JP2016536131A - 溶融金属の造粒 - Google Patents

Abstract

本発明は改善された粒径分布を有する粒状化された材料と、そのような粒状材料の製造方法と装置に関するものである。粒径と、粒径分布は回転ディストリビューターの使用により制御される。回転ディストリビューターは上部の入口開口、側壁、底部および側壁の下端に開口の少なくとも１つの列を備え、前記側壁の開口は、最も小さな寸法で少なくとも５ｍｍのサイズを有している。【選択図】図２

Description

本発明は改善された粒径分布を有する粒状化された材料と、そのような粒状材料の製造方法と装置に関するものである。

水中での金属造粒は、液体金属を中間サイズの製品形態に急速凝固するための十分確立された方法である。グランショットプロセス（Ｇｒａｎｓｈｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）（登録商標）は、製鉄業のためにすぐに使用できる材料の直接生産のために開発されたものである。既知の装置が、図１に開示されている。溶融金属はタンディッシュから耐火性の標的である、図１中に表示されたスプレーヘッドに向けられる。金属は標的を打ち、分かれて、タンク中の冷却水上に放射状に散布される。液滴はタンクの中で凝固し、タンクの底から回収される。粒の粒径は、融体組成と衝撃条件のようないくつかの要因に依存する。得られた主な断片は、５−２５ｍｍの粒径範囲内にある。
しかしながら、８ｍｍ以下という最大の寸法を有する粒として定義される微粉の量は、２０％と高くなることもある。この方法の原理は特許文献１と特許文献２に開示されている。

特許文献３は、回転円板を使用した粒状化方法を開示する。この方法によって得られた粒の主要部は、１０ｍｍ未満の粒径を有している。

前記の方法によって得られた粒度は溶融鋼中の粒状金属の迅速な溶解を可能とするが、平均粒子サイズと粒径分布を調節する可能性が制限されているという点で、欠点がある。

特許文献４は、液体冷却浴槽へ金属流を注ぎ込むことにより、金属粒を生産する方法を開示している。特許文献５は、水の流れへ溶融金属流を導入することにより、特有の寸法が２０―１００ｍｍの金属塊の製造方法を開示する。これらの方法に関連した欠点は、材料は粗粒で、粒径分布が広いため、長い溶解時間を要することである。

ＥＰ４０２６６５ ＵＳ３８８８９５６ ＵＳ４４０２８８４ ＥＰ５２２８４４ ＵＳ６２８７３６２

本発明は、改善された粒径分布を有する粒状化された材料を提供することを主な目的とする。

別の目的は、装置と、そのような改善された粒状化された材料を作る方法を提供することである。特に、材料が溶融物に加えられる際に、迅速な溶解を可能にする平均サイズを得ることが可能であろう。

さらに、得られた粒の粒径分布がよりいっそう狭い材料を提供するために、グランショットプロセス（Ｇｒａｎｓｈｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）（登録商標）を改善することも目的である。これと他の目的は、独立請求項の中で定義された装置、方法および生成物によって達成される。

針状のアルミニウム合金粒は本発明から除外される。

本発明のさらに有利な実施形態は従属請求項中で明記している。

本発明によれば、造粒は、上部の入口開口、側壁、底部及び側壁の下端にある少なくとも１列の開口を備える回転ディストリビューターによって実行され、そこで、側壁の開口は最も小さな寸法で少なくとも５ｍｍのサイズを有している。

以下、好ましい実施形態と添付された図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、グランショットプロセス（Ｇｒａｎｓｈｏｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）（登録商標）の中で使用される装置の概略図である。 図２は、回転タンディッシュが使用される本発明の１つの実施形態の概略図である。 図３は、ニッケル鉄が３２％のＮｉと０．１％のＳｉを含んでいた実施例１において得られた本発明の粒の粒径分布を開示する。 図４は、ニッケル鉄が３２％のＮｉと０．１％のＳｉを含んでいた比較研究法の粒の粒径分布を開示する。 図５は、ニッケル鉄が３２％のＮｉと０．２７％のＳｉを含んでいた実施例２の粒の粒径分布を開示する。 図６は、ニッケル鉄が３２％Ｎｉと０．２７％のＳｉを含んでいた比較研究法の粒の粒径分布を開示する。

本発明は、添付した図面を参照して詳細に説明する。

粒状の材料を生産するための装置は次のものを備える：
ａ） 冷却液を含む冷却タンク、
ｂ） 回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段、
ｃ） 前記冷却タンクよりも上に位置した回転ディストリビューター、
ｄ） 前記回転ディストリビューターは上部の入口開口、側壁、底部および側壁の下端に開口の少なくとも１つの列を備え、前記側壁の開口は、最も小さな寸法で少なくとも５ｍｍのサイズを有している。

