EA031421B1

EA031421B1 - Гранулирование расплавленного материала

Info

Publication number: EA031421B1
Application number: EA201690453A
Authority: EA
Inventors: Пер-Оке Лундстрём
Original assignee: Увон Холдинг Аб
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2018-12-28
Also published as: BR112016004931A2; WO2015034425A1; CN105612016B; EA201690453A1; KR20160051845A; CN105612016A; JP6388948B2; JP2016536131A; US20160199915A1; US10618112B2; ES2715671T3; BR112016004931B1; EP3041629B1; TR201903516T4; EP3041629A4; KR102246228B1; EP3041629A1

Abstract

Изобретение относится к гранулированному материалу, имеющему улучшенное распределение по размерам, и к способу и устройству для получения такого гранулированного материала. Размер гранул и распределение гранул по размерам регулируют путем применения вращающегося распределительного устройства. Вращающееся распределительное устройство включает верхнее входное отверстие, боковые стенки, дно и по меньшей мере один ряд отверстий на нижнем конце боковых стенок, при этом отверстия в боковых стенках имеют размер в наименьшем измерении по меньшей мере 5 мм.

Description

031421 Bl

Область техники

Изобретение относится к гранулированному материалу, имеющему улучшенное распределение по размерам, и к способу и устройству для получения такого гранулированного материала.

Уровень техники

Гранулирование металла в воде является хорошо отработанным способом быстрого отверждения жидкого металла в форме продукта среднего размера. Процесс Granshot® был разработан для прямого получения готового к использованию материала для сталелитейного производства. Известное устройство показано на фиг. 1. Расплавленный металл направляют из разливочного устройства на огнеупорный диск, который обозначен на фиг. 1 как разбрызгивающая головка. Металл ударяется о диск, раздробляется и распределяется в радиальном направлении по находящейся в резервуаре охлаждающей воде. Капли затвердевают в резервуаре, и их извлекают со дна указанного резервуара. Размер гранул зависит от нескольких факторов, таких как состав расплава и условия столкновения. Основная полученная фракция лежит в диапазоне размеров от 5 до 25 мм. Однако количество мелких фракций, определяемых как гранулы, имеющие максимальный размер <8 мм, может составлять столь высокую долю, как 20%. Принципы этого способа раскрыты в ЕР 402665 и US 3888956.

В US 4402884 описан способ гранулирования с использованием вращающегося диска. Основная часть гранул, полученных по этому способу, имеет размер менее 10 мм.

Хотя размер гранул, полученных вышеуказанным способом, позволяет осуществить быстрое растворение гранулированного металла в расплаве стали, имеются и недостатки, заключающиеся в том, что ограничены возможности регулирования среднего размера гранул и распределения гранул по размерам.

В ЕР 522844 описан способ получения металлических гранул путем выливания потока металла в жидкую охлаждающую ванну. В US 6287362 описан способ получения кусков металла, имеющих характеристические размеры 20-100 мм, путем введения потока расплавленного металла в поток воды. Недостатками, связанными с этими способами, являются длительное время растворения для крупнокускового материала и широкое распределение частиц по размерам.

Сущность изобретения

Основной целью изобретения является обеспечение гранулированного материала, имеющего улучшенное распределение по размерам.

Другой целью изобретения является обеспечение устройства и способа изготовления такого усовершенствованного гранулированного материала. В частности, должно быть возможно получать средний размер, который позволяет осуществлять быстрое растворение при добавлении материала к расплаву.

Также целью является дополнительное усовершенствование процесса Granshot® для обеспечения материала, имеющего более узкое распределение полученных гранул по размерам. Этой и других целей достигают посредством устройства, способа и продукта, определенных в независимых пунктах формулы изобретения.

Из изобретения исключены гранулы алюминиевых сплавов, имеющие игольчатую форму.

Дополнительные предпочтительные воплощения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению гранулирование проводят с помощью вращающегося распределительного устройства, которое включает верхнее входное отверстие, боковые стенки, дно и по меньшей мере один ряд отверстий на нижнем конце боковых стенок, при этом отверстия в боковых стенках имеют размер в наименьшем измерении по меньшей мере 5 мм.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на предпочтительные воплощения и прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 представляет схематичный чертеж устройства, применяемого в процессе Granshot®.

