NO156114B - Fremgangsmaate og anordning for avrunding av kornformede faste partikler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte og anordning for avrunding av kornformede faste partikler, særlig av hårdt knust granulat. Avrundende partikler fremstilles allerede ved hjelp av forskjellige fremgangsmåter.

En meget utbredt fremgangsmåte er innsprøytning av smeltet material i en gasstrøm. Denne fremgangsmåte anvendes hovedsakelig for fremstilling av kuleformet metallpulver, men benyttes også for fremstilling av pulver av ildfast material. Denne fremgangsmåte har imidlertid den ulempe at den vanlig-vis ikke kan anvendes for særlig hårde materialer, slik som oksyder, karbider, borider og nitrider eller ildfaste materialer som har en hardhet lik eller >7 i Mohs hårdhetsskala. Grunnen til dette er at mange av disse materialer har meget høyt smeltepunkt og ikke alle forblir kjemisk stabile i smeltet tilstand. Det er heller ikke alltid mulig å hindre dannelse av innhule kulepartikler ved innsprøyting i gass-strømmen.

En annen kjent fremgangsmåte for fremstilling av avrundede partikler er såkalt overflatesmelting og dermed avrunding av partiklene i en høyenergistrøm, f.eks. i en plasmastrøm. Også i dette tilfellet kan fremgangsmåten bare anvendes for materialer som er stabile i smeltet tilstand, og er dessuten begrenset til partikkelstørrelser av størrelsesorden 10-200

Ved agglomerering eller kompaktering av passende fint pulver og påfølgende sintring kan det videre i henhold til DE-OS 2.948.584 fremstilles avrundede formlegemer. En sådan fremgangsmåte er imidlertid også ufordelaktig, da materialet på forhånd må males ned til 1/100 til 1/1000 av den endelig til-siktede partikkelstørrelse for i det hele tatt å oppnå et pulver som kan sintres, og diameteren av sluttproduktet er derfor begrenset til området fra ca. 0,4 til 5 mm.

Andre prosesser som kan komme på tale, slik som sol-gel-prosessen og sprøytegranulering, er også beheftet med ulemper. Sol-gel-prosessen kan bare anvendes for visse spesielle materialer, og anvendes hovedsakelig for fremstilling av små oksydkuler i størrelsesområdet <500 ^um.

Det oppnådde partikkelprodukt ved sprøytegranuleringen har ikke tilfredsstillende kvalitet. Bare partikler med lav densitet kan fremstilles på denne måte, p.g.a. den løse strukturoppbygning.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte å frembringe en tilsvarende anordning for avrunding av kornformede faste partikler av hvilken som helst form, og særlig av hårdt knust granulatmaterial, og som ikke oppviser de ulemper som foreligger ved de ovenfor angitte fremstillingsprosesser. Denne fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen er angitt i det etterfølgende krav 1, mens den tilsvarende anordning er angitt i krav 4.

Utgangsmaterialets partikkelstørrelse ligger hensiktsmessig i området 100 ^um til 5 mm. Det valgte væskemedium må naturligvis være slik at det verken oppløser eller oppløses i utgangsmaterialet. Av økonomiske og praktiske grunner foretrekkes vann for dette formål. Væskestrømmen må være tilstrekkelig kraftig til at gjensidig slitasje opptrer mellom partiklene ved anslag mot hverandre.

Ytterligere fordeler, særtrekk og detaljer ved foreliggende oppfinnelse er angitt i etterfølgende underkrav og i den følgende beskrivelse av foretrukkede utførelser av oppfinn-elsesgjenstanden, samt ved hjelp av den vedføyde tegning som skjematisk viser et snitt gjennom en anordning i henhold til oppfinnelsen og som er egnet for utførelse av foreliggende fremgangsmåte.

Et munnstykke 2 for tilførsel av det flytende medium er an-bragt i den nedre ende av en konusformet trakt 1, som er utstyrt med et utløpsrør 11, mens et overløp er anordnet ved den øvre ende av trakten 1. I sin enkleste utførelsesform er munnstykket 2 et sylinderformet rør. Dette rør rager hensiktsmessig inn i det indre av trakten 1 for derved å oppnå en mer effektiv partikkelavrunding. Ved denne anordning deles den kjegleformede del av trakten 1 over sin høyde H i en nedre sone A og en øvre sone B. Den nedre sone A er begrenset til en høyde h, som tilsvarer lengden av den del 22 av munnstykket 2 som rager inn i den kjegleformede del av trakten 1. Fortrinnsvis er høyden h omkring 1/10 av høyden H. For at de partikler som befinner seg i den nedre sone A også skal kunne ta del i avrundingsprosessen, tilføres med mellomrom ekstra væske ved hjelp av et rørformet hjelpemunnstykke, som bringer stillestående material i den nedre sone A til å trenge opp i den øvre sone B av trakten 1, hvilket vil si inn i den aktive sone. Pulserende inn- og utkobling av ekstramunnstykket 4 oppnås på enklest måte ved hjelp av en magnetventil 5. Overløpet 3 er utformet som en renne og har på et sted et utløp 6, hvorigjennom væsken sammen med det fine slitasjeavrevne material ved avrundingen føres ut av trakten. Etter at dette avrevne material er skilt fra væsken på i og for seg kjent måte, kan den rensede væske atter til-føres munnstykket 2. (Skilleanordningen og væskens kretsløp er ikke angitt på tegningen). Når utgangsmaterialet er avrundet i tilstrekkelig grad, avbrytes væsketilførselen for en kort tid, og ventilen 7, som fortrinnsvis er en trykkluft-membranventil, blir åpnet, således at det avrundede partikkelmaterial kan strømme ut og i en skilleanordning (ikke inn-tegnet) befries for den medfølgende væske, som kan pumpes tilbake til trakten.

