СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ КАЛЬЦИЯ
METHOD OF PRODUCING CALCIUM GRANULES

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности кальция, и может быть использовано для получения грубых порошков или гранул металлов, в том числе пластичных и химически активных.
Существующие методы получения порошков и гранул подразделяют на механические и физико-химические («Технология металлов и материаловедение». Под редакцией Л.Ф. Усовой, М.: Металлургия, 1987). Из физико-химических методов для получения порошков кальция наиболее пригоден электролиз расплавленных солей. Однако отделение полученных частиц металла от электролита, например, с помощью отмывки водой или растворами солей, для кальция не пригодно из-за его химической активности.
Из механических методов в настоящее время применяются такие, как распыление струи расплавленного металла (патент РФ №2199734, бюл. №15, 27.05.2000) и обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки.
Недостатком метода распыления расплава является большой расход электроэнергии на нагрев и плавление металла, а также необходимость создания защитной атмосферы для расплава кальция.
Для получения порошков используют также различные способы измельчения металлов обработкой резанием, осуществляемые с помощью мельниц и дробилок (Gert Schubert. "Aufbereitung metallischer Sekundarrohstoffe", VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984).
Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ получения порошка кальция (патент RU 2203774 С2, B22F 9/04, опубл. 10.05.2003), включающий измельчение кальциевой стружки на вращающемся роторе, удаление порошка из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита.
Известный способ не предусматривает защиту от пожаровзрывоопасности, его недостатком является низкая производительность процесса получения порошков металлов.
Высокая пожаровзрывоопасность способа обусловлена тем, что при резании элементов стружки образующийся порошок обладает значительной полидисперсностью. Из рабочей зоны удаляется небольшая часть частиц с линейными размерами, задаваемыми диаметром отверстий решетки. Основной же объем металла находится в зазоре между валом ротора и решеткой. При этом образующийся порошок находится в условиях интенсивного трения. При истирании материала образуется пылевоздушная смесь и происходит нагрев рабочей зоны, что повышает пожаровзрывоопасность процесса, особенно при получении порошков легковоспламеняющихся на воздухе металлов.
В результате нагрева выше 300°C кальций начинает взаимодействовать с кислородом и азотом воздуха (Доронин Н.А. «Металлургия кальция». М.: "Атомиздат", 1958). Данные реакции имеют экзотермический эффект, из-за чего рабочая зона дробилки получает дополнительное количество тепла.
Следует отметить также, что в области резания металл проходит все стадии деформации и разрушается. В таких условиях кальций претерпевает полиморфные превращения (М.Е. Дриц. «Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов», справочник. М.: "Металлургия", 1989). При этом резко повышается пластичность и снижается прочность металла (А.В. Бобылев. «Механические и технологические свойства металлов», справочник. М.: "Металлургия", 1987). На практике это приводит к интенсивному налипанию металла на режущую кромку инструмента и, соответственно, к резкому повышению усилий резания и снижению производительности, а также к дополнительному нагреву рабочей зоны.
Изобретение решает задачу повышения производительности процесса получения гранул кальция и снижения пожаровзрывоопасности операции.
Для этого в заявляемом способе, включающем измельчение кальциевой стружки, используют кальциевую стружку с толщиной не более среднего размера частиц основной фракции получаемых гранул кальция, измельчение кальциевой стружки ведут последовательно в двух дробилках с вращающимся ротором и удалением продуктов дробления из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита, причем в качестве второй дробилки используют дробилку с меньшим размером отверстий сита, чем у первой дробилки, в зону дробления добавляют пожаротушащие порошки, после измельчения осуществляют скатывание частиц с получением гранул кальция, полученные гранулы кальция направляют в циклон для отделения их от пожаротушащих порошков.
В качестве пожаротушащих порошков предпочтительно использовать порошки фтористого кальция или хлористого калия.
