуха и капель). Несмотря на то, что на фиг. 3 показан распылитель с нагнетательным соплом, который используют совместно с сушильной камерой, имеющей параллельные потоки, следует иметь в виду, что сушильные камеры с параллельными потоками также могут быть использованы совместно с распылителями с вращающимся колесом и с распылителями со сдвоенным жидкостным соплом.

Различные типы оборудования, подходящего для подачи горячего воздуха в сушильную камеру для сушки капель, хорошо известны специалистам и могут содержать, например, нагреватель с воздушным фильтром или без него. При проведении операции 106 сушки, образуются сырые керамические частицы, по мере испарения влаги из капель. Так как суспензию распыляют в сушильную камеру 204 и осуществляют ее контакт с горячим осушающим воздухом, то происходит испарение с поверхности капель и образуется пленка насыщенного пара у поверхности каждой капли. Диспергирующие агенты и связующие вещества, если они есть, являются растворимыми. Таким образом, когда имеется диспергирующий агент

- 3 010944 и/или связующее вещество, каждая распыленная капля содержит как нерастворимый керамический материал, так и растворимые добавки. Во время фазы испарения процесса распылительной сушки, растворимые связующие материалы образуют пленку на поверхности капель.

При продолжении сушки, испаряется влага из внутреннего пространства капель. В соответствии с описанными здесь способами, влага из внутреннего пространства капель испаряется по меньшей мере частично за счет диффузии через твердые частицы, содержащиеся в каплях, в направлении поверхности капель, и затем через пленку на поверхности капель. Когда происходит испарение влаги из внутреннего пространства капель, пленка на поверхности капель растет в направлении внутреннего пространства капель.

Температуры поверхности капель являются низкими, несмотря на то, что осушающий воздух имеет относительно высокую входную температуру. Испарение первоначально имеет место в условиях постоянной скорости, однако затем скорость падает, когда капли приближаются к состоянию окончательного содержания остаточной влаги. Так как капли содержат нерастворимую твердую фазу, характеристики профиля сушки имеют существенный период постоянной скорости, что способствует получению сферических частиц. В ходе сушки изменяется распределение капель по размерам, так как капли изменяют свой размер во время испарения влаги. Может также происходить коалесценция капель и частиц, что может быть вызвано турбулентным режимом течения воздуха в сушильной камере и комплексным распределением температуры и уровней влажности.

Так как капли обычно не вращаются по мере их прохождения через сушильную камеру, одна сторона каждой капли может быть подвержена воздействию воздуха, поступающего из впуска, который является более горячим, чем воздух, воздействующий на другую сторону каждой капли (эти сторону называют здесь соответственно как горячая сторона и холодная сторона). При этом, испарение происходит быстрее на горячей стороне, и пленка, которая образуется на поверхности каждой капли, утолщается быстрее на горячей стороне, чем на холодной стороне. Жидкость и твердая фаза в капле мигрируют к горячей стороне. За счет этого можно ожидать, что холодная сторона будет втягиваться внутрь, что может приводить скорее к образованию полой сырой частицы с углублением, а не к образованию описанных здесь твердых сырых частицы. Однако в соответствии с описанными здесь способами получают скорее твердые, а не полые частицы, по причине одного или нескольких следующих факторов: поддержание указанных здесь весовых процентов содержания твердой фазы, поддержание указанных здесь весовых процентов растворимых материалов (диспергирующего агента и/или связующего вещества), поддержание в указанных диапазонах входных температур воздуха.

Вне зависимости от содержания твердой фазы, суспензии, имеющее содержание твердой фазы ориентировочно свыше 50 вес.%, могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением для производства твердых главным образом круглых и сферических частиц. В соответствии с некоторыми вариантами, суспензии, имеющее содержание твердой фазы ориентировочно от 60 до 70 вес.%, могут быть использованы для производства твердых главным образом круглых и сферических частиц.

Что касается содержания растворимых материалов, то следует иметь в виду, что связующие вещества повышают вязкость суспензии, что может приводить к необходимости снижения содержания твердой фазы, чтобы сохранять возможность распыления суспензии. Однако следует иметь в виду, что более низкое содержание твердой фазы может приводить к получению недостаточно твердых частиц. Что касается диспергирующих агентов, то следует иметь в виду, что диспергирующие агенты позволяют более быстрое движение твердой фазы на поверхность частицы, что также может приводить к получению не твердой частицы. Таким образом, содержание растворимых материалов в суспензии (количество добавок, таких как связующие вещества и диспергирующие агенты) следует выбирать с учетом баланса с содержанием твердой фазы в суспензии. Преимущественно используют самое малое количество связующее вещество и/или диспергирующего агента, которое определяется необходимостью регулировки вязкости суспензии.

Что касается входных температур воздуха, то температуру воздуха, входящего в сушильную камеру, контролируют в соответствии с описанными здесь способами. Таким образом, в некоторых вариантах, входная температура воздуха лежит в диапазоне ориентировочно от 100 до 200°С, или ориентировочно от 200 до 300°С, или ориентировочно от 300 до 400°С, или ориентировочно от 400 до 500°С. В других вариантах, входная температура воздуха лежит в диапазоне ориентировочно от 150 до 200°С или ориентировочно от 200 до 250°С. Преимущественно используют температуры на нижнем конце указанных диапазонов, для того, чтобы замедлить скорость сушки частиц, что, в свою очередь, способствует получению сырых керамических частиц, которые могут быть подвергнуты спеканию, чтобы получить твердые керамические частицы, которые являются главным образом круглыми и сферическими.

Вновь обратимся к рассмотрению фиг. 1, на которой показана операция 108 выгрузки, которая включает в себя извлечение сырых керамических частиц из сушильной камеры. В некоторых вариантах используют систему с выгрузкой в двух точках. В системе с выгрузкой в двух точках, первичную выгрузку грубой фракции сырых керамических частиц производят у основания камеры, а выгрузку более мелкой фракции производят у основания циклона и системы пылеуловителя. В некоторых других вариантах используют систему с выгрузкой в одной точке. В системе с выгрузкой в одной точке, производят выгрузку сырых керамических частиц из сушильной камеры. Например, в блок-схемах, показанных на фиг. 2 и 3, сырые керамические частицы выгружают из сушильной камеры в разгрузочные лотки 210 и

- 4 010944

310, по меньшей мере, частично под действием силы тяжести.

В дополнение к компонентам, показанным на фиг. 2 и 3, подходящее оборудование для сушки дополнительно может включать в себя вентиляторы и трубопроводы, оборудование для очистки выпускаемого воздуха (циклоны, пылеуловители, скрубберы) и контрольно-измерительную аппаратуру. Такие дополнительные компоненты и оборудование, и их использование в описанном здесь способе распылительной суши, хорошо известны специалистам в данной области.

После операции 108 выгрузки, сырые керамический частицы подвергают операции 110 спекания с использованием обычного оборудования для спекания, чтобы образовать твердые керамический частицы, которые являются главным образом круглыми и сферическими. Процесс спекания и оборудование для осуществления спекания хорошо известны специалистам в данной области. Например, они описаны в патенте США №. 4,427,068. В некоторых вариантах спекание осуществляют при температурах в диапазоне ориентировочно от 1000 до 1600°С, в течение времени ориентировочно от 20 до 45 мин при пиковой температуре.

Приведенные далее примеры служат для пояснения описанных выше способов и характеристик частиц.

