專利名稱：制造顆粒的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由熔融金屬形成溶滴、使所述溶滴在冷卻浴液中冷卻并凝固從而制成顆粒的方法。
由美國專利No.3888956中已經(jīng)知道有一種由熔體特別是由熔融的鐵制造顆粒的方法，在該方法中，使熔融鐵的熔流朝著一個水平的固定部件落下，熔體撞擊該部件時由于其本身的動能而破碎，形成不規(guī)則形狀的熔滴，這些熔滴往上述部件的上方和向外運動，然后向下落入位于所述部件下面的冷卻介質的熔液中。采用這種已知的方法可以制造金屬顆粒，但這種方法有很多缺點和不足。由于熔融金屬撞擊上述部件時形成的熔滴從很小的熔滴到相當大的熔滴大小不等，因此不可能有效地控制顆粒大小和顆粒大小分布。由熔融的鐵合金例如FeCr、FeSi、SiMn制造顆粒時，產(chǎn)生大量的顆粒大小在5mm以下的顆粒。在制造硅鐵顆粒時，顆粒大小在5mm以下的顆粒的數(shù)量一般占被制粒的熔體重量的22-35％。平均顆粒大小為7mm左右，對于硅鐵來說，不希望有尺寸小于5mm的顆粒，特別是不希望有顆粒大小低于1mm的顆粒，因為這些顆粒會懸浮在液體冷卻介質中，從而需要不斷地清理冷卻介質。
由瑞典專利No.439783，人們已經(jīng)知道通過使熔融FeCr的熔流向下落入含水的浴液中使FeCr粒化，該方法是利用在水浴表面以下緊靠該表面設置集中的噴水口使金屬熔流分裂成為熔滴。這種方法產(chǎn)生的小顆粒的數(shù)量相當高，此外，由于金屬熔滴內部可能夾帶著水而使爆炸的危險增大。采用這種方法造粒時，由于形成極端湍流狀態(tài)，所形成的顆粒之間碰撞的次數(shù)很高，這也增加了爆炸的危險性。
本發(fā)明的目的是提供一種改進的熔融金屬?；椒ǎ沟糜锌赡芸朔鲜鲆阎椒ǖ娜秉c和不足。
因此，本發(fā)明是關于一種熔融金屬造粒方法，其中，使至少一個熔融金屬的連續(xù)熔流由出鋼槽或類似裝置向下落入盛放在一個槽內的冷卻浴液中，金屬熔流被分離成熔滴而凝固，這一方法的特征在于，使基本上均勻的冷卻液液流從上述槽的一個側壁大體上垂直地流向下落的金屬熔流，該冷卻液液流的平均速度低于0.1米/秒。
按照一個優(yōu)選的實施方案，使冷卻液液流以低于0.05米/秒的平均速度，由上述容器的一個側壁大體上垂直地流向下落的金屬熔流。
冷卻液的液流最好是具有一個垂直延伸范圍，該范圍從冷卻浴液的液面向下延伸到某一溶度，在該深度上所述顆粒至少已形成一個凝固了的金屬外殼。該冷卻液液流最好具有一個水平延伸范圍，以使液流延伸到金屬熔流的兩側。
按照另一個優(yōu)選的實施方案，從出鋼槽的出口至冷卻浴液表面的垂直距離應小于熔融金屬流直徑(在金屬熔流離開出鋼槽的位置測定的數(shù)據(jù))的100倍。優(yōu)先選擇將上述金屬熔流的垂直距離保持在金屬熔流直徑的5至30倍之間。將金屬熔流的垂直距離保持在其直徑的10至20倍之間所得到的結果最好。
由于將上述金屬熔流的垂直距離與金屬液流直徑之間的比值保持在上面所述的范圍內，因而確保金屬熔流在擊中冷卻浴液表面時是連續(xù)的。從而在冷卻浴液中形成熔滴。
冷卻液最好是使用水。為了使冷卻浴液中各顆粒周圍形成的蒸氣膜保持穩(wěn)定，最好是往冷卻水里加入高達500ppm的表面活性劑，此外還可以向水中加入高達10％的防凍劑，例如甘醇。為了調整pH值，最好在水中加0-5％的NaOH。還可以加入水溶性油，以調節(jié)水的表面張力和粘度。
若用水作冷卻液，供入冷卻液槽的水的溫度要保持在5℃和95℃之間。將硅鐵制粒時，供入冷卻水的溫度最好是在10℃和60℃之間，因為這種作法改善了所制得顆粒的機械性能。
如果想要制造不含氧的顆粒，那最好使用液態(tài)烴特別是煤油作為冷卻液。
當金屬熔流落入冷卻浴液時，在連續(xù)的熔融金屬熔流上由于該熔流內的自感振蕩(selfinduced oscillations)而產(chǎn)生收縮。這些振蕩引起的收縮隨時間而增大，最終導致形成熔滴。這些金屬熔滴凝固并繼續(xù)向下落到槽的底部，利用常規(guī)裝置例如傳送帶或泵將其送出槽外。
