熔融材料的粒化冷却装置的制作方法

1.本实用新型涉及材料制备技术领域，更为具体地，涉及一种熔融材料的粒化冷却装置。


背景技术：

2.熔融材料离心粒化包括转盘(杯)法，是近年开始兴起研究且正处在开发阶段的一种全新的粒化处理技术，主要方式如下：
3.高温熔体首先被输送到一个高速旋转的盘形容器上，转盘有一定的容积，转盘的旋转带动盘内熔体做圆周运动，熔体在离心力作用下会由内向外沿盘形做爬坡运动并做跟随圆周运动，当熔体到转盘边缘时，依靠惯性克服粘滞阻力以较高速度甩出，液滴飞行与粒化室冷却壁碰撞后向下，飞行过程中与周围空气换热后形成固态成品颗粒。液滴在粒化室内通过辐射和空气对流冷却，粒化室冷却壁有夹套水冷，成品的颗粒落入到下部的排料口，完成粒化过程。后续有二次冷却装置继续冷却颗粒至适当温度(适合储存的温度)。
4.上述粒化方式对粒化条件要求严格，熔体从转盘甩出粒化成液滴到达粒化室水冷壁碰撞向下，在粒化室内停留的时间主要取决于在粒化室下部空间圆周方向停留的时间，但是控制这一时间的方法只能靠出料口开口的设置做有限调整，这种调整受到诸多条件限制，例如出料是否顺畅，颗粒是否堆积，如何实现在线调整等。这一问题直接影响粒化效果的稳定和粒化质量。由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，进一步造成产品堆积重熔现象。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种熔融材料的粒化冷却装置，以解决目前的在熔体粒化冷却过程中，由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，造成产品堆积、重熔现象等问题。
6.本实用新型提供一种熔融材料的粒化冷却装置，包括粒化室；其中，所述粒化室包括顶锥结构和与所述顶锥结构的底部连接的下锥结构；在所述顶锥结构的顶端设置有排风口，在所述排风口内部设置有导料管；在所述顶锥结构的内部设置有转盘；所述转盘的中心与所述导料管的底部位置相对；在所述顶锥结构的内侧壁上设置有水冷壁；所述下锥结构设置在所述转盘的下方周边；所述下锥结构包括与所述顶锥结构的外侧壁底端连接的中环段和与所述中环段连接的下锥段；其中，所述中环段的外侧壁竖直设置，且在所述中环段的外侧壁上设置有至少一组鼓风口，其中，每组鼓风口至少包括两个位置对称设置的鼓风口；所述下锥段的外侧壁向内倾斜设置，在所述下锥段的底部设置有出料口；在所述下锥段的外侧壁上设置有进风结构；所述进风结构设置在所述鼓风口和所述出料口之间。
7.此外，优选的方案是，所述水冷壁的壁面为圆锥面。
8.此外，优选的方案是，所述排风口设置在所述顶锥结构的顶端的中心；所述导料管设置在所述排风口的中部。
9.此外，优选的方案是，所述进风结构包括设置在所述下锥段的外侧的风箱；其中，所述风箱与所述下锥段之间设置有进风通道，在所述风箱的靠近所述下锥段的一侧的侧壁上设置有一圈至少20片相互交叠的叶子板；且相邻的叶子板之间设置有进风缝隙；在所述风箱的远离所述下锥段的一侧的侧壁上设置有进风口。
10.此外，优选的方案是，在所述转盘的底端设置有冷却装置；和/或，在所述转盘的底部连接有动力装置。
11.此外，优选的方案是，所述转盘的旋转方向、所述鼓风口的进风风向和所述进风结构的进风风向均相同。
12.此外，优选的方案是，所述转盘的中心到所述水冷壁的壁面的水平距离为所述转盘直径的3～8倍。
13.此外，优选的方案是，所述转盘的转速为800rpm～1500rpm；和/或，从所述鼓风口进入的总鼓风量为1x104m3/h～1x105m3/h；从每个鼓风口进入的风速为20m/s～50m/s。
14.此外，优选的方案是，由所述鼓风口鼓入的风的风向与由从所述转盘甩出的物料运动方向的夹角为70
°
～90
°
。
