(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、銑鉄、鋼鉄および合金鉄の群から選択された溶融材料を造粒し、それによって１０〜５０ｍｍの範囲内の平均サイズを有する粒状材料を取得するためのノズルであって、前記粒状材料における８ｍｍ未満のサイズを有する細粒の量は５％までに制限されており、前記ノズルは、
上側の入口開口と、チャンネルを形成する側壁と、底と、前記チャンネルを形成する側壁の下端にある１〜４個の出口開口の列を１列だけと、を備え、
前記出口開口は、最小寸法において少なくとも５ｍｍのサイズを有し、
前記ノズルは、１０〜３５ｍｍの直径を有する円形の出口開口、または１：１．２から１：１０の範囲内の高さ対幅の比（ｈ／ｗ）を有する楕円形の開口を備えており、前記開口は、上方へ０°〜４５°、または下方へ０°〜４５°向けられており、
前記チャンネルは直線状であり、直径が８０〜２００ｍｍである円形断面を有するか、前記チャンネルは先細り状であり、入口で直径が８０〜２００ｍｍの円形断面を有し、
前記入口における前記チャンネルの断面積（ＡＣ）は、前記出口開口の総面積（ＡＴ）よりも少なくとも３倍大きく、
タンディッシュが回転手段に取り付けられているタンディッシュ装置に用いられる、ノズル。
【請求項２】
ＡＣ≧６ＡＴである、請求項１記載のノズル。
【請求項３】
以下の要件、すなわち、
−  前記ノズルの長さ（Ｌ）は、≦８０ｃｍであること、
−  前記ノズルが２つ、３つ、または４つの出口開口を有すること、
−  ＡＣ≧１０ＡＴ、
−  ＡＣ≧１５ＡＴ
のうちの少なくとも１つを満たす、請求項１または２に記載のノズル。
【請求項４】
タンディッシュと、前記タンディッシュに取り付けられた請求項１から３のいずれか１項に記載のノズルとを備えている、粒状材料を製造するタンディッシュ装置。
【請求項５】
前記タンディッシュは、回転手段に取り付けられている、請求項４に記載のタンディッシュ装置。
【請求項６】
前記タンディッシュは円形断面を有し、前記ノズルはその中心に取り付けられている、請求項５に記載のタンディッシュ装置。
【請求項７】
液体を崩壊させることによって少なくとも５ｍｍの平均サイズを有する粒状材料を製造する装置であって、冷却流体を収容する冷却用タンクと、請求項４から６のいずれか１項に記載のタンディッシュ装置と、前記タンディッシュへ液体材料を供給する手段とを備えており、前記タンディッシュは、前記冷却用タンクの上方に配置されている装置。
【請求項８】
前記装置は、以下の特徴、すなわち、
−  前記回転手段に対して同じ方向または逆方向に、前記タンク内の冷却水を循環させる手段、
−  前記冷却用タンク内の前記冷却流体の上側の液位に対して前記ノズルの高さを調整する手段、
−  前記冷却用タンクから前記粒状材料を取り出す手段、
−  １〜５０ｒｐｍの範囲内で回転を制御する手段、
−  前記供給手段から分配器への液体材料の流れを調節する手段、
−  前記液体材料を前記タンディッシュへ供給する中間レセプタ（ｒｅｃｅｐｔｏｒ）またはシュート（ｃｈｕｔｅ）、
−  ノズル破損の場合に前記液体流を前記冷却水の表面の上へ広げる、前記ノズルの下方に配置された耐熱安全プレート（ｓａｆｅｔｙ  ｐｌａｔｅ）
のうちの少なくとも１つを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
液体金属またはスラグを崩壊させることによって粒状材料を製造する方法であって、
ａ）請求項７または８に記載の装置を用意するステップと、
ｂ）１〜５０ｒｐｍの速度で前記タンディッシュを回転させるステップと、
ｃ）前記溶融材料を前記タンディッシュへ供給するステップと、
ｄ）前記冷却用タンク内の前記冷却流体の上に少なくとも前記溶融材料の流れを分配するステップと、
ｅ）前記冷却用液体の上および／または中で前記溶融材料を崩壊させ、少なくとも一部が凝固した粒を形成するステップと、
ｆ）前記冷却用タンクの底から前記粒状材料を回収するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
以下の特徴、すなわち、
