TW201509531A - 粉碎裝置 - Google Patents

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TW201509531A TW103123597A TW103123597A TW201509531A TW 201509531 A TW201509531 A TW 201509531A TW 103123597 A TW103123597 A TW 103123597A TW 103123597 A TW103123597 A TW 103123597A TW 201509531 A TW201509531 A TW 201509531A
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Paul Tockert
Gruiter Christian De
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Wurth Paul Sa
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    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
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Abstract

一種藉由重力衝擊使固化熔渣餅破碎且排出該等破碎熔渣塊之粉碎裝置(101、201),該粉碎裝置包含:衝擊柵格(110),其用於接收下落的熔渣餅;至少兩個支撐架(120),其具有上端部及下端部,其中每一支撐架(120)之該上端部附接至該衝擊柵格(110)且該下端部可固定至地面,其中該衝擊柵格(110)以相對於水平面成介於10°與40°之間的角度α來佈置,且其中每一支撐架(120)包含被動振動元件(122、300),該振動元件整合有彈簧佈置。

Description

粉碎裝置
本發明一般而言係關於來自金屬工業,諸如來自鐵工業之熔渣的粒化,且更特定而言係關於所謂的乾式熔渣粒化技術。
習知地,冶金熔渣係在水中加以粒化。水淬火確保冶金熔渣之快速固化,在鼓風爐熔渣之狀況下,此快速固化為獲得有價值產物之必要條件。
最近,已提出一種用於熔渣粒化之替代解決方案,即所謂的乾式熔渣粒化製程,其中將(冷的)固體金屬粒子添加至模具內部的熱液體熔渣,以便形成混合熔渣粒餅(mixed slag-particle cake)(WO 2012/034897、WO 2012/080364)。效果為:熔渣快速固化成玻璃化狀態而無需大量冷卻水且不會產生有害氣體。此外,固體金屬粒子為化學惰性的且可易於藉由使混合熔渣粒餅破碎而分離、回收以及重新使用(參見WO 2012/034897)。另外,來自固化熔渣及金屬粒子兩者之熱量可回收於諸如熱交換器之適當裝置中(參見WO 2012/080364)。
為完全得益於乾式熔渣粒化製程,因此重要的是,使混合熔渣粒餅破碎至足以允許後續處理的程度。此外,鑒於普通冶金設施中所產生的熔渣量且為確保適當的工作速率,典型的熔渣粒餅之重量為1000kg至 10000kg。
尤其已提出的是,使熔渣粒餅自某一高度脫離模具而落於所謂的衝擊板上,該熔渣餅在該衝擊板上破碎成較小碎塊。實際上,此種衝擊板不僅必須適合於使餅塊破碎,而且亦應整合能夠排出破碎熔渣塊的機構。又一實際限制條件在於:此種排出應在相對短的時間內發生,因為熔渣餅通常係自無端輸送機型鑄造機以規則間隔落下。用以排出的典型時間可短達幾秒。