Фиг. 2 представляет схематичный чертеж одного из воплощений настоящего изобретения, в котором используют вращающееся разливочное устройство.

Фиг. 3 изображает распределение по размерам гранул по изобретению, полученных в примере 1, где ферроникель содержал 32% Ni и 0,1% Si.

Фиг. 4 изображает распределение по размерам гранул согласно сравнительному способу, где ферроникель содержал 32% Ni и 0,1% Si.

Фиг. 5 изображает распределение по размерам гранул по примеру 1, где ферроникель содержал 32% Ni и 0,27% Si.

Фиг. 6 изображает распределение по размерам гранул согласно сравнительному способу, где ферроникель содержал 32% Ni и 0,27% Si.

Подробное описание изобретения

Далее изобретение будет описано в подробностях со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Устройство для получения гранулированного материала включает

a) охлаждающий резервуар, содержащий охлаждающую текучую среду,

b) средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство,

- 1 031421

c) вращающееся распределительное устройство, расположенное над охлаждающим резервуаром,

d) причем вращающееся распределительное устройство включает верхнее входное отверстие, боковые стенки, дно и по меньшей мере один ряд отверстий на нижнем конце боковых стенок, при этом отверстия в боковых стенках имеют размер в наименьшем измерении по меньшей мере 5 мм.

Средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство расположено над резервуаром, предпочтительно резервуар снабжен цилиндрическими боковыми стенками, и указанное средство подачи расположено по центральной оси указанных цилиндрических боковых стенок. Распределительное устройство может быть выполнено из неметаллического огнеупорного материала, такого как, например, оксид алюминия, оксид магния или доломит. В частности, при гранулировании металлов на основе железа распределительное устройство изготавливают из керамики.

В одном из воплощений вращающееся распределительное устройство включает разливочное устройство и присоединенный к нему удлиненный разливочный стакан, как показано на фиг. 2.

Удлиненный разливочный стакан предпочтительно имеет только один ряд отверстий. Основная конструкция разливочного стакана сходна с конструкцией погружного стакана, применяемого для непрерывного литья стали.

В другом воплощении вращающееся распределительное устройство включает контейнер, соединенный со средством вращения, обеспеченным внутри резервуара, причем указанный вращающийся контейнер имеет цилиндрические боковые стенки и предпочтительно только один ряд отверстий в боковых стенках и, возможно, кольцеобразный верхний фланец.

Это устройство может обладать по меньшей мере одной из следующих отличительных особенностей:

средствами циркуляции охлаждающей воды в резервуаре, предпочтительно в направлении движения средства вращения или в противоположном направлении;

средствами регулирования высоты вращающегося распределительного устройства по отношению к верхнему уровню охлаждающей текучей среды в охлаждающем резервуаре, высота может быть зафиксирована или ее можно изменять в ходе гранулирования;

средствами удаления гранулированного материала из охлаждающего резервуара, предпочтительно используют эжектор типа, описанного в WO 2009/157857;

средствами регулирования вращения распределительного устройства в диапазоне от 1 до 50 об/мин, для этой цели можно использовать любой тип двигателя;

средствами регулирования потока жидкого материала из средства подачи в распределительное устройство, эти средства включают стопорные стержни и выдвижные шиберы, регулирование можно осуществлять вручную или полностью автоматически;

круглыми отверстиями на нижнем конце боковых стенок, имеющими диаметр от 10 до 30 мм, предпочтительно от 12 до 20 мм, размер и количество отверстий зависят от проектной мощности, т.е. т/мин;

эллиптическими отверстиями, имеющими отношение высоты к ширине (в/ш) в диапазоне от 1:1,2 до 1:10, путем регулирования формы отверстий можно регулировать форму расплавленного потока, выходящего из распределительного устройства, более широкое отверстие приводит к более пленкообразному потоку, таким образом можно влиять на размер и форму гранул;

одним рядом отверстий и предпочтительно не более, чем с 4 отверстиями в указанном единственном ряду, эту конструкцию наиболее просто изготовить и этот способ легко контролировать, таким образом, это является предпочтительной конструкцией;

