一种制备铁合金颗粒的装置和方法

1.本发明属于金属颗粒制备技术领域，具体地是涉及一种制备铁合金颗粒的装置和方法。


背景技术：

2.铁合金是铁与一种或几种元素组成的中间合金，可作为炼钢时的脱氧剂、合金剂、孕育剂以及还原剂等，是钢铁工业和机械铸造行业必不可少的重要原料之一。铁合金的粒度大小有着严格的要求，粒度太小的铁合金会浮在钢水表面，被炉渣氧化损失掉，粒度太大的铁合金则会沉入钢包底部，不能均匀融化，影响钢材成分均匀性。目前获取铁合金的方法普遍采用传统的模铸+机械破碎以及人工破碎的方法，但这种加工方式能源消耗较大、破碎粉化率高，对环境的污染也比较严重。
3.针对这种情况，国内外学者提出了铁合金直接粒化技术。国内铁合金粒化工艺大部分是对连铸部分进行改进，如结晶器连续铸造制粒技术、铁合金连铸粒化成形技术，这两种技术虽然可以得到行业所需粒径的铁合金成品，但依然存在需要进行二次破碎的缺点；国外铁合金的直接粒化技术主要包括浇块法(mintek blobulator)以及granshot等工艺，两种生产工艺不需要进行二次破碎，而且均可以制备出生产所需的铁合金颗粒，但浇块法制备出的铁合金颗粒存在粒径大小较单一，粒径范围较小的缺点，granshot粒化技术在制备硅铁合金颗粒时，由于高温下硅铁合金组织相变，粒化过程中会出现较严重的粉化现象。
4.因此近年来，新型的铁合金离心粒化技术受到了广泛的关注。专利公开（公告）号为cn 106077686 a的申请，提出了一种金属颗粒制备装置和制备方法，其采用飞速旋转的小圆盘将浇到小圆盘上的金属熔融液打散来得到粒化金属颗粒；专利公开（公告）号为cn 207170959 u的申请，提出了一种多孔转筒离心粒化装置，其采用高速旋转的多孔杯用很大的离心力将熔融金属粒化形成颗粒状。以上粒化方式均利用了高速旋转的离心力将液态金属离心拉丝破碎成小液滴，随后快速凝固。这种工艺虽然结构简单，但制备的金属颗粒粒径均在10mm左右，粒径较小，在钢铁生产中的价值有限。
5.因此，目前需要一种能够制备较大粒径铁合金颗粒的装置和方法，来满足实际的生产需求。


