Область техники
Данное изобретение относится к способу и устройству для получения твердых частиц из потока расплавленного материала.
Уровень техники
В настоящее время используется ряд способов получения твердых частиц из потока расплавленного материала, при этом данные способы известны как процессы гранулирования. Как правило, процессы гранулирования включают в себя заливку потока расплавленного материала в камеру грануляции, в которой этот проходящий вниз поток расплавленного материала распыляется с помощью диспергирующего элемента, заставляющего данный поток диспергироваться (т.е. разделяться) на некоторое количество частиц расплавленного материала.
Указанные частицы расплавленного материала подвергаются резкому охлаждению за счет контактирования с охлаждающим агентом, обычно водой, чтобы обеспечить быстрое охлаждение частиц, в результате чего образуются заданные гранулы. Обычно используется большой объем воды для резкого охлаждения диспергированных частиц расплавленных материалов в соотношении от девяти до двадцати частей воды на одну часть расплавленного материала.
Предшествующие процессы гранулирования обеспечивали получение гранул различных размеров, при этом указанные гранулы подлежат отделению от воды после резкого охлаждения, что требует использования вспомогательного оборудования для сепарации, в результате чего затраты увеличиваются.
Другая проблема, связанная с известными способами резкого охлаждения водой, состоит в опасности взрывов. Известно, что контакт между чрезвычайно горячими частицами расплавленного материала и водой приводит к интенсивным реакциям, при которых операторы и оборудование могут подвергаться опасности.
Резкое охлаждение частиц может происходить внутри резервуаров с водой, имеющих взрывозащищенный кожух, чтобы предотвратить возникновение таких опасных условий, которые могли бы создать проблемы с точки зрения обеспечения безопасности; следовательно, это также приводит к увеличению стоимости оборудования.
В последние годы были проведены исследования для разработки новых способов, при которых используются меньшие объемы воды, что делает эти способы более безопасными для операторов и оборудования.
Патент США 5667147, выданный на имя Alfred Edlinger, представляет собой пример таких подходов, и в этом патенте раскрывается способ и устройство для гранулирования расплавленных материалов. Струю расплавленного материала вводят посредством инжектора под давлением в смесительную камеру, в которую вводят под давлением поток сжатого воздуха и воды, чтобы способствовать диспергированию указанной струи расплавленного материала внутри камеры. Вода, введенная в камеру под давлением, расширяется, придавая большую кинетическую энергию диспергируемым частицам. Частицы затвердевшего материала вводятся в зону с уменьшенным поперечным сечением, расположенную ниже камеры.
После прохода через такую зону с уменьшенным поперечным сечением диспергированные частицы проходят через диффузор, пересекая поперечный поток пара, поступающий из другого диффузора и способствующий большему диспергированию частиц. После этого происходит столкновение частиц с перегородкой для достижения их заданного размера.
То обстоятельство, что диспергирование частиц основано на расширении воды в закрытой камере, представляет собой недостаток с точки зрения использования устройства и способа, раскрытых в патенте США 5667147, поскольку это требует точного регулирования объемов воды, впрыскиваемой для осуществления заданного расширения, что непросто выполнить. Это делает работу (устройства) сложной и может в конце концов помешать достижению цели, то есть получению затвердевших гранул расплавленного материала.
Краткое изложение сущности изобретения
Устройство для отвода тепла и для затвердевания частиц расплавленного металла по настоящему изобретению содержит по меньшей мере один эжектор (выталкиватель) диспергирующего/охлаждающего агента, создающий поток диспергирующего/охлаждающего агента высокого давления, по существу, проходящий поперек нисходящего в направлении потока расплавленного материала с тем, чтобы вызвать эффект диспергирования, который позволяет образовать и охладить частицы расплавленного или полурасплавленного материала. Указанный поток высокого давления диспергирующего/охлаждающего агента содержит воду и газ высокого давления.
Данное устройство может быть дополнительно снабжено по меньшей мере одним каналом для газа низкого давления, обеспечивающим подачу потока диспергирующего/охлаждающего агента низкого давления, который, по существу, проходит поперек указанного потока частиц расплавленного или полурасплавленного материала, чтобы усилить эффекты диспергирования и охлаждения.
