NO170062B - Anordning ved granulering av et smeltet materiale - Google Patents

Abstract

Granuleringsanordnlng som omfatter middel for å oppvarme et materiale som skal granuleres for å bevirke dets smeltning og middel for å mate det smeltede materialet til en beholder (1) som er avsluttet med en åpning (9) for sprøyting av materialet i form av små dråper ved inngangen til et avkjølingshus hvor de små dråpene størkner til granulater. Nevnte beholder omfatter på minst et parti av dets innervegg opphevede skrulinjete elementer som påfører en skruelinjet blad-typesirkulasjon til det smeltede materialet, idet nevnte skruelinjete elementer (5, 6, 7) består av spor som er tilveiebragt i en generelt sylindrisk del (4) som er opptatt uten noen klaring i et sylindrisk parti av nevnte beholder (1).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører området for granulering eller med andre ord dannelsen av kuleformede partikler eller massive granulater fra smeltet materiale og særlig fra et bad av smeltet materiale, idet granulatene dannes etter størkning av nevnte materiale. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en granuleringsanordning omfattende en ovn for å oppvarme og smelte materiale som skal granuleres og rør for å mate smeltet materiale inn i en beholder som avsluttes i en åpning for sprøyteuttømming av materialet i form av små dråper ved innløpet av en avkjølende omslutning i hvilken de små dråper størkner i form av granulater.

I den foreliggende beskrivelse vil betegnelsen metall også betegne legeringer av to eller flere metaller samt hvilken som helst mineralsk eller organisk sammensetning som inneholder et metall. Imidlertid vil det bemerkes at oppfinnelsen også kan anvendes på visse ikke-metalliske materialer, hvis granulering gir opphav til i alt vesentlig de samme problemer som metaller.

Forskjellige løsninger er allerede blitt foreslått for å utføre granulering av metaller. Det kan vises til de som er beskrevet i tysk patent nr. 1.268.792 og fransk patent 2.391.799 hvori det smeltede metallet uttømmes i sprutform ved å utsette det for en rotasjonsbevegelse som frembringer en sentrifugalkraft. Ved disse metoder oppnås rotasjon av det flytende metallet under innflytelsen av et roterende magnetfelt som frembringes av en stator som omgir et rør hvori det flytende metallet sirkulerer. Statoren har en bunnvegg som gjennomtrenges av en kalibrert åpning gjennom hvilken metallet tømmes i et konisk sprøyteskikt. Granulatene blir følgelig dannet ved kjøling i en passende atmosfære.

Det er klart at disse anordninger og metoder nødvendiggjør bruken av kostbart utstyr og at prosessutviklingen som er involvert ikke alltid er lett. Disse vanskeligheter er nærmere bestemt relatert til nærværet av roterende magnetfelt generatorer som danner potensielle feilkilder og represen-terer ytterligere kostnader ikke minst hva angår effekt-forbrukkostnader. Det er også nødvendig å bestemme hastigheten for de roterende felt for å oppnå de beste resultater, men denne preliminære justering er av og til en vanskelig prosedyre.

Granulering av metaller byr i tillegg på et bestemt problem som er relatert til nærværet av urenheter, hvilke ofte oppstår fra en markert tendens mot oksidering. Alle de teknikker som har vært anvendt til dags dato, med eller uten roterende felt, har ikke klart å løse dette problem. Selvom ekstrem rensing av metallet oppnås umiddelbart oppstrøms relativt sprøyteforstøvningsanordningen, hvilket kompliserer installasjonen ytterligere, blir igjen vilkårlig fordelte partikler av urenheter funnet å være tilstede i de små dråpene. Disse partikler resulterer i dannelsen av granulater av variabel størrelse og sammensetning, hvis former og overflater er for uregelmessige.