用以獲得破碎及排出的此等兩種效果的一個可能性在於:提供具有相對於水平面成某一角度或斜度的衝擊板。然而,若此角度過於平坦,則熔渣餅會破碎但不會完全排出板件,或在不提供諸如刮刀或等效物之其他機構的情況下無法排出板件。此外,破碎熔渣塊於板件上之存在可防止或至少妨礙下一餅塊之適當破碎。
另一方面,若此角度過於陡峭(歸因於重力而明顯增加排出速率),則熔渣餅可能不(充分地)破碎,且甚至更糟糕的是,該熔渣餅以整個巨大塊體形式投射,從而帶來與此種投射相關聯的所有潛在風險。
可納入考慮的用於使熔渣粒餅破碎之其他方法包括習知的粉碎機,諸如顎式粉碎機或鼓形粉碎機。然而,此等(主動)裝置之主要缺點在於:在操作及重要的維護工作期間,歸因於該等裝置所經受的重負載及磨損,此等裝置通常需要大量的能量。
技術問題
因此,本發明之目的在於提供一種設備或裝置以及一種方法,從而允許有效地及高效地使熔渣粒餅破碎,同時容許高的工作速率。 此外該設備、裝置以及方法應允許快速地排出破碎的熔渣塊及粒子,較佳為無需複雜及昂貴的輔助裝備。
為達成此目的,在一第一觀點中,本發明因此提出一種藉由重力衝擊使固化熔渣餅破碎且排出該等破碎熔渣塊之粉碎裝置,該粉碎裝置包含:衝擊柵格,其用於接收下落的熔渣餅;至少兩個、較佳地三個或更佳地四個支撐架,其具有上端部及下端部。每一支撐架之該上端部附接至該衝擊柵格且該下端部可固定至地面。該衝擊柵格以相對於水平面成介於10°與40°之間的角度α來佈置。每一支撐架包含被動振動元件,該被動振動元件整合有彈簧佈置。
實際上,對習知衝擊板型裝置之高破壞動力及高排出速率的要求看來是不相容的。板件角度之增加提高排出速率,但卻以餅塊之可靠破碎及裝置之周遭環境的總安全性為代價。
因此,若欲使用達成熔渣餅之可靠及有效破碎的衝擊板型裝置(相對平坦的斜度),則將提供某種附加的排出機構及裝備來解決下一衝擊之前在迅速清除該衝擊板方面的不足。此外,鑒於熔渣餅之大小及重量,所提出的任何解決方案必須能夠耐受高衝擊力及嚴重的磨損條件。
取代藉由已知用於自表面排出材料的附加專用機構(諸如增加刮刀或提供用以在衝擊之間暫時地改變板之斜度的機構)來解決材料自衝擊板之排出問題,已發現的是,藉由以柵格替換板件及藉由提供以上提及的被動振動元件,可以簡單而有效的方式來協調適當破碎及迅速排出的兩個明顯相反的要求。要注意的是,在本發明之範圍中,表達「被動振動 元件」意指無需附加致動器且無需外部電源來產生所要振動。
因此,此種裝置不僅允許使自某一高度(通常2m至8m)掉落於衝擊柵格上,進而經受巨大衝擊力的熔渣及混合熔渣粒餅有效地破碎。該裝置亦確保破碎材料(熔渣塊及金屬粒子)之快速排出,兩者皆藉由使小於柵格條之間距離的碎塊落出柵格,且藉由使較大碎塊不僅歸因於重力,而且歸因該被動振動元件之搖動效果而滑下柵格。
事實上,如本文所提出的裝置之優點為多重的:‧材料之顯著部分直接經由衝擊柵格的幾乎瞬時排出,‧材料之剩餘者歸因於該材料於柵格上之更均勻分佈而自該柵格更勻稱地流動,該均勻分佈本身又歸因於被動振動元件所提供的短暫而有效的衝量/反彈,‧完全被動式解決方案使該衝擊能量之部分轉向(swerving)來增強排出,亦即,無需外部能量,‧在衝擊區中沒有移動及/或突出部件或諸如刮刀或類似物的繁複工具,且因此沒有損壞此等部件及工具之風險且無需提供該等部件及工具,‧操作及維護成本低,‧對粉塵的敏感度低,以及‧對嚴酷外部溫度條件的敏感度低。