15.从上面的技术方案可知，本实用新型提供的熔融材料的粒化冷却装置，通过将熔融材料由导料管导入粒化室，熔融材料落入转盘，转盘高速运转，使落入转盘的中心的熔融材料在离心力作用下，沿转盘边缘以近似于转盘的旋转切线方向飞出转盘，撞击到顶锥结构的水冷壁上，形成细小熔滴，细小熔滴在鼓风口进入的风所形成的旋风场作用下，到达粒化室下锥段上方，此时液滴因散热降温，表面已硬化成为初级颗粒，初级颗粒的内部可能仍然是液态；初级颗粒受到下锥段的由进风结构进入的风所形成的阻料风场的作用，初级颗粒的周向速度进一步加大，使得颗粒在此区域较长时间停留，通过控制阻料风场的速度控制初级颗粒在此区域停留的时间；由于阻料风场的作用初级颗粒有足够的冷却强度，冷却时间和运动动能，可以保证颗粒之间不发生粘连而且可以保证合适的温度排放到下道工序进行冷却。通过本实用新型能够解决现有技术在熔体粒化冷却过程中，由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，造成产品堆积、重熔现象等问题。
附图说明
16.通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
17.图1为根据本实用新型实施例的熔融材料的粒化冷却装置的结构示意图；
18.图2为根据本实用新型实施例的熔融材料的粒化冷却装置的俯视结构示意图；
19.图3为根据本实用新型实施例的进风结构剖面结构示意图；
20.图4为根据应用本实用新型的熔融材料的粒化冷却装置对熔融材料进行粒化冷却的流程图。
21.附图中，1-粒化室，2-顶锥结构，21-排风口，211-导料管，22-水冷壁， 3-下锥结构，31-中环段，311-鼓风口，32-下锥段，321-出料口，33-进风结构，331-阻风口，332-风箱，333-进风口，334-叶子板，335-进风缝隙，4-转盘，5-冷却装置，6-动力装置。
22.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
23.在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
24.针对前述提出的目前的在熔体粒化冷却过程中，由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，造成产品堆积、重熔现象等问题，提出了一种熔融材料的粒化冷却装置。
25.以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。
26.为了说明本实用新型提供的熔融材料的粒化冷却装置，图1示出了根据本实用新型实施例的熔融材料的粒化冷却装置的结构；图2示出了根据本实用新型实施例的熔融材料的粒化冷却装置的俯视结构；图3示出了根据本实用新型实施例的进风结构的剖面结构。
27.如图1至3共同所示，本实用新型提供的熔融材料的粒化冷却装置，包括粒化室1；其中，粒化室1包括顶锥结构2和与顶锥结构2的底部连接的下锥结构3；在顶锥结构2的顶端设置有排风口21，在排风口21内部设置有导料管211；在顶锥结构2的内部设置有转盘4；转盘4的中心与导料管211的底部位置相对；在顶锥结构2的内侧壁上设置有水冷壁22；下锥结构3设置在转盘4的下方周边；下锥结构3包括与顶锥结构2的外侧壁底端连接的中环段31和与中环段31连接的下锥段32；其中，中环段31的外侧壁竖直设置，且在中环段31的外侧壁上设置有至少一组鼓风口311，其中，每组鼓风口311 至少包括两个位置对称设置的鼓风口311；下锥段32的外侧壁向内倾斜设置，在下锥段32的底部设置有出料口321；在下锥段32的外侧壁上设置有进风结构33；进风结构33设置在鼓风口311和出料口321之间。
28.其中，鼓风口311设置的数量主要考虑安装空间、旋风场的形成、成本等，可根据实际需要设定，在此不作特别限定。