Пример 1. Обратимся теперь к приведенной здесь ниже табл. 1, в которую сведены результаты 9 тестовых прогонов, в которых получены главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы в соответствии с описанными здесь способами. Если в табл. 1 указано н/д, то это означает, что соответствующие величины не были определены («нет данных»).

Девять суспензий, имеющие свойства, указанные в табл. 1, были приготовлены на фирме САКВО Сегаш1С8, 1пс., (САКВО) Ки1аи1а, А1аЬаша. Обычно суспензии готовят путем перемешивания некальцинированного бокситного каолина с водой и диспергирующим агентом в мешалке Иенует чтобы получить суспензию, имеющую заданное содержание твердой фазы. Глина, которая имеет содержание оксида алюминия ориентировочно свыше 50 вес.%, была смешана с глиной, добытой в области Еи1аи1а, А1аЬата. В качестве диспергирующего агента использовали полиакрилат аммония Со11о1б 102, который может быть закуплен на фирме Кйопе Рои1епс. Поливиниловый спирт (РУА), имеющий молекулярный вес 100,000 Мп, который был закуплен на фирме Ап Ргобис!8 апб Сйетюак 1пс под торговой маркой Аг1уо1, добавляли в суспензии, полученные на фирме САКВО, для образцов № 5 и 6. Содержание твердой фазы, указанное в табл. 1, было определено с использованием рычажных весов 8аЛогш8 со шкалой, проградуированной в процентах влажности, при 160°С в течение 30 мин. Приведенные в табл. 1 данные относительно вязкости (в сантипуазах (срз) при определенных об/мин) были определены с использованием вискозиметра Брукфилда со шпинделем номер 2, который может быть закуплен на фирме ВгоокПе1б Епдшеегшд ЬаЬога!ог1е8, М1бб1еЬого, МА. Вискозиметр Брукфилда использовали в соответствии с его инструкцией по эксплуатации.

Суспензии были распылены в соответствии с условиями распыления, приведенными в табл. 1. Каждую суспензию подавали в нагнетательное сопло распылителя при температуре и скорости подачи, и под давлением распыления, которые указаны в табл. 1. Использовали распылитель, изготовленный на опытном заводе фирмы Ило Иохх1е То\\'ег который имеет сушильную камеру диаметром 2,55 м и с высотой цилиндра 5,95 м, что обеспечивает полную высоту распыления 9 м. Конструкцию сопла выбирали для каждого прогона так, как это указано в табл. 1, где буквенный индикатор АА указывает конструкцию камеры сопла, а цифровой индикатор #.# указывает диаметр (мм) отверстия сопла. Такие буквенные и цифровые индикаторы хорошо известны специалистам в данной области. Время, указанное в табл. 1, означает время, в течение которого суспензию нагнетали с указанной скоростью, чтобы получить капли суспензии при помощи конкретного использованного сопла.

Когда распыленные капли суспензии выходят из нагнетательного сопла, они подвергаются сушке при условиях, указанных в табл. 1. Горячий воздух подают в сушильную камеру распылителя Νπό Иох/1е То\тег с заданной скоростью, которую измеряют при помощи проволочного термоанемометра. Указанные входная и выходная температуры сушильной камеры были определены с использованием термопар. По мере испарения влаги из капель за счет контакта с поступающим горячим воздухом, образуются сырые керамические частицы со свойствами, указанными в табл. 1. Указанное процентное содержание остаточных летучих веществ было определено при помощи анализатора влаги МеШег при 200°С в течение 30 мин и указывает содержание влаги, которая не испарилась из частиц во время сушки. Плотность заливки отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема, в то время как плотность с выпуском (!арршд) отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема с выпуском материала из резервуара после его заполнения.

Сырые частицы спекали в статической обжиговой печи, чтобы получить главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы. Спекание производили со скоростью нагревания 12°С/мин до пиковой температуры 1510°С, с 30 минутным удержанием при пиковой температуре. Свойства спеченных твердых керамических частиц, такие как размер, номер мелкости зерна, объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание приведены далее в табл. 1. Объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание были определены с использованием АР1 рекомендованной практики КР60 для испытания расклинивающих наполнителей.

- 5 010944

Таблица 1

Образец Νο.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Свойства суспензии:
Твердая фаза (вес. %)	59.2	59.6	60.4	59.7	59.6	59.2	61.1	59.8	59.3
Связующее вещество
(РУА) Свес. %}	0	0	0	0	0.1*	0.2*	0	0	0
Диспергирующий
Агент (вес. %)	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
Плотность (г/см3)	1.58	1.58	1.59	1.57	1.59	1.58	1.59	1.60	н/д
Вязкость (срз)
6 об/мин	775	200	1375	625	875	475	425	225	500
12 об/мин	638	163	1000	450	650	488	350	200	438
30 об/мин	440	115	505	315	395	305	255	140	290
60 об/мин	335	98	400	250	285	230	200	118	235
Условия распыления: Температура суспензии	23	22	22	23	23	22	23	22	22
Расход суспензии (кг/час) Давление распыления	211	254	254	н/д	190	233	н/д	288	220
(рз1£)	420	440	600	460	480	440	600	500	500
Тип сопла	8С 1.6	8С 1.6	8В1.4	8В 1.4	8В 1.4	8В 1.4	8В1.5	8В1.4	8В1.4
Время (мин.) Условия сушки Расход осушающего	24	35	8	27	34	35	12	И	66
воздуха (кг/час) Входная температура	2930	3080	3000	3080	3090	3030	2730	2850	2670
Воздуха, °С Выходная температура	231	276	221	220	210	210	260	209	231
Воздуха, °С	118	115	116	110	101	102	126	101	105

Образец Νο. |1 |2 |3 |4 |5 |б |7 |8 |9

Свойства сырых частиц

Остаточные летучие
вещества, %	5.35	0.98	3.15	2.71	0.61	0.65	10.9	3.0	1.35
Плотность заливки,
г/см3	0.81	0,78	0.81	0.79	0.81	0.79	0.88	0.80	0.80
Плотность с выпуском.
г/см3	0.86	0.85	0.86	0.84	0.86	0.85	0.91	0.87	0.85
Размер частиц, мкм
90% меньше чем	619	500	585	567	530	502	н/дол	578	570
50% меньше чем	413	292	353	349	293	306	н/дол	357	351
10% меньше чем	230	171	213	200	175	188	н/дол	209	186
Вес продукта, кг	49.5	72	12.5	51	74	72	26	24	140.5