本發明之範圍中的彈簧佈置可為能夠暫時地儲存衝擊能量之至少部分以便用於轉換成振動動作的任何裝置。因此,適合的彈簧佈置可為任何壓縮或扭轉型彈簧,諸如螺旋彈簧;墊圈彈簧佈置;摩擦彈簧佈置或開孔或閉孔金屬發泡材。較佳地,粉碎裝置中之彈簧佈置為摩擦彈簧 佈置。
本文所使用的摩擦彈簧或摩擦彈簧佈置在本領域中為已知的。一個特別適當的類型由一系列獨立的內外配合錐形環組成,該等錐形環堆疊在一起來形成柱體或堆疊。堆疊通常包括2至50個環(或在要求或需要時更多個環),較佳為10至40個環。內環及外環沿摩擦彈簧之長度向下交替;在施加軸向負載情況下,錐形面之楔塞作用使外環擴展且徑向地收縮內環。
在另一觀點中,粉碎裝置包含被動振動元件,其中彈簧佈置、較佳地為摩擦彈簧佈置可預拉伸。預拉伸該(摩擦)彈簧佈置之優點在於:振動移動之幅度可取決於所要或所需的振動程度而加以控制。預拉伸佈置為已知的,且適當的解決方法可基於螺帽及螺栓型系統,其中摩擦彈簧在兩個彈簧座之間藉由擰緊或鬆開該螺帽來預壓縮。
在又一觀點中,振動元件中之至少一些包含反作用於(摩擦)彈簧佈置的振動控制機構。控制(摩擦)彈簧佈置之彈回允許於材料上達成彈跳效果,且因而防止材料散佈在裝置周圍。適當的振動控制機構包含充當(摩擦)彈簧佈置之反作用彈簧的(其他)彈簧,諸如螺旋彈簧、墊圈彈簧佈置(亦稱為貝氏彈簧)或彈性體。為進一步控制或能夠微調(摩擦)彈簧佈置反沖,該反作用彈簧亦可具備預拉伸系統,諸如類似於上述系統的螺帽及螺栓系統。該反作用彈簧佈置之適當控制亦有助於減少不合需要的粉塵排放。
衝擊柵格較佳地包含若干間隔分開的平行格柵條,該等格柵條藉由若干橫向元件來附接。該等格柵條較佳地為於邊緣上加以安裝的鋼 條,該等鋼條具有適當厚度及寬度以便耐受此種裝置之衝擊力及磨損。相鄰格柵條之間的距離取決於將要處理的材料。然而,此距離通常介於0.1m與0.5m之間,較佳為介於0.3m與0.4m之間。
穿過衝擊柵格掉出之材料及滑下該柵格之材料預備好進一步處理,諸如回收熱量及使金屬粒子再循環(例如,如說明書中所引用的專利文件中所述)。
在一個實施例中,來自衝擊柵格之材料諸如藉由在該衝擊柵格下方提供材料滑槽來通向靠近粉碎裝置的卸料區。在一較佳實施例中,該滑槽諸如藉助於桿件來懸置至該衝擊柵格。此替代例之特定優點在於:該衝擊柵格之振動亦將用來增強材料自該滑槽的排出。此種材料滑槽較佳地以相對於水平面成介於15°與60°之間的角度β來佈置。
尤其諸如皮帶型輸送機之其他收集/移動裝置可用於衝擊柵格下方,以便將粉碎材料收集及/或移動至任何後續處理。
在又一觀點中,本發明亦涵蓋一種用於粉碎熔渣餅之方法, 其中該等熔渣餅掉落於與相對於水平面成介於10°與40°之間的角度α來佈置的衝擊柵格上,該衝擊柵格安裝於至少兩個、較佳為四個支撐架上,該等支撐架具有上端部及下端部,其中每一支撐架之該上端部附接至該衝擊柵格且該下端部固定至地面,每一支撐架包含被動振動元件,該被動振動元件整合有彈簧佈置、較佳摩擦彈簧佈置以便增強該粉碎熔渣材料自該柵格的排出。詳言之,如本文所述,本發明亦係關於使用該粉碎裝置之任何實施例、變體、替代例或較佳特徵組合。
在另一觀點中,本發明亦係關於一種使用包含鑄模之鑄造設 備來對熱液體熔渣進行乾式熔渣粒化的方法。此種方法大體上包含以下步驟:a)將一定量的熱液體熔渣傾注於鑄模中,b)將固體金屬粒子添加至該含熱液體熔渣的鑄模,c)將來自步驟(b)之該金屬粒子熔渣混合物冷卻,以便獲得固化熔渣餅,以及d)使該固化熔渣餅自該模具掉落於如本文所述之粉碎裝置上,或使用以上方法。