−  前記冷却流体として追加有りまたは追加なしで（ｗｉｔｈ  ｏｒ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ａｄｄｉｔｉｏｎｓ）水を用いること、
−  １〜１０ｒｐｍの速度で回転させること
−  ０．５〜１０ｔ／分の流量で前記溶融材料を供給すること、
−  前記回転手段に対して同じ方向または逆方向に前記タンク内の冷却水を循環させること、
−  前記タンク内の冷却水と、前記回転する分配器内の開口との間の高さの距離を０．１〜１．５ｍに調整すること、
−  前記液体材料を回転する分配器へ供給する手段からの流れを制御することによって前記タンディッシュ内および／または前記回転する分配器内の融液の液位を制御すること、
−  前記タンディッシュ内および／または前記回転する分配器内の前記融液の液位を制御することによって造粒の速度を制御すること、
−  水および空気のエゼクターを用いて前記タンクの下端から排出することによって前記凝固した粒を回収すること、
−  前記タンディッシュ内および／または前記回転する分配器内の液体スラグまたは金属の液位を制御することによって造粒の速度を制御すること
のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の粒状材料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、溶融材料の造粒に使用される設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
水中における金属の造粒は、液体金属を中サイズの製品形態に急速凝固させるよく確立された方法である。グランショット（Ｇｒａｎｓｈｏｔ）（登録商標）プロセスは、鉄鋼業界向けにすぐ使用できる材料を直接製造するために開発されたものである。図１には、知られている装置が開示されている。溶融金属は、タンディッシュから、図１ではスプレーヘッドとして示された、耐熱性のターゲットへと向けられる。金属は、ターゲットに当たり、分裂し、タンク内の冷却水の上へ放射状に分配される（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）。液滴は、タンク内で凝固し、このタンクの底から回収される。粒（ｇｒａｎｕｌｅｓ）のサイズ（粒径：ｓｉｚｅ）は、融液組成および衝突条件などのいくつかの要因に依存する。得られる主な部分は、５〜２５ｍｍのサイズ範囲内にある。しかしながら、最大寸法≦８ｍｍである粒として定義される細粒の量は、２０％ほどにも上ることがあり得る。この方法の原理は、ＥＰ４０２６６５およびＵＳ３８８８９５６に開示されている。
【０００３】
ＵＳ４４０２８８４は、回転ディスクを用いて粒状にする方法を開示する。この方法により得られる粒の主な部分は、１０ｍｍ未満のサイズである。
【０００４】
上述した方法により得られた粒子サイズによって、溶鋼中で粒状金属を急速に溶解することが可能になるが、平均の粒子サイズおよび粒子のサイズ分布を調整する可能性が限られるという欠点がある。
【０００５】
ＥＰ５２２８４４は、金属流を液体冷却浴に注ぎ込むことによって金属の粒を製造する方法を開示する。ＵＳ６２８７３６２は、溶融金属流を水流に導入することによって２０〜１００ｍｍの特徴的な寸法を有する金属塊を製造する方法を開示する。これらの方法に関連している欠点は、広い粒径分布および粗い材料のために溶解時間が長いことである。
【発明の概要】
【０００６】
発明の概要
本発明の全体的な目的は、改善されたサイズ分布を有する粒状材料を製造するノズルおよびタンディッシュ装置（ｔｕｎｄｉｓｈ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を提供することである。
【０００７】
別の目的は、改善されたサイズ分布を有する粒状材料を作製する方法および装置を提供することである。特に、細粒を少量有すると同時に融液中の急速な溶解をもたらす平均サイズ（ｍｅａｎ  ｓｉｚｅ）を有する粒を得ることを可能とすべきである。同じ理由で、粗い粒は完全に避けられるか、または粗い粒の量は少なくとも制限されることが必要である。