For å hindre at de avrundede partikler skylles ut av trakten I, er det funnet at den midlere synkehastighet for de avrundede partikler i den anvendte væske må være minst 10 ganger væskens hastighet i det øvre området b av den øvre sone B i trakten 1, nemlig området i nærheten av overløpet 3.

For at mengden av avrundede partikler som fremstilles pr. tidsenhet skal bli så stor som mulig, samtidig som det sørges for at alle partikler avrundes i samme grad, hvilket vil si homogent, er det funnet fordelaktig at traktens halve åpningsvinkelcCligger mellom 14 og 22°. Hvis åpnings-vinkelen er for stor, vil en del av det avrundede material ha en tendens til å holde seg ubevegelig ved traktveggen, mens på den annen side materialgjennomløpet vil avta hvis denne vinkel er for liten. En optima1-verdi oppnås når vinkelencc er 18-19°. For å sikre at de partikler som skal avrundes ikke kan forlate trakten gjennom overstrømningen 3, er det også fordelaktig å velge høyden H av trakten 1, slik at den er minst 2,5 ganger høyden av det stillestående utgangsmaterial før avrundingsprosessen settes i gang. For en høyde H på 150 cm, oppnås optimal arbeidsfunksjon hvis material-mengden i trakten på dette tidspunkt er omkring 50 kg, og væskens volumstrøm er 30 liter/minutt. Når væskens volum-strøm er 50 liter/minutt, vil omkring 75 kg utgangsmaterial være optimalt, hvilket vil si at en økning av væskens volum-strøm til 50 liter/minutt medføre en tilnærmet proporsjonal økning av materialgjennomløpet, eller at omkring 1,6 kg utgangsmaterial kan behandles pr. liter/minutt volumstrøm. Dette forhold er nesten uavhengig av det material som skal behandles, hvis dets densitet er minst 2 g/crn"^. Væskens hastighet i den øvre sone B fastlegges i området b ved hjelp av munnstykket 2 med fordel til en sådan verdi at denne hastighet ikke beløper seg til mer enn 1/20 av den midlere synkehastighet for de partikler som skal. behandles i den anvendte væskemengde.

Væskemengden gjennom hjelpemunnstykket 4 bør fortrinnsvis være i det minste dobbelt så stor som væskegjennomløpet gjennom munnstykket 2.

Ved behandling av materialmengder på 50 kg utgangsmaterial i en trakt med høyde H på 150 cm, og en åpningsvinkel cC på 18,5° kunne en rundhet (sfærisitet) i henhold til Krummbein på over 0,6 oppnås etter 55 timer (W. Krummbein: Measurement and Geological Significance of Shape and Roundness of Sedimentary Particles, Journal of Sedimentary Petrology, 2, 64-72, 1941).

EKSEMPEL 1

50 kg silisiumkarbid-slipekorn av kornstørrelse F 14 (etter FEPA - Fédération europeenne des fabricants de produits abrasifs) tilsvarende et størrelsesområde på 1,19-1,68 mm ble innført i en vannfylt trakt 1 med høyde 150 cm og største diameter 100 cm (oC = 18,5°). Vann ble innført i trakten 1 med en volumstrøm på 30 liter/minutt gjennom det sylinder-formede munnstykke 2, hvis innerdiameter var 5 mm og som raget 12 cm inn i trakten 1. Ekstramunnstykket 4, som hadde en innerdiameter på 4 mm, ble innstilt til å være virksomt i 20 sekunder for hvert 10. minutt, og hver gang avgi væske med en volumstrøm på 60 liter/minutt. Etter 48 timers behandling ble det gjenværende partikkelmaterial, som tilsvarte 60% av den opprinnelige rna terialmengde, fjernet fra trakten. Disse partikler hadde en rundhet på 0,6-0,7 etter Krummbeins skala. Den midlere kornstørrelse var 1,2 mm.

