CS237127B1

CS237127B1 - A method of modifying the bulkiness of bulk material

Info

Publication number: CS237127B1
Application number: CS835250A
Authority: CS
Inventors: Jan Makovnik
Original assignee: Jan Makovnik
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1985-07-16
Also published as: CS525083A1

Abstract

Vynález sa týká sposobu úpravy zrnitosti sypkého, materiálu za účelom zlepšenia jeho zhustitelnosti, ktorého podstatou je, že sypký materiál sa triedi na frakcie, ktorých zrnenie je vymedzené velkosfami zrna vyjádřenými geometrickou postupnosťou dlma ; · k^, d2max · d';,nax . k4, ď4max · . . kde dmax je velkost najvačšieho zrna použitej frakcie a hodnota kvocienta k, jednotlivých členov postupnosti je volená z intervalu v rozmedzí 0,51 až 0,57, pričom počet frakcií sa určí celkovým rozsahom zrnenia upravovaného sypkého materiálu. Jednotlivé frakcie sa potom zmiešavajú počnúc od najhrubšej frakcie, danej relatívnej hustoty a hmotnostně]' koncentrácie, primiešaním ďalšej, jemnejšej frakcie v dopíňajúcom množstve hmotnostnej koncentrácie tejto frakcie do maximálnej hodnoty relatívnej hustoty danej dvojfrakčnej zmesi a postupným primiešovaním vždy ďalšej, jemnejšej frakcie sa pokračuje až po dosiahnutie hmotnostnej koncentrácie celkovej zmesi, pri ktorej má táto najvačšiu relatívnu hustotu. Kvocient k, představuje stredný priemer hodnoty zaplnenia najváčších medzier medzi najtesnejšie uloženými, rovnako velkými časticami danej frakcie.The invention relates to a method of adjusting the granularity of bulk material for the purpose of improving its densification, the essence of which is that the bulk material is sorted into fractions, the grain size of which is defined by the grain sizes expressed by the geometric sequence dlma; · k^, d2max · d';,nax . k4, ď4max · . . where dmax is the size of the largest grain of the fraction used and the value of the quotient k of the individual members of the sequence is chosen from the interval between 0.51 and 0.57, while the number of fractions is determined by the total grain size of the treated bulk material. The individual fractions are then mixed starting from the coarsest fraction, of a given relative density and weight concentration, by mixing the next, finer fraction in the amount of the mass concentration of this fraction up to the maximum value of the relative density of the given two-fraction mixture, and the gradual mixing of the next, finer fraction continues until the mass concentration of the total mixture is reached, at which it has the greatest relative density. Quotient k, represents the average value of the filling of the largest gaps between the most closely packed, equally sized particles of the given fraction.

Description

Vynález sa týká sposobu úpravy zrnitosti sypkého materiálu za účelom zlepšenla jeho zhustitetnosti, u ktorého sa rieši zrnenie frakcií a postup ich žmiešovania.The present invention relates to a method for adjusting the particle size distribution of bulk material in order to improve its densities in which the grain of the fractions and the process of mixing them are solved.