【０００８】
得られた粒がより狭いサイズ分布を有する材料を提供することも目的である。
【０００９】
これらの目的は、独立請求項に定められた本発明によって実現される。
【００１０】
本発明のさらなる有利な実施態様は、従属請求項において特定されている。
【００１１】
本発明によれば、造粒は、ノズルまたは前記ノズルを備えたタンディッシュ装置を用いて実行される。溶融材料の造粒の結果、１０〜５０ｍｍの範囲内の平均サイズを有する粒状材料が得られ、８ｍｍ未満のサイズを有する粒状材料における細粒の量は、５％までに制限されている（ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ  ５％）。ノズルは、上側の（ｕｐｐｅｒ）入口開口と、チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を形成する側壁と、底と、チャンネルを形成する側壁の下端にある少なくとも１つの出口開口か或いは複数の出口開口の少なくとも１つの列とを備え、チャンネル内の一つもしくは複数の出口開口は、最小寸法（ｓｍａｌｌｅｓｔ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）において少なくとも５ｍｍのサイズを有し、入口におけるチャンネルの断面積（ＡＣ）は、出口開口の総面積（ＡＴ）よりも少なくとも３倍大きい。
【００１２】
図面の簡単な説明
以下において、本発明を好ましい実施形態および添付図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、グランショット（Ｇｒａｎｓｈｏｔ）（登録商標）プロセスに使用される装置の概略図である。
【図２】図２は、注入用の（ｐｏｕｒｉｎｇ）ノズルが回転式タンディッシュに取り付けられている本発明の一実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本発明による注入用のノズルの概略図である。
【図４】図４は、本発明によるタンディッシュ装置の概略図である。
【図５】図５は、フェロニッケルが３２％Ｎｉおよび０．１％Ｓｉを含有した例１で得られた本発明の粒サイズ分布を開示しているグラフである。
【図６】図６は、フェロニッケルが３２％Ｎｉおよび０．１％Ｓｉを含有した比較用の方法の粒サイズ分布を開示しているグラフである。
【図７】図７は、フェロニッケルが３２％Ｎｉおよび０．２７％Ｓｉを含有した例１の粒サイズ分布を開示しているグラフである。
【図８】図８は、フェロニッケルが３２％Ｎｉおよび０．２７％Ｓｉを含有した比較用の方法の粒サイズ分布を開示しているグラフである。
【図９】図９は、本発明による先細り状の（ｔａｐｅｒｅｄ）注入用のノズルの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明は、特許請求の範囲に定められている。
【００１５】
本発明を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本発明のノズルおよびタンディッシュ装置は、図２に示されるような粒状材料を製造する装置に使用されてもよい。この装置は、冷却流体を収容する冷却用タンクと、冷却用タンクの上方に（ａｂｏｖｅ）配置されている回転可能なタンディッシュへ液体材料を供給する手段と、回転可能なタンディッシュの底に取り付けられたノズルとを備え、このノズルは、上側の入口開口と、チャンネルを形成する側壁と、底と、チャンネルの下端にある少なくとも１つの出口開口または複数の出口開口の少なくとも１つの列とを備えており、チャンネル内の出口開口は、最小寸法において少なくとも５ｍｍのサイズを有するとともに、その最大寸法において５０ｍｍ未満のサイズを有し、上側の入口におけるチャンネルの断面積（ＡＣ）は、出口開口の総面積（ＡＴ）よりも少なくとも３倍大きく、すなわちＡＣ≧３ＡＴである。出口開口の最小寸法は、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８  １９、または２０ｍｍとしてもよい。最大寸法は、５０、４５、５０、４０、３５、３０、２５、２０、１８、または１６ｍｍまでに限られてもよい。
