專利名稱：對熔融物料進行驟冷的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及以制成細(xì)碎形式的熔融物料，尤其涉及制備這些細(xì)碎物料的方法，特別是這些物料是陶瓷材料的情況。
在本領(lǐng)域內(nèi)，已知制成熔融狀態(tài)的物料最好的是通過快速驟冷操作，使其溫度降至更易控制的溫度。為此，可以將熔化物倒入水中，但是這會產(chǎn)生相當(dāng)大量的蒸汽，且需要大量額外的水。另外，水會引入雜質(zhì)或者引起不適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。為了克服這一問題，有人提出將熔融的物料滴在某種冷卻介質(zhì)(如鋼球)上，或者滴入厚鋼板之間的空腔內(nèi)。將物料滴在作為冷卻介質(zhì)的鋼球上，還有將產(chǎn)物從冷卻介質(zhì)上分離的問題。而將物料滴在鋼板之間時，鋼板會變質(zhì)，需要時常更換。用空氣或水驟冷解決了這兩個問題，但是卻存在著局限性，就是得不到能夠被粉碎并分級成磨料工業(yè)所需全部范圍內(nèi)磨料粒度的粗料。
然而，對于陶瓷和耐火材料，較好的方法是用空氣驟冷熔融物料。在該方法中，熔融物料流被注入到冷空氣的高速流中。湍流則將熔融物料流分成液滴，這些液滴被空氣冷卻，使得起初在液滴的外表面形成殼層，其厚度逐漸增加，直至所有的液滴均被固化。然而，這種方法也存在著問題，由于據(jù)估計，在殼層具有足夠強硬以承受顆粒之間的相互接觸之前(此相互接觸可能會使殼層破裂，導(dǎo)致碰撞的液滴/顆粒之間產(chǎn)生熔融)，液滴/顆粒需要運動長達15英尺。另外，該方法還會產(chǎn)生許多粉塵，造成收集和污染的問題。
現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法，用此方法熔融陶瓷物料可以被迅速固化得到較均勻的球狀顆粒，而產(chǎn)生最少量的粉塵。該方法適用于制備各種陶瓷材料，包括氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鋁/氧化鋯、氧化鎂等。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供了一種用于驟冷熔融陶瓷物料的方法，該方法包括將熔融陶瓷物料流加入到湍流的流體流中，溫度和流量是使得熔融物料流被擊碎成物料液滴流，這些液滴被夾帶在流體流中并進行冷卻。然后，將經(jīng)冷卻的液滴從流體中分離出來。這一分離在旋風(fēng)分離器中可方便地進行。
在較好的方法中，流體流包括水滴或夾帶在空氣中的水滴，盡管使用僅僅包含空氣的流體流也可以。然而，水的存在是非常需要的，因為水滴可大大促進熔融陶瓷物料滴的有效冷卻。還可以預(yù)見到，其它氣體(如氮氣和二氧化碳)可用來代替空氣。但是，空氣具有其明顯的優(yōu)點，就是成本低且容易得到，所以是最佳的選擇。
在本發(fā)明的一個較佳實施方案中，經(jīng)過一個弓形狹縫將空氣或空氣/水混合物注入，狹縫弓形的凹面向上。流體流的流速應(yīng)使得被夾帶的熔融物料不會穿透該流體流，該流體流形成一種通道，在其中熔融物料被夾帶著一起運動。
旋風(fēng)分離器是一個垂直取向的漏斗形容器，其切向流入口位于漏斗的上部，出口位于漏斗的下端。流體從流入口引入，繞著分離器的內(nèi)壁以螺旋方式盤旋而下，然后從出口出去。在該方法中，空氣和蒸汽(在流體含水的情況下，在熔融陶瓷物料冷卻時產(chǎn)生的蒸氣)從旋風(fēng)器(cyclone)的上端流出。固化的物料滴，以及在流體流中含水的情況下未蒸發(fā)成汽的水則從旋風(fēng)器的底部分離出去。然后對顆粒進行干燥。
通常需要在旋風(fēng)器的內(nèi)部裝置一些隔板以消散(break up)流動中的漩渦，因為這些漩渦會產(chǎn)生振動效應(yīng)，該振動效應(yīng)會在整個時間范圍內(nèi)損害系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性。
旋風(fēng)器的頂部還可以裝上一套排氣系統(tǒng)，但是更通常的是，只要注入口上方的長度足夠大，頂部可以是任其敞開的，不會有什么嚴(yán)重的問題。