最後,本發明亦涵蓋一種包含如本文所述之粉碎裝置的熔渣處理設施或機具設備。
101、201‧‧‧用於使固化熔渣餅破碎之裝置
110‧‧‧衝擊柵格
120‧‧‧支撐架
121‧‧‧間隔元件
122、300‧‧‧被動振動元件
123‧‧‧柵格鉸接安裝件
124‧‧‧底座鉸接安裝件
125‧‧‧底座板
130‧‧‧滑槽、流道
131‧‧‧連接桿
240‧‧‧輸送機
250‧‧‧收集器
251‧‧‧漏斗
252‧‧‧加料機
310‧‧‧上方滑動套筒
311‧‧‧摩擦彈簧佈置之內摩擦環
312‧‧‧摩擦彈簧佈置之外摩擦環
320‧‧‧下方摩擦彈簧座
321‧‧‧上方摩擦彈簧座
322‧‧‧摩擦彈簧預拉伸軸
324‧‧‧摩擦彈簧預拉伸螺帽
325‧‧‧摩擦彈簧預拉伸螺帽鎖
330‧‧‧反作用彈簧預拉伸軸
331‧‧‧反作用彈簧
332‧‧‧下方反作用彈簧座
333‧‧‧下方反作用彈簧螺帽
334‧‧‧上方反作用彈簧座
335‧‧‧反作用彈簧預拉伸螺帽
336‧‧‧反作用彈簧預拉伸螺帽鎖
350‧‧‧下方滑動套筒
1101‧‧‧格柵條
1102‧‧‧橫向元件
1103‧‧‧側向防濺板
1104‧‧‧側向偏轉板
1105‧‧‧用於柵格鉸接安裝件的安裝銷
現將參考隨附圖式,藉助於實例來描述本發明之較佳實施例,在圖式中:圖1為根據本發明之裝置之一個實施例的示意性側視圖;圖2為根據本發明之裝置之另一實施例的示意性側視圖;圖3為可用於根據本發明之裝置中的被動振動元件之較佳實施例的橫截面圖;以及圖4為可用於根據本發明之裝置中的衝擊柵格之實施例的示意性俯視圖。
本發明之其他細節及優點將自以下參考附加圖式對若干非限制性實施例之詳細描述而明白。
圖1為裝置101之較佳實施例的示意性圖示,該裝置用於藉由重力衝擊來使固化熔渣餅破碎且同時排出破碎熔渣塊。此種裝置能夠耐受巨大衝擊力。作為一實例,自2.5m高度落下的具有4t質量之熔渣餅作用於柵格上的衝擊能量總計約100000J,或換言之,相應於約1750t的力係以每隔幾秒衝擊一次的速率來作用於柵格。圖1之裝置包含衝擊柵格110,該衝擊柵格藉助於柵格鉸接安裝件123來安裝至四個支撐架120。支撐架120藉由底座板125來安全地固定至地面。
支撐架120中每一者包含被動振動元件122(諸如,例如圖3中所示的振動元件300)及較佳地為間隔元件121,以便產生組件之所要高度及/或斜度α。如將關於圖3更清晰地描述(參見以下),此種振動元件122通常包含具有內部彈簧佈置(較佳為摩擦彈簧佈置)之兩個同心伸縮滑動套筒(參見例如圖3中的310及350)。
為容許柵格110在受熔渣餅撞擊時進行一定程度的移動,支撐架120中的兩者進一步包含底座鉸接安裝件124,而其他支撐架則不使用鉸鏈來固定至地面。
衝擊柵格110主要包含格柵條1101(圖1中不可見,參見圖4),該等格柵條在柵格110的自上側至下側的預期向下流動方向上平行佈置。此等格柵條1101由橫向元件1102(圖1中不可見,參見圖4)以諸如例如0.1m至0.5m之適當距離間隔分開。明顯的是,格柵條1101、較佳地為安裝於邊緣上的扁平鋼條,必須正確地設定尺寸來耐受衝擊時所產生的巨大力。衝擊柵格110較佳地亦在其側邊上包含具有某一高度之側向防濺板1103,該高度高出柵格以便幫助側向彈射的熔渣塊停留在柵格上,或取 決於該等熔渣塊之大小而落出該柵格。衝擊柵格110亦可包含處於柵格110之平面下方的側向偏轉板1104,以便引導下落的碎塊例如進入滑槽130中。
