JPH0331404A - 金属粒を製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶融金属から金属粒を製造することに関する
。そこでは、溶融金属の流れを、水タンクの中のある量
の水面よりも上方に設けられた衝突要素に当るように落
下させることにより、溶融金属の流れが、衝突要素との
衝突によって崩壊して液滴の形となり、それら液滴が衝
突要素からすべての半径方向外方に飛散する。それらの
液滴は、衝突要素の下方に設けられている水の中に、衝
突要素からある特定の半径方向距離、すなわち、衝突要
素に衝突するときの溶融金属の流れの衝突要素に対して
の速度と衝突要素の水面上の高さに関係する半径方向距
離にある環状領域において落下する。それら溶融金属の
液滴は、前記タンクの底へと沈降する間に、だんだんと
凝固し、完全に凝固するか、または少なくとも表面では
凝固している粒の形でタンクの底に到達する。

Ｃ従来の技術］ 米国特許第３．８８８．９５６号に金属粒製造の１つの
方法の記述がある。この特許の方法は広く用いられてお
り、特に粗鉄、フェロニッケル、フェロクロムなどの製
造に用いられている。この方法はまた、フェロシリコン
の粒状化にも用いられて来た。しかしフェロシリコンへ
の応用においては幾つかの問題がある。それら問題の１
つは、シリコンの密度が比較的に低いことに起因してい
る。さらに、フェロシリコンの粒の中では、凝固の際に
気孔が生成するため、粒に及ぶ重力の効果をさらに少な
くする。したがってそれらの粒は、水の中を比較的にゆ
っくりと沈降する。その結果、より重い金属を造粒する
場合やより均質の粒ができる場合に比べると、水面の水
がより多く加熱される。さらに、シリコンにおける熱エ
ネルギーの集中化は、他の多くの金属や合金に比べて極
めて高い。例えばシリコンの単位重量当りのエンタルピ
は、鉄のそれの約２．３倍と高い、したがって、１、０
００ｋｇ／ｍｉｎのシリコンの造粒は、除去される熱エ
ネルギーに着目するならば、２．３００ｋｇ／ｍｉｎの
鉄の造粒に匹敵する。

シリコンやフェロシリコンの場合、上記の造粒技術を用
いるならば、沈降速度が遅いこととエンタルとが高いこ
とが組み合わされるから、水の表面石の中で極めて高い
熱の集中と蒸気の形成が起こる。この問題は、水タンク
への冷却水の取入れを増しても解決されず、水を大いに
循環させたとしても僅かしか改善されない、したがって
、所望の形状とサイズの粒を生成させ、なお蒸気爆発の
危険を防止するためには、シリコン、フェロシリコンな
どの場合、どうしても不当に低い時間当り造粒量をもっ
て造粒を行う必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の１つの目的は、シリコン、フェロシリコンなど
、比較的に密度が小さく、モして／または強く熱を発す
る金属または合金の造粒のために、より適合するように
、上記の造粒法を改善することである。

本発明のさらに目的としているのは、既存プラントの造
粒能力を容易に高めることを可能にすることである。

本発明による改善された方法は、シリコン、フェロシリ
コンなど、比較的に密度が小さくてエンタルと（熱容量
）の高い金属の造粒に特に関係する諸要求に適応するも
のであるが、このことは、この方法が、鉄、フェロニッ
ケル、ニッケル、フェロクロム、鋼など、より普通の製
品の造粒にはさほど適当ではないことを意味するのでは
ない。

むしろ逆であって、本発明のさらに目的としているのは
、このような製品の造粒の条件をも改善することにある
。したがって、衝突要素により造粒され得るどんな金属
（合金を含む）でも、本発明の実施の中で用いられるこ
とが可能である。

［課題を解決するための手段］ 上記およびその他の目的は、液滴の大部分が水面に当る
ところの環状領域の半径かは（連続的に変わるように、
衝突の際の溶融金属の流れの衝突要素に対しての速度お
よび／または衝突要素の水面上の高さを周期的に変える
ことによって達成される。

本発明のさらにある特徴や局面は、添付の特許請求の範
囲からと、方法および装置の望ましい実施例と、二三の
場合についての計算についての以降での説明から明らか
になる。

望ましい実施例と二三の場合の計算についての以降での
説明においては、添付の図面を参照することとする。

［実施例］ 第１図に概略的に示す装置は、水面３までの量の水２で
満たされている円筒形のタンク１から成る。タンクの底
部は円錐形で、下方の、生産された粒状物をある量の水
と共に排出するための排出管５に向って狭まっている。