отверстиями, направленными вверх под углом от 5 до 45°, посредством этой меры можно регулировать путь и время прохождения в воздухе до того, как поток соударяется с охлаждающей жидкостью, также параболический полет влияет на распределение расплавленного потока по охлаждающей ванне;

отверстиями, направленными вниз под углом от 0 до 45°, направляя один или большее количество потоков вниз можно сократить расстояние полета, снизить риск рассеивания струи до ее соударения с охлаждающей ванной, и это влияет на распределение по охлаждающей ванне;

промежуточным приемником или желобом для подачи жидкого материала в средство подачи, это альтернативная конструкция, которую можно применять, например, если расплавленный сплав подают непосредственно из печи, не наливая его в ковш;

огнеупорной предохранительной пластиной, расположенной ниже удлиненного разливочного стакана, которая распределяет жидкий поток по поверхности охлаждающей воды в случае разлома разливочного стакана.

Согласно предпочтительному воплощению средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство расположено над резервуаром, снабженным цилиндрическими боковыми стенками. Средство подачи расположено по центральной оси указанных цилиндрических боковых стенок, при этом вращающееся распределительное устройство включает круглое разливочное устройство и удлиненный разливочный стакан, присоединенный к нему по центру, причем удлиненный разливочный стакан имеет не более 4 круглых отверстий, имеющих диаметр от 10 до 20 мм, расположенных в одном

- 2 031421 ряду. Опционально предусмотрен промежуточный приемник или желоб для подачи регулируемого количества жидкого материала в разливочное устройство.

Устройство может быть снабжено взвешивающей дозирующей системой для разливочного устройства, которая автоматически регулирует уровень в разливочном устройстве для поддержания постоянного напора жидкости и, таким образом, постоянной скорости потока через разливочный стакан. В альтернативном случае автоматическая система контроля может включать оптические или электромагнитные датчики.

Способ получения гранулированного материала посредством рассеивания жидкого металла или шлака включает стадии

a) обеспечения устройства по любому из предшествующих пунктов;

b) вращения распределительного устройства со скоростью от 1 до 50 об/мин;

c) подачи расплавленного материала во вращающееся распределительное устройство;

d) распределения по меньшей мере одного потока расплавленного материала по охлаждающей текучей среде в охлаждающем резервуаре;

e) рассеивания расплавленного материала над и/или внутри охлаждающей жидкости и формирование, по меньшей мере частично, отвержденных гранул;

f) извлечения гранулированного материала со дна охлаждающего резервуара.

В предпочтительном примере воплощения способ получения гранулированного материала включает по меньшей мере одну из следующих отличительных особенностей.

Применение воды с добавками или без них в качестве охлаждающей текучей среды. Воду обычно применяют ввиду ее доступности. Однако можно применять и другие охлаждающие жидкости, в частности охлаждающие жидкости такого же типа, как применяемые для закалки стали, например, высшие спирты, такие как гликоли. Естественно, с водой можно смешивать различные добавки, чтобы влиять на ее плотность, вязкость, теплоемкость и/или поверхностное натяжение.

Вращение распределительного устройства со скоростью от 1 до 10 об/мин. Низкую скорость вращения легко регулировать, и это, по-видимому, могло бы оказать положительное влияние на локализацию расплавленного потока.

Подача расплавленного материала со скоростью от 0,5 до 10 т/мин предпочтительно от 1 до 5 т/мин. Эти скорости подачи можно применять на высокопроизводительном оборудовании. Однако для применения в небольших блоках и в пилотных установках можно использовать более низкие скорости подачи.

Циркуляция охлаждающей воды в резервуаре осуществляется предпочтительно в направлении движения средства вращения или в противоположном направлении. Регулируя циркуляцию охлаждающей воды в резервуаре, можно обеспечить однородное охлаждение. Поток воды в направлении, противоположном потоку из вращающегося распределительного устройства, приводит к более высокой скорости охлаждения, но также и к более высоким влекущим силам на поверхности раздела жидкости. Следовательно, регулируя направление и скорость охлаждающей воды, можно частично влиять на геометрическую форму гранул.