前記回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段は、タンクよりも上に位置し、好ましくは、前記タンクは円筒状の側壁を設けられており、前記供給手段は、前記円筒状の側壁の中心線に位置する。前記ディストリビューターはアルミナ、マグネシアあるいはドロマイトのような非金属耐火材で作られてもよい。特に、フェロメタルを粒状にする場合、前記ディストリビューターはセラミックで作られる。

１つの実施形態では、前記回転ディストリビューターは、図２に示されるようにタンディッシュとそれに付けられた細長いノズルを備える。

前記細長いノズルには、好ましくは、ノズルには、開口の一列のみを有する。前記ノズルの基本設計は、鋼の連続鋳造に使用された浸漬ノズルに似たものである。

別の実施形態では、前記回転ディストリビューターは、前記タンク内に設けられた回転手段に取り付けられたポットを備え、前記回転ポットには円筒状の側壁と、好ましくは、前記側壁に一列だけの開口と、随意に、環状の上部フランジが有る。

随意に、装置は次の特徴の少なくとも１つを備えている。：

前記タンク中の冷却水を循環させるための手段であって、好ましくは、回転手段に対して同方向あるいは反対の方向に循環させる手段。

前記冷却タンク中の前記冷却液の上位レベルに対しての前記回転ディストリビューターの高さを調節するための手段。高さは造粒中に固定されていても、変動してもよい。

前記冷却タンクから粒状の材料を取り除くための手段。好ましくは、ＷＯ２００９／１５７８５７に述べられていたタイプの排出器が使用される。

１−５０ｒｐｍの範囲内に前記ディストリビューターの回転を制御するための手段。任意のタイプのモーターがこの目的に使用されてもよい。

前記供給手段から前記ディストリビューターまで液体材料の流れを調節するための手段。これらの手段はストッパー棒とスライディングゲートを含む。その調節は、手動、あるいは全自動的にすることができる。

直径が１０−３０ｍｍ、好ましくは１２−２０ｍｍである側壁の下端にある円形の開口。
開口のサイズと数は設計容量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）に依存する。

１：１．２から１：１０までの範囲の比率（ｈ／ｗ）の高さを有する楕円の開口。前記開口の形状の調節によって、前記ディストリビューターを出た溶融流の形状を調節することは可能である。より広い開口は、フィルムのような流れを形成するため、粒のサイズと形は影響を受けることもある。

一列の開口と、好ましくは、前記列の４以下の開口であること。この設計は生産することが最も簡単であり、また、この方法は制御するのが容易である。したがって、それは好ましい設計である。

５°−４５°上方に向けられた開口。この処置によって、流れが冷却液にあたる前に、空気中における軌道と時間を調節することは可能である。さらに、冷却浴上の溶融流の広がりは放物線上の飛行によって影響を受ける。

０°−４５°下方に向けられた開口。１つ以上の流れを下方へ向けることによって、飛行距離を短くすることは可能であり、流れが冷却浴にあたり、冷却浴の上の広がりに影響を及ぼす前に、流れの分解のリスクを低下させる。

前記供給手段に液体材料を供給するための中間の容器またはシュート。これは設計代案である、それは、例えば、取瓶で栓をされることなく、溶融合金が溶鉱炉から直接供給されるに場合に使用することができる。

長いノズルの下に位置した耐火性安全プレート。ノズル破損時には冷却水表面の上に液体流を分散させる。

好ましい実施形態によれば、前記回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段は、タンクよりも上に位置し、円筒状の側壁が設けられている。前記供給手段は前記円筒状の側壁の中心線に位置し、前記回転ディストリビューターは、円形のタンディッシュとそれに対して中心に付けられた細長いノズルを備え、前記細長いノズルには１列で直径が１０−２０ｍｍの４以下の円形の開口がある。随意に、前記タンディッシュには、制御された量の液体材料を供給するための中間の容器あるいはシュートが設けられている。

装置は、ノズルによって一定の液頭を維持し、それによって一定流量割合を維持するためにタンディッシュ中のレベルを自動的に制御するタンディッシュ用の重量測定システムを備えてもよい。あるいは、自動制御システムは光学か電磁気のセンサーを含んでもよい。