由于在金屬熔流向下落入冷卻浴液中并分裂形成熔滴的同時，使冷卻液以不到0.1米/秒的較低速度大致垂直于下落的金屬熔流連續(xù)地流動，冷卻液的液流對熔滴的形成沒有多大影響或完全沒有影響。但是，下落的金屬熔流連續(xù)不斷地被“新鮮”的冷卻液所包圍，致使下落的金屬熔流區(qū)域內的冷卻液的溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，本發(fā)明的一個重要特征是，借助于金屬熔流內自感收縮而使金屬熔流發(fā)生分裂。因此，冷卻浴液對于金屬熔流分裂成為熔滴并沒有貢獻，驅使冷卻液以較低速度流動僅僅是為了使金屬流冷卻。
本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的爆炸危險顯著低于現(xiàn)有技術的方法。冷卻浴液中的平穩(wěn)狀態(tài)使得顆粒之間碰撞的次數(shù)比較低，因而減少了在凝固過程中各個顆粒周圍形成的蒸氣膜層被破壞的可能性。
本發(fā)明的方法可用于多種金屬和合金，例如各種不同硅含量的硅鐵、錳、錳鐵、硅錳、鉻、鉻鐵、鎳、鐵、硅等等。
采用本發(fā)明的的方法，平均顆粒尺寸顯著地增大，顆粒尺寸在5mm以下的顆粒所占的百分比明顯地降低了。對于含硅量為75％的硅鐵，采用本發(fā)明方法得到的平均顆粒直徑為12mm左右，直徑小于5mm的顆粒數(shù)量一般是10％或更低。在試驗室試驗中所獲得平均顆粒直徑為17mm，直徑小于5mm的顆粒的數(shù)量在3-4％范圍內。
下面參照附圖進一步說明本發(fā)明方法的實施方案。


圖1所示為制粒裝置的垂直剖面圖；圖2所示為沿圖1中I-I線的剖面圖。
圖1和圖2中示出了一個冷卻液槽，里面充滿了液體冷卻介質2例如水。在槽1中以傳送帶3的形式設置了一臺裝置，用于將凝固的顆粒送出槽1。在槽1內的冷卻液的液面5上方一定距離上設置了一個用于盛放熔融金屬的中間包4。熔融金屬由盛鋼桶6或類似裝置中連續(xù)地被繞注到中間包4中。連續(xù)金屬熔流7從中間包4中流過確定的開孔或縫隙，降落到冷卻液2的表面5，向下落入冷卻浴液中，此時金屬熔流仍保持連續(xù)流的形式。在槽1的一個側壁8上設置有一個冷卻液供給裝置9。該供給裝置9有一個朝向槽1的開口，所述的開口從冷卻液2的表面向下延伸到槽1內的某一深度，在該深度上所產(chǎn)生的顆粒至少已形成了一個凝固的金屬外殼。在水平方向上，供給裝置9上的開口也有一定的擴展范圍，以使冷卻液流延伸大大超出金屬熔流擊中冷卻浴液2的部位。通過輸送管10將冷卻液連續(xù)地供入設在供給裝置9內的集流腔11。集流腔11上有許多開孔12。調節(jié)輸送管10內的壓力，使形成的水流以最高0.1米/秒的平均速度流入槽1中。設在槽1的側壁8上的供給裝置9的開孔的整個橫截面上，水流的速度基本上是恒定的。在圖1和圖2中用箭頭表示由供給裝置9中流出的冷卻液。
這樣，冷卻水浴2內的金屬熔流總是被來自供給裝置9的平穩(wěn)流動的“新鮮”水所包圍。這個水流的速度不足以使金屬熔流破裂成為熔滴。因此，金屬熔流7將由于當它向下落入冷卻浴液中時開始的自感振蕩而破裂成熔滴13，從而形成有規(guī)則的熔滴，使得所形成的熔滴具有大致均勻的顆粒大小，并且顆粒大小在5mm以下的熔滴所占的百分率也比較小。熔滴13在冷卻浴液2中下落的過程中凝固，借助傳送帶3或其它已知的裝置將其從冷卻液中輸送出去。
通過溢流或通過泵送設備(未示出)從槽1中排出冷卻液，排出量相當于供入的冷卻液數(shù)量。
實施例1
在一臺試驗室裝置中，分批地將6.5kg含Si75％的熔融硅鐵合金制成顆粒。所述裝置如同上面圖1和圖2所描述的那樣。在所有的試驗中，都是用水作為冷卻液，并且水流速度保持在0.05米/秒以下。
試驗條件和結果示于表I中。
表I試驗編號 L/D*水溫℃ D50**％＜5mm1 15 8 1782 30 50 1593 70 90 1510*L/D＝從出鋼槽出口至冷卻浴液表面的金屬熔流長度與在金屬熔流離開出鋼槽的位置測定的金屬熔流直徑之比。**D50＝平均顆粒大小(毫米)實施例2在一臺采用參照圖1和圖2所描述的裝置的工業(yè)生產(chǎn)設備中，分批將含硅75％的硅鐵制成顆粒。每一批由至少2噸熔融合金構成。在所有試驗中均用水作冷卻液。水的流速保持在0.01和0.03米/秒之間。