的確,圖1之實施例進一步包含滑槽或流道130,該滑槽或流道藉由連接桿131以角度β懸置於衝擊柵格110下方。此組態之特定優點在於:衝擊柵格110之振動衝量傳遞至滑槽130,進而亦加速熔渣塊之排出。的確,當熔渣餅撞擊柵格110時,破碎餅塊之較小碎塊直接落出衝擊柵格110,落於該滑槽130上且由於重力而滑下此滑槽。
圖2為用於使固化熔渣餅破碎之裝置201的另一較佳實施例的示意性圖示,該裝置包含衝擊柵格110,該衝擊柵格藉助於柵格鉸接安裝件123來安裝至四個支撐架120。支撐架120藉由底座板125安全地固定至地面。
如圖2中所示,安裝至支撐架120的衝擊柵格110之基本設計類似於圖1中相應元件之基本設計。主要差異在於:滑槽由直接處於裝置下方的諸如皮帶型輸送機之輸送機240替換。與滑槽相反,輸送機並未連接至衝擊柵格110。為促進且控制對輸送機之饋送,可提供收集器250,其中材料收集於漏斗251中且藉助於加料機252來分佈於輸送機240上。在其他實施例中,收集器250可整合有可控制材料閘(未圖示),以便調節材料於輸送機240上之流動。此外,收集器250亦可整合有主動粉碎單元(未圖示)或由該主動粉碎單元替換,以便進一步減小材料之大小及/或粉碎在衝擊時未充分碎裂的餅塊。
圖3為可用於本發明之情形的具有摩擦彈簧佈置之被動振動元件300的橫截面圖,該被動振動元件例如圖1及圖2中的振動元件122。 要理解的是,圖3展示無需得益於所述振動或搖動效果的可選元件。
在該被動振動元件最簡單的一種形式中,可用於本發明中的被動振動元件包含滑動地插入下方套筒350中的上方套筒310。在此組件總成內,由許多交替的內摩擦環311及外摩擦環312之堆疊製成的摩擦彈簧佈置係佈置來將衝擊能量中之一些耗散成熱量,且更重要地,將衝擊能量之部分轉換來傳遞衝擊柵格110之振動或搖動效果(而且,若可適用,則傳遞至懸置滑槽130,如圖1中所示)。可在下方套筒與上方套筒之間提供波紋管式密封件(未圖示),以便防止粉塵進入振動元件。
在另一較佳實施例中(圖3中亦展示附加元件),(摩擦)彈簧佈置可藉由提供例如下方摩擦彈簧座320及上方摩擦彈簧座321以及諸如螺栓及螺帽總成之預拉伸佈置(例如,圖3中之預拉伸軸322、螺帽324以及螺帽鎖325)來預拉伸。(摩擦)彈簧之預拉伸允許控制分配至柵格之搖動/振動的能量總量,摩擦彈簧預拉伸愈多,搖動/振動之幅度愈小。
在又一較佳實施例中(圖3中亦展示附加元件),被動振動元件300亦可包含反作用彈簧佈置331,其如圖3中所示亦可有利地預拉伸:反作用彈簧331係藉助於螺帽及螺栓總成333、335、336來固定於下方彈簧座332與上方彈簧座334之間。
反作用彈簧佈置允許控制(摩擦)彈簧佈置之反彈速度。此可用來避免材料在熔渣餅之衝擊後遭回射。
在此種組態中,彈簧佈置及反作用彈簧佈置兩者較佳如圖3中所示同心地定位。其他組態當然亦在本發明之情形內。
圖4呈現衝擊柵格110之較佳實施例的俯視圖,該衝擊柵格 包含大量間隔分開的格柵條1101(在此例中為7根格柵條),該等格柵條藉由橫向元件1102於邊緣上加以組裝且固定在一起。在圖4中,此等間隔元件1102中之兩者具備安裝銷1105,其用於接收各別支撐架120之柵格鉸接安裝件123。