% частиц, остающихся на сите Ц.8. МезЫХо

30	5.0	0.4	5.0	0.9	0,1	0.0	31.9	0.8	0.5
40	34.4	7.9	23.7	20.4	4.4	1.4	31.6	16,8	7.6
50	32.2	31.4	32.0	35.0	26.1	20.9	20.7	36.9	32.6
70	16.0	27.3	22.0	21.8	30.6	32.9	9.3	23.2	35,3
100	8.8	19.7	12.2	14,0	24.4	28.3	4.6	14,4	14,4
140	2.6	8,0	3.5	5.0	9.2	10.4	1.3	5.1
200	0.6	3.1	1.0	1.7	3.1	3,3	0.3	1.6	8.7
270	0.2	1.5	0.4	0.8	1.5	2.0	0.2	0.8
% частиц, остающихся в поддоне	0.1	0.7	0.2	0.4	0.6	0.7	0.1	0.3	0.9
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	387	277	354	327	256	236	480	319	285
Свойства спеченных частиц
% частиц, остающихся на сите и.8. МезЬ Νο
30	0.6	0.1	0.6	0.1	0.0	0.0	12.5	0.1	0.0
40	8.6	0.8	7.0	1.7	0.2	0.1	26.9	1.7	0.8
50	38.8	14.6	29.1	23.9	10.1	4.4	30.5	25.1	12,9
70	28.5	36.1	31.9	35.2	33.3	30,8	17.0	36.3	34,0
100	16.8	30.0	22.2	25.2	34.0	39.4	9,4	23.9	32.2
140	5.0	11.3	6.4	8.9	14.3	17,0	2.7	8.3	12.8
200	1,3	3.9	1.7	2.8	4.6	5.0	0.7	2.7	4.1
270	0.4	2.3	0.8	1.5	2.6	2.5	0.3	1.3	2.1
% частиц, остающихся в поддоне	0.1	1.0	0.3	0.7	0.9	0.8	0.1	0.6	0.5
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	300	224	277	247	209	195	395	251	219
Номер мелкости зерна (ΟΓΝ) (без
учета материала в поддоне)	51.9	67,1	55.9	61.6	71,1	74,4	42.1	60.5	68.3
Номер мелкости зерна (ΟΓΝ) (с
учетом материала в поддоне)	52.2	69.5	56.6	63.3	73.2	76.2	42.4	61.9	69,5
Объемная плотность (г/см3)	1.53	1.39	1.52	1.47	1.44	1.39	1.52	1.46	1.46
Образец Νο.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Кажущаяся удельная масса
(А8О)	2.76	2.70	2.77	2.72	2.74	2.66	2.74	2.71	2.74
Раздавливание -50/+140:
% при 7500 рз1	4.4	9.6	5,2	5.5	6.4	9.5	5.1	6.7	5.2
% при 10.000 рз1	н/д	12.3	5.9	7.5	9,3	12.8	12.3	7.9	6,6

*РУЛ добавляют после получения суспензий с участка приготовления.

- 6 010944

Суспензии, имеющие более высокое содержание твердой фазы (например, образцы № 3 и 7), позволяют получать частицы более крупного размера, по ΟΤΝ и по среднему размеру частиц. Образцы № 3 и 7 также имеют более высокую вязкость и позволяют получать материалы 2-го и 3-го размера крупности частиц, по ΟΤΝ и по среднему размеру частиц. В отличие от этого, суспензии, которые имеют более высокое полное содержание летучих веществ (например, образцы № 5 и 6, которые содержат связующее вещество), позволяют получать частицы самого мелкого среднего размера, с самым высоким ΟΡΝ (свидетельствующим о получении более мелких частиц). Образец № 7 позволяет получать самые крупные частицы, причем дополнительно следует отметить, что, из девяти образцов, образец № 7 также имеет самое высокое содержание остаточных летучих веществ, что свидетельствует о наличии свободной воды в частицах, выгружаемых из сушильной камеры. Наличие остаточных летучих веществ в образце № 7 свидетельствует о том, что образец № 7 был подвергнут сушке со сниженной скоростью, по сравнению с другими выгруженными из сушильной камеры образцами, имеющими более низкое содержание остаточных летучих веществ (например, по сравнению с образцами № 5 и 6). Таким образом, сушка со сниженной скоростью способствует получению керамических частиц, имеющих желательные свойства.

Пример 2. Обратимся теперь к приведенной здесь ниже табл. 2, в которую сведены результаты 5 тестовых прогонов, в которых получены главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы в соответствии с описанными здесь способами. Если в табл. 2 указано н/д, то это означает, что соответствующие величины не были определены.

Пять суспензий, имеющие свойства, указанные в табл. 2, были приготовлены при помощи перемешивания некальцинированного бокситного каолина с водой и с диспергирующим агентом в растворителе с высоким сдвигом (срезом) Со\\'1с5. чтобы получить суспензию, имеющую указанное содержание твердой фазы, Глина, которая имела содержание оксида алюминия ориентировочно свыше 50 вес.%, была закуплена на фирме ДЕ В1се11сг. Диспергирующий агент, в качестве которого использовали гексаметафосфат натрия, вводили в каждую суспензию в количестве около 0,15 вес.% в пересчете на сухой вес глины, использованной для приготовления суспензии. Гексаметафосфат натрия был закуплен на фирме 1ппорйои8 Сйешюак 1пс. Дополнительные 120 г гексаметафосфата натрия добавляли в образцы № 4 и 5. Гидроксид аммония вводили в каждую суспензию в количестве, достаточном для получения суспензий с рН около 9.5. Ни в одной из суспензий не использовали иных связующих веществ, кроме воды.

Содержание твердой фазы, указанное в табл. 2, было определено с использованием рычажных весов Ойаик МВ45 со шкалой, проградуированной в процентах влажности при 190°С, пока не будет удалена вся физическая влага.

Данные вязкости были определены с использованием вискозиметра Брукфилда КУР со шпинделем номер 1@ 20 об/мин, который может быть закуплен на фирме ВгоокПс1б Епдшееппд ЬаБогакпек, Μίάб1еЬото, МА. Вискозиметр Брукфилда использовали в соответствии с его инструкцией по эксплуатации.

Каждую суспензию подавали в распылитель со сдвоенным жидкостным соплом при температуре окружающей среды и под давлением распыления, указанным в табл. 2.

Одинаковую конструкцию сопла использовали для каждого образца. В качестве сопла использовали сопло для воздушного распыления типа 1/21ВС, которое может быть закуплено на фирме 8ртаутд 8у§1еш8, 1пс. Выбирали сопло, позволяющее получать круглые капли, при внешнем перемешивании, регулировке капель по. δϋ 70 и при соответствующей регулировке давления, в соответствии с каталогом 60В Ехртекк (2000) фирмы 8ртаутд 8у51еш8, который знаком специалистам и который они обычно используют при работе с соплами фирмы 8ртаутд 8у51еш5. При внешнем перемешивании, впуск воздуха в сушильную камеру не находится внутри потока входящей суспензии. Конкретный распылитель со сдвоенным жидкостным соплом был использован на опытной установке, которая имеет сушильную камеру диаметром 1,524 м и с высотой цилиндра 4,267 м, с сушильным объемом 8,59 м³. Полная высота распыления составляет 5,587 м. Сушильная камера, которую использовали в этом примере 2, была закуплена на фирме Огу1ес Шг111 Ашепса ЕЬС, О1ушр1а Е1е1б8, 1Ь.

Когда распыленные капли суспензии выходят из нагнетательного сопла, они подвергаются условиям сушки, указанным в табл. 2. Горячий воздух подают в сушильную камеру с указанной скоростью, которую измеряют с использованием падения давления на резервуаре циклона. Указанные входную и выходную температуры сушильной камеры определяют с использованием термопары типа К.

По мере испарения влаги из капель за счет контакта с поступающим горячим воздухом, образуются сырые керамические частицы со свойствами, указанными в табл. 2. Указанное процентное содержание остаточных летучих веществ было определено при помощи анализатора влаги С8С, на основании полной потери влаги при сушке, и указывает содержание влаги, которая не испарилась из частиц при сушке.