技术实现要素：

6.本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种制备铁合金颗粒的装置和方法；本发明能够制备出50mm及以上较大粒径的铁合金颗粒，满足实际生产中对大粒径的需求，具有对钢铁工业和机械铸造等行业的实用性。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
8.本发明提供了一种制备铁合金颗粒的装置，包括转筒，其特征在于，所述转筒的上部为敞口结构，所述转筒的侧壁沿圆周方向均布有多个连通至所述转筒内部的管状流道，在所述管状流道的下方的所述转筒的外部套设有收集槽，所述收集槽的直径能够满足从所
述管状流道流出的颗粒完全落在所述收集槽中，所述转筒的底部连接有回转支承，与所述回转支承啮合设置有齿轮，所述齿轮的下方与电机配合连接，所述转筒的上方设置有中间包，所述中间包的上部为敞口结构，所述中间包的底部连通有导流管，所述转筒的侧壁外部同轴地套设有圆环水管，所述圆环水管设置在所述管状流道的上方，所述圆环水管的内侧壁水平均布连接有多个喷管，每个所述喷管的底侧均垂直设置有多个喷嘴，所述圆环水管的外侧壁连接有传输管，所述传输管经水泵连接至水箱。
9.进一步地，所述管状流道的材质为铜质，每个所述管状流道的中心线均与所述转筒的径向成相同的角度，并沿所述转筒的轴向倾斜相同的角度向下设置。
10.进一步地，所述管状流道的横截面为圆形，所述管状流道的内径为所需制备铁合金颗粒粒径的2
‑
2.5倍，所述管状流道的中心线与所述转筒的径向夹角为18
°‑
25
°
，所述管状流道的中心线与所述转筒的轴向夹角为70
°‑
75
°
。
11.进一步地，所述中间包的底部为漏斗形。
12.进一步地，所述导流管的底部伸入至所述转筒的内部。
13.进一步地，所述转筒的侧壁外部还套设有螺旋加热管，所述螺旋加热管设置在所述管状流道的下方。
14.进一步地，所述转筒的内表面设置有耐高温层。
15.本发明还提供了一种制备铁合金颗粒的方法，利用上述的制备铁合金颗粒的装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）启动所述电机，驱动所述转筒进行旋转，调整所述转筒的转速至30r/min
‑
40r/min；2）开启所述水泵，冷却水从所述水箱流经所述传输管、所述圆环水管、所述喷管和所述喷嘴，喷洒在所述管状流道的外表面；3）通过所述中间包，使铁合金熔融液通过所述导流管流入所述转筒中，控制浇铸速度，使所述转筒中的液面高度始终低于所述管状流道的入口处，随着所述转筒的加减速交替变速旋转，铁合金熔融液断续地流入至所述管状流道内，并在冷却水的冷却作用下，边流动边冷却，逐渐凝固成半固态颗粒后，在旋转离心力的作用下从所述管状流道的出口处抛出，跌落到所述收集槽中，完成铁合金的粒化；4）将抛落到所述收集槽内的粒化成型后的铁合金颗粒收集起来，制备结束。
16.本发明的有益效果。
17.本发明通过在转筒外侧设置的管状流道，和在管状流道上方设置的喷嘴，使从转筒流入到管状流道内的断续铁合金熔融液边流动边冷却，从而形成了断续的半固态铁合金颗粒，可以制备出生产所需要的50mm及以上的较大粒径的铁合金颗粒，满足实际生产中的需要，实用性强。
附图说明
18.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.图1是本发明的整体外部结构示意图。
20.图2是本发明在去掉收集槽后的外部结构示意图。
21.图3是本发明的管状流道与转筒径向夹角的示意图。
22.图4是本发明的管状流道与转筒轴向夹角的示意图。
23.图5是本发明在制备过程中铁合金熔融液的液位示意图。
24.图中标记：1为转筒、2为管状流道、3为收集槽、4为回转支承、5为齿轮、6为电机、7为中间包、8为导流管、9为圆环水管、10为喷管、11为喷嘴、12为传输管、13为水泵、14为水箱、15为螺旋加热管、16为耐高温层。
具体实施方式
25.结合附图所示，本实施方式提供一种制备铁合金颗粒的装置，包括转筒1，转筒1的内表面设置有耐高温层16，防止工作时铁合金熔融液的高温造成转筒1损坏，转筒1的上部为敞口结构，转筒1的侧壁沿圆周方向均布有多个连通至转筒1内部的管状流道2，管状流道2为散热性和导热性好的铜材质制成，管状流道2的横截面为圆形，根据生产中对所需颗粒粒径的要求，管状流道2的内径设置为所需制备铁合金颗粒粒径的2
