Разливочный стакан и промежуточное разливочное устройство для гранулирования расплавленного материала - RU2701975C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к оборудованию для гранулирования расплавленного материала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Гранулирование металлов в воде - хорошо зарекомендовавший себя способ для быстрого затвердевания жидкого металла в форме продукта, имеющего средний размер гранул. Процесс Granshot® разработан для непосредственного производства готового к использованию материала для металлургической промышленности. Известная установка показана на Фиг. 1. Расплавленный металл направляют из блока промежуточного разливочного устройства на огнеупорную мишень, которая обозначена на Фиг. 1 как распылительная головка. Металл ударяет по мишени, разделяется и радиально распределяется над охлаждающей водой в резервуаре. Капли затвердевают в резервуаре, и их извлекают с его дна. Размер гранул зависит от нескольких факторов, таких как состав расплава и условия взаимодействия. Размер гранул основной полученной фракции находится в интервале 5-25 мм. Однако количество мелких гранул, то есть гранул с максимальным размером ≤ 8 мм, может достигать 20%. Основы этого способа описаны в Европейском патенте ЕР 402665 и патенте США US 3888956.

В патенте США US 4402884 описан способ гранулирования с использованием вращающегося диска. Основная часть гранул, полученных по этому способу, имеет размер менее 10 мм.

Хотя гранулированный металл с таким размером гранул, полученный вышеуказанным способом, быстро растворяется в расплаве стали, однако недостатком являются ограниченные возможности корректировать средний размер гранул и распределение гранул по размерам.

В Европейском патенте ЕР 522844 описан способ получения металлических гранул путем выливания потока металла в ванну с охлаждающей жидкостью. В патенте США US 6287362 описан способ получения металлических комков, имеющих характерный размер 20-100 мм, путем введения потока расплавленного металла в поток воды. Недостатки этих способов заключаются в длительном времени растворения крупного материала и в широком распределении частиц по размерам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основная цель настоящего изобретения заключается в создании разливочного стакана и промежуточного разливочного устройства для производства гранулированного материала с улучшенным распределением частиц по размерам.

Другая цель заключается в создании способа и установки для изготовления гранулированного материала с улучшенным распределением частиц по размерам. В частности, должна быть возможность получить гранулы, содержащие небольшое количество мелких гранул, и в то же время имеющие средний размер, который обеспечивает быстрое растворение в расплаве. По той же причине необходимо, чтобы крупные гранулы полностью отсутствовали или чтобы их количество было, по меньшей мере, ограничено.

Также цель заключается в получении материала с более узким распределением полученных гранул по размерам.

Эти цели достигаются с помощью средств по изобретению, как определено в независимых пунктах формулы изобретения.

Другие предпочтительные воплощения по изобретению указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению гранулирование осуществляют с помощью разливочного стакана или промежуточного разливочного устройства, включающего указанный разливочный стакан. В результате гранулирования расплавленного материала получают гранулированный материал со средним размером гранул 10-50 мм, причем количество мелких гранул с размером менее 8 мм в гранулированном материале составляет не более 5%. Разливочный стакан включает верхнее впускное отверстие, боковые стенки, образующие канал, дно и по меньшей мере одно выпускное отверстие или по меньшей мере один ряд выпускных отверстий на нижнем конце боковых стенок, образующих канал, причем выпускное отверстие или отверстия в канале имеют размер по меньшей мере 5 мм в наименьшем измерении, а площадь поперечного сечения канала на входе (А_С) по меньшей мере в 3 раза больше, чем общая площадь выпускных отверстий (А_Т).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на предпочтительные воплощения и прилагаемые чертежи.

На Фиг. 1 показан схематический чертеж установки, используемой в процессе Granshot®.

На Фиг. 2 показан схематический чертеж одного воплощения по настоящему изобретению, в котором разливочный стакан прикреплен к вращающемуся блоку промежуточного разливочного устройства.

На Фиг. 3 показан схематический чертеж разливочного стакана в соответствии с изобретением.

На Фиг. 4 показан схематический чертеж промежуточного разливочного устройства в соответствии с изобретением.

На Фиг. 5 показано распределение гранул по изобретению по размерам, полученных в примере 1, где ферроникель содержит 32% Ni и 0,1% Si.

На Фиг. 6 показано распределение гранул по размерам, полученных с помощью сравнительного способа, где ферроникель содержит 32% Ni и 0,1% Si.

