專利名稱：復(fù)合配重體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—方面，本發(fā)明涉及一種配重體。另一方面，本發(fā)明涉及一種由高密度粒狀廢料制 造的配重體。相關(guān)技術(shù)的描沭 經(jīng)常需要對與機器、車輛的一部分或家具的一部分有關(guān)的偏心載荷進行平衡。為 此目的，采用了配重體。典型地，這種配重體被置于物品中。由于美觀和尺寸的限制，經(jīng)常 需要將配重體的尺寸最小化。因而，采用具有高密度的材料。 高密度配重體材料典型地由鋼、鐵和類似的高密度金屬構(gòu)成。但是，這種材料成本 很高。 在為通常被處理到填埋場或海上的制造業(yè)副產(chǎn)物和其他廢料尋找替代的用途方 面，存在日益增長的需要。熔煉、煉鋼和其他鑄造操作的副產(chǎn)物的材料，通常具有相對高的 密度。其很容易獲得，并且與高密度金屬的成本相比很經(jīng)濟。但是，這種材料典型地是在松 散的、粒狀條件下產(chǎn)生的，這可能使得其作為配重體的用途復(fù)雜化。
發(fā)明概述 在本發(fā)明的第一個具體實施方案中，一種復(fù)合材料包括作為工業(yè)過程的廢棄副 產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料，和用于將所述粒狀材料粘結(jié)成均勻的塊的粘結(jié)劑。使所述粒狀材 料和粘結(jié)劑以預(yù)先選定的比例結(jié)合，并壓制以形成具有預(yù)先選定的密度和固定的形狀的配 重體。 在本發(fā)明的第二個具體實施方案中，生產(chǎn)配重體的方法包括如下步驟選擇第一 比例的作為工業(yè)過程的廢棄副產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料，選擇第二比例的用于將所述粒狀材 料粘結(jié)成均勻的塊的粘結(jié)劑，使所述第一比例的粒狀材料與所述第二比例的粘結(jié)劑結(jié)合成 均勻的塊，由所述均勻的塊形成配重體，并將所述配重體置入到成品中。
附圖簡介 在附圖中

圖1是按照本發(fā)明，由粒狀廢料和熱塑性或熱固性粘結(jié)劑制造配重體的方法的第 一個具體實施方案的示意圖。 圖2是按照本發(fā)明，由粒狀廢料和熱塑性或熱固性粘結(jié)劑制造配重體的方法的第 二個具體實施方案的示意圖。 圖3是按照本發(fā)明，由粒狀廢料和熱塑性或熱固性粘結(jié)劑生產(chǎn)配重體的方法的第三個具體實施方案的示意圖。 本發(fā)明的一個具體實施方案的描述 在此，描述了本發(fā)明的一個具體實施方案，其包括一種微粒狀或粒狀廢料和熱塑 性或熱固性粘結(jié)劑的復(fù)合的混合物，所述廢料和粘結(jié)劑以選定的比例結(jié)合，并被壓制成具 有選定的密度、通常均質(zhì)的材料。壓制的材料可被制造成選定的尺寸，并被用作用于多種用 途的廉價的配重體。優(yōu)選的用途是用于檔案柜的配重體。 所述配重體可由多種廢料制備，如軋制鐵鱗、氧氣轉(zhuǎn)爐凈化器粗砂、鐵燧石尾礦 等。決定材料的適用性的主要因素是材料的密度。其他因素包括粒子尺寸的均勻性和所述 廢料包含的成分的比例。 軋制鐵鱗是鋼生產(chǎn)的副產(chǎn)物。熔融的鋼被用于生產(chǎn)板材，在冷卻過程期間，用輥 子對鋼進行加工以制備具有選定厚度的板材。當(dāng)板材通過連續(xù)的輥子時，在所述板材的表 面上形成氧化鐵的薄層。將高壓水引導(dǎo)到所述板材的表面上，以除去氧化物(被稱作"鱗 屑")。收集得到鱗屑和水的混合物，并進行過濾以將軋制鐵鱗從水中分離。將所述鱗屑作 為無害的廢料處理。 所述鱗屑典型地為含有大于70重量％氧化鐵的均勻的、片狀或微粒狀材料。其他 成分，如錳、碳、硅、鋁、鉻、鉛、鋅和其他金屬，通常以小于1%的比例存在。其通常是穩(wěn)定的、 惰性的材料，其具有大于5. 0的比重。 氧氣轉(zhuǎn)爐凈化器粗砂是與氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐一起使用的鋼廠廢氣洗滌器所產(chǎn)生的一 種廢料。所述粗砂典型地為均勻的微粒狀或粒狀材料，通常含有大約76 %的氧化鐵，和較少 比例的氧化鈣、碳、錳、鋅、鉻、鉛和其他組分。