V technickej praxi, například v zlievarenstve a v práškovej metalurgii je často výhodná čo najvačšia relativná hustota použitého sypkého materiálu, například zlievarenského ostriva, kovového prášku a podobné, prejavujúca sa čo najtesnejším usporiadaním jeho zrn. Relativnou hustotou sa rozumie poměr objemu častíc sypkého materiálu vrátane ich vnútorných dutin a pórov k ich celkovému zaujatému objemu. Vo všeobecnosti je relativná hustota určená pomerom objemovej hmotnosti sypkého materiálu k objemovej hmotnosti častíc sypkého materiálu, stanovenej například pyknometricky na časticiach póvodnej velkosti. Schopnost sypkého materiálu s daným tvarom zrn usporiadať sa čo najtesnejším spósobom závisí od jeho zrnitosti, čiže granulometrického zloženia. V zlievarenstve možno teda vhodnou úpravou zrnitosti ostriva zlepšit jeho zhustitefnosť a tým aj zmenšit jeho medzerovitosť. To sa prejaví vo formovacej zmesi, například zlepšením jej pevnostných, vodivostných a protipenetračných vlastností, znížením potřebného obsahu spojiva vo formovacej zmesi alebo energie na jej spevňovanie fyzikálnym účinkom, čím sa zlační výroba foriem a zlepší akosť odliatkov. Na čo najvačšej rovnomernej relatívnej hustotě v celom objeme sypkého materiálu zvlášť záleží aj v práškovej metalurgii pri roznych metodách výroby velmi hutných a vysokopevných výrobkov róznych rozmerov a tvarov, vyrábaných najma z práškov odolných voči plastickej deformácii a z ťažkotavitel¹ných materiálov. U týchto materiálov sa zvýšenie kontaktných plóch dá dosiahnúf úpravou zrnitosti miešaním vytriedených frakcií v optimálnej koncentrácii. Výskům ukázal, že na dosiahnutie maximálnej relatívnej hustoty třeba riešiť aspoň dve frakcie, pričom druhá je od prvej aspoň 50 až 100-krát menšia.In technical practice, for example in foundry and powder metallurgy, it is often advantageous to have the highest relative density of the bulk material used, for example foundry sanding, metal powder and the like, manifested by the closest possible arrangement of its grains. Relative density means the ratio of the volume of particulate matter, including its internal cavities and pores, to their total volume taken up. In general, the relative density is determined by the ratio of the bulk density of the bulk material to the bulk density of the particulate material, as determined, for example, by pycnometry on particles of original size. The ability of the bulk material with a given grain shape to assemble as closely as possible depends on its granularity, or granulometric composition. In the foundry industry, it is therefore possible to improve the densities of the lumber by an appropriate adjustment of the grain size of the lumber and thus to reduce its voidiness. This is reflected in the molding composition, for example by improving its strength, conductivity and anti-penetration properties, reducing the required binder content in the molding composition or the energy to solidify it with a physical effect, thereby making the mold making more difficult and improving the quality of the castings. At its best uniform specific weight of the bulk particulate material it depends especially on the powder metallurgy production of a variety of methods of high density and high strength articles of different dimensions and shapes, manufactured mainly from powders resistant to plastic deformation and ťažkotavitel ¹ materials available. In these materials, an increase in contact areas can be achieved by adjusting the grain size by mixing the sorted fractions at an optimum concentration. Research has shown that at least two fractions have to be solved to achieve maximum relative density, the second being at least 50 to 100 times smaller from the first.

V súčasnej praxi málokedy možno použit frakcie s takým velkým odstupňováním velkosti ich stredného zrna. Preto sa doteraz častejšie používajú velmi jemné prášky, s časticami často menšími ako 1 μΐη, aby sa zvýšila ich aktivnost pri spekaní. Vel'mi jemné částice sa často pracné získavajú dodatočným mletím vyrobených práškov. Využíváme iba najjemnejšej frakcie vyrobených práškov je značné neekonomické. S jemnosfou práškov sa zhoršuje aj ich čistota, lebo sa zváčšuje ich měrný povrch a tým aj podiel kysličníkových obálok na povrchu častíc prášku.In the current practice, fractions with such large grading of their medium grain size are seldom used. Therefore, very fine powders, with particles often smaller than 1 μΐη, have been used more frequently to increase their sintering activity. Very fine particles are often laboriously obtained by additionally grinding the powders produced. We use only the finest fraction of produced powders is considerable uneconomical. With the fineness of the powders, their purity also deteriorates, because their specific surface area increases and thus the proportion of oxide envelopes on the surface of the powder particles.