Плотность заливки отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема, в то время как плотность с выпуском (1арршд) отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема с выпуском материала из резервуара после его заполнения.

Сырые частицы, имеющие размер в соответствии с номером сита И.8. Мекй 40/270, подвергали спеканию в статической лабораторной обжиговой печи типа СМ Кар1б ТешретаШте, чтобы получить главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы. Спекание производили при скорости нагревания 17°С/мин до пиковой температуры 1500°С, с выдержкой 30 мин при пиковой температу- 7 010944 ре. Свойства спеченных твердых керамических частиц, такие как размер, номер мелкости зерна, объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание, приведены далее в табл. 2.

Объемная плотность была определена в соответствии с методиками ΑΝ8Ι В74-4-19.92, а кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание были определены с использованием ΑΡΙ рекомендованной практики ΚΡ60 для испытания расклинивающих наполнителей.

Таблица 2

Образец Νο.	1	2	3	4	5
Свойства суспензии: Твердая база (вес. %)	68.8	68.8	68.8	68.8	68.8
Диспергирующий					0
агент (вес. %)	0.15	0.15	0.15	0.15+120 г	0.15+ 120 г
Плотность (г/см3)	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д
Вязкость (срз) при 20 об/мин Условия распыления: Давление распыления	424	424	424	274	274
СР31Д) Условия сушки: Расход осушающего	120	120	120	120	120
воздуха	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д
Входная температура
воздуха, °С	172	156	186	153	175
Выходная температура
воздуха, °С	129	118	135	118	129
Свойства сырых частиц:
Остаточные летучие
вещества, %	13.6	12,7	11.2	10.9	8.6
Плотность заливки,
г/см3	1.01	1.02	1.03	.96	.98
1 1 ГТЛТТТЛЛ'ГТ У» Т*Т ТТТЧГ/*ТЛЛЖГ ιυινιηυνιπ ν -охэзалу νΛ,νινι^
г/см3	1.06	1.06	1.08	1.02	1.05
Размер частиц, мкм
90% меньше чем	595.2	666.9	648.2	648.6	510.3
50% меньше чем	243.6	315.8	281.8	299.1	57.5
10% меньше чем	5.3	4.0	3.6	5.0	1.5
% частиц, остающихся на сите и.8. Мезй Νο.
30	29.2	34. 8	35.7	30.0	21.9
40	17.9	18,4	16.4	18.3	17.3
50	16.3	15.8	14.2	16.2	17.8
70	13.5	12.11	11.5	13.0	15.8
100	9.8	8.4	8.8	9.8	12.7
140	5.3	4.5	4.8	5.6	6.9
200	2.6	2.7	2.7	2.6	3.2
270	2.4	1.7	2.5	1.8	1.9
% частиц, остающихся в поддоне	3.0	1.6	3.4	2.6	2.5
Средний размер, мкм (с учетом
материала в под доне)	406	435	426	411	374
Свойства спеченного материала (был спечен материал 40/270):
Сито, и.8. МезИ
30	0.1	0.0	0.0	0.0	0,0
40	6.9	7.8	7.5	6,9	6.6
50	29.6	29.9	30.2	29.4	31.3
70	25.0	27.1	26,1	26.9	26.8
100	19.2	18.6	17.8	18.5	Г6.5
140	10.7	9.4	9.8	10.4	10.6
200	4.8	4.1	4.6	4.8	4.9
270	2.7	2.1	2.7	2,2	2.4
Поддон	1,1	1.0	1.2	0.9	0,9
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	262	269	266	264	266
Номер мелкости зерна (ΟΓΝ) (без
учета материала в поддоне)	63.4	60.8	62.1	62.2	62.1
Объемная плотность (г/см3)	1.51	1.46	1.47	1.48	1.48
Кажущаяся удельная масса
(А8О)	2.74	2.74	2.76	2.75	2.74
Раздавливание -50/+140:
% при 7500 ρδΐ	9.6	10.5	12.1	9.7	11,5

- 8 010944

Сравнение образца № 2 с образцом № 3 показывает, что при повышении выходной температуры воздуха (и, следовательно, входной температуры воздуха) в сушильной камере (от 118°С для образца № 2 до 135°С для образца № 3), средний размер сырых частиц уменьшается от 435 до 426 мкм. Сравнение образцов №. 4 и 5 показывает, что при повышении выходной температуры воздуха (и, следовательно, входной температуры воздуха) в сушильной камере (от 118°С для образца № 4 до 129°С для образца № 5), средний размер сырых частиц уменьшается от 411 до 374 мкм. Специалисты легко поймут, что чем выше выходная температура воздуха в сушильной камере, тем выше входная температура воздуха. Уменьшение входной температуры воздуха между образцами № 2 и 3, а также между образцами № 4 и 5 показывает, что более крупные частицы могут быть получены при более низких входных температурах воздуха.

Сравнение образцов № 2 и 4 показывает, что когда присутствует дополнительный диспергирующий агент (образец № 4 содержит на 120 г больше диспергирующего агента, чем образец № 2, и, следовательно, также имеет более низкую вязкость, чем образец № 2), средний размер сырых частиц снижается от 435 до 411 мкм. Добавочное связующее вещество и более низкая вязкость образца № 4 по сравнению с образцом № 2 позволяют получить из него более крупные частицы, чем из образца № 2 с меньшим содержанием связующего вещества и с более высокой вязкостью.

Кроме того, объемные плотности и кажущиеся удельные массы (А8О§), приведенные в табл. 2, указывают, что по меньшей мере часть спеченных частиц являются твердыми.

Более того, величины, приведенные в табл. 2, указывают, что частицы, имеющие размер, объемную плотность, кажущуюся удельную массу и прочность на раздавливание при 7500 р5Г подходящие для использования в качестве расклинивающего материала, могут быть получены из описанных здесь суспензий, за счет их обработки при помощи технологии распылительной сушки.

Пример 3. Обратимся теперь к приведенной здесь ниже табл. 3, в которую сведены результаты 7 тестовых прогонов, в которых получены главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы в соответствии с описанными здесь способами. Если в табл. 3 указано н/д, то это означает, что соответствующие величины не были определены.

Семь суспензий, имеющие свойства, указанные в табл. 3, были приготовлены при помощи перемешивания некальцинированного бокситного каолина с водой и с диспергирующим агентом в растворителе с высоким сдвигом (срезом) С'о\\'1с5. чтобы получить суспензию, имеющую указанное содержание твердой фазы. Глина, которая имела содержание оксида алюминия ориентировочно свыше 50 вес.%, была закуплена на фирме ΙΡ В1ес11ег. Диспергирующий агент, в качестве которого использовали полиакрилат натрия, может быть закуплена на фирме Кенига СйетюаН, торговая марка С-211. Диспергирующий агент используют в количестве, указанном в табл. 3, выраженном как процент в пересчете на вес сухой глины, использованной для приготовления суспензии. Поливиниловый спирт (РУЛ), имеющий молекулярный вес 25,000 Мп, добавляли в образцы № 4 и 5 в количестве около 0,30%, в пересчете на вес сухой глины, использованной для приготовления суспензии. Поливиниловый спирт может быть закуплен на фирме ΌιιΡοηΙ под торговой маркой Е1уаио1.