粒状物を所望の通り浮遊させるために排出管内の水の速
度を高めるには、自明として知られた方法が用いられる
０例えば、英国特許第２０３０１８１号に記載の方法や
、スウェーデン特許第７８０５０８８−７号に記載の方
法である。また、粒状物を浮かせるための他の方法も用
いられる０例えば米国特許第３、８８８．９５６号に記
載されているもののような、エンドレスのエレベータで
ある。したがって、システムの中のこの部分については
詳しく述べない。

冷却水取入管は７で示しである。造粒中はこの管を通し
て、条目に水が供給され、それと溢出路すなわち堰との
組合せによって、水面は一定のレベルに保たれる。

タンクの中央部に衝突要素８が水面３上の高さｈのとこ
ろにある。この高さは、造粒中周期的に、駆動手段９に
より、下側位置ｈＩとり、の間で変えられる。

衝突要素つまりスプレーヘッド８は、自明として知られ
ているように、耐火材料でできた円形の一種の煉瓦であ
る。この煉瓦は、上面が平らであり、垂直のロッドｌＯ
によって駆動手段９と連結されていいる。望ましい実施
例においては、この駆動手段９は、油圧シリンダを含ん
でおり、そのシリンダの中にあるピストンがロッドｌＯ
に結合されている。つまり、ロッドｌＯはピストンロッ
ドであるか、またはピストンロッドの延長部になってい
る。油圧シリンダ９は１、サボー）１２で支持されたハ
ウジング１１の中に設けられている。ハウジング１１の
中では水が充満していてもよい、ロッド１０が貫通する
部分は１３で示しである。油圧シリンダ９に出入りする
作動油の配管１４はハウジング１１を貫通し、また水タ
ンクの底部４を貫通して延びている。油圧シリンダ９に
出入りする油の流れを制御する手段１５が図では概略的
に示されている。

衝突要素／スプレーヘッド／煉瓦８の上方にタンプッシ
ュ１６が設けられており、タンプッシュ１６には、それ
に溶融金属を供給するためのシュート１７がついている
。注ぎ口１８は煉瓦８の正確に真上の位置にある。煉瓦
８に当っている溶融金属の流れを１９で示しである。溶
融金属の全落下高さ、換言すれば水面３上のタンプッシ
ュ１６の中の溶融金属のレベルなＨで示しである。

溶融金属の流ｔ’Ｌ１９が煉瓦８に当ると、溶融金属は
崩壊して液滴２０の形となり、それら液滴は、水面の上
方ですべての半径方向に、大体において平らな放物線の
形の経路に沿って飛散する。もし全落下高さＨも煉瓦８
の水面３上の高さｈも一定であるならば、すべての液滴
２０は、煉瓦８からある特定の半径方向距離にある限ら
れた面積の環状領域の中で水面３に当ることになる。煉
瓦８が油圧シリンダ９によって比較的に高速で上向きに
動かされているならば、流れ１９の落下速度が煉瓦８の
垂直方向の速度に加算されるので、衝突のエネルギーが
増し、したがって液滴２０の飛散距離（半径）が増大す
る。煉瓦の行程距離Ｓ、その端位置ｈ１と肌、全落下高
さＨ１煉瓦の速度、および運動の周期の間にはある特定
の関数関係が存在することが明らかである。

［計算］ 上述の関数関係を理論的に解析した５つの例を第２〜１
１図に示している０表１には、それら５つの場合の、ス
プレーヘッド８の水面上の高さ、行程距離、全落下高さ
、周期、およびスプレーヘッドの上昇最大速度の数値を
示している。