Doteraz známe spósoby úpravy zrnitosti miešaním dvoch alebo viacerých frakcií vyžadujú velmi prácne experimentálně stanovenie ich optimálnych koncentrácii v pripravovanej zmesi, ktoré je založené na přípravě velkého množstva skúšobných vzoriek zmesi s dostatočne jemne odstupňovanými koncentráciami použitých frakcií, na ich zhuštění a na vyhodnotení ich medzerovitosti, například na základe merania ich objemovej hmotnosti. Ani takýto postup stanovenia optimálnych koncentrácii však nezaručuje maximáínu možnú zhustitelnosť použitého materiálu, lebo zrnenie použitých frakcií nebývá optimálně. Pri volbě zrnenia frakcií sa vychádza iba z doteraz známého poznatku, že čím je přidávaná frakcia jemnejšia, tým lepšie može vyplnit medzery medzi tesne uloženými časticami hruběj frakcie. Použitie frakcií úzkého zrnenia s velkým pomerom velkosti ich stredného zrna je aj neekonomické, lebo sa nevyužije celý možný rozsah zrnenia často drahého východiskového materiálu.The known methods for adjusting grain size by mixing two or more fractions require very laborious experimental determination of their optimum concentrations in the prepared mixture, which is based on the preparation of a plurality of test samples of the mixture with sufficiently finely spaced concentrations of used fractions, densification and evaluation of their voids. by measuring their density. However, even such a procedure for determining optimum concentrations does not guarantee the maximum densities of the material used, since the grain size of the fractions used is not optimal. The choice of grain fraction is based only on the hitherto known knowledge that the finer the fraction being added, the better the gap between the tightly deposited particles of the coarser fraction can be filled. The use of narrow grain fractions with a large proportion of their medium grain size is also uneconomical, since the full possible grain size of the often expensive starting material is not utilized.

Uvedené nedostatky odstraňuje a technický problém rieši sposob úpravy zrnitosti sypkého materiálu za účelom zlepšenia jeho zhustitelnosti, ktorého podstatou je, že sypký materiál sa triedi na frakcie, ktorých zrnenie je vymedzené velkosťami zrna, vyjádřenými geometrickou postupnosfou dlma; d2_max · ď3_max . k⁴, ď4_nlax . k³, . . . kde d_max ϊθ velkost najváčšieho zrna použitej frakcie a hodnota kvocienta k u jednotlivých členov postupnosti, predstavujúca stredný priemer hodnoty zaplnenia najváčších medzier medzi najtesnejšie uloženými rovnako velkými časticami, je volená z intervalu v rozmedzí 0,51 až 0,57, pričom počet frakcií sa určí celkovým rozsahom zrnenia upravovaného sypkého materiálu a jednotlivé frakcie sa potom zmiešavajú počnúc od najhrubšej frakcie, danej relatívnej hustoty a hmonostnej koncentrácie, primiešaním ďalšej, jemnejšej frakcie v dopíňajúcom množstve hmotnostnej koncentrácie tejto, do maximálnej hodnoty relatívnej hustoty danej dvojzložkovej zmesi, a postupným primiešavaním vždy ďalšej, jemnejšej frakcie sa pokračuje až po dosiahnutie hmotnostnej koncentrácie celkovej zmesi, pri ktorej má táto najváčšiu relatívnu hustotu.These drawbacks are overcome and the technical problem is solved by a method of adjusting the granularity of the bulk material in order to improve its densification, which is based on the fact that the bulk material is sorted into fractions whose grain size is defined by grain sizes expressed in long geometric geometries; d2 _m ax · ï3 _max . k ⁴ , d4 _nlax . k ³ ,. . . where d _max ϊθ the size of the largest grain of the fraction used and the quotient to the individual members of the sequence, representing the mean of the filling value of the largest gaps between the most tightly deposited equally sized particles, is selected from interval 0,51 to 0,57; the total grain size of the bulk material to be treated and the individual fractions are then mixed starting from the coarsest fraction, given relative density and weight concentration, mixing the next, finer fraction in a supplementary mass concentration of this, up to the maximum relative density of the given two component mixture The finer fraction is continued until the mass concentration of the total mixture at which it has the greatest relative density is reached.