For å oppnå bedre granulering, foreslås det ved den foreliggende oppfinnelse å utføre sprøyteforstøvning ved hjelp av anordninger for å utsette det smeltede materialet for mekanisk begrensning i form av skruelinjete strømmer når det strømmer mot sprøyteuttømningsåpningen. Selvom anordninger av denne type allerede er kjent i og for seg for formålet med sprøytelevering av vann under trykk (vanligvis 6 bar), bør det understrekes at de aldri ennu er blitt ansett som en løsning for det problem som er angitt tidligere i relevante anvendelser som involverer størkning av de små dråpene fra materialet som er utsatt for å inneholde urenheter.

Ved oppfinnelsen tilveiebringes således en granuleringsanordning av innledningsvisnevnte type, hvilken kjennetegnes ved at nevnte beholder på minst en del av sin innvendige vegg er forsynt med opphevede skruelinjete elementer som bevirker det smeltede materialet til å strømme i form av skruelinjete strømmer.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen kan de skruelinjete elementene som forut nevnt bestå av spor som er dannet i et organ som har en generelt sylindrisk form og anbragt med null klaring innenfor et sylindrisk parti av nevnte beholder. Det kan legges til rette for to, tre eller et større antall av spor som ikke destomindre bør være fortrinnsvis begrenset til fem. Som en generell regel vil tre spor synes å være det mest egnede antall.

Det er imidlertid mulig å tilveiebringe en beholder som eksempelvis har en forskjellig form og som kan ha en viss grad av konisitet.

Beholderen kan med fordel anordnes som en innvendig kjegle som har en toppvinkel som varierer innenfor området 30-90°, idet den nedre toppen utgjør nevnte åpning. Det nedre partiet av nevnte innvendige kjegle munner inn i åpningen av beholderen gjennom hvilken det smeltede materialet som skal omdannes til granulater eller faste kuler er beregnet til å strømme et sprøyte-uttømningslag. Denne uttømningsåpning danner praktisk talt den nedadvendende spissen av kjeglen.

Under foretrukne betingelser for praktisk utførelse av oppfinnelsen og særlig for granulering av metalliske materialer, særlig reaktive og oksiderbare metaller, slik som kalsium og magnesium, kan diameteren av sprøyteuttømnings-åpningen være innenfor området 1-5 mm med en lengde lik 0,5-5 mm og sporenes stigning kan være innenfor området 10-50 mm. Antallet og tverrsnittsarealet av sporene velges fortrinnsvis til å sikre at summen av tverrsnittsarealene for strømmen av smeltet materiale er minst lik 2,5 ganger tverrsnittsarealet av åpningen. Dette forhold er med fordel innenfor området 2,5 - 10 og fortrinnsvis 3-5.

Dessuten er anordningen ifølge oppfinnelsen med fordel forsynt med middel for å anvende et justerbart trykk på materialet som mates til beholderen, idet dette trykk er innenfor området 1-3 bar under de mest egnede betingelser.

Ved anvendelsen ifølge oppfinnelsen på nevnte anordnings midler, gjør Justering av dette trykk det mulig å bestemme rotasjonshastigheten som gis til materialstrømmen av den skruelinjede strømningsbanen og følgelig partikkelstørrelsen for kulene som oppnås etter størkning. Det er således mulig å forflytte partikkelstørrelse-spekteret, eksempelvis mellom 200 til 1000 pm, 500 til 1800 pm, 1000 til 2500 pm i tilfellet for kalsium eller magnesium. Imidlertid blir meget fine partikler (mindre i størrelse enn 50 pm) aldri fremstilt samtidig ettersom de ville være høyst farlige i tilfellet av disse reaktive metaller.

Det vil bemerkes at teknikken som foreslås ved oppfinnelsen gir avkall på behovet for noen operasjon som består i å vaske nevnte kalsium eller magnesium med smeltede mineralsalter. Den høye rotasjonshastigheten, fraværet av et filter, og fraværet av dødpunkter i sirkulasjonen av smeltet metall er alle betraktninger som fører til det resultat at oksidene i suspensjon ikke kan bunnfelle. Suspensjonen forblir homogen inntil det endelige punkt innenfor de størknede granulater. Dessuten vil materialet som uttømmes fra en kjegle som avsluttes i en enkelt åpning danne en avkortet - kjegleformet film som sprer seg utad og som brytes opp i form av små dråper, hvilket sikrer et tilfredsstillende fyllingsforhold i tilfellet av den avkjølende omslutning og bidrar til hurtig og homogen størkning.