Содержание твердой фазы, указанное в табл. 1, было определено с использованием рычажных весов О11аи5 МВ45 со шкалой, проградуированной в процентах влажности, при 190°С, пока не будет испарена вся физическая влага. Данные вязкости были определены с использованием вискозиметра Брукфилда КУР со шпинделем номер 1@ 20 об/мин, который может быть закуплен на фирме ВгоокйеИ Епдтеегшд ЬаЬога1ог1е8, М1б61еЬого, МА. Вискозиметр Брукфилда использовали в соответствии с его инструкцией по эксплуатации.

Суспензии были распылены в соответствии с условиями распыления, приведенными в табл. 3. Каждую суспензию подавали в распылитель со сдвоенным жидкостным соплом при температуре окружающей среды и под давлением распыления, указанным в табл. 3. Время, указанное в табл. 3, означает время, в течение которого суспензию нагнетали с указанной скоростью, чтобы получить капли суспензии.

Одинаковую конструкцию сопла использовали для каждого образца, указанного в табл. 3. В качестве сопла использовали сопло для воздушного распыления типа 1/41, которое может быть закуплено на фирме 8ргаушд 8у51ет5, 1пс. Выбирали сопло, позволяющее получать плоские капли, при внешнем перемешивании, регулировке капель по. 8ИЕ 45 и при соответствующей регулировке давления, в соответствии с каталогом 60В Ехрге55 (20 00) фирмы 8ргаутд 8у51ет5, который знаком специалистам и который они обычно используют при работе с соплами фирмы 8ргау1пд 8у51ет5. Конкретный распылитель был использован на опытной установке типа Эгу1ес Нохх1е То^ег, которая имеет сушильную камеру диаметром 1,000 м и с высотой цилиндра 2,000 м. Полная высота распыления составляет 2,866 м.

Когда распыленные капли суспензии выходят из нагнетательного сопла, они подвергаются условиям сушки, указанным в табл. 3. Горячий воздух подают в сушильную камеру с указанной скоростью, которую измеряют с использованием падения давления на резервуаре циклона. Указанные входную и выходную температуры сушильной камеры определяют с использованием термопары типа К.

По мере испарения влаги из капель за счет контакта с поступающим горячим воздухом образуются сырые керамические частицы со свойствами, указанными в табл. 3. Указанное процентное содержание остаточных летучих веществ было определено при помощи анализатора влаги С8С, на основании полной

- 9 010944 потери влаги при сушке, и указывает содержание влаги, которая не испарилась из частиц при сушке. Плотность заливки отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема, в то время как плотность с выпуском (!аррш§) отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема с выпуском материала из резервуара после его заполнения.

Сырые частицы подвергали спеканию в статической лабораторной обжиговой печи типа В1ие М ЫпйЬегд, чтобы получить главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы. Спекание производили при скорости нагревания 12° С/ мин до пиковой температуры 1510°С, с выдержкой 30 мин при пиковой температуре. Свойства спеченных твердых керамических частиц, такие как размер, номер мелкости зерна, объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание приведены далее в табл. 3.

Объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание были определены с использованием ΑΡΙ рекомендованной практики КР60 для испытания расклинивающих наполнителей.

Таблица 3

Образец Νο.	11------	|2	|з	14	|5	|б	|7
Свойства суспензии:
Твердая фаза (вес. %)	64,6	64.6	64.6	59.9	59.9	68.2	50.0
Диспергирующий
агент (вес. %)	0.075	0.075	0.075	0.075	0.075	0.15	0.15
РУА (вес. %)	0	0	0	0.30	0.30	0	0
Плотность (г/см3)	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д
Вязкость (срз) при 20 об/мин	282	282	2.82	430	430	3.34	н/д
Условия распыления:
Расход суспензии
(галлонов в час)	3.5	3.5	3.5	3,5	3.5	3.5	3.2
Давление распыления
(рзщ)	80	80	70	70	60	60	60
Время (мин.)	11	19	18	18	57	25	43
Условия сушки:
Расход осушающего
воздуха (кг/час)	6.08	6.08	6,08	7.25	7.25	4.35	8.35
Входная температура
воздуха, °С	274	274	274	274	274	274	274
Выходная температура
воздуха, °С	104	93	99	104	119	119	119
Свойства сырых частиц
Остаточные летучие
вещества, %	3.8	4.6	4.4	1,0	0.6	8.3	0.6
Плотность заливки,
г/см3	1.20	1.20	0.85	0,81	0,79	0.97	0.76
Плотность с выпуском,
г/см3	1.25	1.25	0.90	0,86	0,84	1,01	0.80
Размер частиц, мкм
90% меньше чем	14.17	47.82	16.92	17,63	16.69	97,81	5.92
50% меньше чем	3.13	3,51	2.82	3.16	3.74	5.23	1.64
10% меньше чем	0.84	0.78	0.78	0.83	0.90	1.00	1.42
Вес продукта (кг)	1.248	2.187	2.061	1.087	3.458	3.958	1.144
% частиц, остающихся на сите и.8. МезЬ Νο.
30	0.4	0.9	2.1	0.0	0.0	5.7	0.1
40	1.3	4.2	4,5	0.2	0,1	15.1	0.1
50	5.2	8.1	9.8	0.9	0.8	21.3	0.2
70	12.4	12.8	13.7	3,0	4.0	25,7	0,3
100	18.4	17.4	17.1	7.4	10.5	18.1	0,7
140	19.4	17.4	17.1	7.4	10.5	18.1	0.7
200	14.9	1Ь5	13,1	16.0	16.9	3.3	9.6____
Образец Νο.	1	2	3	4	5	6	7
270	14.7	1.2.5	11.4	19.8	20.4	1.3	32.6
% частиц, остающихся в поддоне	13.3	13.2	10.8	39.8	33.5	0.6	53.4
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	144	167	183	80	88	306	51

Свойства спеченного материала (был спечен материал 30/270

Сито, и.8. МезЬ
30	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
40	0.5	0.2	2.1	0.1	0.1	1.3	0.4
50	1.6	2.2	5.6	0.5	0.6	12.6	0.7
70	6.1	9.2	10.8	2.5	3.8	18.5	1.0
100	17.5	21.5	22.0	13.8	16.3	35.4	2.8
140	26.3	26.9	24.7	25.4	23.8	20.2	7.4
200	18.8	17.8	15.8	22.9	21.2	6.9	12.6
270	18.1	14.3	11.9	21.3	21.0	4.0	24.4
Поддон	11.1	7.9	7.1	13,5	13.2	1.1	50.7
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	121	133	154	104	109	199	62
Номер мелкости зерна (ΟΡΝ) (без
учета материала в поддоне)	118	109.7	101.5	128,6	125.6	78.7	155.6
Объемная плотность (г/см3)	1.47	1.44	1.45	1.28	1.26	1.58	1.22
Кажущаяся удельная масса
(А8О)	2,77	2.83	2.84	2.81	2.74	2.81	2.81
Раздавливание -50/+140:
% при 7500 ρβΐ	10.0	15.9	15.4	47.3	44.1	5.2	Н/д

- 10 010944

Примерные суспензии, приведенные в табл. 3, показывают, что суспензии, имеющие содержание твердой фазы ориентировочно свыше 50 вес.%, ориентировочно свыше 60 вес.% и ориентировочно свыше 65 вес.%, могут иметь вязкости, подходящие для подачи через распылительное оборудование распылительной сушилки. Содержание твердой фазы в суспензиях способствует образованию описанных здесь твердых, главным образом круглых и сферических частиц.