液体金属またはスラグを分解させることにより粒状の材料を生産する方法は、以下の工程を備える：
ａ）前記の請求項のいずれに係る装置を提供する工程、
ｂ）前記ディストリビューターを１−５０ｒｐｍの速度で回転させる工程、
ｃ）前記回転ディストリビューターに溶融材料を供給する工程、
ｄ）前記冷却タンク中の冷却液上に少なくとも１つの溶融材料流を分配する工程、
ｅ）前記冷却液よりも上におよび／または冷却液の内部で溶融材料を分解させて、少なくとも部分的に凝固した粒を形成する工程、
ｆ）冷却タンクの底から粒状化された材料を取り出す工程。

好ましい実施形態では、粒状化された材料を生産する方法は、次の特徴のうち少なくとも１つを備える：

冷却液として添加物を含んだ、あるいは添加物を含まない水の使用工程。水は、その利用可能性ゆえに通常使用される。しかしながら、他の冷却液、特に、鋼の硬化に使用されるグリコールのような高級アルコールと同じタイプの冷却液を使用してもよい。当然、水の密度、粘性、熱容量および／または表面張力に影響を及ぼすために異なる添加物を水と混合することが可能である。

１−１０ｒｐｍの速度で前記ディストリビューターを回転させる工程。低回転速度は制御するのが簡単であり、そして、それは、溶融流の抑制に肯定的な影響があるように見える。

０．５−１０ｔ／ｍｉｎ、好ましくは１−５ｔ／ｍｉｎの比率で溶融金属を供給する工程。これらの供給率は、高容量プラントに適用されうる。しかしながら、より低供給率は小規模単位、および試験プラント用途では低供給率で可能である。

好ましくは回転手段に対しての同方向あるいは反対方向に中の前記タンク中の循環させる工程。前記タンク中の冷却水の循環の制御によって、均一な冷却を確保することは可能である。前記回転ディストリビューターからの流れとは正反対方向である水の流れはより高い冷却速度なるが、また、液体境界面でより高い抵抗力を生み出すことにもなる。従って、冷却水の方向と速度の制御により、粒の幾何学的な形状に部分的な影響を及ぼすこともある。

前記回転ディストリビューターの開口に対するタンク中の冷却水間の高さ・距離を０．１−１．５ｍに調節する工程。この設計パラメータは前記ディストリビューターから環状の領域まで放射距離を調節させるために使用することができ、ここでは、特許文献１で論じられているように溶融流は冷却液にあたる。

前記回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段からの流量の制御により、前記タンディッシュおよびまたは前記回転ディストリビューターの中の溶解レベルを制御する工程。これは液頭を制御し、それによって、ノズルを通る液体流も制御するためになされる。

前記タンディッシュおよび／または前記回転ディストリビューター中の溶解のレベルの制御により、造粒の割合を制御する。増加した液頭がノズルを通るより高い流量を生じさせるので、これは便利な方法である。

水と空気排出器を使用して前記タンクの下端から放出することにより、凝固された粒を回収する工程。この方法はＷＯ２００９／１５７８５７の中で開示され、最も適切な方法であると考えられる。しかしながら、さらに、粒状化された材料を回収する他の方法を使用することも可能である。

粒状化された材料は、好ましくは、鉄、銑鉄、鋼、フェロアロイ、再利用された鋼ダスト、銅、亜鉛およびアルミニウムのグループから選ばれた金属または合金である。

好ましい実施形態によって、分解される材料は、一列の開口を有する細長いノズルを設けられた回転タンディッシュへ１−５ｔ／ｍｉｎの割合で供給され、そこでは開口の数は、好ましくは、１−４であり、造粒の割合は前記タンディッシュ中の溶解のレベルの制御により制御される。

独創的な方法で得られた粒状化された材料には狭い粒径分布を有し、一般的に、１２−５０ｍｍ、好ましくは１５−２５ｍｍの平均サイズを有し、サイズが６ｍｍ未満の微粉の量は、５％まで制限することが可能である。平均サイズが４ｍｍ未満の微粉の量は、１％未満に制限することができる。

本発明は上記実施形態によって制限されているとみなされないことになっているが、当業者によって理解されるように請求項の範囲内で変えることができる。

発明によって得られた次の結果中で、平面スプレーヘッドがある既知の装置で得られた結果と比較する。すべての例において、ニッケル鉄は誘導炉中で溶かされ、注ぎ口を用いて前記タンディッシュに供給された。注ぎの温度は１６５０℃だった。
前記タンディッシュ中の溶解レベルは３００−４００ｍｍであるように手動で制御された。前記タンディッシュ中の前記ノズル口径は２７ｍｍであった。造粒の完了後、粒はタンクから取り除かれ、乾燥し、重みづけして、ふるい分けられた。サイズの分類は、＜４ｍｍ、４−８ｍｍ、８−１２ｍｍ、１２−１６ｍｍ、１６−２５ｍｍと＞２５ｍｍだった
結果は総重量の％で与えられる。
＜実施例１＞

