Способ инициирования и/или ускорения, и/или управления процесса кристаллизации в переохлажденных расплавах или перенасыщенных растворах твердых веществ

 

Изобретение касается способа инициирования и/или ускорения процесса кристаллообразования или выделения твердых веществ, и/или управления этими процессами в переохлажденных расплавах или перенасыщенных растворах твердых веществ. Возникающая при этом проблема заключается зачастую в невозможности управления процессом затвердевания или кристаллообразования точно по времени, а сами процессы в количественном соотношении протекают недостаточно активно. В соответствии с изобретением на переохлажденный расплав или же на перенасыщенный раствор перед передачей на конвейерную ленту конвейерной установки или при контакте расплава с приемным барабаном или конвейерной лентой воздействуют ультразвуком. Задача изобретения состоит в осуществлении кристаллизации или упрочнения различных перерабатываемых расплавов или растворов при точном соблюдении временных и количественных требований. 6 з. п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области упрочнения и/или выделения твердых веществ, находящихся в расплаве или присутствующих в виде перенасыщенного раствора.

Известны устройства и способы охлаждения и затвердевания расплавов или перенасыщенных растворов. При этом расплав или перенасыщенный раствор наносится на по возможности охлажденный приемный барабан или на принимающую конвейерную ленту таким образом, что на приемном барабане или на конвейерной ленте затвердевшие вещества осаждаются в форме полосы соответствующей толщины, причем затем эта полоса затвердевших веществ при необходимости может быть разломана на куски соответствующего размера. Предпочтительно передача на приемный барабан или на конвейерную ленту осуществляется порциями, при этом образуются лепешки, которыми легче манипулировать. Имеется также возможность осуществлять передачу на приемный барабан или на ленту конвейера в форме полос, причем в этом случае получаются полосы затвердевшего материала, которые легко могут быть разрезаны на отрезки соответствующей длины. Такие способы и используемые для их осуществления устройства описаны, например, в патентах ФРГ - DE 2941802 C2, DE 3421625 C2 и DE 3813756 C1.

Далее из заявки США US A-3513212 и из Европейского патента EP 0054328 A1 уже известно использование ультразвука для инициирования и/или ускорения процессов кристаллизации в расплавах или в растворах.

Однако при осуществлении этих способов кристаллизации и/или упрочнения переохлажденных расплавов или перенасыщенных растворов возникает проблема, состоящая в том, чтобы провести подобную кристаллизацию или упрочнение на приемном барабане или же на принимающей ленте конвейера в точно указанный момент времени или же чтобы достичь в достаточной мере прогрессирующей или полной степени кристаллизации или упрочнения передаваемого расплава или раствора на приемном барабане или на принимающей ленте конвейера в течение коротких промежутков времени.

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы избежать указанных недостатков и создать все необходимые условия для осуществления кристаллизации или упрочнения различных перерабатываемых расплавов или растворов при точном соблюдении временных и количественных требований.

Для этого при способе инициирования и/или ускорения, и/или управления процесса кристаллизации в переохлажденных расплавах или перенасыщенных растворах твердых веществ, при котором переохлажденный расплав или перенасыщенных раствор наносят на приемный барабан или на конвейерную ленту ленточного конвейера, согласно изобретению перед передачей или при контакте расплава с приемным барабаном или конвейерной лентой на переохлажденный расплав или перенасыщенный раствор воздействуют ультразвуком.

Кроме того, переохлажденный расплав или перенасыщенный раствор порционно подают на приемный барабан или конвейерную ленту.

Приемный барабан или конвейерную ленту ленточного конвейера для приема переохлажденного расплава или перенасыщенного раствора дополнительно охлаждают.

Ультразвуком могут воздействовать многократно в отделенных друг от друга местах или концентрированно в одной точке.

Расплав или раствор может содержать суспендированные вещества. Могут переохлаждать только один частичный поток расплава или раствора. При контакте расплава с приемным барабаном или конвейерной лентой расплав могут переохлаждать.

Расплавами или растворами, например, являются растворы CaCl₂, MgCl₂ и Al₂(SO₄)₃ и расплавы воска и серы. Расплавы или растворы могут дополнительно содержать также суспендированные вещества. Расплавы или растворы могут быть также многокомпонентными системами. Максимальная температура расплавов или раствора предпочтительно 500^oC, в частности 350^oC.