Et ytterligere element som ofte viser seg nyttig å ta i betraktning vedrører materialet som anvendes for sprøyteut-tømningsdysen og derfor åpningen, det sporutstyrte innvendige organ og beholderen, i det minste hva angår overflatene som er i kontakt med det smeltede materialet som skal granuleres. De respektive overflatespenninger styrer i realiteten tykkelsen av fluidumsflimene som påvirker den endelige størrelsen av de fremstilte granulater. I tilfellet med reaktive metaller, finner sprøyteforstøvningen sted i et inert medium som består av en edelgass, slik som helium eller argon. Molybden synes følgelig å være det mest egnede materialet for de mekaniske deler som anvendes 1 sprøytings-prosessen, særlig ettersom det ikke er følsomt overfor slitasje i løpet av tiden.

Det skal nå beskrives i nærmere detalj en bestemt utførel-ses-form av oppfinnelsen som vil tjene til å oppnå en mer fullstendig forståelse av de vesentlige trekk og fordeler som gis. Det bør imidlertid forstås at denne utførelsesform er valgt ved hjelp av eksempel og er ikke gitt i noe begrensende henseende. Den etterfølgende beskrivelse er vist i de vedlagte tegninger, hvor:

Fig. 1 viser granuleringsanordningen som et hele,

Fig. 2 er et snittriss av sprøyteforstøvningsanordningen,

Fig. 3 er et toppriss av fig. 2.

I henhold til fig. 1 omfatter granuleringsanordningen en avkjølende omslutning 12 hvori utføres størkningen av de små dråpene av smeltet metall som dannes på utløpet av en sprøyteforstøvningsanordning 13. Omslutningen 12 er 1 form av et vertikalt tårn og sprøyte-forstøvningshvirvelanord-ningen 13 er plassert ved tårnets topp. Nevnte omslutning er fylt med en nøytral gass, slik som argon, for å tillate granulering av reaktive metaller slik som kalsium og magnesium. Ved sin nedre ende er det plassert et slusekammer 11 hvorfra uttrekkes granulatene eller kulene som således oppnås. Smeltet metall leveres fra en ovn 17 via et rør 14 til sprøyteforstøvningsanordningen 13. Nevnte ovn inneholder en masse av smeltet metall 16 innenfor en lekkasjetett celle 20. Metallet uttrekkes fra cellen gjennom røret 14 som er dyppet i nevnte masse av smeltet metall, via et filter 15. Den lekkasjetette cellen 20 er forbundet med dette slusekammer 19 hvorfra fast metall tilføres. Den er også forbundet med et rør 18 for tilførselen av gass. Gassen som slippes inn er en nøytral gass og nærmere bestemt argon. Nevnte gass fyller cellen 20 over den smeltede massen 16 og utøver på denne sistnevnte et trykk som kan justeres til en verdi mellom 1 og 3 bar i henhold til den ønskede partikkels-størrelsen for sluttproduktet.

Anordningen 13, som har funksjonen av sprøyteuttømming av smeltet metall ved hjelp av en hvirveleffekt, er vist i figurene 1 og 2.

I figur 2 er vist en beholder 1 som har en generelt sylindrisk form eller med andre ord hvor minst den øvre innvendige delen er cylindrisk. Det smeltede metallet slippes inn i beholderen i retningen av pilen 2 via et rør 3 som er sveiset til beholderen. Nevnte rør danner en vertikal forlengelse av røret 14 i figur 1.

Et organ 4 som har et cylindrisk tverrsnitt er tett anbragt innenfor pet nedre partiet av beholderen 1 og er forsynt med tre skruelinjede spor 5, 6, 7 som er kuttet i dens innvendige vegger og som har et rektangulært tverrsnitt. Dette organ er fjernbart montert innenfor beholderen 1. Det er forsynt med en aksiell tapp 21 som gjør at det er mulig å trekke den tilbake på en lett måte.