Roztriedením sypkého materiálu akéhokofvek tvaru zřn na frakcie zrnenia vymedzeného uvedenou geometrickou postupnosfou a opatovným zmiešavaním týchto frakcií vyššie uvedeným postupem sa vhodné upraví zrnitost východiskového materiálu, ktorá umožňuje dosiahnúť najvyššiu možnú těsnost usporiadania jeho zrn pri použitom rozsahu zrnenia, pričom relativná hustota materiálu s takto upravenou zrnitosťou bude tým váčšia, čím vačší rozsah zrnenia materiálu sa na úpravu použije. Naviac, vynález umožňuje využit celý rozsah použitelného zrnenia sypkého materiálu, bez odpadovej medzifrakcie. To například v práškovej metalurgii umožňuje použit’ aj hrubšie frak3 cie práškov, čím sa zníži prácnosť získavania práškov obmedzením potřeby ich dodatočného mletia, zlepší sa využitie vyrobených práškov a v dósledku ich menšieho měrného povrchu sa zvýši aj čistota práškov, čo prispieva k zlepšeniu kvality výrobkov.By separating the bulk material of any grain shape into grain fractions defined by the geometric sequence and mixing the fractions as described above, the grain size of the starting material is suitably adjusted to achieve the highest grain tightness possible within the grain size range used. the greater the grain size of the material is used for treatment. In addition, the invention makes it possible to utilize the full range of usable granular material grains, without waste interfraction. In powder metallurgy, for example, this also allows the use of thicker powder fractions, thereby reducing the labor demand of the powders by reducing the need for additional grinding, improving the utilization of the powders produced and, due to their smaller specific surface, improving the purity of the powders.

Výhodou vynálezu je tiež jednoduchšie stanovenie optimálnych koncentrácii zmiešavaných frakcií, a to aj pri zmiešavaní vačšieho počtu frakcií, pretože vhodné zrnenie frakcií podfa vynálezu umožňuje použiť spósob ich postupného primiešavania, čím sa minimalizuje počet potřebných experimentov. Vynález možno využiť aj pri príprave zmesi s čo najtesnejšie uloženými časticami z frakcií odlišných materiálov.It is also an advantage of the invention to more easily determine the optimal concentrations of the mixed fractions, even when mixing a larger number of fractions, since the appropriate grain size of the fractions according to the invention allows a stepwise mixing method to be used, thereby minimizing the number of experiments required. The invention can also be used in the preparation of a mixture with the closest deposited particles from fractions of different materials.

Pri zisťovaní optimálneho roztriedenia zrnenia do frakcií sa experimentálně, podlá výpočtov stanovil kvocient k, a to na základe všeobecne platných teoretických poznatkov o postupnom vyplňovaní najvačších medzier medzi najtesnejšie uloženými, rovnako velkými časticami. Ako model bol braný případ zaplnenie oktaedrických a tedtraedrických medzier medzi najtesnejšie uloženými gulami najhrubšej monofrakcie, menšími gulami dalších monofrakcií.In order to determine the optimal separation of the grains into fractions, the quotient k was determined experimentally, based on generally accepted theoretical knowledge of the gradual filling of the largest gaps between the most tightly deposited, equally sized particles. The case was taken as a case of filling octahedral and tedtraedric gaps between the most tightly placed balls of the coarsest monofraction, smaller balls of other monofractions.

Rovnako pri vol'be stredného priemeru častíc určitej frakcie sa vychádzalo z teoretických poznatkov a použilo štatisticky dané maximálně zrno. Taktiež pri zmiešovacom postupe sa optimálna koncentrácia uvažovala pri maximálnej relatívnej hustotě zmesi po strašení a nie pri maximálnej relatívnej hustotě strasnej objemovej hmotnosti zmesi.Similarly, the selection of the mean particle diameter of a particular fraction was based on theoretical knowledge and used a statistically given maximum grain. Also in the mixing process, the optimum concentration was considered at the maximum relative density of the mixture after scaring and not at the maximum relative density of the apparent bulk density of the mixture.