其通常是穩(wěn)定的、惰性的，并且具有約7.0的比重。 洗滌器典型地采用閉環(huán)水系統(tǒng)，從氧氣轉(zhuǎn)爐廢氣中收集和除去粒子。當(dāng)作為洗滌 工藝的一部分與水混合時，所述粗砂可以以淤泥的形式產(chǎn)生。大的顆粒和重的級份被從水 基淤泥中機械除去，而較細的顆粒被收集在凈化器中，并采用壓濾機脫水。沉積的粗砂和細 的顆粒典型地作為無害廢料處理。 鐵燧石礦廢料是以兩種形式中的一種產(chǎn)生的。該廢料包括基巖，其不含足以進行 加工的量的礦石且必須被處理掉；或者包括不希望的礦物，其是含礦的巖石的固有部分，且 在加工過程中必須除去。這種材料被稱為"尾礦"。鐵燧石尾礦主要含有石英，其比例為 55-60重量％;其次是8_12%的赤鐵礦；以及小于10%比例的含鐵的碳酸鹽、硅酸鹽和磁鐵 礦。在尾礦中也經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)痕量濃度的重金屬。 這些廢產(chǎn)物中的每一種都可被用作配重體材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，軋制鐵鱗特別適于配 重體制造，因為其很容易獲得、具有高比例的高密度成分和通常具有均勻的粒子尺寸分布。
現(xiàn)在在采用軋制鐵鱗方面對本發(fā)明的配重體的制備進行描述。但是，對于其他廢 料，如氧化轉(zhuǎn)爐凈化器粗砂和鐵燧石尾礦，其方法通常都是一樣的?；痉椒ò▽⒄辰Y(jié) 劑與軋制鐵鱗以選定的比例混合，以提供具有最佳密度的配重體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選的粘結(jié)劑 包括熱塑性或熱固性材料。 所述熱塑性或熱固性粘結(jié)劑可包括聚烯烴，如高密度聚乙烯或聚丙烯、酚醛樹 脂、二苯基甲烷二異氰酸酯等。所述粘結(jié)劑可包括新料、或回收的材料，如回收的粉末涂料或其他一般回收的熱塑性或熱固性材料。其他適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑可包括非聚合物材料，如硅酸
鈉(也被稱為"水玻璃")、或摩拉石與石灰的混合物?？赡苄枰獙⑺鰺崴苄圆牧霞庸こ?br> 選定的顆粒尺寸、或者除去雜質(zhì)或污染物，特別是如果廢料被用作粘結(jié)劑。 參照圖1，由適當(dāng)?shù)纳蓤鏊鵌O，如鋼廠獲得軋制鐵鱗12。配重體制造中任選的第
一步為在干燥器16中干燥所述軋制鐵鱗以除去可能存在的過量的水分。干燥后軋制鐵鱗
18的含水量應(yīng)不高于12重量％。優(yōu)選的含水量為2重量％。干燥可在將所述軋制鐵鱗與
粘結(jié)劑混合之前完成，如圖l所示?？蛇x擇地，所述軋制鐵鱗可在混合設(shè)備或組合的混合和
擠出設(shè)備中，在將所述軋制鐵鱗與粘結(jié)劑混合的工藝過程中干燥，如下文所述。干燥可能不
是必需的，但是是優(yōu)選的，以便能更精確地控制最終產(chǎn)物的制備，以及得到的密度。 軋制鐵鱗18可與已經(jīng)過進一步加工并被磨碎以制備混合物28的尺寸過大的材料
26結(jié)合，所述混合物28被輸送至篩分設(shè)備24。對軋制鐵鱗22進行篩分，以除去粒子26，所
述粒子26太大以至于不能被加入到選定的最終產(chǎn)品中；或者所述粒子26處于預(yù)先選定的
尺寸分布之外。粒子尺寸分布范圍可為0. lmm-12. 5mm。優(yōu)選的粒子尺寸為0. 5mm_6. 25mm。 篩分過的材料27被輸送至儲罐29，而尺寸過大的軋制鐵鱗26被輸送至粉碎機20
以將其進一步加工成選定的尺寸分布。粉碎還可能伴隨著對于產(chǎn)生在選定尺寸分布之內(nèi)的
材料必需的額外的篩分和粉碎。當(dāng)軋制鐵鱗來自于源頭時，其粒子尺寸分布使得可以省略
篩分和粉碎步驟。然后，磨碎且篩分的軋制鐵鱗27可被送入儲罐29中。 如果有必要的話，也要對熱塑性或熱固性粘結(jié)劑14進行加工，特別是如果粘結(jié)劑
14是一種回收材料，以除去不希望的成分或污染物，或者產(chǎn)生預(yù)先選定的粒子尺寸分布。粘
結(jié)劑14被儲存在粘結(jié)劑儲罐30中，然后與來自于儲罐29的軋制鐵鱗在組合的混合器/擠