圖4亦展示位於衝擊柵格110之每一側邊上的側向防濺板1103,該側向防濺板向外突出且處於格柵條1101之上某一高度處。在格柵條1101下方,側向偏轉板1104經佈置來將材料引導至滑槽或輸送機(未圖示)中。

Claims (13)

  1. 一種藉由重力衝擊使固化熔渣餅破碎且排出該等破碎熔渣塊之粉碎裝置(101、201),該粉碎裝置包含一衝擊柵格(110),其用於接收下落的熔渣餅,至少兩個、較佳為四個支撐架(120),其具有一上端部及一下端部,其中每一支撐架(120)之該上端部附接至該衝擊柵格(110),且該下端部可固定至地面,其中該衝擊柵格(110)以相對於水平面成介於10°與40°之間的一角度α來佈置,其中每一支撐架(120)包含一被動振動元件(122、300),該被動振動元件整合有一彈簧佈置。
  2. 如申請專利範圍第1項之粉碎裝置,其中該彈簧佈置為一摩擦彈簧佈置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之粉碎裝置,其中該彈簧佈置可預拉伸。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之粉碎裝置,其中該等被動振動元件中之至少一些包含反作用於該彈簧佈置的振動控制機構。
  5. 如申請專利範圍第4項之粉碎裝置,其中振動控制機構包含一螺旋彈簧、一墊圈環佈置或一彈性體。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之粉碎裝置,其中振動控制機構可預拉伸。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之粉碎裝置,其中該衝擊柵格包含若干大量間隔分開的平行格柵條,該等格柵條藉由若干橫向元件來附接。
  8. 如申請專利範圍第7項之粉碎裝置,其中相鄰格柵條之間的距離介於 0.1m與0.5m之間,較佳為介於0.3m與0.4m之間。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之粉碎裝置,其進一步包含懸置於該衝擊柵格下方的一材料滑槽。
  10. 如申請專利範圍第9項之粉碎裝置,其中該材料滑槽(130)以相對於該水平面成介於10°與60°之間的一角度β來佈置。
  11. 一種藉由重力衝擊粉碎熔渣餅且排出該等破碎熔渣塊之方法,其中熔渣餅掉落於以相對於水平面成介於10°與40°之間的一角度α來佈置的一衝擊柵格上,該衝擊柵格安裝於至少兩個、較佳為四個支撐架上,該等支撐架具有一上端部及一下端部,其中每一支撐架之該上端部附接至該衝擊柵格且該下端部固定至地面,每一支撐架包含一被動振動元件,該被動振動元件整合有一彈簧佈置以便增強該粉碎熔渣材料自該柵格的排出。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法,其使用如申請專利範圍第1至10項中任一項之粉碎裝置。
  13. 一種使用包含鑄模之一鑄造設備來對熱液體熔渣進行乾式熔渣粒化的方法,該方法包含以下步驟:a)將一定量的熱液體熔渣傾注於一鑄模中,b)將固體金屬粒子添加至該含熱液體熔渣的鑄模,c)將來自步驟(b)之該金屬粒子熔渣混合物冷卻,以便獲得一固化熔渣餅,以及d)使該固化熔渣餅自該模具掉落於如申請專利範圍第1至10項中任一項之粉碎裝置上,或使用如申請專利範圍第11或12項之方法。
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