Beholderen 1 avsluttes i en kjegle 81 nedre ende, hvis nedadrettede spiss har sin åpning i den kalibrerte åpningen 9 som er tilveiebragt i det nedre partiet av beholderen 1. Nevnte kjegles toppvinkel er vanligvis innenfor området 30-90° og fortrinnsvis av størrelsesorden 45°.

Når det smeltede metallet under trykk ankommer til nivået for organet 4, begynner det å strømme i rotasjonsbevegelse som et resultat av den mekaniske virkning som utøves av de skruelinjete sporene 5, 6, 7 som bevirker nevnte smeltede metall til å strømme i skruelinjete strømmer kun innenfor passasjene som dannes av nevnte spor mellom organet 4 og beholderens innvendige vegg.

Ved nivået for kjeglen 8, og på grunn av formen av denne kjegle, vil rotasjonsstrømningsbevegelsen (hvirvel) aksele-rere og det flytende materialet danner en avkortet kjeglemessig film før det unnslipper gjennom åpningen 9 i form av et lag 10 som vanligvis er hult. I dette lag, som er av avkortet kjegleform, brytes det strømmende fluidum opp i små dråper og sprer seg utad innenfor den avkjølende omslutning. Dette skyldes en konvergerende-divergerende effekt ved nivået for åpningen 9 som i sin tur oppstår fra det faktum at væsken tilføres mot kjeglen 8 under virkningen av sentrifugalkraft og danner en hul avkortet-kjeglemessig film innenfor hvilken et partielt vakuum skapes.

I et særlig eksempel av praktisk anvendelse av oppfinnelsen, er gode resultater blitt oppnådd med reaktive metaller (kalsium og magnesium) ved å ta i bruk en sporstigning av omtrentlig 15 millimeter, idet disse spor er slik at de har et rektangulært tverrsnitt av 5 til 6 mm^. Utløpsdiameteren for åpningen 9 var av størrelsesorden 2 til 4 mm eller med andre ord tilstrekkelig stor til å tilfredsstille partikkel-størrelsekrav hva angår både de små dråpene og kulene som oppnås ved størkning av de små dråpene. Dette hadde virkningen med vesentlig, hvis ikke fullstendig, å fjerne den eventuelle fare for tilstopning av anordningen. Dette danner en meget betydelig fordel relativt de løsninger som er foreslått i den kjente teknikk som bestod i å føre det smeltede metallet gjennom de kalibrerte åpninger, ettersom, på grunn av den lille diameteren for disse sistnevnte, disse anordninger oppviste en sterk tendens til å bli tilstoppet eller innsnevret.

Ved å gjøre bruk av de parametre som er gitt i det foregående har det vært mulig å oppnå metalliske kuler eller granulater som har en diameter innenfor området 0,5 til 1,5 mm, hvilket oppnår tilfredsstillende homogenitet.

I et mer bestemt eksempel ble prosessen utformet på smeltet kalsium ved 870"C, med størkning ved avkjøling til omgivelsestemperaturen i verkstedet. Sprøyteforstøvnings-anordningen ble forsynt med en kjegle 8 som hadde en innvendig vinkel lik 45' med en åpning 9 med en diameter lik 2,6 mm og en høyde lik 4 mm, og med et centralt organ 4 som hadde tre spor med et tverrsnitt lik 2,45 x 2,50 mm. Under disse betingelser er forholdet R mellom summen av tverrsnittsarealene for sporene og tverrsnittsarealet for åpningen lik 3,66. Det centralet organet og beholderen ble laget av molybden.

Med et tilførselstrykk av flytende kalsium lik 2 bar, ble der oppnådd en produksjon av 165 kg pr. time av kuler med diameter lik 0,75 mm med en partikkelstørrelsefordeling tilsvarende 85 vektprosent av kuler med diameter 0,2 - 1 mm og 15 vektprosent med kuler av diameter 1-1,3 mm.

