对熔融物料进行骤冷

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。

图3表示本发明另一个用水炮的实施方案。

                 较佳实施方案的描述

现在结合附图中所示的装置详细描述本发明。

在图1中，熔炉1用来制备熔融的陶瓷物料。熔融物料从熔炉出来，经过喷 口2，进入旋风器6的入口4。熔体流被夹带在经过输送喷管(entraining jet)3输 入的空气流、水流或空气/水流中。额外的冷却水可通过位于入口4开口处的环5 加入旋风器6中。输送喷管在高压下操作，在其喷口和通向旋风器的入口之间产 生一湍流区，它有效地将熔融物料流击碎成许多细小的液滴，这些细小液滴在进 入旋风器时固化并冷却。在物料进入旋风器的位置以上有一个延伸部分7，用于 防止在操作时颗粒从旋风器中甩出。

旋风器中可装置一些隔板(图中未示出)，用于确保冷却更均匀并减少可能的 振动。流体从旋风器中出来，沉积在设计用来收集固体颗粒的分离器装置9中。 陶瓷物料从分离器出来，沉积在传送-收集器10上。

还可以在旋风器前头放置另一套冷却系统，这样所有的熔融产物在进入旋风 器之前就被固化了，然后旋风器的作用是进行进一步的冷却，且最终从陶瓷产物 中分离出所有的水，这种方式通常也是有利的。这种另一套冷却系统的一个例子 是“水炮”(water cannon)，装备有该装置的设备的一个例子如图3所示。熔融产 物从熔炉1中出来，经过喷口2，灌入来自雾化喷嘴3的流体流中，沿着这段水 炮管14朝前流动，水炮管内配有许多喷水环(water rings)15，它们的喷口指向水 炮内，沿其长度方向形成角度。在每个喷水环的前面有隔板挡住，以防止在喷水 环上有产物聚集，而这会导致蒸汽爆炸。水炮的出口放置在旋风器的入口处。

该系统的优点是可以使用较大量的冷却水，如果需要的话进一步设计水炮， 使其配有许多冷却环，每个冷却环配有关闭阀，这样就可以仔细控制所用的水 量。水炮可以与旋风器分离，也可以接在旋风器上。

该装置可以使用完全是水、或完全是空气，或者是水和空气混合物的流体 流。在特别好的一个实施方案中，通过一根半开的一英寸管，提供空气/水混合物， 该混合物是压力90磅/英寸2(psi)的空气，加入压力约40磅/英寸2的水。由该装 置得到的产物是氧化钇稳定的氧化锆(最多约含5重量％的氧化钇)，其粒度不小 于100筛目，大多数由1/4英寸的粗颗粒组成。

在通常的用水雾化的方法(不含空气)中，得到的是几乎没有小于40筛目的大 颗粒。单独使用空气，可得到细得多的粒度分布。若用水和空气的混合物，则得 到中等的粒度分布。然而，一般来说，流经喷管3的雾化流体流的流速越高，雾 化就越好，所得颗粒就越细。正如预期的那样，熔融陶瓷物料流也会影响颗粒的 粗度。对于任何给定的流体流量而言，熔融陶瓷物料的流量越高，产物就越粗。

该装置的有效性通过使用含5％MgO和95％氧化铝的尖晶石物料进行了评 定。通过喷管注入100磅/英寸2的水，并且让45磅/英寸2的水流经环的喷口产 生水幕。如此制得的粗产物，其过40筛目的产物约少于3％(重量)。

当通过输送喷管注入80磅/英寸2的空气，且经过与上述相同的水幕时，得 到产物的粒度细得多。

使用含10％氧化铝、5％二氧化硅、85％氧化锆的陶瓷物料，通过环的喷口 喷射水，在输送喷管中只用空气，结果在70筛目的筛网上留下99.78％(重量)的 产物，在30筛目的筛网上留下90.6％(重量)的产物，只有42.28％(重量)的产物粗 于12筛目。

使用相同的陶瓷原料，但是关闭喷水环喷口，在输送喷管中提供空气/水混合 物，发现类似的情况：在70筛目的筛网上留下99.79％(重量)的产物，约40.47％ 的产物粗于12筛目。

仅仅在输送喷管中使用空气，且不用喷水环，则粒度分布有一些变细：在70 筛目的筛网上仅留下91.2％(重量)的产物，在30筛目的筛网上留下59.75％的产 物，只有19.17％(重量)的产物粗于12筛目。

                     发明的背景