表１ １２と７　　１０ ２３と８　　１５ ３４と９２０ ４５と１０１０ ５６と１１　　１０ ３０　　１００　　　０．４ ３Ｇ　　　１００　　　０．４ ３０　　１００　　　０．４ ３０　　　７０　　　０．４ ７０　　１００　　　１．０ ｈｌニスプレーヘッドの水面上の最低高さＳ　ニスプレ
ーヘッドの行程距離 Ｈ：溶融金属の全落下高さ Ｐ　：周期 Ｖｍａｘ　ニスプレーヘッドの上昇運動の最大速度例１
〜４においてはスプレーヘッドの速度が同じであること
がグラフで示されている。スプレーヘッド８の上昇運動
は、各周期の始めに速度Ｏから出発し、先ずは加速され
、時間０．１８ｓ＋ｅｃ後に最大速度１２５ｃｍ／ｓｅ
ｃに達し、その後は速度が落されて０までになり、その
ときにスプレーへラド８はその上端位置に達し、その水
面３上の高さ肌はそれぞれ４０．４５．５０および４０
ｃｍであり、それは０．３６ｓｅａ後に到達されている
。スプレーヘッドが上昇最高速度Ｖｓａｍをもつ時点に
おいては、スプレーヘッドはその行程距離の前半を過ぎ
たばかりのところにある。つまり、これら４つの例で、
この時点での高さｈはそれぞれ２５．３０．３５および
２５ｃｍとなっている。スプレーヘッド８がその最高位
置、つまり水面３上高さｈｌの位置に到達したならば、
スプレーヘッドは、水面３上ｈ＋の出発位置まで、周期
の中の残り０．０４ｓｅｃの間に急速に戻される。

第２〜６図においては、グラフの形で５つの例について
、スプレーヘッドの水面３上の高さ（ｍ）、その上昇速
度ｖ　（ｍ／５ｅｃ）、および液滴の飛散距離ｒ（液滴
が水面に当るところの半径距離の平均値ｍ）を、１周期
の間の時間の関数として、それぞれ、Ｔｏ、ｈ＊、　”
ｈｓ、　Ｖｌ、Ｖ２．　”Ｖ＠、およびｒ　Ｉ　ｒ　ｒ
　２　＋・・・・ｒ、として示しである。

すべての例において、最大の飛散距離「１．！は、スプ
レーヘッド８がその全行程距離の半分を過ぎた時点の直
後に達せられている。最小の飛散距離は、すべての例に
おいて、出発位置つまりスプレーヘッド８が水面上の最
低位置ｈ１にあるときに得られている。