出機50中，或者在混合站32(圖2和3)中進行結(jié)合。 軋制鐵鱗27和/或粘結(jié)劑14可在將這兩種組分引入混合器/擠出機50或混合 站32之前被加熱。典型地，熱塑性材料不需預(yù)熱，因為粘結(jié)劑和軋制鐵鱗在混合器/擠出 機50或混合站32中的混合和加工會產(chǎn)生足夠的熱量，以使粘結(jié)劑處于期望的可加工狀態(tài)。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于高密度聚乙烯，以這種方式可以產(chǎn)生約180° F的溫度。典型地，熱固性材料 需要更高的溫度，這需要采用外部熱源。典型地，熱固性材料要被加熱至325。 F-500° F 的溫度。這種加熱可在混合器/擠出機50或混合站32中進行。粘結(jié)劑溫度的選擇，主要 是基于所用的具體的熱塑性或熱固性粘結(jié)劑以及所期望的復(fù)合材料的可加工性，以便有利 于所述材料的混合和混合物的均勻性。 可采用若干種可選擇的加熱方法以加熱并混合所述軋制鐵鱗和粘結(jié)劑。在一種方 法中，將所述軋制鐵鱗和粘結(jié)劑分別加熱，然后結(jié)合。在另一種方法中，將室溫下的軋制鐵 鱗與加熱的粘結(jié)劑混合。在另一種方法中，將軋制鐵鱗與粘結(jié)劑在室溫下混合，然后在混合 設(shè)備中加熱整個混合物。在又一種方法中，所述軋制鐵鱗和粘結(jié)劑在室溫下結(jié)合，并且通過 混合機械作用在混合物上的剪切作用而被加熱。通常這只對熱塑性粘結(jié)劑有效，因為通過 混合作用產(chǎn)生的溫度，對熱固性粘結(jié)劑而言是不夠的。 參照圖l，在軋制鐵鱗和粘結(jié)劑的加工之后，材料可從儲罐29、30被輸送至結(jié)合混 合和擠出組合設(shè)備50。適當(dāng)?shù)幕旌?擠出組合設(shè)備是由CDL Technology Inc. ， Addison， Illinois生產(chǎn)的單或雙螺桿擠出機。所述混合/擠出設(shè)備50中的混合操作，可足以將熱塑 性粘結(jié)劑加熱至期望程度的可加工性。混合/擠出設(shè)備50使軋制鐵鱗和粘結(jié)劑結(jié)合成具
6有選定的密度和尺寸的復(fù)合產(chǎn)品38。 然后，復(fù)合材料通過冷卻室40，并且采用空氣或水進行冷卻，隨后，在加工設(shè)備42 中機械加工成最終產(chǎn)品。當(dāng)材料已經(jīng)完全冷卻和硬化時，或者當(dāng)混合物仍稍微熱和軟的時 候，可完成機械加工。然后，成品44可被用于進一步制備需要配重體的物品，如文件柜46。
圖2示意了將軋制鐵鱗和粘結(jié)劑結(jié)合并形成復(fù)合產(chǎn)品的一個可選擇的方法。在該 具體實施方案中，軋制鐵鱗和粘結(jié)劑按照上述方法進行加工，并儲存在儲罐29、30中。來自 于儲罐29、30的材料被輸送至適當(dāng)?shù)幕旌掀?2中以使軋制鐵鱗與粘結(jié)劑結(jié)合成復(fù)合材料 34，所述混合器如Farrel Corporation, Ansonia， Connecticut生產(chǎn)的Banbury⑧間歇式 密煉機。如采用組合的混合/擠出設(shè)備50那樣，混合器32中的混合操作可足以將熱塑性 粘結(jié)劑加熱至期望程度的可加工性?；旌现?，復(fù)合材料34被輸送至模具54，模具54被設(shè) 置成能提供具有選定的成品尺寸的產(chǎn)品。材料34在模具54中，被適當(dāng)?shù)膲褐圃O(shè)備52壓制 成選定的密度?？梢灶A(yù)見，壓制是在所述混合物稍微冷卻之后進行的，以便有利于進行壓制 操作。然后，從模具54中移出材料，冷卻，并機械加工，如上所述。 圖3示意了使軋制鐵鱗和粘結(jié)劑結(jié)合并形成復(fù)合產(chǎn)品的第三種方法。在該具體實 施方案中，軋制鐵鱗和粘結(jié)劑按照上述方法進行加工，并儲存在儲罐29、30中。來自于儲罐 29、30的材料在混合器32中進行結(jié)合。在加熱和混合之后，混合物34在擠出設(shè)備36中被 擠出成具有選定的密度和尺寸的復(fù)合產(chǎn)品38。