СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ Российский патент 2002 года по МПК B22F9/10 

Изобретение относится к технике диспергирования расплавов и может быть использовано в порошковой металлургии, а также в процессах химической промышленности.

Диспергирование расплавов в основном производится без использования нагнетающих устройств и осуществляется либо при помощи центробежных механических распылителей, либо в струе газа (жидкости)-носителя.

Способы струйного диспергирования характеризуются высокими удельными энергетическими затратами и в крупнотоннажном производстве являются малоэффективными. Дополнительно они требуют значительных затрат на вспомогательное производство (компрессорные станции и поддержание экологического баланса (газоочистка)). Способы, в которых расплав под действием центробежных сил течет по рабочему элементу и распыляется за его пределами, обеспечивают производство полидисперсного порошка при относительно невысоких производительностях [1].

Известен способ [2], в котором для сужения фракционного состава полученного продукта и увеличения производительности процесса во время диспергирования повышают давление среды. Давление создают путем вращения расплава вместе с обогреваемой емкостью, на периферии которой размещена центробежная форсунка.

К недостаткам способа следует отнести сложность подвода тепла и поддержания стабильной температуры вращающейся емкости, особенно при распылении материалов с высокой температурой плавления. Поэтому способ нашел применение при получении порошков легкоплавких материалов (олово, сплава Вуда).

Известен способ получения гранул из расплавленного шлака и дроссов [3] путем выливки расплава на неохлажденное многоугольное вращающееся устройство с ребрами или на неохлажденное вращающееся цилиндрическое устройство, оборудованное лопастями, периферийная скорость вышеуказанных ребер или лопаток составляет не менее 10 м/с при наличии достаточного количества этих ребер или лопаток, чтобы обеспечить не менее 40 ходов этих ребер или лопастей в секунду через определенную точку. Вышеуказанное вращающееся устройство может быть полое и включает в себя 2 фланца, на которых установлены лопатки, образующие цилиндрическую поверхность вращения диаметром 150-800 мм.

Наиболее близким аналогом является способ [4], в процессе которого расплав подают в зону диспергирования, и диспергирование ведут ударом лопасти центробежно-ударного распылителя. Для уменьшения разброса по крупности диспергированных частиц лопасти распылителя покрывают пленкой легкокипящего вещества.

Преимуществом способа является высокая производительность при стабильности и надежности процесса. Использование легкокипящего вещества обеспечивает гидродинамическую стабилизацию течений в зоне дробления струи расплава и одновременно ослабляет кавитационное разрушение лопастей диспергатора.

К недостаткам прототипа следует отнести высокие затраты на проведение и обеспечение вспомогательного процесса вследствие необходимости использования ожиженного газа, а также ограниченность применения данного способа из-за возможного загрязнения основного продукта легкокипящим веществом.

Кроме того, при ударе лопатки по струе расплава образовавшаяся пленка деформируется и удаляется из зоны контакта, что приводит к увеличению времени удара и уменьшению коэффициента восстановления при ударе. Образующаяся на лопатке пленка легкокипящего вещества имеет незначительную толщину и деформационные процессы в ней не могут существенно выравнить эпюру скоростей в отраженном потоке. Поэтому существенного сужения крупности частиц не происходит.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении удельных энергетических затрат на высокопроизводительное диспергирование расплава жидкости, который характеризуется суженным фракционным составом.

Технический результат заключается в том, что полученные гранулы имеют минимальный разброс по грансоставу, достигается стабильность и надежность процесса диспергирования, а также обеспечивается экономичность процесса.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения порошков, включающем подачу расплава в зону диспергирования, диспергирование струи расплава ударом лопатки центробежно-ударной форсунки, согласно изобретению обеспечивают условия для неупругого удара взаимодействующих масс в зоне контакта струи расплава с лобовой поверхностью лопатки, отводя часть диспергируемого объема струи через перфорированную лопатку из ее лобовой поверхности в донную; причем площадь перфорации лопатки выбирают из условия обеспечения неравенства V₁≥V₂,
где V₁ - окружная скорость лопатки; V₂ - начальная скорость диспергирования струи после удара.

Обеспечение условий для неупругого удара в зоне контакта струи расплава с лобовой поверхностью лопатки путем отвода части диспергируемого объема струи через перфорируемую лопатку из ее лобовой поверхности в донную позволяет приблизить скорость диспергируемого объема струи к окружной скорости лопатки и практически формировать равномерно эпюру скоростей в отраженном потоке. Близость скоростей в диспергируемом потоке приводит к сужению диапазона размеров образующихся частиц.

Регулирование площади перфорации лопасти центробежно-ударного распылителя обеспечивает дросселирование (отвод) части диспергируемого потока через отверстия в лопатке.

Этим обеспечивается регулирование коэффициента восстановления при ударе и соответственно длительность удара и качество равномерности эпюры скоростей отраженного потока. Поэтому максимальная равномерность эпюры скоростей отраженного потока может быть достигнута при выполнении условия при диспергировании V₁≥V₂.