この例において、ニッケル鉄は３２％Ｎｉと０．１％Ｓｉを含んでいた。

本発明に係る前記回転ディストリビューターは、１列に４つの開口を有していた。

４つの開口の総開口面積は３４６ｍｍ^２であった。

３ｒｐｍの回動速度は一定の熱放散を確保するために使用された。

本発明によって得られた粒の粒径分布は、図３（Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１０８）に開示される。

従来の平面スプレーヘッドで得られた粒の粒径分布は、図４（Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１０）に示される。

微粉の量が減少し、平均サイズが増加し、また、粒径分布が改善されたという点で、創造性のある本装置が改善をもたらした粒径分布に帰着したことは明白である。
＜実施例２＞

この実施例において、粒径分布に対するＳｉの増加した内容物の効果が試験された。

ニッケル鉄は３２％のＮｉと０．２７％Ｓｉを含んでいた。造粒条件は例１に関しては同じだった。

発明によって得られた粒の粒径分布は、図５（Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１６）に開示される。

従来の平面スプレーヘッドで得られた粒の粒径分布は、図６（Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１５）に示される。

改善された粒径分布は、両方の場合に達成された。

Ｓｉが粒径分布に肯定的な影響があることが知られているので、従来のスプレーヘッドに対する結果は予想通りだった。
Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１５とＣｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１０ と比較することにより、Ｓｉ含量の増加微粉を減らし粒径分布を改善させたということを明らかになった。

しかしながら、Ｓｉの増加した含量は、創造性のある本装置で得られた粒径分布に対して非常に大きな効果を有することが判明した。Ｃｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１６およびＣｈａｒｇｅ Ｎｒ．１１５の比較が微粉の量が事実上除去され、粒の平均のサイズが増大したことを明らかにする。

本発明は、合金、鉄、および鋼の産業における用途に特に適している。

Claims (15)

1. 液体を分解させることにより少なくとも５ｍｍの平均サイズを有する粒状化された材料を生産する装置であって、該装置は：
   ａ） 冷却液を含む冷却タンクと、
   ｂ） 回転ディストリビューターに液体材料を供給する手段と、
   ｃ） 冷却タンクよりも上に位置した回転ディストリビューターと、を備え、
   ｄ） 回転ディストリビューターは、上部の入口開口、側壁、底部、および前記側壁の下端における少なくとも１列の開口を備え、前記側壁の開口は、最も小さな寸法で少なくとも５ｍｍのサイズを有している、装置。
2. 前記回転ディストリビューターに液体材料を供給する手段が前記タンクよりも上に位置し、好ましくは、前記タンクが円筒状の側壁を備えており、前記供給手段が、前記円筒状の側壁の中心線に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記回転ディストリビューターがタンディッシュおよびそこに取り付けられた細長いノズルを備え、前記細長いノズルは、好ましくは、１列のみの開口を有する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記回転ディストリビューターは、前記タンク内に設けられた回転手段に取り付けられたポットを備え、前記回転ポットは、円筒状の側壁と、好ましくは、前記側壁の１列のみの開口と、随意に環状のトップフランジと、を有する請求項１および請求項２のいずれかに記載の装置。
5. 前記装置は少なくとも次の特徴、：
   − タンク中の冷却液を循環させるための手段であって、好ましくは、回転手段に対して同方向あるいは正反対の方向に循環させる手段、
   − 冷却タンク中の冷却液の上位レベルに対しての回転ディストリビューターの高さを調節するための手段、
   − 冷却タンクから粒状の材料を取り除くための手段、
   − １−５０ｒｐｍの範囲内に前記ディストリビューターの回転を制御するための手段、
   − 供給手段から前記ディストリビューターへの液体材料の流れを調節するための手段、
   − 直径が１０−３０ｍｍであり、好ましくは、１２−２０ｍｍ である側壁の下端の円形開口。
   − １：１．２から１：１０までの範囲の比率（ｈ／ｗ）の高さを有する楕円の開口、
   − １列のみの開口と、好ましくは、４以下の開口、
   − ０°−４５°上方に向けられた開口、
   − ０°−４５°下方へ向けられた開口、
   − 供給手段に液体材料を供給するための中間の容器あるいはシュート、
   − ノズル破損の場合に冷却水表面の上に液体流を分散させる、長いノズル下に位置した耐火性安全プレート、
   − 前記回転ディストリビューターは非金属耐火材で作られる、
   − 前記回転ディストリビューターは側壁に最大で５列、好ましくは、最大で３列の 開口を有する、
   − 前記回転ディストリビューター中のそれぞれの列が１から１０の開口、好ましくは、２から４の開口を有する、
   の少なくとも一つを備える請求項１乃至４のいずれかに記載の装置
   