【００１７】
ノズルは、造粒のための流れの状態を最適化するために設計されている。
【００１８】
図３は、本発明によるノズルを開示している。このノズルの長さ（Ｌ）は、８０ｃｍまでに、好ましくは≦６０ｃｍまでに制限されてもよい。したがって、この長さは、８０、７０、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、または２０ｃｍまでに限られてもよい。側壁によって形成された垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）チャンネルは、任意の適切な形態を有してもよい。この垂直チャンネルは、正方形などの多角形の断面を有してもよく、または楕円形であってもよい。しかしながら、実際上の理由から、このチャンネルは、直径（ｄ）が６から２０ｃｍまたは８から１５ｃｍの範囲内にある、図３に示されるような一般的な（ｇｅｎｅｒａｌ）円筒形の形態を有してもよい。したがって、直径は、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５ｃｍとしてもよい。垂直チャンネルの直径は、出口の直径よりもずっと大きい。
【００１９】
入口におけるチャンネルの断面積（ＡＣ）は、出口の総面積（ＡＴ）よりもずっと大きく、この総面積は、出口開口は先細り状としてもよいので、側壁の内側の出口開口のサイズから計算される。造粒のための流れの状態を最適化するために、入口におけるチャンネル断面積と出口の総面積の間の比ＡＣ／ＡＴは、少なくとも３とすべきである。好ましくは、ＡＣ／ＡＴ≧６、ＡＣ／ＡＴ≧１２、ＡＣ／ＡＴ≧１６、またはさらにはＡＣ／ＡＴ≧２０である。
【００２０】
側壁によって形成された垂直チャンネルは、下端よりも入口でより大きい断面積（ＡＣ）を有してもよい。この垂直チャンネルは、先細り状または円錐形としてもよい。そして、入口における直径（ｄ）は、チャンネルの下端における直径よりも大きい。図９は、先細り状のノズルを開示している。この場合には、ノズルの外側輪郭も円錐形であり、それにより例えば円錐形のシート（ｓｅａｔ）にノズルを取り付けるのを簡単にすることができる。チャンネルの下端における出口開口は、わずかに先細り状としてもよい。
【００２１】
上記ノズルは、以下の各特徴のうちの１つまたは複数の特徴を備えることができる。
−  １０〜５０ｍｍ、１０〜３０ｍｍ、２０〜３５ｍｍ、または１２〜３０ｍｍの直径を有する側壁の下端における円形の開口。この開口の最小直径は、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８  １９、または２０ｍｍとすることができる。最大直径は、５０、４５、４０、３５、３２、３０、２８、２６、２４、２２、２０、１８、または１６ｍｍまでに制限されてもよい。開口のサイズおよび個数は、設計容量（ｄｅｓｉｇｎ  ｃａｐａｃｉｔｙ）、すなわち、メトリックトン毎分（ｔｏｎｎｅｓ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）に依存する。
−  １：１．２から１：１０の範囲内の高さ対幅の比（ｈ／ｗ）を有する楕円形の開口。開口の形を調整することによって、分配器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ）から出る溶融流（ｍｏｌｔｅｎ  ｓｔｒｅａｍ）の形を調整することが可能である。開口がより幅広いと、膜状の流れがより多くなり、それによって粒のサイズおよび形状は、影響を受け得る。
−  一列の開口、好ましくは前記単一の列に４つ以下の開口。良好な熱放散を得るために、開口の個数は、２、３、または４としてもよい。この設計は、製造するのが最も簡単であり、その方法は、制御するのが容易である。したがって、それは、好ましい設計である。
−  上方へ０°〜４５°、例えば上方へ５°または２５°、または上方へ１５°〜２０°向けられている開口。この分量によって、上記流れが冷却用液体に当たる前の空中の経路（ｐａｔｈ）および時間を調整することが可能である。また、冷却浴の上への溶融流の広がり（ｓｐｒｅａｄ）は、放物線飛行によって影響を受ける。