Указанные частицы расплавленного или полурасплавленного материала сталкиваются с транспортирующим устройством, которое обеспечивает транспортировку их в место сбора. Транспортирующее устройство снабжено вибратором, который сообщает колебательное движение транспортирующему устройству для предотвращения повторного спекания частиц, которые все еще находятся в процессе охлаждения.
Транспортирующее устройство также снабжено наклоняющим устройством, которое обеспечивает возможность изменения наклона транспортирующего устройства для того, чтобы обеспечить возможность пребывания частиц на транспортирующем устройстве в течение более короткого или более длительного периода времени с тем, чтобы частицы имели достаточно времени для охлаждения.
Дополнительно может быть предусмотрена воронка, которая служит для сбора диспергированных частиц и перемещения их на транспортирующее устройство с тем, чтобы предотвратить “непопадание” каких-либо частиц на транспортирующее устройство. Воронка снабжена вибратором, который сообщает воронке колебательное движение, чтобы предотвратить повторное спекание частиц, которые все еще находятся в процессе охлаждения.
Могут быть предусмотрены трубы для охлаждающей воды, предназначенные для выпуска потока охлаждающей воды на внутренние стенки воронки, а также на транспортирующее устройство, что способствует охлаждению диспергированных частиц. Этот поток охлаждающей воды также служит для защиты стенок воронки от нагрева.
Транспортирующее устройство может быть снабжено множеством ступеней, и может быть предусмотрена труба для охлаждающего воздуха/воды, предназначенная для выпуска потока охлаждающего воздуха/воды, проходящего, по существу, поперек частиц, падающих со ступени транспортирующего устройства на следующую ступень.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, которые исключительно в иллюстративных целях показывают некоторые варианты осуществления изобретения.
Фиг.1 схематично иллюстрирует первый вариант осуществления устройства для отвода тепла и затвердевания частиц расплавленного материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет собой изображение, схематично показывающее вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.1, в котором используется дополнительный поток низкого давления для усиления эффектов диспергирования и охлаждения.
Фиг.3 схематично иллюстрирует второй вариант осуществления устройства для отвода тепла и затвердевания частиц расплавленного материала согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 представляет собой изображение, схематично показывающее вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.3, в котором используется многоступенчатое транспортирующее устройство.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Фиг.1 показывает первый вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению. Проходящий вниз низходящий поток 2 расплавленного материала течет под действием силы тяжести из желоба 1, и этот поток пересекается диспергирующим/охлаждающим потоком 5 высокого давления, поступающим из эжектора 17 для диспергирующего/охлаждающего агента.
В данном варианте осуществления эжектор 17 содержит трубу 4 для газа высокого давления, которая обеспечивает подачу потока газа под высоким давлением, например воздуха или азота, при этом труба 4 соединена с трубой 3 для эжекции воды, которая обеспечивает подачу потока выталкиваемой воды, в результате чего на выходе эжектора 17 создается диспергирующий/охлаждающий поток 5 высокого давления.
Диспергирующий/охлаждающий поток 5 высокого давления проходит, по существу, поперек низходящего потока 2 расплавленного материала, чтобы вызвать разделение последнего на частицы расплавленного или полурасплавленного материала 6, одновременно вызывая охлаждение указанных частиц 6.
После этого диспергированные частицы 6 расплавленного или полурасплавленного материала попадают на транспортирующее устройство 7, сталкиваясь с ним, и это устройство обеспечивает перемещение частиц 6 в зону их сбора. Некоторые частицы 6 будут уже охлаждены при соударении их с транспортирующим устройством 1, однако некоторые частицы 6 могут находиться в полурасплавленном состоянии, что делает эти частицы 6 способными к повторному спеканию.
Для предотвращения повторного спекания указанных частиц 6, которые еще находятся в полурасплавленном состоянии, транспортирующее устройство 7 соединено с вибратором 8 транспортирующего устройства, который сообщает колебательное движение транспортирующему устройству 7, препятствующее повторному спеканию указанных частиц 6, которые еще находятся в процессе охлаждения.
Транспортирующее устройство 7 также снабжено наклоняющим устройством 9, которое обеспечивает возможность изменения наклона транспортирующего устройства 7 для того, чтобы обеспечить возможность пребывания частиц 6 на транспортирующем устройстве 7 в течение более короткого или более длительного периода времени с тем, чтобы частицы 6 имели достаточно времени для охлаждения. Таким образом, когда частицы 6 сбрасываются в конечной точке их сбора, например в отвале 10, частицы 6 находятся уже в полностью затвердевшем состоянии.