Использование стружки с заданной толщиной не более среднего размера частиц основной фракции получаемых гранул позволяет снизить степень полидисперсности продуктов дробления, за счет чего образующиеся частицы металла легко удаляются из зоны дробления через отверстия сита.
Последовательное дробление стружки в двух дробилках, первая из которых имеет больший размер отверстий сита, по сравнению со второй, позволяет уменьшить нагрев измельчаемого металла и соответственно его склонность к налипанию на кромки ножей.
Это позволяет снизить нагрев металла с целью снижения его пластичности. Однако на практике не исключает возникновения эффекта налипания при резании высокочистых металлов, например, таких как кальций. Добавка в зону дробления огнетушащих порошков позволяет исключить эффект налипания за счет изменения механических свойств металла. Использование именно пожаротушащих порошков фтористого кальция или хлористого калия обусловлено тем, что они не взаимодействуют с кальцием, а также высокой стабильностью их свойств при хранении на воздухе.
Предлагаемый способ поясняется фиг.1, на которой изображена схема получения гранул кальция.
Пример осуществления способа
Согласно схеме, представленной на фиг.1, из слитков кальция 1 получали стружку путем резания фрезой 2. Полученную стружку охлаждали на вибрационном охладителе 3.
Толщина стружки задавалась скоростью подачи слитка на фрезу и составляла около 2,0 мм. Полученная стружка после прохождения через вибрационный охладитель подавалась по транспортерной ленте 4 вначале в первую дробилку 5, имеющую больший размер отверстий сита, а затем во вторую дробилку 6 с меньшим размером отверстий сита.
Признаками возникновения эффекта налипания являлись резкое повышение температуры в зоне дробления и увеличение токовой нагрузки на двигателе привода вращения ротора дробилки. Для устранения налипания на транспортерную ленту перед дробилкой добавлялись рекомендуемые для тушения кальция порошки фтористого кальция или хлористого калия. Изменение параметров процесса дробления кальция при добавлении порошков показано в таблице 1 на примере второй дробилки, в которой был отмечен эффект налипания.
Таблица 1
Результаты использования добавок пожаротушащих порошков в процессе получения гранул кальция
Вид порошка
Расход порошка на 1 тонну гранул, кг
Температура во второй дробилке, °C
Токовая нагрузка на двигателе дробилки, А
перед добавкой
после добавки
перед добавкой
после добавки
CaF<sub>2</sub>
6,0÷10,5
55
37÷40
60÷65
45÷50
KCl
0,5÷1,0
55
29÷32
60÷65
35÷40
Полученные продукты дробления направлялись в окатыватель 7, где частицам придавалась форма, близкая к сферической. Полученные таким образом гранулы направлялись в циклон 8, где происходило отделение добавленных ранее порошков и их унос в систему газоочистки. Некоторое повышение примеси добавляемых порошков в готовой продукции находилось в пределах погрешности химического анализа. Полученные таким образом готовые гранулы поступали на вибросито 9 для отделения товарной фракции менее 2 мм и далее в упаковку 10. Гранулы с размерами более 2 мм возвращались в начало процесса.
Полученные товарные гранулы кальция имели следующий гранулометрический состав:
- размер частиц 1,0-1,4 мм - 10,3%;
- размер частиц 1,4-1,6 мм - 14,8%;
- размер частиц 1,6-2,0 мм - составил от общего количества ~ 67,7% (основная фракция, соответствующая толщине стружки).
Остальная фракция гранул имела размер частиц 0,4-1,0 мм и входила в состав кондиционных гранул как примесь.
В проанализированных источниках патентной и научно-технической информации совокупность существенных признаков заявляемого изобретения не выявлена. Вместе с тем, оно способствует повышению пожаробезопасности процесса и выхода годных гранул.
Предлагаемый способ показан на примере получения кальциевых гранул. Однако это не ограничивает область его применения. Способ может применяться для получения гранул или порошков других пластичных и химически активных металлов, таких как магний, алюминий, а также для их сплавов.