Příklad 1Example 1

Na základe teoretických výpočtov a experimentálně zisteného intervalu kvocienta k bola připravená zmes, kde křemenný piesok zrnenia 280/20 μτη mal po zhomogenizování a vibračnom strašení relatívnu hustotu 0,638. Na vytriedenie prvej, hruběj frakcie sa použilo šito s vefkosťou oka v rozmedzí od 280.0,51² do 280.0,57², čo je 72,83 až 90,97 μτη. Na vytriedenie druhej frakcie sa použilo síto s vefkosťou oka v rozmedzí od 280 .Based on theoretical calculations and experimentally determined quotient interval k, a mixture was prepared where the quartz sand of the grain of 280/20 μτη had a relative density of 0.638 after homogenization and vibrational scaring. A sieve having an mesh size ranging from 280.0.51 ² to 280.0.57 ² , which is 72.83 to 90.97 μτη, was used to screen the first, coarser fraction. A sieve with a mesh size ranging from 280 was used to screen the second fraction.

. 0,51² do 280.0,57², čo je 37,14 až 51,85 μηι. Najmenšie zrno tretej frakcie sa vyžadovalo v rozmedzí od 280.0,51⁴ do 280.0,57⁴, čo je 18,94 až 29,55 fim, čo už zahrnovalo minimálně zrno upravovaného materiálu. Na vytriedenie sa použilo šito s vefkosťou ok 90 um. Relativné hustoty vytriedených frakcií 280/90 ,«m, 90/50 μτη a 50/20 um v uvedenom poradí boli 0,605, 0,555 a 0,483. Upravená dvojfrakčná zmes, ktorá obsahovala 0,774 hmotnostnej koncentrácie frakcie 280/ /90 ^tm a 0,226 hmotnostnej koncentrácie frakcie 90/50 μτη mala relatívnu hustotu 0,645 a upravená výsledná trojfrakčná zmes, ktorá obsahovala 0,641 hmotnostnej koncentrácie frakcie 280/90 μτη, 0,187 hmotnostnej koncentrácie frakcie 90/50 «m a 0,172 hmotnostnej koncentrácie frakcie 50/20 ,«m, mala relatívnu hustotu 0,687.. 0.51 ² to 280.0.57 ² , which is 37.14 to 51.85 μηι. Third smallest grain fraction is required between 280.0,51 ⁴ to 280.0,57 ^4, which is 18.94 to 29.55 mu, which have included at least the grain of the material treated. A sieve with a mesh size of 90 µm was used for screening. The relative densities of the sorted fractions 280/90, µm, 90/50 μτη and 50/20 µm respectively were 0.605, 0.555 and 0.483. The treated two-fraction mixture containing 0.774 weight fraction 280/90 µm and 0.226 weight fraction 90/50 μτη had a relative density of 0.645 and the resulting resulting traction fraction containing 0.641 weight fraction 280/90 µτη, 0.187 weight fraction The 90/50 ma m and 0.172 mass concentration fractions of 50/20 m m, had a relative density of 0.687.