Под употребленным здесь указанием "перед передачей на конвейерную ленту конвейерной установки или на приемный барабан" следует понимать, что расплав или раствор перед выходом переохлажденного расплава или перенасыщенного раствора из разгрузочного устройства, которое всегда присутствует на подобной конвейерной установке или барабанной установке, будет всегда подвергаться воздействию ультразвука, т.е. обычно лишь незадолго до их выхода через воздушный зазор, предусмотренный между разгрузочным устройством и конвейерной лентой или приемным барабаном.

Под использованным здесь указанием "при поступлении на конвейерную ленту или приемный барабан" следует понимать, что конвейерная лента или приемный барабан подвергаются воздействию ультразвука. Это может быть осуществлено, например, посредством соответствующего присоединения известных, имеющихся в продаже источников ультразвука к ленточному конвейеру или к приемному барабану. Также само собой разумеется, что мощность подобных ультразвуковых источников приводится в соответствие с имеющейся мощностью или же с пропускной способностью расплава или раствора, а также с их материальным составом. Однако это может быть получено без особых затрат на основе простых предварительных опытов.

На фиг. 1 приведен общий вид установки упрочнения с конвейерной лентой в качестве приемного устройства и с воздействием ультразвука на расплав или раствор; на фиг. 2 - общий вид, соответствующий фиг. 1, при этом, однако, только один частичный поток расплава или раствора подвергается воздействию ультразвука; на фиг. 3 - общий вид установки упрочнения с приемным барабаном в качестве приемного устройства и с воздействием ультразвука на расплав или же раствор; на фиг. 4 - детальное изображение устройства при воздействии ультразвука только на частичный поток; на фиг. 5 - вид в разрезе на встроенный в систему трубопроводов источник ультразвука; на фиг. 6 - частичный вид на присоединение источника ультразвука к конвейерной ленте; на фиг. 7 - схематичное изображение с многократным воздействием ультразвука; на фиг. 8 - схематичное изображение источника ультразвука при использовании ультразвукового отражателя; на фиг. 9 - схематичное изображение устройства с воздействием ультразвука с нескольких сторон.

На фиг. 1 изображена установка для кристаллизации или упрочнения твердых веществ из расплава или из раствора в комплекте. Позицией 1 обозначена нагреваемая и охлаждаемая емкость, целесообразно снабженная мешалкой, в которой находится расплав или раствор, причем расплав при желании может охлаждаться уже в этой емкости. Позицией 2 обозначено устройство регулировки и подачи, предназначенное для управляемой выгрузки из емкости 1. Посредством переохлаждающего устройства 3 расплав или раствор может быть доведен до желаемой и необходимой температуры. Позицией 4 обозначено устройство, с помощью которого осуществляется воздействие ультразвуком, причем здесь речь может идти об источнике ультразвука, встроенном в участок соединительных труб 5, который имеется в продаже. Такие источники ультразвука известны, например, под торговым наименованием "ЗОНОПУЛЬС", они имеют различную мощность (от нескольких ватт до киловатта), причем диапазон их частоты может составлять от нескольких килогерц до нескольких сот килогерц. На установке, представленной на фиг. 1, имеется еще и перепускная линия 6, которая служит для обеспечения состояния температурного равновесия перед передачей расплава или раствора на конвейерную ленту 8.

С помощью разгрузочного устройства 7 расплав или раствор подается на конвейерную ленту 8 конвейерной установки А, причем это может происходить в виде отдельных порций или в форме полос или слоев при соответствующем конструктивном исполнении разгрузочного устройства 7. Конвейерная установка А включает в себя направляющие подвижные валки 9, 9', предназначенные для перемещения конвейерной ленты 8, скребковое устройство 10 для осуществления съема нанесенного на конвейерную ленту 8 и затвердевшего на ней расплава или раствора, устройство для покрытия при необходимости конвейерной ленты 8 антиадгезионным средством, а также устройство для охлаждения конвейерной ленты 8, состоящее из ванны 11 для охлаждающей жидкости, охлаждающего устройства 12 и устройства 13 перекачки.

На фиг. 2 представлена соответствующая фиг. 1 установка в комплекте, при этом здесь, однако, только частичный поток выходящего из емкости 1 расплава или раствора подвергается воздействию ультразвука. Для этого к трубопроводу 5 предусмотрен байпасный трубопровод 14, в котором размещены охлаждающее устройство 3 и источник 4 ультразвука.

При частичной обработке расплава или раствора ультразвуком можно точно установить момент времени или степень кристаллизации или затвердевания.

