[发明专利]对熔融物料进行骤冷

说明书

                     发明的背景

本发明涉及以制成细碎形式的熔融物料，尤其涉及制备这些细碎物料的方法，特别是这些物料是陶瓷材料的情况。

在本领域内，已知制成熔融状态的物料最好的是通过快速骤冷操作，使其温度降至更易控制的温度。为此，可以将熔化物倒入水中，但是这会产生相当大量的蒸汽，且需要大量额外的水。另外，水会引入杂质或者引起不适当的反应。为了克服这一问题，有人提出将熔融的物料滴在某种冷却介质(如钢球)上，或者滴入厚钢板之间的空腔内。将物料滴在作为冷却介质的钢球上，还有将产物从冷却介质上分离的问题。而将物料滴在钢板之间时，钢板会变质，需要时常更换。用空气或水骤冷解决了这两个问题，但是却存在着局限性，就是得不到能够被粉碎并分级成磨料工业所需全部范围内磨料粒度的粗料。

然而，对于陶瓷和耐火材料，较好的方法是用空气骤冷熔融物料。在该方法中，熔融物料流被注入到冷空气的高速流中。湍流则将熔融物料流分成液滴，这些液滴被空气冷却，使得起初在液滴的外表面形成壳层，其厚度逐渐增加，直至所有的液滴均被固化。然而，这种方法也存在着问题，由于据估计，在壳层具有足够强硬以承受颗粒之间的相互接触之前(此相互接触可能会使壳层破裂，导致碰撞的液滴/颗粒之间产生熔融)，液滴/颗粒需要运动长达15英尺。另外，该方法还会产生许多粉尘，造成收集和污染的问题。

现在发明了一种新方法，用此方法熔融陶瓷物料可以被迅速固化得到较均匀的球状颗粒，而产生最少量的粉尘。该方法适用于制备各种陶瓷材料，包括氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化铝、氧化铝/氧化锆、氧化镁等。

                      发明的概述

本发明提供了一种用于骤冷熔融陶瓷物料的方法，该方法包括将熔融陶瓷物料流加入到湍流的流体流中，温度和流量是使得熔融物料流被击碎成物料液滴流，这些液滴被夹带在流体流中并进行冷却。然后，将经冷却的液滴从流体中分离出来。这一分离在旋风分离器中可方便地进行。

在较好的方法中，流体流包括水滴或夹带在空气中的水滴，尽管使用仅仅包含空气的流体流也可以。然而，水的存在是非常需要的，因为水滴可大大促进熔融陶瓷物料滴的有效冷却。还可以预见到，其它气体(如氮气和二氧化碳)可用来代替空气。但是，空气具有其明显的优点，就是成本低且容易得到，所以是最佳的选择。

在本发明的一个较佳实施方案中，经过一个弓形狭缝将空气或空气/水混合物注入，狭缝弓形的凹面向上。流体流的流速应使得被夹带的熔融物料不会穿透该流体流，该流体流形成一种通道，在其中熔融物料被夹带着一起运动。

旋风分离器是一个垂直取向的漏斗形容器，其切向流入口位于漏斗的上部，出口位于漏斗的下端。流体从流入口引入，绕着分离器的内壁以螺旋方式盘旋而下，然后从出口出去。在该方法中，空气和蒸汽(在流体含水的情况下，在熔融陶瓷物料冷却时产生的蒸气)从旋风器(cyclone)的上端流出。固化的物料滴，以及在流体流中含水的情况下未蒸发成汽的水则从旋风器的底部分离出去。然后对颗粒进行干燥。

通常需要在旋风器的内部装置一些隔板以消散(break up)流动中的漩涡，因为这些漩涡会产生振动效应，该振动效应会在整个时间范围内损害系统的结构统一性。

旋风器的顶部还可以装上一套排气系统，但是更通常的是，只要注入口上方的长度足够大，顶部可以是任其敞开的，不会有什么严重的问题。

因为在旋风器中发生热交换，所以通常需要使得至少一部分旋风器配备有冷却外套以吸收回收的热量。在该方法的注入相中使用水的情况下，得到的产物是湿的，需要经过干燥操作后才能装袋和运输。然而，在这些情况下，可以使回收的颗粒保持足够的热量用来干燥，无需单独的干燥步骤。在这种情况下，干燥可以通过仅仅是先令水排尽，然后让颗粒在传输机上呈一薄层风干来完成。

本发明特别适用于制备要求尽可能细的结晶形式的熔融物料。本发明在制备氧化锆耐火材料中有特殊的用途，此时在氧化环境下的快速骤冷减少了最终产物中氮化物和碳化物的含量。完全氧化的产物在耐火工业中被认为是有利的。本发明还可用于氧化铝/氧化锆磨料的骤冷，此时的快速固化往往会使四方形的氧化锆稳定，四方形的氧化锆被认为在研磨性能上具有有益的效果。另外，通过控制流动的湍流，有可能得到具有不同粒度分布的颗粒，它们可直接用作磨料，或者经过进一步粉碎或分级制成磨料。

                        附图

图1表示本发明一个装置的垂直剖面图。

图2表示图1所示装置的旋风器部分的俯视图。