На Фиг. 7 показано распределение гранул по размерам, полученных в примере 1, где ферроникель содержит 32% Ni и 0,27% Si.

На Фиг. 8 показано распределение гранул по размерам, полученных с помощью сравнительного способа, где ферроникель содержит 32% Ni и 0,27% Si.

На Фиг. 9 показан схематический чертеж сужающегося на конус разливочного стакана в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение определено в формуле изобретения.

Настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Предлагаемые разливочный стакан и промежуточное разливочное устройство могут быть использованы в установке для производства гранулированного материала, как показано на Фиг. 2. Эта установка включает охлаждающий резервуар, содержащий охлаждающую текучую среду, средство подачи жидкого материала во вращающийся блок промежуточного разливочного устройства, который расположен над охлаждающим резервуаром, разливочный стакан, прикрепленный к дну выполненного с возможностью вращения блока промежуточного разливочного устройства, причем разливочный стакан включает верхнее впускное отверстие, образующие канал боковые стенки, дно и по меньшей мере одно выпускное отверстие или по меньшей мере один ряд выпускных отверстий на нижнем конце канала, где выпускные отверстия в канале имеют размер по меньшей мере 5 мм в наименьшем измерении и не более 50 мм в своем наибольшем измерении, а площадь поперечного сечения канала на впуске наверху (А_С) по меньшей мере в 3 раза больше, чем общая площадь выпускных отверстий (А_Т); А_С ≥ 3А_Т. Наименьший размер выпускных отверстий может составлять 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 или 20 мм. Наибольший размер может быть ограничен 50, 45, 50, 40, 35, 30, 25, 20, 18 или 16 мм. Разливочный стакан сконструирован таким образом, чтобы оптимизировать параметры потока для гранулирования.

На Фиг. 3 показан разливочный стакан в соответствии с изобретением. Длина (L) разливочного стакана может составлять не более 80 см, предпочтительно не более 60 см. Следовательно, длина может составлять не более 80, 70, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25 или 20 см. Вертикальный канал, образованный боковыми стенками, может иметь любую подходящую форму. Он может иметь многоугольное поперечное сечение, такое как квадрат, или быть эллиптическим. Однако по практическим соображениям канал может иметь в общем форму цилиндра, как показано на Фиг. 3, с диаметром (d) от 6 до 20 см или от 8 до 15 см. Следовательно, диаметр может составлять 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 или 15 см. Диаметр вертикального канала намного больше диаметра выпусков.

Площадь поперечного сечения канала на входе (А_С) намного больше, чем общая площадь выпусков (А_Т), причем указанную общую площадь рассчитывают из размера выпускных отверстий на внутренней стороне боковых стенок, поскольку проходы выпускных отверстий могут быть сужеными на конус. Чтобы параметры потока для гранулирования были оптимальными, отношение площади поперечного сечения канала на входе к общей площади выпусков А_С/А_Т должно составлять по меньшей мере 3. Предпочтительно А_С/А_Т≥6, А_С/А_Т≥12, А_С/А_Т≥16 или даже А_С/А_Т≥20.

Вертикальный канал, образованный боковыми стенками, может иметь большую площадь поперечного сечения на входе (А_С), чем на нижнем конце. Вертикальный канал может быть сужающимся на конус или конусообразным. Диаметр на входе (d), таким образом, больше, чем на нижнем конце канала. На Фиг. 9 показан сужающийся на конус разливочный стакан. В этом случае внешний контур разливочного стакана также является коническим, что может упростить установку разливочного стакана, например, в коническое седло. Выпускные отверстия на нижнем конце канала могут быть слегка сужены на конус.

Разливочный стакан может характеризоваться одним или более из следующих признаков:

- Круглые отверстия на нижнем конце боковых стенок имеют диаметр 10-50 мм, 10-30 мм, 20-35 мм или 12-30 мм. Наименьший диаметр указанного отверстия может составлять 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 или 20 мм. Наибольший диаметр может составлять не более 50, 45, 40, 35, 32, 30, 28, 26, 24, 22, 20, 18 или 16 мм. Размер и количество отверстий зависят от проектной мощности, т.е. от количества тонн в минуту.