На фиг. 3 представлена соответствующая фиг. 1 установка в комплекте, однако здесь применяется приемный барабан вместо конвейерной установки для приемки расплава или раствора, разгружаемого из разгрузочного устройства 7. Значения ссылочных позиций в основном соответствуют приведенным на фиг. 1 или 2. Приемный барабан 15 принимает в этом случае расплав или раствор и охлаждается посредством соответствующего фиг. 1 устройства. Также и в случае приемного барабана имеется возможность обработки ультразвуком лишь частичного потока, как это представлено на фиг. 2.

На фиг. 4 изображено более подробно устройство байпасного участка для осуществления обработки ультразвуком лишь частичного потока. Источник ультразвука обозначен также позицией 4, перед ним вверх по течению потока размещен участок 16 переохлаждения, который соответствует переохлаждающему устройству 3, изображенному на фиг. 1. Устройство имеет еще и клапаны 17, 17'и 17''.

На фиг. 5 показан вид в разрезе с источником 4 ультразвука, который встроен в систему трубопроводов посредством отвода 17 трубы, в частности стеклянного отвода трубы. Позициями 18 и 19 обозначен соединительный фланец или же соответственно соединительный элемент источника 4 ультразвука.

На фиг. 6 показан вариант изобретения, при котором обработка ультразвуком осуществляется только после попадания расплава или раствора на конвейерную ленту 8. Конвейерная лента 8 охлаждается здесь так же, как в варианте, представленном на фиг. 1 и 2, в ванне 11 с помощью жидкости, причем конвейерная лента 8 должна касаться поверхности охлаждающей жидкости в ванне 11. Это может происходить очень просто с помощью прижимных устройств или посредством орошения охлаждающей жидкостью конвейерной ленты 8 снизу. Источник 4 ультразвука размещен в этом случае в охлаждающей жидкости в ванне 11, что обеспечивает безукоризненное сцепление.

На фиг. 7 представлена схема устройства, в котором обработка ультразвуком производится не только в одной точке, но последовательно в двух точках с помощью излучателей 20 и 21 ультразвуковых колебаний. Это позволяет осуществлять образование множества центров кристаллизации с определенными временными промежутками.

На фиг. 8 изображен вид устройства, встроенного в систему трубопроводов источника 4 ультразвука в разрезе, который соответствует устройству, изображенному на фиг. 5, при этом здесь отражатель 22 ультразвука противолежит головке 23 излучателя ультразвука, в результате чего может происходить отражение ультразвука и тем самым может быть достигнут более высокий выход используемого ультразвука.

На фиг. 9 представлена схема устройства, в котором в одной точке происходит многократная обработка ультразвуком с помощью трех источников 24, 25 и 26 ультразвука. При этом преимущество состоит в том, что можно работать при использовании малых мощностей излучателей ультразвуковых колебаний и все же достичь высокого эффекта в определенном, относительно малом пространстве. В результате этого имеется возможность достижения сходимости или фокусирования ультразвуковой мощности в малом пространстве или объеме.

В определенных случаях имеется также возможность наносить на принимающую конвейерную ленту или на приемный барабан непереохлажденный расплав, в частности, при быстро кристаллизуемых расплавах - расплав, охлажденный до температуры, лежащей чуть выше точки кристаллизации, который при попадании на конвейерную ленту или на приемный барабан здесь быстро переохлаждается и одновременно обрабатывается ультразвуком. В результате этого появляется возможность надежного предотвращения преждевременного и нежелательного затвердевания расплавов перед выходом из разгрузочного устройства.

Формула изобретения

1. Способ инициирования, и/или ускорения, и/или управления процесса кристаллизации в переохлажденных расплавах или перенасыщенных растворах твердых веществ, в котором переохлажденный или перенасыщенный раствор наносят на приемный барабан или на конвейерную ленту ленточного конвейера, отличающийся тем, что перед подачей или при контакте расплава с приемным барабаном или конвейерной лентой на переохлажденный расплав или перенасыщенный раствор воздействуют ультразвуком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переохлажденный расплав или перенасыщенный раствор порционно подают на приемный барабан или конвейерную ленту.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что приемный барабан или конвейерную ленту ленточного конвейера для приема переохлажденного расплава или перенасыщенного раствора дополнительно охлаждают.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что воздействуют ультразвуком многократно в отделенных друг от друга местах или концентрированно в одной точке.

5. Способ по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что расплав или раствор содержит суспендированные вещества.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что переохлаждают только один частичный поток расплава или раствора.

7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что при контакте расплава с приемным барабаном или конвейерной лентой расплав переохлаждают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9