−  下方へ０°〜４５°向けられている開口。１つまたは複数の流れを下方へ向けることによって、飛行距離を短くし、流れが冷却浴に当たり冷却浴の上の広がりに影響を及ぼす前に流れが崩壊（ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）するリスクを低減することが可能である。
−  先細り状の開口。
【００２２】
図４は、本発明によるタンディッシュ装置の概略図である。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、上記タンディッシュは円形断面を有し、注入用のノズルは、その中心に取り付けられている（ｃｅｎｔｒａｌｌｙ  ａｔｔａｃｈｅｄ  ｔｈｅｒｅｔｏ）。注入用のノズルは、４つの円形の開口を有してもよく、その各開口は、１０〜３０ｍｍ、好ましくは２０〜２５ｍｍの直径を有する。注入用のノズルは、３つの円形の開口を有してもよく、その各開口は、１０〜３５ｍｍ、好ましくは２２〜２８ｍｍの直径を有する。注入用のノズルは、２つの円形の開口を有してもよく、その各開口は、１０〜４０ｍｍ、好ましくは２６〜３５ｍｍの直径を有する。
【００２４】
タンディッシュは、液頭を一定に維持し、それによって注入用のノズルを通じての流量を一定に維持するために、タンディッシュ内のレベル（ｌｅｖｅｌ）を自動調整する重量測定システムを備えてもよい。代替として、自動制御システムは、光学センサまたは電磁センサを備えてもよい。
【００２５】
本発明の方法を用いて得られる粒状材料は、狭いサイズ分布を有し、典型的には平均サイズが１２〜５０ｍｍ、好ましくは１６〜３０ｍｍの範囲内であり、８ｍｍ未満のサイズを有する細粒の量は、≦５％までに、またはさらには≦３％までに制限されてもよい。６ｍｍ未満のサイズを有する細粒の量は、≦３％までに、またはさらには≦１％までに制限されてもよい。５ｍｍ未満のサイズを有する細粒の量は、≦１％までに制限されてもよい。平均サイズの上限は、４５ｍｍ、４０ｍｍ、３５ｍｍ、３２ｍｍ、３０ｍｍ、または２５ｍｍであってもよい。平均サイズの下限は、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍ、または２０ｍｍであってもよい。これらの上限と下限は、自由に組み合わせられてもよい。２より多いＣ重量％および／またはＳｉ重量％（more than 2 wt.% C and/or wt.% Si）を含有するフェロニッケル材料は、本発明から放棄されてもよい。
【００２６】
＞８０ｍｍのサイズを有する粗い粒の量は、５％までに制限されてもよく、またはそれどころか完全に避けられてもよい。
＞６０ｍｍのサイズを有する粗い粒の量は、１０％、８％、５％、３％、または１％までに制限されてもよい。
＞４０ｍｍのサイズを有する粗い粒の量は、１５％、１０％、５％、３％、または１％までに制限されてもよい。
＞２５ｍｍのサイズを有する粗い粒の量は、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％、５％、３％、または図１に示されるように１％までに制限されてもよい。
【００２７】
細粒および粗い粒の量に関する制限は、総重量の％として表わされる。
【００２８】
本発明は、上記の実施形態によって限定されるものとして理解されるべきでなく、当業者によって理解されるように特許請求の範囲内で変更されてもよい。
【００２９】
例
以下には、本発明により得られた結果が、フラットスプレーヘッドを有する知られている装置を用いて得られた結果と比較される。全ての例において、フェロニッケルは、誘導炉内で溶融され、出湯樋（ｔａｐｐｉｎｇ  ｓｐｏｕｔ）を使用することによってタンディッシュへ供給された。出湯温度は、１６５０℃であった。タンディッシュ内の融液レベルは、３００〜４００ｍｍに手動で制御された。タンディッシュ内のノズル直径は、７２ｍｍであった。造粒の完了後、粒は、タンクから取り出され、乾燥させられ、重みがかけられ（ｗｅｉｇｈｔｅｄ）、スクリーニング（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）された。使用されたサイズのクラスは、＜４ｍｍ、４〜８ｍｍ、８〜１２ｍｍ、１２〜１６ｍｍ、１６〜２５ｍｍ、および＞２５ｍｍであった。結果は、総重量の％の単位で与えられる。