Příklad 2Example 2

Podobné podfa postupu ako v príkfadu 1 bola připravená zmes heterogenného sypkého materiálu, u ktorého sa použili vytriedené frakcie granulovaného ferosilícia, křemenného pisku a hubovitého železa. Frakcia granulovaného ferosilícia zrnenia 630/ /180 ₍um mala objemová hmotnost zrn 4,90 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,638. Frakcia křemenného piesku zrnenia 180/100 ,«m mala objemová hmotnost zrn 2,62 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,584. Frakcia hubovitého železa zrnenia 100/56 μιη mala objemová hmotnost' zrn 6,58 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,312. Částice 1000 g ferosilícia použitého zrnenia mali objem vrátane vnátorných dutin a pórov 204,06 cm³ a v odmerke zaberali objem 319,9 cm³. Postupným primiešavaním frakcie křemenného piesku sa relativná hustota upravovanej dvojzložkovej zmesi zvyšovala až do obsahu 133,1 g křemenného piesku v zmesi, čím sa přidalo 50,80 cm³ častíc křemenného piesku, takže celkový objem častíc v zmesi bol 254,88 cm³. Tieto častíce zaberali v odmerke objem 374,8 cm³, takže relativná hustota takto upravenej dvojzložkovej zmesi dosiahla hodnotu 0,680, pričom zmes obsahovala 0,8825 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 630/180 a 0,1175 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 180/100 μτη. Dalším postupným primiešavaním frakcie železa do 1133,1 g upravenej dvojfrakčnej zmesi sa relativná hustota upravovanej trojzložkovej zmesi ďalej zvyšovala až do obsahu 41,8 g železa v zmesi, čím sa zvýšil objem častíc zmesi o 6,35 cm³, teda na 261,23 cm³. Celkový vonkajší objem zaberaný časticami zmesi v odmerke bol vtedy 378,0 cm³, takže relativná hustota zmesi dosiahla maximálnu hodnotu 0,691. Pri maximálnej relatívnej hustotě teda upravená trojfrakčná heterogenná zmes obsahovala 0,8511 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 630/180 ,am, 0,1133 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 180/100 fím a 0,0356 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 100/56 μπι.Following a procedure similar to that of Example 1, a mixture of heterogeneous bulk material was prepared using screened fractions of granulated ferro-silicon, quartz sand and sponge iron. The granular ferrosilicon fraction of grain 630/180 ₍ µm had a grain density of 4.90 g. Cm ³ and a relative density of 0.638. The quartz sand fraction of grain 180/100, m had a grain density of 2.62 g. Cm ³ and relative density of 0.584, the sponge iron fraction of 100/56 μιη had a grain density of 6.58 g. cm @ ³ and a relative density of 0.312. The 1000 g ferro-silicon particles used had a volume including internal cavities and pores of 204.06 cm @ ³ and in a measuring cup. They occupied a volume of 319.9 cm ^{3 by} sequentially mixing the quartz sand fraction, increasing the relative density of the treated two-component mixture up to 133.1 g quartz sand in the mixture, adding 50.80 cm ³ of quartz sand particles, so that the total particle volume in the mixture was 254.88 cm ^third, the particles occupy the volume of the measuring cup 374.8 cm ^3, so that the apparent specific gravity of the adjusted two-component mixture reached 0,680, the mixture contained 0.8825 mass concen c) grain fraction 630/180 and 0.1175 weight fraction of grain fraction 180/100 μτη. By further admixing the iron fraction to 1133.1 g of the treated two-fraction mixture, the relative density of the treated three-component mixture was further increased up to 41.8 g of iron in the mixture, thereby increasing the particle volume of the mixture by 6.35 cm ³ to 261.23 cm ³ . The total external volume occupied by the mixture particles in the measuring cup was then 378.0 cm ³ , so that the relative density of the mixture reached a maximum value of 0.691. Thus, at the maximum relative density, the treated three-fractionated heterogeneous mixture contained 0.8511 weight concentration of grain fraction 630/180, am, 0.1133 weight concentration of grain fraction 180/100 µm and 0.0356 weight concentration of grain fraction 100/56 µπι.

Claims

SUBJECT

1. A method of adjusting the granularity of a bulk material to improve its densities, in which the bulk material is first tractionally sorted and the sorted fractions are then sequentially mixed, characterized in that the bulk material is sorted into fractions whose grain size is defined by the grain sizes expressed, D.2 sequence dlmat · _ma x. R ³ , djma · k ⁴ , d idifix. k ³ ,. . .

wherein d max ^fe najváčšiebo size grain fraction used and the value of the quotient, the individual elements of sequence, representing the average diameter of the largest value of filling the gaps between the closest stored, same size particles of a given fraction, is selected

OF THE INVENTION in the range of 0.51 to 0.57, wherein the number of fractions is determined by the total grain size of the treated bulk material, and the individual fractions are then mixed starting from the coarser fraction, given relative density and weight concentration, by admixing another finer fraction in the amount of the weight concentration of this fraction to the maximum value of the relative density of the two-fraction mixture and the successive admixture of each finer fraction is continued until the weight concentration of the total mixture at which it has the highest relative density is reached.

2. A method according to claim 1, characterized in that at least one of the mixed fractions is of another material.