Объемные плотности и кажущиеся удельные массы (А8С§), приведенные в табл. 3, указывают, что по меньшей мере часть спеченных частиц являются твердыми. Низкие входные температуры воздуха (связанные с более низкими выходными температурами), которые используют для обработки суспензий в примере 3, способствуют получению твердых частиц. Более того, связующее вещество не используют для приготовления твердых, главным образом круглых и сферических частиц, приведенных в табл. 3.

Кроме того, материал с самым большим средним размером частиц был получен из образца суспензии с самым высоким содержанием остаточных летучих веществ (образец № 6). Высокое содержание остаточных летучих веществ в образце № 6 свидетельствует о том, что образец № 6 подвергался сушке с более низкой скоростью, чем другие образцы, выгруженные из сушильной камеры и имеющие более низкое содержание остаточных летучих веществ. Таким образом, сушка с более низкой скоростью способствует получению керамических частиц, имеющих описанные здесь свойства.

Более того, величины, приведенные в табл. 2, указывают, что частицы, имеющие размер, объемную плотность, кажущуюся удельную массу и прочность на раздавливание при 7500 рД, подходящие для использования в качестве расклинивающего материала, могут быть получены из описанных здесь суспензий, за счет их обработки при помощи технологии распылительной сушки.

Пример 4. Обратимся теперь к приведенной здесь ниже табл. 4, в которую сведены результаты 7 тестовых прогонов, в которых получены главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы в соответствии с описанными здесь способами. Если в табл. 4 указано н/д, то это означает, что соответствующие величины не были определены.

Частицы были получены из порции суспензии объемом ориентировочно 5 галлонов, за счет перемешивания кальцинированного бокситного каолина с водой и с диспергирующим агентом в растворителе с высоким сдвигом (срезом) Со\\'1с5. чтобы получить суспензию, имеющую содержание твердой фазы около 59,5 вес.%, вязкость при температуре окружающей среды при 60 об/мин, составляющую около 130 сП, рН около 9,5 (за счет добавки гидроксида аммония), и содержание диспергирующего агента около 0,03 вес.%, в пересчете на вес исходной сухой глины.

Диспергирующий агент, в качестве которого использовали полиакрилат натрия, может быть закуплена на фирме Кстиа СйешкаП, торговая марка С-211. Глина, которая имеет содержание оксида алюминия после кальцинирования около 47 вес.%, была получена на фирме СЕ МшетаН, АпбегаопуШе СА в виде кальцинированного материала (кальцинированного до 2 вес.% потери веса на прокаливании).

Суспензию не сразу направляли на обработку в распылительную сушилку, поэтому ее вязкость изменяли при помощи дополнительного диспергирующего агента, чтобы вновь получить значение вязкости, позволяющее осуществлять распыление суспензии. При первом прогоне используют дополнительно 7,1 г диспергирующего агента С-211. После первого прогона добавляют еще 7,2 г диспергирующего агента С-211, так что полная добавка в суспензию уже составляет 14,3 г. Дополнительный диспергирующий агент после второго прогона не добавляют, так что полное количество добавочного диспергирующего агента остается равным 14,3 г, как это указано в табл. 4.

При распылении для образования частиц, суспензии имеют содержание твердой фазы и вязкости, указанные в табл. 4. Содержание твердой фазы в суспензиях, указанное в табл. 4, было определено с использованием рычажных весов Ойаик МВ45 со шкалой, проградуированной в процентах влажности, при 190°С, пока не будет испарена вся физическая влага. Данные вязкости были определены с использованием вискозиметра Брукфилда КУР со шпинделем номер 1@ 20 об/мин, который может быть закуплен на фирме ВгоокПе16 Епщпееппд ЕаЬогаЮпе^ М1б61еЬото, МА. Вискозиметр Брукфилда использовали в соответствии с его инструкцией по эксплуатации.

Суспензии были распылены в соответствии с условиями распыления, приведенными в табл. 4. Каждую суспензию подавали в распылитель со сдвоенным жидкостным соплом при температуре окружающей среды и под давлением распыления, указанным в табл. 4. Время, указанное в табл. 4, означает время, в течение которого суспензию нагнетали с указанной скоростью, чтобы получить капли суспензии. Одинаковую конструкцию сопла использовали для каждого образца, указанного в табл. 4. В качестве сопла использовали сопло для воздушного распыления типа 1/41, которое может быть закуплено на фирме 8ртаушд 8у51еш5, 1пс. Выбирали сопло, позволяющее получать плоские капли, при внешнем перемешивании, регулировке капель по. 8ИЕ 45 и при соответствующей регулировке давления, в соответствии с каталогом 60В Ехртекк (2000) фирмы 8ртаушд 8у51еш5, который знаком специалистам и который они обычно используют при работе с соплами фирмы 8ртаушд 8у51еш5. Конкретный распылитель был использован на опытной установке типа Ьгу1ес Кохх1е Тоиет, которая имеет сушильную камеру диаметром 1,000 м и с высотой цилиндра 2,000 м. Полная высота распыления составляет 2,866 м.

Когда распыленные капли суспензии выходят из нагнетательного сопла, они подвергаются условиям сушки, указанным в табл. 4. Горячий воздух подают в сушильную камеру с указанной скоростью, ко

- 11 010944 торую измеряют с использованием падения давления на резервуаре циклона. Указанные входную и выходную температуры сушильной камеры определяют с использованием термопары типа К.

По мере испарения влаги из капель за счет контакта с поступающим горячим воздухом, образуются сырые керамические частицы со свойствами, указанными в табл. 4. Указанное процентное содержание остаточных летучих веществ было определено при помощи анализатора влаги С8С, на основании полной потери влаги при сушке, и указывает содержание влаги, которая не испарилась из частиц при сушке.

Плотность заливки отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема, в то время как плотность с выпуском отображает количество сырых частиц, которые заполняют резервуар известного объема с выпуском материала из резервуара после его заполнения.

Сырые частицы подвергали спеканию в статической лабораторной обжиговой печи типа В1ие М ЬшдЬегд, чтобы получить главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы. Спекание производили при скорости нагревания 12°С/мин до пиковой температуры 1510°С, с выдержкой 30 мин при пиковой температуре. Свойства спеченных твердых керамических частиц, такие как размер, номер мелкости зерна, объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание приведены далее в табл. 4.

Объемная плотность, кажущаяся удельная масса и прочность на раздавливание были определены с использованием ΑΡΙ рекомендованной практики КР60 для испытания расклинивающих наполнителей.