Таким образом, перечисленные существенные отличия позволяют по сравнению с прототипом получить новое качество обеспечения условий для неупругого удара взаимодействующих масс, что обеспечивает увеличение производительности процесса при сужении границ разброса гранулометрического состава полученного продукта. Одновременно исключаются условия появления кавитационного разрушения лопастей диспергатора.

На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для осуществления способа получения гранул.

На фиг.2 показана форсунка, вид сбоку.

На фиг.3 показана лопатка с перфорацией в виде сквозных отверстий.

Устройство состоит из миксера 1 для расплава центробежно-ударной форсунки 2 с лопатками 3, на которых имеется перфорация 4. Центробежно-ударная форсунка крепится на валу 5, вращающемся от привода 6.

Расплав из миксера через сифон 7 поступает в трубу 8, которая проходит к форсунке 2.

Реализация способа в описанном устройстве осуществляется следующим образом.

Расплав (см. фиг.1) из миксера 1 при помощи сифона 7 сливали в трубопровод 8, откуда под действием сил гравитации поступает на лопатку 3 с перфорацией 4 центробежно-ударной форсунки 2, вращающейся на валу 5. При ударе лопатки 3 по струе расплава последняя под действием силы инерции растекается в пленку. В зоне контакта расплава с лобовой поверхностью лопатки часть диспергируемого объема расплава отводится через перфорацию лопатки 3 из ее лобовой поверхности в донную, что позволяет приблизить скорость диспергируемого объема струи расплава к окружной скорости лопатки и практически формировать равномерно эпюру скоростей расплава в отраженном потоке и соответственно получать суженный диапазон по размеру частиц.

Путем подбора площади перфорации лопатки обеспечивается регулирование коэффициента восстановления при ударе и соответственно длительность удара и равномерность эпюры скоростей отраженного потока. Максимальная равномерность эпюры скоростей отраженного потока достигается при выполнении условия при диспергировании V₁≥V₂.

Капли расплава затвердевают в полете и осаждаются на поверхности камеры для диспергирования.

Преимуществом данного способа является то, что он позволяет получать продукт - гранулы с минимальным разбросом по грансоставу получаемых частиц. Способ отличается простотой конструкции используемых устройств и соответственно обеспечивает стабильность и надежность процесса диспергирования и большой срок службы используемых устройств.

Способ может быть использован также при диспергировании растворов или суспензий, например, при подаче в печь "кипящего" слоя в диспергируемом виде хлормагниевых растворов или суспензий, состоящих из хлормагниевого раствора и твердых частиц отработанного электролита магниевого производства.

Способ отличается экономичностью процесса. Удельные энергетические затраты на диспергирование одной тонны расплава не превышают 1,0 кВт•ч.

Пример реализации способа
В процессе испытаний устройства для реализации способа исследовалась возможность получения гранул с минимальным разбросом по грансоставу получаемых частиц из расплава отработанного электролита магниевого производства, хлормагниевого раствора и суспензии, состоящей из хлормагниевого раствора и частиц отработанного электролита.

Параметры устройства: производительность - 5-7 т/ч; максимальный диаметр лопаток - 250 мм; мощность электродвигателя - 5 кВт.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Изменяя площадь перфорации лопатки, скорость вращения форсунки и число лопаток, можно варьировать заданный фракционный состав гранул.

Источники информации
1. Д. Г. Пажи, А.А.Корягин. Э.А.Ламп. Распыливающие устройства в химической промышленности.- М.: Химия, 1975, с.199.

2. Авт. св. СССР 1827325, кл. В 22 F 9/10, опубл.1993.

3. Патент США 4348340, кл. В 01 J 2/02 от 07.09.1982.

4. Патент России 2009028, кл.В 22 F 9/10 опубл.1994.

Изобретение относится к технике диспергирования расплавов и может быть использовано в порошковой металлургии, а также в процессах химической промышленности. В предложенном способе, включающем подачу расплава в зону диспергирования, диспергирование струи расплава ударом лопатки центробежно-ударной форсунки, согласно изобретению обеспечивают условия для неупругого удара взаимодействующих масс в зоне контакта струи расплава с лобовой поверхностью лопатки, отводя часть диспергируемого объема струи через перфорированную лопатку из ее лобовой поверхности в донную; причем площадь перфорации лопатки выбирают из условия обеспечения неравенства V₁≥V₂, где V₁ - окружная скорость лопатки, V₂ - начальная скорость диспергирования струи после удара. Полученные гранулы имеют минимальный разброс по грансоставу, достигается стабильность и надежность процесса диспергирования, а также обеспечивается экономичность процесса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ получения гранул, включающий подачу расплава в зону диспергирования, диспергирование струи расплава ударом лопатки центробежно-ударной форсунки, отличающийся тем, что обеспечивают условия для неупругого удара взаимодействующих масс в зоне контакта струи расплава с лобовой поверхностью лопатки, отводя часть диспергируемого объема струи через перфорированную лопатку из ее лобовой поверхности в донную. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что площадь перфорации лопатки выбирают из условия обеспечения неравенства V₁≥V₂, где V₁ - окружная скорость лопатки; V₂ - начальная скорость диспергирования струи после удара.