EKSEMPEL 2

Ved anvendelse av samme utstyr og ved samme driftsforhold som i det første eksempel ble en materialmengde på 50 kg corundum, kornstørrelse SN 24 (i henhold til FEPA), tilsvarende størrelsesområdet 0,64-0,84, behandlet i 138 timer. Det material som ble fjernet etter denne behandling hadde en rundhet på 0,6 og en overflateglatthet på 0,9. Utbyttet av avrundet partikkelmaterial var 68% av den opprinnelige materialmengde.

Høyere utbytte kan oppnås hvis det anvendes hensiktsmessig størrelsesavpasset utgangsmaterial.

Det avslipte fine material som føres ut gjennom overløpet, ble oppfanget i en sedimenteringstank og anvendt for fremstilling av mikro-partikkelmaterial. Anvendelse av oppfinnelsens fremgangsmåte fører til at selv etter kort be-handlingstid på mindre enn 1 time kan massedensiteten av, granulært material økes i vesentlig grad. Etter behandling av silisiumkarbid av kornstørrelse SN 8 i henhold til FEPA, tilsvarende et størrelsesområde på 2,0-2,8 mm, var det f.eks. mulig å øke materialets massedensitet med 15% etter 1 times behandling, samt med 27% etter 3 timers behandling, sammen-lignet med massedensiteten for det ubehandlede material. Materialer som er behandlet på denne måte, kan hensiktsmessig anvendes som ildfaste eller varmebestandige materialer, da de oppviser høyere bestandighet overfor oksydasjon enn det ubehandlede material. Ved anvendelse som slipekorn oppviser de også fordeler, da seigheten av de avrundede partikler er meget større enn for ikke avrundede partikler. Hårde materialer som er avrundet ved oppfinnelsens fremgangsmåte er også egnet for overflatebehandling av metaller (shot peening). Det avrundede partikkelmaterial kan også utnyttes som proppmaterialer for spaltefylling i oljeindustrien.

De hårde partikkelmaterialer som er fremstilt ved oppfinnelsens fremgangsmåte kan også benyttes for tilvirkning av slitasje-bestandige deler eller sjikt, f.eks. i kverner, separatorer, sykloner eller mateledninger, hvis de utnyttes som fyllmaterial i plast- og harpiksmasser, eller i klebe-midler.

EKSEMPLER 3

Deler som utsettes for slitasje i en kulekvern ble belagt med et omtrent 1,5 mm tykt sjikt av epoksy-harpiks som inneholdt som fyllmiddel 55 volum% SiC-partikler som hadde blitt avrundet ved foreliggende fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen og hadde en midlere diameter på 355 ^um. Etter de første 500 driftstimer kunne nesten ingen tegn på slitasje påvises for slitasjesjiktene.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for avrunding av kornformede, faste partikler, særlig av hårdt knust granulat, ved at partikler av vilkårlig kornform settes i vedvarende relativ bevegelse i en traktformet beholder (1) ved hjelp av en væskestråle som tilføres gjennom den nederste og smaleste ende av beholderen, karakterisert ved at væskens bevegelses-hastighet innenfor et øverste område (b) av beholderen nær-mest dens overløpskant innstilles til høyst 1/10 og fortrinnsvis ikke mer enn 1/20 av partiklenes midlere synkehastighet i den anvendte væske.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, i det tilfelle væskestrålen ledes inn i beholderen gjennom et rør (2) som rager en viss avstand (h) inn i beholderen, således at beholderen derved deles inn i en nedre sone (A) nedenfor rørets munning og en øvre sone (B) ovenfor rørmunningen, karakterisert ved at det material som befinner seg i den nedre sone (A) av trakten (1) overføres til den øvre sone (B) av trakten (1) ved at ytterligere væske tilføres den nedre sone gjennom et hjelpemunnstykke (4).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at væskestrømningen gjennom hjelpemunnstykket (4) er minst dobbelt så stor som væske-strømningen gjennom røret (2).

4. Anordning for avrunding av kornformede faste partikler, særlig av hårdt knust granulat, og som omfatter en traktformet beholder (1) hvor partiklene settes i vedvarende relativ bevegelse ved hjelp av en væskestråle gjennom beholderens nederste og smaleste ende, karakterisert ved at den traktformede beholder (1), hvis halve åpningsvinkel (oc) ligger mellom 14 og 22°, fortrinnsvis mellom 17 og 20°, er utstyrt med et overløp (3), et innløpsrør (2) for væskestrålen i traktens lengdeakse og hvis øvre del (22) rager inn i beholderen (1) i en avstand (h) som høyst er lik 1/10 av beholderens høyde (H), samt et hjelpemunnstykke (4) i beholderens utløp (11).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at høyden (H) av den traktformede beholder (1) er minst 2,5 ganger høyden av leiet av partikkelmaterial i stillestående tilstand.

6. Anvendelse av material som er avrundet i samsvar med fremgangsmåten i krav 1-3 som fyllmaterial i slitasjebe-standinge sjikt, særlig i masser av epoksy-harpiks.