造粒の各周期の間、液滴２０が水面全体にわたっては（
均一に分散されることが望ましい、つまり、最も外側の
環状領域には比較的に大量の液滴が着水すべきである。

何故ならば、その領域において液滴は、中心に近い環状
領域よりも大きい面積にわたって分布され得るからであ
る。さらに、外側部分では、冷却水入口管７に近いから
冷却がより効果的であり、このことはさらに、外側領域
において溶融金属の液滴の分布がより密になることを好
都合にしている。第７図に示すように、最も良い分布状
態のチャートが例１の場合に得られている０例２と例３
ではタンクの中央部分が造粒のために有効に使われてい
ない。全落下高さが他の例より小さい例４の場合には、
タンクの周囲部つまり外側部分が使われていない、この
ことは、タンクが過剰容量であるということで、好まし
くない、しかし異った場合において比較的に小さいタン
クしか利用することができない場合ならば、このような
分布が望ましい、これと同様なことがある程度、例５の
場合に言えるが、例５の場合、第１１図に示されている
ように、分布チャートの一般的特質は、より理想に近い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の概略図、第２〜６図は、造
粒の１周期間における時間の関数としての溶融金属の飛
散距離（半径）を、種々のパラメータ、すなわち衝突要
素の水面上の高さ、全落下高さ、行程距離、および周期
が考慮された各パラメータに関して示しているグラフの
形での線図、第７〜１１図は、第２〜６図の各場合に対
応して、生成した粒状物の分布、すなわち衝突要素から
の種々の平均距離において生成する粒状物の割合（°％
）を示すパーチャートである。 ｌ　・・・・タンク、　　　　２　・・・・水、３　・
・・・水面、　　　　５　・・・・排出管、７　・・・
・冷却水取入管、 ８　・・・・衝突要素（スプレーヘッド、煉瓦）、９　
・・・・油圧シリンダ、ＩＯ・・・・ロッド、１・・・
・ハウジング、　１２・・・・サポート、３・・・・貫
通部、　　　１４・・・・作動油配管、５・・・・制御
手段、 ６・・・・タンプッシュ、１８・・・・注ぎ口、９・・
・・溶融金属の流れ、 ２０・・・・液滴。 〜・２・ 番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属から金属粒を製造する方法であって、 溶融金属を落下する流れの形とし、その落下する溶融金
   属の流れを、水を収容したタンクの水面より上方に位置
   した衝突要素に衝突させることによって、溶融金属の流
   れが、崩壊して液滴の形になり、それら液滴が衝突要素
   からすべての半径方向外方に飛散し、水タンクの中の衝
   突要素からある特定の半径方向距離、すなわち、主とし
   ては衝突要素に衝突するときの溶融金属の流れの衝突要
   素に対しての速度と衝突要素の水面上の高さによって決
   まる半径方向距離にある環状領域において水中へと落下
   し、水中に入った溶融金属の液滴はタンクの底部へと沈
   降すると共に凝固し、タンクの底に到達したときには少
   なくとも表面は凝固した粒になっているようにし、なお
   、この造粒の間において、大部分の液滴が水面に当ると
   ころの環状領域の半径を、周期的に、そして少なくとも
   ほゞ連続的に変えることとした、溶融金属から金属粒を
   製造する方法。 ２、周期的に、溶融金属の流れの衝突時における衝突要
   素に対しての速度を変えること、および／または周期的
   に衝突要素の水面上の高さを変えることにより、環状領
   域の半径を変えることとした、請求項１に記載の溶融金
   属から金属粒を製造する方法。 ３、衝突要素の最も低い位置を水面上５〜５０ｃｍとし
   て、衝突要素を、垂直方向に１０〜１００ｃｍの距離を
   振動させる、請求項２に記載の溶融金属から金属粒を製
   造する方法。 ４、溶融金属の流れの全落下高さを、４０〜２００ｃｍ
   の間にある一定値に保つ、請求項３に記載の溶融金属か
   ら金属粒を製造する方法。 ５、溶融金属の流れの衝突時における衝突要素に対して
   の速度を、衝突要素を毎分３０〜３００回の振動数で上
   昇・下降させることによって変える、請求項３に記載の
   溶融金属から金属粒を製造する方法。 ６、衝突要素が、その各周期における上向き運動の間に
   おいて、最も低い位置から出発し、先ず加速されてある
   最大の速度に達し、その後も減速しながら上昇し、その
   上端位置に達した後には急速にその最低の位置すなわち
   出発の位置に戻るようにする、請求項２に記載の溶融金
   属から金属粒を製造する方法。 ７、出発の位置に戻るときの衝突要素の速度を、溶融金
   属の流れの落下速度よりも速くする、請求項６に記載の
   溶融金属から金属粒を製造する方法。 ８、金属がシリコンまたはフェロシリコンである、請求
   項２に記載の溶融金属から金属粒を製造する方法。 ９、溶融金属から金属粒を製造する装置であって、 水を収容したタンクと、該タンクの水面より上方に位置
   した衝突要素と、 第１の手段として、溶融金属の流れを衝突要素に当るよ
   うに注ぐことによって、その流れが、衝突要素との衝突
   によって崩壊して液滴の形になり、それら液滴が衝突要
   素からすべての半径方向外方に飛散し、水面における衝
   突要素からある特定の半径方向距離、すなわち、主とし
   て衝突要素に衝突するときの溶融金属の流れの衝突要素
   に対しての速度と衝突要素の水面上の高さによつて決ま
   る半径方向距離にある環状領域において水中へと落下し
   、水中で凝固しつつタンクの底へと沈降し、少なくとも
   表面は凝固した粒状物、すなわち、実質上、相互に凝集
   したり、それが接触した固体表面に付着したりすること
   がない程度まで凝固した粒状物になるようにするための
   手段と、 第２の手段として、この造粒の間において周期的に衝突
   要素を水面に対して上昇・下降させることにより、前記
   の半径方向距離を周期的に変えるための手段を含んでい
   る、溶融金属から金属粒を製造する装置。 １０、第２の手段が毎分３０〜３００回の振動数、１０
   〜１００ｃｍの行程長さで作動するものであり、衝突要
   素の水面上の最低の高さは５ｃｍよりも大きく、造粒の
   間における溶融金属の流れの全落下高さは、４０〜１０
   ０ｃｍの間の一定の高さになっている、請求項９に記載
   の溶融金属から金属粒を製造する装置。 １１、第２の手段が油圧シリンダー・ユニットを含んで
   いる、請求項９に記載の溶融金属から金属粒を製造する
   装置。 １２、タンク内の水の深さが、少なくとも溶融金属の液
   滴がどんな固体表面にも付着しない程度まで凝固するた
   めに十分な深さに造られている、請求項９に記載の溶融
   金属から金属粒を製造する装置。