29.通过将熔融材料由导料管211导入粒化室1，熔融材料落入转盘4，转盘 4高速运转，使落入转盘4的中心的熔融材料在离心力作用下，沿转盘4边缘以近似于转盘4的旋转切线方向飞出转盘4，撞击到顶锥结构2的水冷壁22 上，形成细小熔滴，细小熔滴在鼓风口311进入的风所形成的旋风场作用下，到达粒化室下锥段32上方，此时液滴因散热降温，表面已硬化成为初级颗粒，初级颗粒的内部可能仍然是液态；初级颗粒受到下锥段32的由进风结构33 进入的风所形成的阻料风场的作用，初级颗粒的周向速度进一步加大，使得颗粒在此区域较长时间停留，通过控制阻料风场的速度控制初级颗粒在此区域停留的时间；由于阻料风场的作用初级颗粒有足够的冷却强度，冷却时间和运动动能，可以保证颗粒之间不发生粘连而且可以保证合适的温度排放到下道工序进行冷却。通过本实用新型能够解决现有技术在熔体粒化冷却过程中，由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，造成产品堆积、重熔现象等问题。
30.作为本实用新型的优选方案，水冷壁22的壁面为圆锥面。防止飞溅的熔融材料粘粘水冷壁22，有利于形成细小熔滴。
31.作为本实用新型的优选方案，排风口21设置在顶锥结构2的顶端的中心；导料管211设置在排风口21的中部。通过上述结构设计使整体结构更加对称，熔融材料在旋风场作用的空间更加合理。
32.作为本实用新型的优选方案，进风结构33包括设置在下锥段32的外侧的风箱331；其中，风箱331与下锥段32之间设置有进风通道332，在风箱 331的靠近下锥段32的一侧的
侧壁上设置有一圈至少20片相互交叠的叶子板 333；且相邻的叶子板333之间设置有进风缝隙334；在风箱331的远离下锥段32的一侧的侧壁上设置有进风口335。通过上述设计，从进风口335进入到风箱331的风从进风缝隙334进入到下锥段32内，形成阻料风场，通过控制阻料风场的速度控制初级颗粒在此区域停留的时间；通过叶子板333的设计便于控制阻料风场的风量和风向。
33.作为本实用新型的优选方案，在转盘4的底端设置有冷却装置5；和/或，在转盘4的底部连接有动力装置6。通过设置冷却装置5对转盘4进行冷却，对落入转盘4中心的熔融材料进行冷却；通过动力装置6为转盘4提供高速运转的动力，其中，动力装置优选为电机。
34.作为本实用新型的优选方案，转盘4的旋转方向、鼓风口311的进风风向和进风结构33的进风风向均相同。便于对熔融材料形成的颗粒进行完全固化，提高颗粒的均匀度。
35.作为本实用新型的优选方案，转盘4的中心到水冷壁22的壁面的水平距离为所述转盘4直径的3～8倍。在此范围内，有利于对落入转盘4中的熔融材料进行水冷壁撞击。
36.作为本实用新型的优选方案，转盘4的转速为800rpm～1500rpm；和/或，从鼓风口311进入的总鼓风量为1x104m3/h～1x105m3/h；从每个鼓风口311 进入的风速为20m/s～50m/s。转盘4高速旋转才能对熔融材料产生足够的离心力，使熔融材料沿着转盘4旋转的切线方向飞出；只有达到足够的风量以及每个鼓风口311进入的风速达到一定要求，才能在中环段31形成旋风场。
37.作为本实用新型的优选方案，由鼓风口311鼓入的风的风向与从转盘4 甩出的物料运动方向的夹角为70
°
～90
°
。此为优选角度，通过上述角度设计，能够防止熔融材料在旋风场作用下撞击中环段31的内侧壁。
38.图4示出了根据利用本实用新型的上述熔融材料的粒化冷却装置对熔融材料进行冷却的流程。
39.如图4所示，利用本实用新型提供的熔融材料的粒化冷却装置对熔融材料进行粒化，包括如下步骤：
40.s1、将熔融材料通过导料管导入粒化室内，使熔融材料落入转盘的中心；
41.s2、在离心力作用下，落入转盘的中心的熔融材料沿转盘边缘，以近似于转盘的旋转切线方向飞出所述转盘；
42.s3、飞出转盘的熔融材料撞击到顶锥结构的水冷壁上，形成细小熔滴；
43.s4、鼓风口进入的风所形成的旋风场对细小熔滴进行冷却，使细小熔滴固化成初级颗粒；
44.s5、进风结构进入的风所形成的阻料风场对初级颗粒进行再冷却，使初级颗粒二次冷却，形成冷却颗粒；
45.s6、冷却颗粒从所述出料口排出，得到粒化冷却后的固态颗粒。