因為在旋風(fēng)器中發(fā)生熱交換，所以通常需要使得至少一部分旋風(fēng)器配備有冷卻外套以吸收回收的熱量。在該方法的注入相中使用水的情況下，得到的產(chǎn)物是濕的，需要經(jīng)過干燥操作后才能裝袋和運輸。然而，在這些情況下，可以使回收的顆粒保持足夠的熱量用來干燥，無需單獨的干燥步驟。在這種情況下，干燥可以通過僅僅是先令水排盡，然后讓顆粒在傳輸機上呈一薄層風(fēng)干來完成。
本發(fā)明特別適用于制備要求盡可能細(xì)的結(jié)晶形式的熔融物料。本發(fā)明在制備氧化鋯耐火材料中有特殊的用途，此時在氧化環(huán)境下的快速驟冷減少了最終產(chǎn)物中氮化物和碳化物的含量。完全氧化的產(chǎn)物在耐火工業(yè)中被認(rèn)為是有利的。本發(fā)明還可用于氧化鋁/氧化鋯磨料的驟冷，此時的快速固化往往會使四方形的氧化鋯穩(wěn)定，四方形的氧化鋯被認(rèn)為在研磨性能上具有有益的效果。另外，通過控制流動的湍流，有可能得到具有不同粒度分布的顆粒，它們可直接用作磨料，或者經(jīng)過進一步粉碎或分級制成磨料。
附1表示本發(fā)明一個裝置的垂直剖面圖。
圖2表示

圖1所示裝置的旋風(fēng)器部分的俯視圖。
圖3表示本發(fā)明另一個用水炮的實施方案。
較佳實施方案的描述現(xiàn)在結(jié)合附圖中所示的裝置詳細(xì)描述本發(fā)明。
在圖1中，熔爐1用來制備熔融的陶瓷物料。熔融物料從熔爐出來，經(jīng)過噴口2，進入旋風(fēng)器6的入口4。熔體流被夾帶在經(jīng)過輸送噴管(entraining jet)3輸入的空氣流、水流或空氣/水流中。額外的冷卻水可通過位于入口4開口處的環(huán)5加入旋風(fēng)器6中。輸送噴管在高壓下操作，在其噴口和通向旋風(fēng)器的入口之間產(chǎn)生一湍流區(qū)，它有效地將熔融物料流擊碎成許多細(xì)小的液滴，這些細(xì)小液滴在進入旋風(fēng)器時固化并冷卻。在物料進入旋風(fēng)器的位置以上有一個延伸部分7，用于防止在操作時顆粒從旋風(fēng)器中甩出。
旋風(fēng)器中可裝置一些隔板(圖中未示出)，用于確保冷卻更均勻并減少可能的振動。流體從旋風(fēng)器中出來，沉積在設(shè)計用來收集固體顆粒的分離器裝置9中。陶瓷物料從分離器出來，沉積在傳送-收集器10上。
還可以在旋風(fēng)器前頭放置另一套冷卻系統(tǒng)，這樣所有的熔融產(chǎn)物在進入旋風(fēng)器之前就被固化了，然后旋風(fēng)器的作用是進行進一步的冷卻，且最終從陶瓷產(chǎn)物中分離出所有的水，這種方式通常也是有利的。這種另一套冷卻系統(tǒng)的一個例子是“水炮”(water cannon)，裝備有該裝置的設(shè)備的一個例子如圖3所示。熔融產(chǎn)物從熔爐1中出來，經(jīng)過噴口2，灌入來自霧化噴嘴3的流體流中，沿著這段水炮管14朝前流動，水炮管內(nèi)配有許多噴水環(huán)(water rings)15，它們的噴口指向水炮內(nèi)，沿其長度方向形成角度。在每個噴水環(huán)的前面有隔板擋住，以防止在噴水環(huán)上有產(chǎn)物聚集，而這會導(dǎo)致蒸汽爆炸。水炮的出口放置在旋風(fēng)器的入口處。
該系統(tǒng)的優(yōu)點是可以使用較大量的冷卻水，如果需要的話進一步設(shè)計水炮，使其配有許多冷卻環(huán)，每個冷卻環(huán)配有關(guān)閉閥，這樣就可以仔細(xì)控制所用的水量。水炮可以與旋風(fēng)器分離，也可以接在旋風(fēng)器上。
該裝置可以使用完全是水、或完全是空氣，或者是水和空氣混合物的流體流。在特別好的一個實施方案中，通過一根半開的一英寸管，提供空氣/水混合物，該混合物是壓力90磅/英寸2(psi)的空氣，加入壓力約40磅/英寸2的水。由該裝置得到的產(chǎn)物是氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(最多約含5重量％的氧化釔)，其粒度不小于100篩目，大多數(shù)由1/4英寸的粗顆粒組成。
在通常的用水霧化的方法(不含空氣)中，得到的是幾乎沒有小于40篩目的大顆粒。單獨使用空氣，可得到細(xì)得多的粒度分布。若用水和空氣的混合物，則得到中等的粒度分布。然而，一般來說，流經(jīng)噴管3的霧化流體流的流速越高，霧化就越好，所得顆粒就越細(xì)。正如預(yù)期的那樣，熔融陶瓷物料流也會影響顆粒的粗度。對于任何給定的流體流量而言，熔融陶瓷物料的流量越高，產(chǎn)物就越粗。