‑
2.5倍，例如当需要制备60mm粒径的铁合金颗粒，则管状流道2的内径设置为120mm~150mm之间的数值。如附图3和附图4所示，每个管状流道2的中心线均与转筒1的径向成为18
°‑
25
°
之间的任意一个相同的角度α，并沿转筒1的轴向倾斜70
°‑
75
°
之间任意一个相同的角度β向下设置。
26.在管状流道2的下方的转筒1的外部套设有收集槽3，收集槽3的直径能够满足从管状流道2流出的颗粒完全落在收集槽3中，转筒1的底部连接有回转支承4，与回转支承4啮合设置有齿轮5，齿轮5的下方与电机6配合连接，这样通过电机6的带动，就可以使转筒1旋转起来。
27.转筒1的上方设置有中间包7，中间包7的上部为敞口结构，中间包7的底部为漏斗形，漏斗形的中间包7更易于对铁合金熔融液的引流。中间包7的底部连通有导流管8。为了避免导流管8距离转筒1底部较远，而使铁合金熔融液在浇铸时发生迸溅的后果，因此设置导流管8的底部伸入至转筒1的内部。
28.转筒1的侧壁外部同轴地套设有圆环水管9，圆环水管9设置在管状流道2的上方，圆环水管9的内侧壁水平均布连接有多个喷管10，每个喷管10的底侧均垂直设置有多个喷嘴11，圆环水管9的外侧壁连接有传输管12，传输管12经水泵13连接至水箱14。冷却水能够从水箱14一直流到喷嘴11，从喷嘴11向下喷洒到管状流道2的外表面。
29.转筒1的侧壁外部还套设有螺旋加热管15，螺旋加热管15设置在管状流道2的下方，使转筒1内部底层的铁合金熔融液持续保持熔融的状态而不凝固。
30.制备的原理。
31.铁合金熔融液从中间包7流入至转筒1中，转筒1由电机6驱动旋转，电机6带动转筒1采取加减速交替变速的方式运行。当转筒1在低速旋转时，转筒1内铁合金熔融液的液面保持低于管状流道2的入口高度，如附图5中的b线所示。随着转筒1的转速提高，由于离心力的作用，转筒1内壁面处的液面会升高，当转筒1内壁面处的液面高于管状流道2入口的高度时，如附图5中的a线所示，铁合金熔融液就会流入到管状流道2内。随后转筒1的转速逐渐降低，转筒1内壁面处的液面就会再低于铜质管状流道2入口高度，此时，铁合金熔融液不再流入管状流道2，这样随着转筒1转速的反复提高和降低，铁合金熔融液就会断断续续地流入
到管状流道2中。
32.管状流道2在转筒1断断续续旋转的离心力和从喷嘴11喷洒出的冷却水冷却的同时作用下，使流入到管状流道2中的铁合金熔融液逐渐冷却凝固成外表面凝固而内部仍为液体的半固体状金属颗粒，而不会是连续的长条状。管状流道2的中心线与转筒1径向成角度，并且与转筒1轴向成角度倾斜向下布置的目的是，在离心力和重力的双重作用下，更有利于铁合金熔融液在管状流道2内快速的流动和聚拢。之后管状流道2再将颗粒从出口抛落到收集槽3中，以此实现铁合金的颗粒化。
33.利用这种制备铁合金颗粒的装置，并通过上述的原理，本实施方式还提供一种制备铁合金颗粒的方法，方法具体步骤如下。
34.1）启动电机6，驱动转筒1进行旋转，调整转筒1的转速至30r/min
‑
40r/min。30r/min
‑
40r/min的转速产生的离心力足以将颗粒甩出，并且能够保证装置运行的稳定性。
35.2）开启水泵13，冷却水从水箱14流经传输管12、圆环水管9、喷管10和喷嘴11，喷洒在管状流道2的外表面。
36.3）通过中间包7，使铁合金熔融液通过导流管8流入转筒1中，控制浇铸速度，使转筒1中的液面高度始终低于管状流道2的入口处，随着转筒1的加减速交替变速旋转，铁合金熔融液断续地流入至管状流道2内，并在冷却水的冷却作用下，边流动边冷却，逐渐凝固成半固态颗粒后，在旋转离心力的作用下从管状流道2的出口处抛出，跌落到收集槽3中，完成铁合金的粒化。
37.4）将抛落到收集槽3内的粒化成型后的铁合金颗粒收集起来，制备结束。
38.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施方式所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。