Таблица 4

Образец Νο.|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7

Свойства суспензии:
Твердая фаза (вес. %)	56,2	56.2	56.2	56.2	56.2	56.2	56.2
Диспергирующий агент
(вес. % в партии)	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
Добавочный диспергирующий
агент (г, при распылений)	7.1	14.3	14.3	14.3	14.3	14.3	14.3
Вязкость (срк) при 20 об/мин	385	385	385	385	385	385	385
Условия распыления:
Расход суспензии
(галлонов в час)	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	3.0	4.0
Давление распыления
(рзщ)	80	80	80	60	45	45	45
Время (мин.)	30	30	35	10	30	15	15
Условия сушки:
Расход осушающего
воздуха	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д	н/д
Входная температура
воздуха, °С	227	256	221	219	227	297	313
Выходная температура
воздуха, °С	118	118	107	107	107	107	107
Свойства сырых частиц:
Остаточные летучие
вещества, %	3.2	3,7	1.1	3,6	2.9	7.3	11.5
Плотность заливки,
г/см5	н/д	0.62	0.59	0.63	0.64	0.84	1.42
Плотность с выпуском,
г/см5	н/д	0.65	0.61	0.66	0.70	0.87	1.45
Размер частиц, мкм
90% меньше чем	н/д	7.54	403.93	9.72	54.15	33.55	40.54
50% меньше чем	н/д	2.26	4.32	3.33	41.02	3.64	8.84
Образец Νο.	1	2	3	4	5	6	7
10% меньше чем	н/д	0.76	0.90	0.89 .	1.69	0.84	1.42
Вес продукта (кг)	0.227	0.488	0.989	0.417	1.783	1.075	2.155

% частиц, остающихся на сите Ц.8. МевД Ио.

30	н/д	0.1	0.0	0.1	0.0	0.1	0.1
40	н/д	0.1	0.1	0.1	0.2	0.8	1.8
50	н/д	0.7	0.6	0.5	1.9	4.4	7.8
70	н/д	3.9	3.2	2.6	6.2	9.6	12.7
100	н/д	8.4	6.4	5.7	12.2	14,3	16.0
140	н/д	16.2	12.6	12.2	19.6	17.9	17.8
200	н/д	20.6	18.6	21.6	27.0	17.5	16.7
270	н/д	30.5	32.7	32.7	22.6	19.9	17.2
% частиц, остающихся в поддоне	н/д	19.1	24.7	24,6	9.7	15.4	10.0
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	н/д	92.8	82.7	82.6	112.6	126.9	150.9
Свойства спеченного материала (был спечен материал 30/270)

Сито, и.8. МезЬ
30	н/д	0.5	0.2	0.0	0.0	0.1	0.2
40	н/д	1.3	0.1	0.1	0,1	0.2	0.7
50	н/д	2.5	0.3	0.4	1.7	3.4	1.7
70	н/д	3.2	2,0	3.0	5.9	9.4	2.5
100	н/д	5.1	4.8	8.0	10.5	13.4	5.3
140	н/д	8.7	7.9	13.4	16.1	17.8	10.5
200	н/д	11.8	11.4	15.8	17.3	16.9	14,9
270 .	н/д	17.6	16.6	19.6	18.9	17.1	21.2
Поддон	н/д	49,2	56.7	39.7	29.6	21,6	43.1
Средний размер, мкм (с учетом
материала в поддоне)	н/д	82.7	62.9	79.0	96.9	117.4	79.0
Номер мелкости зерна (ΟΕΝ) (без
учета материала в поддоне)	н/д	132.3	142.1	135.9	126.5	116.4	139.7
Номер мелкости зерна (ΟΓΝ) (с
учетом материала в поддоне)	н/д	214.9	231.7	201.0	177,8	156.1	208.8
Объемная плотность (г/см3)	н/д	1.38	1.21	1.25	1.41	1.42	1.38
Кажущаяся удельная масса
(АЗО)	н/д	2.75	2.62	2.66	2.78	2,78	2.78

- 12 010944

Примерные суспензии, приведенные в табл. 4, показывают, что суспензии, имеющие содержание твердой фазы ориентировочно свыше 50 вес.%, могут быть получены при вязкостях, подходящих для подачи через распылительное оборудование распылительной сушилки. Содержание твердой фазы в суспензиях способствует образованию описанных здесь твердых, главным образом круглых и сферических частиц.

Объемные плотности и кажущиеся удельные массы (ΆδΟδ), приведенные в табл. 4, указывают, что по меньшей мере часть спеченных частиц являются твердыми. Низкие входные температуры воздуха (связанные с более низкими выходными температурами), которые используют для обработки суспензий в примере 4, способствуют получению твердых частиц. Более того, связующее вещество не используют для приготовления твердых, главным образом круглых и сферических частиц, приведенных в табл. 4.

Кроме того, материал с самым большим средним размером частиц был получен из образца суспензии с самым высоким содержанием остаточных летучих веществ (образец № 7). Высокое содержание остаточных летучих веществ в образце № 7 свидетельствует о том, что образец № 7 подвергался сушке с более низкой скоростью, чем другие образцы, выгруженные из сушильной камеры и имеющие более низкое содержание остаточных летучих веществ. Таким образом, сушка с более низкой скоростью способствует получению керамических частиц, имеющих описанные здесь свойства.

Пример 5. При помощи методики, разработанной в примерах 1-4, стало возможно произвести оценку размеров оборудования для распылительной сушки, в частности, размеров сушильной камеры, которые позволяют получать еще более крупные частицы, чем реально полученные в примерах 1-4.

Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 4, на которой показана оценка желательных размеров оборудования. Высоты сушильных камер для примеров 2 и 3 и объем полученных сырых частиц отложены на фиг. 4 в соответствующих точках 1 и 2. Точка 3 на фиг. 4 соответствует высоте (около 9,8 дюйма) испытуемой сушильной камеры, изготовленной фирмой Лтепсап СиЧот йгутд. При условии линейной зависимости между точками 1 и 2, сушильная камера, имеющая высоту 9,8 м, должна производить объем сырых частиц около 0,110 мм³. При сохранении линейной зависимости, точки 4 и 5, отложенные на фиг. 4, будут соответствовать желательным объемам сырых частиц около 0,212 и 0,234 мм³, соответственно. Если желательны такие объемы сырых частиц, то необходима сушильная камера, имеющая высоту, соответствующую указанным точкам 4 и 5.

Как это показано на фиг. 4, расчетная высота сушильной камеры для приготовления частиц (шариков, гранул) для расклинивающего наполнителя 30/50 (имеющих средний размер сырых частиц около 765 мкм) составляет 19,8 м. За счет использования промышленных механических сит (вибросит), таких как выпускаемые фирмой Во1ех 1пс Мобе1 522, можно производить отсеивание сухих частиц и получать частицы расклинивающего наполнителя, соответствующие продуктам 20/40, 20/30 или 18/40.

Сушильная камера, имеющая высоту 19,8 м, будет иметь диаметр около 7,4250 м и объем около 857,33 м³. Специалисты легко поймут, что размеры сушильной камеры, описанной в этом примере 5, легко могут быть изменены, при этом могут быть использованы другие диаметры и соотношения размеров.

Надлежащий выбор размеров сушильной камеры, в сочетании с уже осуждавшимися здесь способами, в частности, с выбором максимального содержания твердой фазы в суспензии и минимального количества растворимых веществ (например, диспергирующих агентов и/или связующих веществ) в суспензии, однако при поддержании позволяющей произвести распыление вязкости, а также при понижении входной и выходной температур воздуха в сушильной камере, все это позволяет получать главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы, которые, после спекания, имеют средний размер частиц, объемную плотность, кажущуюся удельную массу и прочность на раздавливание, подходящие для использования в качестве частиц расклинивающего материала.