Регулирование расстояния по высоте так, что расстояние между охлаждающей водой в резервуаре и отверстиями во вращающемся распределительном устройстве составляет от 0,1 до 1,5 м. Этот конструктивный параметр можно использовать для регулирования радиального расстояния от распределительного устройства до кольцеобразной области, где расплавленный поток соударяется с охлаждающей жидкостью, как это описано в ЕР 402665.

Регулирование уровня расплава в разливочном устройстве и/или во вращающемся распределительном устройстве производится путем регулирования потока из средства подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство. Это делают для того, чтобы регулировать напор жидкости и, таким образом, также и поток жидкости через разливочный стакан.

Регулирование скорости гранулирования производится путем регулирования уровня расплава в разливочном устройстве и/или во вращающемся распределительном устройстве. Это является традиционным способом, поскольку повышенный напор жидкости приводит к более высокому потоку через разливочный стакан.

Извлечение отвержденных гранул осуществляется путем выгрузки с нижнего конца резервуара с использованием водоструйного и воздушного эжектора. Этот способ раскрыт в WO 2009/157857, и его считают наиболее подходящим. Однако также возможно использовать другие способы для извлечения гранулированного материала.

Гранулированный материал предпочтительно представляет собой металл или сплав, выбранный из группы, состоящей из железа, чугуна, стали, ферросплава, рециркулированной стальной пыли, меди, цинка и алюминия.

Согласно предпочтительному воплощению материал, который следует распылить, подают со скоростью от 1 до 5 т/мин во вращающееся разливочное устройство, снабженное удлиненным разливочным стаканом, имеющим один ряд отверстий, при этом количество отверстий предпочтительно составляет от 1 до 4, и скорость гранулирования регулируют путем регулирования уровня расплава в разливочном устройстве.

- 3 031421

Гранулированный материал, полученный способом по изобретению, имеет узкое распределение по размерам и обычно имеет средний размер в диапазоне от 12 до 50 мм, предпочтительно от 15 до 25 мм, при этом количество мелких фракций, имеющих размер менее 6 мм, может быть ограничено 5%. Количество мелких фракций, имеющих размер менее 4 мм, может быть ограничено менее чем 1%.

Не следует считать, что изобретение ограничено вышеописанными воплощениями, но оно может изменяться в пределах объема формулы изобретения, как это понятно специалистам в данной области.

Примеры.

Далее результаты, полученные по изобретению, сравнивают с результатами, полученными с использованием известного устройства, имеющего плоскую разбрызгивающую головку. Во всех примерах ферроникель плавили в индукционной печи и подавали в разливочное устройство с использованием выпускного желоба. Температура розлива составляла 1650°С. Уровень расплава в разливочном устройстве регулировали вручную на уровне 300-400 мм. Диаметр разливочного стакана в разливочном устройстве составлял 27 мм. После завершения гранулирования гранулы удаляли из резервуара, сушили, взвешивали и подвергали рассеву. Применяемые пределы размеров фракций составляли <4 мм, 4-8 мм, 8-12 мм, 1216 мм, 16-25 мм и >25 мм. Результаты приведены в процентах от общей массы.

Пример 1.

В этом примере ферроникель содержал 32% Ni и 0,1% Si.

Вращающееся распределительное устройство по данному изобретению имело четыре отверстия в одном единственном ряду. Эти четыре отверстия имели общую площадь сечения 346 мм².

Для обеспечения однородного рассеяния тепла применяли скорость вращения 3 об/мин.

Распределение по размерам гранул, полученных в соответствии с изобретением, показано на фиг. 3 (загрузка № 108).

Распределение по размерам гранул, полученных с традиционной плоской разбрызгивающей головкой, показано на фиг. 4 (загрузка № 110).

Очевидно, что устройство по изобретению дает улучшенное распределение по размерам в том отношении, что количество мелких фракций уменьшилось, средний размер увеличился и распределение по размерам улучшилось.

Пример 2.

В этом примере было исследовано влияние повышенного содержания Si на распределение по размерам.