На фиг.2 изображено устройство по фиг.1, в котором используется канал 11 для газа низкого давления, причем газ может представлять собой воздух или азот, а указанный канал 11 обеспечивает подачу диспергирующего/охлаждающего потока 12 низкого давления, который проходит, по существу, поперек указанных частиц 6 в зоне, расположенной непосредственно под зоной, в которой частицы 6 были диспергированы за счет действия указанного находящегося диспергирующего/охлаждающего потока 5 высокого давления, проходящего поперек указанного низходящего потока 2 расплавленного материала.
Контакт между частицами 6 и диспергирующим/охлаждающим потоком 12 низкого давления усиливает эффект охлаждения частиц 6 и, кроме того, заставляет указанные частицы 6 смещаться в поперечном направлении при падении в направлении транспортирующего устройства 7. Это заставляет частицы 6 оставаться падающими в течение немного более длительного периода времени, что способствует их охлаждению.
Как также можно видеть на фиг.2, труба 13 для охлаждающей воды обеспечивает подачу потока 14 охлаждающей воды на транспортирующее устройство 7 для того, чтобы усилить эффект охлаждения частиц 6, перемещаемых на транспортирующем устройстве 7, при этом указанный поток 14 охлаждающей воды также защищает транспортирующее устройство 7 от нагрева под действием тепла от частиц 6, который мог бы вызвать повреждение транспортирующего устройства 7. Труба 13 для охлаждающей воды является возможной, но необязательной, и может быть использовано более одной такой трубы, при этом использование указанной трубы 13 для охлаждающей воды зависит от свойств расплавленного материала, заливаемого в желоб 2. Другими словами, эта труба 13 для охлаждающей воды может быть использована всякий раз, когда частицы 6, падающие на транспортирующее устройство 7, имеют сравнительно высокую температуру, что может потребовать наличия потока 14 охлаждающей воды для охлаждения частиц 6.
На фиг.3 изображен второй вариант осуществления устройства для отвода тепла и для затвердевания частиц расплавленного материала согласно настоящему изобретению. Этот вариант осуществления, в основном, содержит те же части, которые были описаны выше в связи с рассмотрением фиг.1 и 2, поэтому для простоты не будет снова описываться то, каким образом происходит разделение потока 2 расплавленного материала на частицы расплавленного или полурасплавленного материала 6, поскольку в данном варианте осуществления такое разделение (диспергирование) происходит так же, как описано ранее.
Следует отметить, что, несмотря на наличие в данном варианте осуществления канала 11 для газа низкого давления, предназначенного для обеспечения подачи диспергирующего/охлаждающего потока 12 низкого давления, указанный канал 11 для газа низкого давления может быть исключен, и это зависит от свойств потока расплавленного материала, который подлежит разделению на частицы 6.
Устройство, показанное на фиг.3, отличается от ранее показанных устройств тем, что в нем используется воронка 15, которая служит для сбора диспергированных частиц 6 и перемещения их на транспортирующее устройство 7 с тем, чтобы предотвратить возможность “непопадания” (пролетания мимо) каких-либо частиц на транспортирующее устройство 7, как это можно видеть на фигуре.
Воронка 15 снабжена вибратором 16, который сообщает воронке 15 колебательное движение, чтобы “предохранить” частицы, которые все еще находятся в процессе охлаждения, от повторного спекания в то время, когда они перемещаются вниз внутри воронки 15 в направлении транспортирующего устройства 7.
Также могут быть предусмотрены трубы 13 для охлаждающей воды, предназначенные для выпуска потока 14 охлаждающей воды на внутренние стенки воронки 15, что способствует охлаждению частиц 6 в процессе их перемещения вниз внутри воронки 15 в сторону транспортирующего устройства 7, причем указанный поток 14 также защищает воронку 15 от нагрева под действием тепла от частиц 6, которые еще охлаждаются, в противном случае этот нагрев мог бы вызвать повреждение воронки 15.