Ved å operere på den samme måten på magnesium og etter å ha erstattet det centrale organet med et organ med to spor med et tverrsnitt lik 2,9 x 3 mm (resulterende i et forhold R lik 3,41), hadde de således oppnådde kuler en middeldiameter lik 0,42 mm, med 92 vektprosent mellom 0,2 og 1 mm og 8 vektprosent mellom 0,2 og 0,1 mm.

Naturligvis medfører den foreliggende beskrivelse ikke noen begrensning. Det bør bemerkes særlig at de opphevede skruelinjede elementer som tilveiebringes innenfor beholderen for å påføre rotasjonsstrømningsbevegelse på det flytende materialet og frembringe en hvirveleffekt, kan anta former som er andre enn spor dannet i beholderen eller i en del tilføyet innenfor den sistnevnte på den måte som er angitt tidligere. I stedet for å danne hule profiler, slik som spor innenfor beholderen, ville det også utgjøre en mulig løsning å tilveiebringe profiler som også er av skruelinjet form, men som danner fremspring innenfor beholderen. Dette har også den virkning at rotasjonsmessig strømningsbevegelse tilføres det smeltede metallet som behandles ved hjelp av hvirvel-effekten. Selvom den bidrar like mye til dannelsen av granulater, har det imidlertid fremkommet at denne løsning er mindre tilfredsstillende.

Dessuten er de geometriske løsninger og dimensjoner som anvendes i de foregående eksempler de som er vist i figur 2 med et sylindrisk organ 4, hvis nedre endeseksjon opptar grunnflaten i kjeglen 8, idet diameteren av dette sylindriske organet er 18 mm og dets lengde er 15 mm. I dette henseende kan det angis mere generelt at organene ifølge denne type og utforming for bruk i henhold til oppfinnelsen med fordel har en diameter innenfor området 10 - 30 mm og en lengde innenfor området 10 - 40 mm.

Claims (8)

1. Granuleringsanordning omfattende en ovn (17) for å oppvarme og smelte materiale som skal granuleres og rør (14) for å mate smeltet materiale inn i en beholder (1) som avsluttes i en åpning (9) for sprøyteuttømning av materialet i form av små dråper ved innløpet av en avkjølende omslutning (12) i hvilken de små dråpene størkner i form av granulater, karakterisert ved at nevnte beholder (1) på minst en del av sin innvendige vegg er forsynt med opphevede skruelinjete elementer (5, 6, 7) som bevirker det smeltede materialet til å strømme i skruelinjete strømmer.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte skruelinjede elementer (5, 6, 7) består av spor som er dannet i et organ (4) som har en generelt sylindrisk form og anbragt med null klaring innenfor et sylindrisk parti av nevnte beholder (1).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte organ (1) er fjernbart og ombyttbart.

4. Anordning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at nevnte beholder (1) er anordnet som i en innvendig kjegle (8) som har en vinkel i størrelsesorden 30 - 90 grader, idet dens nedadvendende spiss er nevnte åpning (9).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den nedre delen av nevnte kjegle (8) munner inn i åpningen (9) av nevnte beholder (1) ved toppen av et kjøle-tårn (12) hvori de små dråper som dannes faller under virkningen av tyngdekraft.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at diameteren av sprøyteuttømningsåpningen (9) er innenfor området 1 - 5 mm med en lengde lik 0,5 - 5 mm, og at sporenes stigning er innenfor området 10 - 50 mm.

7. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at antallet og tverrsnittsarealet av sporene er slik at summen av tverrsnittsarealer for flyt av smeltet materiale er minst lik 2,5 ganger tverrsnittsarealet for åpningen (9), idet dette forhold med fordel er innenfor området 2,5 - 10 og fortrinnsvis 3-5.

8. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-7, karakterisert ved at for granuleringen av reaktive metaller er nevnte beholder (1) og nevnte organ (4) av molybden.