- У эллиптических отверстий отношение высоты к ширине (h/w) составляет от 1:1,2 до 1:10. Регулируя форму отверстия, можно менять форму расплавленного потока, выходящего из распределителя. Более широкое отверстие приводит к пленочному потоку в большей степени, таким образом, на размер и форму гранул можно оказывать влияние.

- Один ряд отверстий и, предпочтительно, не более 4 отверстий в указанном одном ряду. Чтобы получить хорошую теплоотдачу, количество отверстий может составлять 2, 3 или 4. Эта конструкция является самой простой в производстве, и этот способ легко контролировать. Поэтому такая конструкция является предпочтительной конструкцией.

- Отверстия могут быть выполнены под углом 0°-45° вверх, например, вверх под углом 5° или 25° или вверх под углом 15°-20°. С помощью этой меры можно отрегулировать путь и время нахождения в воздухе до того, как поток попадет в охлаждающую жидкость. Параболическая траектория движения также влияет на распространение расплавленного потока над охлаждающей ванной.

- Отверстия выполнены под углом 0°-45° вниз. Путем направления одного или более потока вниз можно сократить дальность полета, уменьшить риск распада потока до того, как он попадет в охлаждающую ванну, и повлиять на распространение над охлаждающей ванной.

- Сужающиеся на конус проходы отверстий.

На Фиг. 4 показан схематический чертеж промежуточного разливочного устройства в соответствии с изобретением.

В соответствии с предпочтительным воплощением блок промежуточного разливочного устройства имеет круглое поперечное сечение, а разливочный стакан присоединен к нему в центре. Разливочный стакан может включать 4 круглых отверстия, каждый из которых имеет диаметр 10-30 мм, предпочтительно 20-25 мм. Разливочный стакан может иметь 3 круглых отверстия, каждое из которых имеет диаметр 10-35 мм, предпочтительно 22-28 мм. Разливочный стакан может включать 2 круглых отверстия, каждое из которых имеет диаметр 10-40 мм, предпочтительно 26-35 мм.

Блок промежуточного разливочного устройства может быть снабжен системой взвешивания, которая автоматически контролирует уровень в блоке промежуточного разливочного устройства, чтобы поддерживать постоянный напор жидкости и, следовательно, постоянный расход через разливочный стакан. Альтернативно, система автоматического управления может включать оптические или электромагнитные датчики.

Гранулированный материал, полученный способом по изобретению, имеет узкое распределение частиц по размерам, причем обычно средний размер гранул составляет 12-50 мм, предпочтительно 16-30 мм, а количество мелких гранул с размером менее 8 мм может составлять ≤ 5% или даже ≤ 3%. Количество мелких гранул размером менее 6 мм может составлять ≤ 3% или даже ≤ 1%. Количество мелких гранул размером менее 5 мм может составлять ≤ 1%. Верхний предел для гранул среднего размера может составлять 45 мм, 40 мм, 35 мм, 32 мм, 30 мм или 25 мм. Нижний предел для гранул среднего размера может составлять 12 мм, 14 мм, 16 мм, 18 мм или 20 мм. Верхний и нижний пределы могут быть свободно объединены. Материал из ферроникеля, содержащий более 2% масс. С и/или % масс. Si может быть не включен в данное изобретение.

Количество крупных гранул размером > 80 мм может составлять не более 5% или даже отсутствовать.

Количество крупных гранул размером > 60 мм может составлять не более 10%, 8%, 5%, 3% или 1%.

Количество крупных гранул размером > 40 мм может составлять не более 15%, 10%, 5%, 3% или 1%.

Количество крупных гранул размером > 25 мм может составлять не более 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, 3% или, как показано на Фиг. 1, не более 1%.

Процентное содержание мелких и крупных гранул выражено в процентах от общей массы.

Данное изобретение не ограничено воплощениями, описанными выше, но может варьироваться в пределах сущности и объема формулы изобретения, как это понятно специалисту в данной области техники.

ПРИМЕРЫ

Следующие результаты, полученные в соответствии с изобретением, сравниваются с результатами, полученными с помощью известного устройства, имеющего плоскую распылительную головку. Во всех примерах ферроникель плавили в индукционной печи и подавали в блок промежуточного разливочного устройства с использованием выпускного желоба. Температура выпуска металла составляла 1650°С. Уровень расплава в блоке промежуточного разливочного устройства контролировали вручную так, чтобы он составлял 300-400 мм. Диаметр разливочного стакана в блоке промежуточного разливочного устройства составлял 72 мм. После завершения гранулирования гранулы удаляли из резервуара, сушили, взвешивали и рассеивали по размерам: <4 мм, 4-8 мм, 8-12 мм, 12-16 мм, 16-25 мм и > 25 мм. Результаты приведены в процентах от общей массы.