試驗條件的結果示于表II中。
表II試驗編號L/D 水溫℃D50 ％＜5mm47 25 12 9515 15 11 1067 40 12 10結果表明，對于硅鐵?；瘉碚f，采用本發(fā)明的方法所得到的平均顆粒大小明顯增大，顆粒大小在5mm以下的顆粒所占的百分比由22-35％降低到10％。
實施例3在一臺試驗室裝置中分批將11kg熔融硅錳合金制成顆粒。所述裝置與圖1和圖2所描述的相同。
在所有試驗中，使用含不同數(shù)量甘醇的水作為冷卻液，水流的速度保持在0.05米/秒以下，供水溫度保持在60℃。
試驗條件和結果示于表III中。
表III試驗編號 L/D ％甘醇 D50 ％＜5mm1 13 1011 42 8 3.4 10 63 13 1 9 12結果表明，對于硅錳來說，所得到的平均顆粒大小為80mm左右，小于5mm的顆粒數(shù)量隨冷卻水中甘醇含量的增加而降低。
權利要求
1.一種熔融金屬的制粒方法，其中，使至少一個連續(xù)的熔融金屬流由出鋼槽或與之類似的裝置向下落入盛放在一個槽內的冷卻浴液中，在所述的槽內金屬熔流分裂成為顆粒而凝固，其特征在于，使基本上均勻的冷卻液的液流由上述槽的一個側壁大致垂直地流向下落的金屬熔流，所述的冷卻液流的平均速度低于0.1米/秒。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，冷卻液流的平均速度小于0.05米/秒。
3.權利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷卻液流具有一個垂直延伸范圍，該范圍從冷卻浴液的表面向下達到某一深度，在該深度上所述顆粒至少已經(jīng)具有一個凝固的金屬外殼。
4.權利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷卻液流具有一個水平延伸范圍，從而使液流在金屬熔流的兩側延伸出去。
5.權利要求1所述的方法，其特征在于，由出鋼槽的出口至冷卻浴液表面的垂直距離小于在金屬熔流脫離出鋼槽的位置測定的熔融金屬流直徑的100倍。
6.權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬熔流的垂直距離是在金屬熔流直徑的5倍至30倍之間。
7.權利要求6所述的方法，其特征在于，所述金屬熔流的垂直距離是在所述金屬熔流直徑的10倍至20倍之間。
8.權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述冷卻液是水。
9.權利要求1所述的方法，其特征在于，以高達500ppm的含量向水中加入表面活性劑。
10.權利要求8所述的方法，其特征在于，以0-10％的含量向水中加入降低冰點的化學試劑。
11.權利要求8所述的方法，其特征在于，向水中加入0-5％NaOH。
12.權利要求8所述的方法，其特征在于，在水中加入用于改善表面張力和粘度的試劑。
13.權利要求7-12中任一項所述的方法，其特征在于，加冷卻浴液中的水的溫度在5℃和95℃之間。
14.權利要求13所述的方法，其特征在于，冷卻浴液的溫度在10℃和60℃之間。
15.權利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用液態(tài)烴特別是煤油作為冷卻液。
全文摘要
本發(fā)明是關于使熔融金屬流粒化的方法。所述的金屬熔流從出鋼槽或類似裝置中向下落入盛放在一個槽內的冷卻浴液中，使具有大致均一流速的冷卻液流從上述槽的一個側壁大致垂直地流向下落的金屬熔流，所述冷卻液流的速度低于0.1米/秒，與此同時金屬流在冷卻浴液中分裂成為熔滴，這些熔滴凝固形成固體顆粒。從出鋼槽的出口至冷卻浴液表面的距離小于在金屬熔流脫離出鋼槽的位置測定的金屬熔流直徑的100倍。
文檔編號B22F9/08GK1068283SQ92105450
公開日1993年1月27日 申請日期1992年7月8日 優(yōu)先權日1991年7月8日
發(fā)明者K·福爾沃德, R·福賽姆, T·謝蘭 申請人:埃以凱姆公司