6. 前記回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段は、前記タンクよりも上に位置し、前記タンクは円筒状の側壁が設けられ、前記供給手段は、前記円筒状の側壁の中心線に位置し、前記回転ディストリビューターは、環状のタンディッシュとその中心に取付けられた細長いノズルを備え、前記細長いノズルは、１列中の直径が１０−２０ｍｍの４以下の円形開口を有し、随意に、前記タンディッシュへ制御された量の液体材料を供給するための中間の容器またはシュートが設けられる請求項１に記載の装置。
7. 一定の液頭を維持し、それによってノズルを通る一定流量割合を維持するために前記タンディッシュ中のレベルを自動的に制御する前記タンディッシュ用の重量測定システムが設けられた請求項６に記載の装置。
8. 以下の工程を備える液体金属またはスラグを分解させることにより粒状化された材料を生産する方法、
   ｇ） 請求項１乃至７のいずれかに記載の装置を提供する工程、
   ｈ） 前記ディストリビューターを１−５０ｒｐｍの速度で回転させる工程、
   ｉ） 前記回転ディストリビューターに溶融材料を供給する工程、
   ｊ） 前記冷却タンク中の冷却液上に少なくとも１つの溶融材料流を分配する工程、
   ｋ） 前記冷却液よりも上に、および／または前記冷却液の内部で溶融材料を分解させて少なくとも、部分的に凝固した粒を形成する工程、
   １） 冷却タンクの底から粒状化された材料を取り出す工程。
9. 請求項７によって方法が次の特徴の少なくとも１つを含む粒状の材料を生産する方法：
   − 冷却液として添加物を含んだ、あるいは添加物を含まない水を使用する工程、
   − １−１０ｒｐｍの速度でディストリビューターを回転させる工程、
   − ０．５−１０ｔ／ｍｉｎ、好ましくは、１−５ｔ／ｍｉｎの割合で溶融材料を供給する工程、
   − 好ましくは、回転手段に対しての同方向あるいは正反対方向にタンク中の冷却水を循環させる工程
   − 前記回転ディストリビューターの開口に対する前記タンク中の冷却水間の高さ・距離を０．１−１．５ｍに調節する工程、
   − 回転ディストリビューターに液体材料を供給するための手段からの流量の制御により、前記タンディッシュ、および／または前記回転ディストリビューターの中の溶解レベルを制御する工程、
   − 前記タンディッシュ、および／または回転ディストリビューター中の溶解のレベルの制御により、造粒の割合を制御する工程、
   − 冷却液中で少なくとも８０％、好ましくは、１００％まで粒を凝固する工程、
   − 水と空気排出器を使用して前記タンクの下端から放出することにより、凝固された粒を回収する工程、
   − 前記タンディッシュおよび／または、前記回転ディストリビューター中の液体スラグまたは金属レベルの制御により造粒の割合を制御する工程、
   − 前記液体金属の融点は７００℃よりも上、好ましくは、９００℃よりも上である、
   − 前記液体金属の密度は４．５ｇ／ｃｍ^３以上よりも高い。
   の少なくとも一つを含む請求項７に記載の方法。
10. 前記粒状化された材料は、鉄、銑鉄、鋼、フェロアロイ、再利用された鋼ダスト、銅および亜鉛のグループから選ばれた金属あるいは合金である請求項８乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 溶融材料は、一列の開口を有する、細長いノズルが設けられた回転タンディッシュに１−５ｔ／ｍｉｎの割合で供給され、開口の数は１−４であり、粒状比率は、タンディッシュ中の溶解レベルの制御により制御される請求項８乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 粒状化された材料は、鉄、銑鉄、鋼、フェロアロイおよび再利用された鋼ダストのグループから選択され、前記材料のシリコン含有量は０．１−０・５％、好ましくは、０．２５−０．３５％であるように制御される請求項８乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記粒状化された材料が１２−５０ｍｍ、好ましくは、１５−２５ｍｍの平均サイズを有し、サイズが６ｍｍ未満の微粉の量は、５％に制限される請求項８乃至１２のうちのいずれかの方法で入手可能な粒状化された材料。
14. 粒状化された材料は、鉄、銑鉄、鋼およびフェロアロイのグループから選ばれる、請求項１３に記載の粒状化された材料。
15. 平均サイズが１３−１８ｍｍであり、サイズが６ｍｍ未満の微粉の量は、３％に制限され、サイズが４ｍｍ未満の微粉の量は、１％未満に制限される請求項１３または１４の記載の粒状化された材料。