擠出工藝和設(shè)備可加以調(diào)節(jié)，以提供具有選 定尺寸和密度的產(chǎn)品。 軋制鐵鱗和粘結(jié)劑的相對比例取決于如下因素軋制鐵鱗的單位重量、所用的熱 塑性或熱固性粘結(jié)劑的種類、以及最終產(chǎn)品的目標(biāo)密度。車L制鐵鱗和粘結(jié)劑的優(yōu)選的比例 為95重量％的軋制鐵鱗和5重量％的粘結(jié)劑。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，80-98重量％的軋制鐵鱗和 2-20重量％的粘結(jié)劑是適當(dāng)?shù)?。用于文件柜的配重體的目標(biāo)密度為鋼密度的51%，或者約 250磅每立方英尺。但是，可獲得的密度范圍可為170pcf至340pcf。 在加熱和混合軋制鐵鱗和粘結(jié)劑時，可加入鋼屑，如來自于生產(chǎn)釘子、螺絲釘?shù)鹊?鋼屑，以提供具有提高的密度的產(chǎn)品。 盡管已經(jīng)與本發(fā)明的特定具體實施方案相關(guān)聯(lián)地具體描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理 解的是，這是示例性的，而不是限制性的。合理的變化和改變有可以處于上文公開的內(nèi)容和 附圖的范圍之內(nèi)，只要不偏離所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神。
權(quán)利要求
復(fù)合材料(34)，包括作為工業(yè)過程(10)的廢棄副產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料(12)；和用于將所述粒狀材料(12)粘結(jié)成均勻的塊的粘結(jié)劑(14)；其中，使粒狀材料(12)和粘結(jié)劑(14)以預(yù)先選定的比例結(jié)合，并壓制以形成具有預(yù)先選定的密度和固定的形狀的配重體(44)。
2. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其中，所述粒狀材料(12)是軋制鐵鱗，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 凈化器粗砂和鐵燧石尾礦中的一種。
3. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其中，所述粒狀材料(12)含有氧化鐵。
4. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其中，粘結(jié)劑(14)是聚烯烴、聚乙烯、聚丙烯、酚醛樹 脂、二苯基甲烷二異氰酸酯、硅酸鈉、熱固性塑料，以及摩拉石和石灰的混合物中的一種。
5 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其中，粒狀材料(12)的比例范圍為80%-98%，粘結(jié) 劑(14)的比例范圍為20% -2%。
6. 如權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料，其中，粒狀材料(12)的比例為95%，粘結(jié)劑(14)的 比例為5%。
7. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其中，配重體(38)的密度范圍為70pcf-340pcf。
8. 如權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料，其中，配重體(38)的密度為250pcf。
9. 生產(chǎn)配重體的方法，包括如下步驟選擇第一比例(29)的作為工業(yè)過程(10)的廢棄副產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料(12); 選擇第二比例(30)的用于將所述粒狀材料粘結(jié)成均勻的塊的粘結(jié)劑(14); 使所述第一比例的粒狀材料(12)與所述第二比例的粘結(jié)劑(14)結(jié)合成均勻的塊 (38);由所述均勻的塊(40,42)形成配重體；以及 將所述配重體置入到成品(46)中。
10. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將粒狀材料(12)干燥(16)至 含水量不高于12重量％的步驟。
11. 如權(quán)利要求10所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將粒狀材料(12)干燥(16) 至含水量為2重量％的步驟。
12. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將粘結(jié)劑(14)加熱至 325° F-500° F的溫度的步驟。
13. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括在混合設(shè)備(32)中，使所述第 一比例的粒狀材料(12)與所述第二比例的粘結(jié)劑(14)結(jié)合的步驟。
14. 如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將所述第一比例的粒狀材料 (12)與所述第二比例的粘結(jié)劑(14)混合，使得混合物(36)的溫度為約180° F的步驟。
15. 如權(quán)利要求13所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將混合物(34)擠出(36)成 具有預(yù)先選定的密度的配重體(38)的步驟。
16. 如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將配重體(38)機械加工 (42)成固定形狀的步驟。
17. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將粒狀材料加工成粒子尺寸 范圍為0. lmm-12. 5mm的步驟。
18. 如權(quán)利要求17所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括將粒狀材料(12)加工成粒子 尺寸范圍為0. 5mm-6. 25mm的步驟。
19. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，其中，粒狀材料(12)的第一比例范圍為 80重量％-98重量％，且粘結(jié)劑(14)的第二比例范圍為20重量％-2重量％。
20. 如權(quán)利要求19所述的生產(chǎn)配重體的方法，其中，粒狀材料(12)的第一比例為95重 量％，且粘結(jié)劑(14)的第二比例為5重量％。
21. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體的方法，進一步包括形成具有170pcf-340pcf的密 度的配重體(38)的步驟。
22. 如權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)配重體(38)的方法，進一步包括形成具有250pcf的密度 的配重體的步驟。
全文摘要
一種復(fù)合材料，包括作為工業(yè)過程的廢棄副產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料，和用于將所述粒狀材料粘結(jié)成一個均勻的塊的粘結(jié)劑。使所述粒狀材料和粘結(jié)劑以預(yù)先選定的比例結(jié)合，并壓制以形成具有預(yù)先選定的密度和固定的形狀的配重體。通過如下方法生產(chǎn)配重體選擇第一比例的作為工業(yè)過程的廢棄副產(chǎn)物而產(chǎn)生的粒狀材料，選擇第二比例的用于將所述粒狀材料粘結(jié)成一個均勻的塊的粘結(jié)劑，使所述第一比例的粒狀材料與所述第二比例的粘結(jié)劑結(jié)合成均勻的塊，由所述均勻的塊形成配重體，并將所述配重體置入到成品中。
文檔編號C04B18/04GK101715473SQ200880014980
公開日2010年5月26日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者J·卡特, J·德陽, L·德維托, M·蘭瑟, M·史密斯, N·伍德, R·科寧, W·麥克阿非二世 申請人:宜諾泰克公司