【００３０】
例１
この例では、フェロニッケルが３２％Ｎｉおよび０．１％Ｓｉを含有した。
【００３１】
本発明によるノズルは、１つの単一の列内の４つの穴を有した。４つの開口は、３４６ｍｍ２の総開口面積（ＡＴ）を有し、したがってＡＣ≧１０ＡＴであった。
均一な熱放散を確実にするために３ｒｐｍの回転速度が使用された。
【００３２】
本発明による得られた粒のサイズ分布は、図５に開示されている（Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ．  １０８）。
【００３３】
図６には、従来のフラットスプレーヘッドを用いて得られた粒のサイズ分布が示されている（Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ  １１０）。
【００３４】
細粒の量が減少させられ、平均サイズは増加し、サイズ分布が改善されたという点で、本発明の装置によってサイズ分布が改善されたことは明らかである。
【００３５】
例２
この例では、増加したＳｉ含有量のサイズ分布への影響が検査された。
フェロニッケルは、３２％Ｎｉおよび０．２７％Ｓｉを含有した。造粒条件は、例１と同様であった。
【００３６】
図７には、本発明により得られた粒のサイズ分布が開示されている（Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ．  １１６）。
【００３７】
図８には、従来のフラットスプレーヘッドを用いて得られた粒のサイズ分布が示されている（Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ  １１５）。
【００３８】
サイズ分布の改善は、両方の場合に実現された。
【００３９】
従来のスプレーヘッドについての結果は、Ｓｉがサイズ分布に良い影響を与えることが知られていたので期待された通りであった。Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ．  １１５とＣｈａｒｇｅ  Ｎｒ  １１０の比較は、Ｓｉ含有量増加の結果、細粒がより少なくなり、サイズ分布が改善されたことを明らかにしている。
【００４０】
しかしながら、Ｓｉ含有量の増加は、本発明の装置を用いて得られたサイズ分布に顕著な効果があることが分かった。Ｃｈａｒｇｅ  Ｎｒ．  １１６とＣｈａｒｇｅ  Ｎｒ．  １１５の比較は、細粒の量がほぼなくされ、粒の平均サイズが非常に増加したことを明らかにしている。
【００４１】
例３
この実験では、３２％Ｎｉおよび＜０．５％Ｓｉの公称含有量を有する商用のフェロニッケルのグレードの造粒中に細粒が発生する。図９に開示されたタイプのノズルが使用された。内径（ｄ）は１３８ｍｍであり、ノズルの長さ（Ｌ）は全てのチャージに対して３５０ｍｍであった。３つの穴を有するノズルの出口開口の直径は２５ｍｍであった。４つの穴を有するノズルの出口開口の直径は２２ｍｍであった。
【００４２】
結果は、以下の表１に与えられている。
【００４３】
【表１】
0006674473.tif 000002
【００４４】
入口におけるチャンネルの断面積（ＡＣ）は、全てのチャージについて出口開口の総面積（ＡＴ）よりもほぼ１０倍大きかった。得られた粒は、６ｍｍ未満のサイズを有する細粒を少量有した。実際には、３重量％以下の細粒が、これらのチャージのいずれにおいても発生した。
【００４５】
産業上の利用可能性
本発明は、合金鉄（ｆｅｒｒｏａｌｌｏｙ）産業、鉄産業、および鉄鋼産業における用途に特に適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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