Ферроникель содержал 32% Ni и 0,27% Si. Условия гранулирования были такими же, как для примера 1.

Распределение по размерам гранул, полученных по изобретению, показано на фиг. 5 (загрузка № 116).

Распределение по размерам гранул, полученных с традиционной плоской разбрызгивающей головкой, показано на фиг. 6 (загрузка № 115).

В обоих случаях было достигнуто улучшенное распределение по размерам.

Результат для традиционной разбрызгивающей головки был таким, как и предполагали, так как известно, что Si оказывает положительное влияние на распределение по размерам. Сравнение загрузки № 115 с загрузкой № 110 выявило, что повышенное содержание Si приводит к меньшему количеству мелких фракций и улучшенному распределению по размерам.

Однако оказалось, что повышенное содержание Si оказывает заметное влияние на распределение по размерам, полученное в случае устройства по изобретению. Сравнение загрузки № 116 и загрузки № 115 выявило, что количество мелких фракций было фактически сведено к нулю, а средний размер гранул очень сильно увеличился.

Промышленная применимость

Данное изобретение особенно подходит для применения в отраслях промышленности, производящих ферросплавы, железо и сталь.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для получения гранулированного материала из металла или шлака, имеющего средний размер по меньшей мере 5 мм, путем распыления жидкого металла или шлака, включающее:

a) охлаждающий резервуар, содержащий охлаждающую жидкость,

b) средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство,

c) вращающееся распределительное устройство, расположенное над охлаждающим резервуаром,

d) причем вращающееся распределительное устройство включает верхнее входное отверстие, боковые стенки, дно и по меньшей мере один ряд отверстий на нижнем конце боковых стенок, при этом отверстия в боковых стенках имеют размер в наименьшем измерении по меньшей мере 5 мм,

e) средства регулирования вращения распределительного устройства в диапазоне от 1 до 50 об/мин,

f) средства для средств извлечения гранулированного материала из охлаждающего резервуара, содержащего охлаждающую жидкость.

- 4 031421
2. Устройство по п.1, в котором средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство расположено над охлаждающим резервуаром.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором вращающееся распределительное устройство включает разливочное устройство и присоединенный к нему удлиненный разливочный стакан.
4. Устройство по любому из пп.1 и 2, в котором вращающееся распределительное устройство включает контейнер, соединенный со средством вращения, обеспеченным внутри охлаждающего резервуара, причем указанный вращающийся контейнер имеет цилиндрические боковые стенки.
5. Устройство по п.4, где указанное устройство имеет по меньшей мере одну из следующих отличительных особенностей:

средства циркуляции охлаждающей жидкости в охлаждающем резервуаре, предпочтительно в направлении движения средства вращения или в противоположном направлении;

средства регулирования высоты вращающегося распределительного устройства относительно верхнего уровня охлаждающей текучей среды в охлаждающем резервуаре;

средства регулирования потока жидкого материала из средства подачи в распределительное устройство;

круглые отверстия на нижнем конце боковых стенок, имеющие диаметр от 10 до 30 мм, предпочтительно от 12 до 20 мм;

эллиптические отверстия, имеющие отношение высоты к ширине (В/Ш) в диапазоне от 1:1,2 до 1:10;

только один ряд отверстий;

отверстия, направленные вверх под углом от 0 до 45°;

отверстия, направленные вниз под углом от 0 до 45°;

промежуточный приемник или желоб для подачи жидкого материала в средство подачи;

огнеупорную предохранительную пластину, помещенную ниже удлиненного разливочного стакана, которая распределяет жидкий поток по поверхности охлаждающей воды в случае разлома разливочного стакана;

вращающееся распределительное устройство выполнено из неметаллического огнеупорного материала;

вращающееся распределительное устройство имеет максимум 5 рядов отверстий в боковой стенке, предпочтительно максимум 3 ряда;