В соответствии с предложенными здесь способами, твердые сферические керамический частицы получают за счет одной или нескольких следующих регулировок: (1) содержания твердой фазы (предпочтительным является более высокое содержание твердой фазы в суспензии); (2) содержания растворимых веществ (предпочтительным является минимальное содержание диспергирующего агента и/или связующего вещества в суспензии или их отсутствие); и (3) входных температур воздуха (предпочтительной является более низкая температура, чтобы замедлить скорость сушки частиц). Кроме того, управление расходом воздуха, протекающим через сушильную камеру (предпочтительным является низкий расход) может способствовать получению описанных здесь твердых сферических керамических частицы. Более того, выбор размеров оборудования, например, высоты сушильной камеры распылительной сушилки, позволяет повышать число частиц необходимого среднего размера, полученных по описанным здесь способам.

Главным образом круглые и сферические твердые керамические частицы, которые получены по описанным здесь способам, подходят для использования в различных областях применения, в том числе (но без ограничения) в качестве частиц расклинивающего наполнителя в нефтяных или газовых скважинах и в качестве материала для литейного производства.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, кото

- 13 010944 рые не выходят однако за рамки формулы изобретения.

Claims (18)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ производства твердых спеченных керамических частиц, которые являются главным образом круглыми в сечении и сферическими, который включает в себя следующие операции:

   приготовление суспензии, имеющей содержание твердой фазы свыше 50 вес.% и содержащей воду и керамический исходный материал, причем указанный керамический исходный материал имеет содержание оксида алюминия свыше 40 вес.%;

   подача суспензии в распылитель, соединенный с сушилкой;

   приведение в действие распылителя для распыления суспензии на капли;

   приведение в действие сушилки, чтобы создать входную температуру воздуха в диапазоне от 100 до 500°С;

   превращение капель в твердые частицы при проходе их через сушилку;

   спекание по меньшей мере части частиц, выходящих из сушилки, при температуре от 1000 до 1600°С в течение времени от 20 до 45 мин, в результате чего образуются спеченные, твердые, главным образом круглые в сечении и сферические, частицы, имеющие средний размер свыше 200 мкм, среднюю объемную плотность свыше 1,40 г/см³ и среднюю кажущуюся удельную массу свыше 2,60.
2. 2. Способ по п.1, в котором входная температура воздуха в сушилке находится в диапазоне температур, выбранном из группы, в которую входят температуры от 100 до 200°С, от 200 до 300°С, от 300 до 400°С и от 400 до 500°С.
3. 3. Способ по п.1, в котором входная температура воздуха в сушилке находится в диапазоне температур, выбранном из группы, в которую входят температуры от 150 до 200°С и от 200 до 250°С.
4. 4. Способ по п.1, который дополнительно предусматривает добавление связующего вещества в суспензию ранее подачи суспензии в распылитель, причем связующее вещество добавляют в суспензию в количестве, меньшем чем 0,5 вес.% в пересчете на вес керамического исходного материала.
5. 5. Способ по п.1, который дополнительно предусматривает добавление связующего вещества в суспензию ранее подачи суспензии в распылитель, причем связующее вещество добавляют в суспензию в количестве, меньшем чем 1,0 вес.% в пересчете на вес керамического исходного материала.
6. 6. Способ по п.1, который дополнительно предусматривает добавление диспергирующего агента в суспензию ранее подачи суспензии в распылитель, причем диспергирующий агент добавляют в суспензию в количестве, меньшем чем 0,3 вес.%.
7. 7. Способ по п.1, который дополнительно предусматривает добавление диспергирующего агента в суспензию ранее подачи суспензии в распылитель, причем диспергирующий агент добавляют в суспензию в количестве, меньшем чем 0,5 вес.%.
8. 8. Способ по п.1, который дополнительно предусматривает добавление диспергирующего агента в суспензию ранее подачи суспензии в распылитель, причем диспергирующий агент добавляют в суспензию в количестве, меньшем чем 1,0 вес.%.
9. 9. Способ по п.1, в котором керамический исходный материал выбирают из группы, в которую входят кальцинированный материал, некальцинированный материал, частично кальцинированный материал, а также их смеси.
10. 10. Способ по п.1, в котором керамический исходный материал выбирают из группы, в которую входят каолин, бокситный каолин и боксит.
11. 11. Способ по п.1, в котором распылитель выбирают из группы, в которую входят распылители с вращающимся колесом, распылители с нагнетательным соплом и распылители со сдвоенным жидкостным соплом.
12. 12. Способ производства твердых спеченных керамических частиц, которые являются главным образом круглыми в сечении и сферическими, который включает в себя следующие операции:

    приготовление суспензии, имеющей содержание твердой фазы свыше 50 вес.% и содержащей воду и керамический исходный материал, причем указанный керамический исходный материал имеет содержание оксида алюминия свыше 40 вес.%;

    подачу суспензии в распылитель, соединенный с сушилкой;

    подачу осушающего воздуха в сушилку;

    приведение в действие распылителя для распыления суспензии на капли;

    превращение капель в твердые частицы при проходе их через сушилку и контроль по меньшей мере одного из параметров, выбранных из группы, в которую входят содержание твердой фазы в суспензии, температура осушающего воздуха, входящего в сушилку, и скорость подачи осушающего воздуха, входящего в сушилку;

    спекание частиц при температуре от 1000 до 1600°С в течение времени от 20 до 45 мин, при этом получают частицы со средним размером свыше 200 мкм, со средней объемной плотностью свыше 1,40 г/см³ и со средней кажущейся удельной массой свыше 2,60.
13. 13. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает добавление по меньшей мере одной

    - 14 010944 добавки, выбранной из группы, в которую входят диспергирующие агенты и связующие вещества для суспензии; и контроль количества выбранной добавки.
14. 14. Способ по п.13, в котором выбранная добавка представляет собой диспергирующий агент, выбранный из группы, в которую входят коллоиды, полиэлектролиты, тетрапирофосфат натрия, тетрапирофосфат калия, полифосфат, цитрат аммония, железистый цитрат аммония и гексаметафосфат натрия.
15. 15. Способ по п.13, в котором выбранная добавка представляет собой связующее вещество, выбранное из группы, в которую входят поливиниловый спирт, поливинилацетат, метилцеллюлоза, декстрин и меласса.
16. 16. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает регулировку размера сушилки, так чтобы регулировать по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, в которую входят средний размер частиц, объемная плотность и кажущаяся удельная масса твердых частиц.
17. 17. Способ по п.16, в котором высоту сушилки увеличивают, чтобы увеличить средний размер твердых частиц.
18. 18. Спеченные керамические частицы, предназначенные для применения, в частности, в качестве расклинивающего наполнителя в нефтяных или газовых скважинах, которые являются твердыми;

    являются главным образом круглыми в сечении и сферическими;

    имеют средний размер свыше 200 мкм;

    имеют среднюю объемную плотность свыше 1,40 г/см³ и имеют среднюю кажущуюся удельную массу свыше 2,60, причем частицы получены при помощи способа, который включает в себя следующие операции: приготовление суспензии, имеющей содержание твердой фазы свыше 50 вес.% и содержащей воду и керамический исходный материал, причем указанный керамический исходный материал имеет содержание оксида алюминия свыше 40 вес.%;

    подачу суспензии в распылитель, соединенный с сушилкой;

    приведение в действие распылителя для распыления суспензии на капли;

    приведение в действие сушилки, чтобы создать входную температуру воздуха в диапазоне от 100 до 500°С;

    превращение капель в твердые частицы при проходе их через сушилку и спекание по меньшей мере части частиц, выходящих из сушилки при температуре от 1000 до 1600°С в течение времени от 20 до 45 мин.