46.为了对实用新型的实际应用作进一步说明，本实用新型的一个优选实施例如下：
47.实施例1
48.s1、将1400℃高炉渣通过导料管以20t/h的处理量导入粒化室内，使高炉渣落入转盘的中心；其中，转盘的转速为800～1500rpm；转盘位于粒化室的中心，从转盘甩出的液滴首先到达水冷壁的壁面，在水平方向转盘中心到达水冷壁的壁面的距离设定为转盘直径的3～8倍，本实施例优选设置转盘中心到达冷却壁壁面的水平距离为3倍转盘直径；为了保证
液滴不与水冷壁的壁面发生粘接除了使之保持光滑和较低温度外还设定液滴与之碰撞的角度，就是要控制水冷壁的壁面的锥顶角，本实施例设置的锥顶角120
°
。
49.s2、在离心力作用下，落入转盘的中心的熔融材料沿转盘边缘，以近似于转盘的旋转切线方向飞出所述转盘；
50.s3、飞出转盘的熔融材料撞击到顶锥结构的水冷壁上，形成细小熔滴；
51.s4、鼓风口进入的风所形成的旋风场对细小熔滴进行冷却，使细小熔滴固化成初级颗粒；其中，鼓风口的风速设定为20～50m/s，共设置20个鼓风口，其角度设置a(是风向与液滴运动方向的夹角)为70
°
～90
°
，本实施例优选设定为80
°
；
52.s5、进风结构进入的风所形成的阻料风场对初级颗粒进行再冷却，使初级颗粒二次冷却，形成冷却颗粒；其中，
53.颗粒在粒化室停留的时间的关键，液滴与冷却壁壁面发生碰撞向下到达下锥段的距离设为m，由此向外扩展距离n，通过这一点以粒化室中心为轴线的圆柱面与下锥段和冷却段壁面相交中间的圆柱面即为中环段，通常m的取值范围为3倍转盘直径
±
200mm，n的取值范围为转盘半径
±
50mm，下锥段的锥顶角为130
°±
20
°
，下锥段长度设置要考虑从水冷壁的壁面碰撞向下的颗粒不要直接落入到排料口，所以以从转盘甩出的液滴可能的发射角b为控制参数，角b的取值范围15
°±5°
，在理想碰撞条件下液滴颗粒到达下锥体表面的点作为出料口外环，本实施例设置在粒化室内，液滴与水冷壁的壁面发生碰撞向下到达下锥段的距离为1500mm，扩展距离n＝250mm，下锥段的锥顶角为140
°
，液滴可能的发射角为15
°
，相应的中环段内径5000mm，排料口外环直径3145mm，内环直径2345mm。阻料风总风量10000～ 15000m3/h，通过8个进风口平均分配进入8个风箱，下锥段叶子板共有60 片，每片之间的缝隙设置使得阻料风风速可以达到20～50m/s。
54.s6、冷却颗粒从所述出料口排出，得到粒化冷却后的熔融材料。
55.通过上述具体实施方式可看出，本实用新型提供的熔融材料的粒化冷却装置，通过将熔融材料由导料管导入粒化室，熔融材料落入转盘，转盘高速运转，使落入转盘的中心的熔融材料在离心力作用下，沿转盘边缘以近似于转盘的旋转切线方向飞出转盘，撞击到顶锥结构的水冷壁上，形成细小熔滴，细小熔滴在鼓风口进入的风所形成的旋风场作用下，到达粒化室下锥段上方，此时液滴因散热降温，表面已硬化成为初级颗粒，初级颗粒的内部可能仍然是液态；初级颗粒受到下锥段的由进风结构进入的风所形成的阻料风场的作用，初级颗粒的周向速度进一步加大，使得颗粒在此区域较长时间停留，通过控制阻料风场的速度控制初级颗粒在此区域停留的时间；由于阻料风场的作用初级颗粒有足够的冷却强度，冷却时间和运动动能，可以保证颗粒之间不发生粘连而且可以保证合适的温度排放到下道工序进行冷却。通过本实用新型能够解决现有技术在熔体粒化冷却过程中，由于颗粒冷却的强度不够或发生粘壁现象，从而产生较大粒径颗粒或大块，造成产品堆积、重熔现象等问题。
56.如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的熔融材料的粒化冷却装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的熔融材料的粒化冷却装置，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。