ПРИМЕР 1

В этом примере ферроникель содержал 32% Ni и 0,1% Si. У разливочного стакана в соответствии с изобретением имелось четыре отверстия в одном ряду. Эти четыре отверстия имели общую площадь (А_Т) 346 мм², таким образом, Ас ≥ 10А_Т.

Для обеспечения равномерной теплоотдачи скорость вращения составляла 3 об/мин.

Распределение по размерам гранул, полученных в соответствии с изобретением, показано на Фиг. 5 (Загрузка №108).

Распределение по размерам гранул, полученных с помощью обычной плоской распылительной головки, показано на Фиг. 6 (Загрузка №110).

Очевидно, что с помощью устройства по изобретению получают в результате улучшенное распределение по размерам в том смысле, что количество мелких гранул уменьшено, средний размер увеличен, а также улучшено распределение по размерам.

ПРИМЕР 2

В этом примере было исследовано влияние повышенного содержания Si на распределение по размерам.

Ферроникель содержал 32% Ni и 0,27% Si. Условия гранулирования были такими же, как для примера 1.

Распределение по размерам гранул, полученных в соответствии с изобретением, показано на Фиг. 7 (Загрузка №116).

Распределение по размерам гранул, полученных с помощью обычной плоской распылительной головки, показано на Фиг. 8 (Загрузка №115).

В обоих случаях было достигнуто улучшенное распределение по размерам.

Результат, полученный для обычной распылительной головки, оказался таким, как и ожидалось, поскольку известно, что Si оказывает положительное влияние на распределение гранул по размерам. Сравнение между Загрузкой №115 и Загрузкой №110 показывает, что повышенное содержание Si привело к уменьшению содержания мелких гранул и лучшему распределению по размерам.

Однако повышенное содержание Si оказало заметное влияние на распределение по размерам, полученное с использованием устройства согласно изобретению. Сравнение между Загрузкой №116 и Загрузкой №115 показывает, что мелкие гранулы практически отсутствуют, а средний размер гранул стал значительно больше.

ПРИМЕР 3

В этом эксперименте исследовали образование мелких гранул при гранулировании коммерческого ферроникеля с номинальным содержанием 32% Ni и < 0,5% Si. Были использованы разливочные стаканы типа, как показано на Фиг. 9. Внутренний диаметр (d) составлял 138 мм, а длина (L) разливочного стакана составляла 350 мм для всех загрузок. Диаметр выпускных отверстий для разливочного стакана, имеющего три отверстия, составлял 25 мм. Диаметр выпускных отверстий для разливочного стакана, имеющего четыре отверстия, составлял 22 мм.

Результаты приведены ниже в таблице 1.

Площадь поперечного сечения канала на входе (А_С) была почти в 10 раз больше общей площади выпускных отверстий (А_Т) для всех загрузок. Полученные гранулы содержали небольшое количество мелких гранул размером менее 6 мм. Фактически количество мелких гранул составило не более 3% масс. для каждой из этих загрузок.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение особенно подходит для применения в ферросплавной, железообрабатывающей и сталелитейной промышленностях.

Реферат

Группа изобретений относится к получению гранулированного металлического материала со средним размером гранул 10-50 мм и количеством мелких гранул размером менее 8 мм не более 5%. Предложены разливочный стакан, промежуточное разливочное устройство, установка и способ производства гранулированного материала. Размер гранул и распределение гранул по размерам регулируют с помощью разливочного стакана, имеющего особую конструкцию. Разливочный стакан включает верхнее впускное отверстие, образующие канал боковые стенки, дно и по меньшей мере одно выпускное отверстие или по меньшей мере один ряд выпускных отверстий, расположенных в боковых стенках на их нижнем конце и образующих канал. Выпускные отверстия имеют размер по меньшей мере 5 мм в наименьшем измерении, а площадь поперечного сечения канала на входе (А) по меньшей мере в 3 раза больше, чем общая площадь выпускных отверстий (А). Обеспечивается улучшение распределения частиц по размерам. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., 3 пр.

Формула