На фиг.4 изображено такое же устройство, какое показано на фиг.3, в котором используется многоступенчатое транспортирующее устройство. На фиг.4 исключительно в целях пояснения примером показано транспортирующее устройство, предусмотренное с двумя ступенями. Можно видеть первый транспортер 1’, который снабжен вибратором 8’ и наклоняющим устройством 9’, и второй транспортер 1’’, который снабжен вибратором 8’’ и наклоняющим устройством 9’’.
Использование многоступенчатого транспортирующего устройства способствует охлаждению частиц 6 по мере того как частицы 6, проходящие от одной ступени на другую ступень, ускоряются под действием силы тяжести, при этом контакт между частицами и воздухом во время этого прохождения обеспечивает дополнительное охлаждение. Следует подчеркнуть, что количество ступеней транспортирующего устройства не ограничено двумя, как показано на фиг.4, и при необходимости может быть использовано любое количество ступеней.
Дополнительно может быть использована по меньшей мере одна труба для охлаждающего воздуха/воды, предназначенная для выпуска охлаждающего потока воздуха/воды, проходящего, по существу, поперек частиц 6, падающих со ступени транспортирующего устройства в направлении следующей ступени, что обеспечивает усиление эффекта охлаждения.
Следует указать, что может быть использовано более одного эжектора 17 диспергирующего/охлаждающего агента с целью обеспечения подачи диспергирующего/охлаждающего потока 5 высокого давления. Аналогичным образом, может быть использовано более одного канала 11 для газа низкого давления с целью обеспечения подачи диспергирующего/охлаждающего потока 12 низкого давления.
Известно, что с течением времени объем, температура и состав потока 2 расплавленного материала могут изменяться, и такое изменение может создать проблемы при обеспечении надлежащего функционирования устройства по изобретению. Например, изменение свойств потока расплавленного материала, например увеличение скорости потока или увеличение температуры, может привести к тому, что частицы 6 не будут затвердевшими, когда указанные частицы поступают в место их сбора, что может вызвать повторное спекание (агломерацию) частиц.
Варианты осуществления устройства для отвода тепла и для обеспечения затвердевания частиц согласно настоящему изобретению, описанные выше, обеспечивают возможность принятия некоторых мер для предотвращения повторного спекания частиц. Например, скорость потока воды, поступающего в трубу 3 для эжекции воды или в каждую трубу 13 для охлаждающей воды, может быть увеличена; кроме того, частота колебаний вибратора 8 транспортирующего устройства может быть увеличена, или наклон транспортирующего устройства может быть уменьшен с помощью наклоняющего устройства 9. Такие меры могут быть предприняты по отдельности или вместе, чтобы придать большую гибкость (универсальность) устройству для отвода тепла и затвердевания частиц расплавленного металла согласно настоящему изобретению.
Несмотря на то что устройство для отвода тепла и затвердевания частиц расплавленного металла согласно настоящему изобретению было описано здесь в соответствии с предпочтительными вариантами его осуществления, специалисты в данной области техники легко поймут, что изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления и что могут быть выполнены модификации и замены, не выходящие за рамки идеи и объема изобретения, которое ограничено только содержанием приложенной формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к области металлургии, конкретно к получению твердых частиц из потока расплавленного материала. Способ включает подачу диспергирующего охлаждающего потока высокого давления поперек потока расплавленного материала для образования частиц расплавленного или полурасплавленного материала, которые собирают на транспортирующем устройстве. Транспортирующее устройство снабжено вибратором и наклоняющим устройством. Предусмотрена воронка для сбора частиц, а также трубы для охлаждающей воды, которую подают на внутренние стенки воронки и на транспортирующее устройство. Использование изобретения упрощает процесс затвердевания частиц расплавленного материала и обеспечивает его универсальность. 2 н. и 40 з.п. ф-лы, 4 ил.
US 5667147 А, 16.09.1997 | |||
Способ сушки сухой гипсовой штукатурки | 1959 |
|
SU131668A1 |
US 4461636 А, 24.07.1984 | |||
RU 2064461 С1, 27.07.1996 | |||
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛЯЦИИ РАСПЛАВА ШЛАКА | 1996 |
|
RU2103233C1 |
Способ грануляции шлаковых расплавов | 1976 |
|
SU622775A1 |
Авторы
Даты
2004-08-20—Публикация
2000-01-26—Подача