該裝置的有效性通過使用含5％MgO和95％氧化鋁的尖晶石物料進行了評定。通過噴管注入100磅/英寸2的水，并且讓45磅/英寸2的水流經(jīng)環(huán)的噴口產(chǎn)生水幕。如此制得的粗產(chǎn)物，其過40篩目的產(chǎn)物約少于3％(重量)。
當(dāng)通過輸送噴管注入80磅/英寸2的空氣，且經(jīng)過與上述相同的水幕時，得到產(chǎn)物的粒度細(xì)得多。
使用含10％氧化鋁、5％二氧化硅、85％氧化鋯的陶瓷物料，通過環(huán)的噴口噴射水，在輸送噴管中只用空氣，結(jié)果在70篩目的篩網(wǎng)上留下99.78％(重量)的產(chǎn)物，在30篩目的篩網(wǎng)上留下90.6％(重量)的產(chǎn)物，只有42.28％(重量)的產(chǎn)物粗于12篩目。
使用相同的陶瓷原料，但是關(guān)閉噴水環(huán)噴口，在輸送噴管中提供空氣/水混合物，發(fā)現(xiàn)類似的情況在70篩目的篩網(wǎng)上留下99.79％(重量)的產(chǎn)物，約40.47％的產(chǎn)物粗于12篩目。
僅僅在輸送噴管中使用空氣，且不用噴水環(huán)，則粒度分布有一些變細(xì)在70篩目的篩網(wǎng)上僅留下91.2％(重量)的產(chǎn)物，在30篩目的篩網(wǎng)上留下59.75％的產(chǎn)物，只有19.17％(重量)的產(chǎn)物粗于12篩目。
權(quán)利要求
1.一種用于驟冷熔融陶瓷物料的方法，該方法包括將熔融陶瓷物料流加入到湍流的流體流中，使得熔融陶瓷物料流被擊碎成物料液滴流，這些物料液滴被夾帶在流體流中，并進行固化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中陶瓷物料選自氧化鎂、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁/氧化鋯混合物，以及用小部分氧化釔、二氧化硅、氧化鎂和它們的混合物改性的氧化鋁或氧化鋯。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中湍流的流體流選自空氣、水、以及空氣和水的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中湍流的流體流夾帶著熔融陶瓷物料經(jīng)過水幕。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中湍流的流體流被注入到水炮的開口處。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中夾帶著陶瓷顆粒的湍流的流體流以與旋風(fēng)器側(cè)壁相切的流動方式進入旋風(fēng)器容器中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中旋風(fēng)器配有內(nèi)部隔板，用以消散流體/陶瓷顆?；旌衔锏牧鲃印?br> 8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中控制旋風(fēng)器的溫度，使得顆粒從旋風(fēng)器中出來時保持足夠的熱量，而不需要單獨應(yīng)用加熱步驟來使顆粒變得基本上干燥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方法,該方法能使熔融陶瓷物料快速驟冷,它是將熔融陶瓷物料流送入湍流的流體流中,使得熔融陶瓷物料流被擊碎成液滴,然后,這些液滴在被送入經(jīng)過旋風(fēng)器時進行固化,最終從流體流中分離出來,以干燥的粒狀陶瓷材料形式被收集。
文檔編號C04B35/653GK1202877SQ96198558
公開日1998年12月23日 申請日期1996年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月29日
發(fā)明者P·J·阿什利, L·希利, C·E·納普, R·G·德默斯, D·C·巴徹勒 申請人:圣戈本工業(yè)陶瓷股份有限公司