каждый ряд во вращающемся распределительном устройстве имеет от 1 до 10 отверстий.
6. Устройство по п.1, в котором средство подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство расположено над охлаждающим резервуаром, снабженным цилиндрическими боковыми стенками, причем средство подачи расположено по центральной оси указанных цилиндрических боковых стенок, при этом вращающееся распределительное устройство включает круглое разливочное устройство и удлиненный разливочный стакан, присоединенный к нему по центру, причем удлиненный разливочный стакан имеет не более 4 круглых отверстий, имеющих диаметр от 10 до 20 мм в одном ряду, при этом опционально предусмотрен промежуточный приемник или желоб для подачи регулируемого количества жидкого материала в разливочное устройство.
7. Устройство по п.6, где указанное устройство снабжено взвешивающей дозирующей системой для разливочного устройства, которая автоматически регулирует уровень в разливочном устройстве для поддержания постоянного напора жидкости и, таким образом, постоянной скорости потока через разливочный стакан.
8. Способ получения гранулированного материала, такого как жидкий металл или шлак, посредством рассеивания этого материала в устройстве по пп.1-7, включающий стадии:

a) обеспечения устройства по любому из предшествующих пунктов;

b) вращения распределительного устройства со скоростью от 1 до 50 об/мин;

c) подачи расплавленного материала во вращающееся распределительное устройство;

d) распределения по меньшей мере одного потока расплавленного материала над охлаждающей жидкостью в охлаждающем резервуаре;

e) распыления расплавленного материала над охлаждающей жидкостью и/или внутри охлаждающей жидкости и формирования, по меньшей мере частично, отвержденных гранул;

f) извлечения гранулированного материала со дна охлаждающего резервуара.
9. Способ получения гранулированного материала по п.8, включающий по меньшей мере одну из следующих отличительных особенностей:

применение воды с добавками или без них в качестве охлаждающей жидкости;

вращение распределительного устройства со скоростью от 1 до 10 об/мин;

подача расплавленного материала со скоростью от 0,5 до 10 т/мин;

циркуляция охлаждающей воды в охлаждающем резервуаре в направлении движения средства вращения или в противоположном направлении;

регулирование расстояния по высоте так, что расстояние между охлаждающей водой в охлаждаю

- 5 031421 щем резервуаре и отверстиями во вращающемся распределительном устройстве составляет от 0,1 до 1,5 м; регулирование уровня расплава во вращающемся распределительном устройстве путем регулирования потока из средства подачи жидкого материала во вращающееся распределительное устройство;

регулирование скорости гранулирования путем регулирования уровня расплава в разливочном устройстве и/или во вращающемся распределительном устройстве;

отверждение гранул в охлаждающей жидкости по меньшей мере на 80%, предпочтительно на 100%, извлечение отвержденных гранул путем выгрузки с нижнего конца охлаждающего резервуара с использованием водоструйного и воздушного эжектора;

регулирование скорости гранулирования путем регулирования уровня жидкого шлака или металла во вращающемся распределительном устройстве;

температура плавления жидкого металла составляет выше 700°С, плотность жидкого металла составляет выше 4,5 г/см³.
10. Способ получения гранулированного материала по любому из пп.8 или 9, в котором гранулированный материал представляет собой металл или сплав, выбранный из группы, состоящей из железа, чугуна, стали, ферросплава, рециркулированной стальной пыли, меди и цинка.
11. Способ получения гранулированного материала по п.8, в котором расплавленный материал подают со скоростью от 1 до 5 т/мин во вращающееся разливочное устройство, снабженное удлиненным разливочным стаканом, имеющим один ряд отверстий, при этом количество отверстий составляет от 1 до 4 и скорость гранулирования регулируют путем регулирования уровня расплава в разливочном устройстве.
12. Способ получения гранулированного материала по п.8, где гранулированный материал выбирают из группы, состоящей из железа, чугуна, стали, ферросплава и рециркулированной стальной пыли и содержание кремния в указанном материале регулируют так, что оно составляет от 0,1 до 0,5.

- 6 031421

Пример 1 Распределение по размерам согласно изобретению. Фиг. 3

- 7 031421

Пример 1 Распределение по размерам согласно предшествующему уровню техники. Фиг. 4

Пример 2 Распределение по размерам согласно изобретению. Фиг. 5

- 8 031421

Загрузка № 115

Пример 2 Распределение по размерам согласно предшествующему уровню техники. Фиг. 6