CN106077686B - 一种金属颗粒制备装置和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属颗粒制备装置和制备方法，该装置包括旋转粒化系统、冷却系统、金属颗粒收集结构和冷却水收集结构；旋转粒化系统中，熔融金属注入转盘，通过驱动电机的驱动带动转盘转动，使熔融金属粒化；冷却系统将粒化飞溅出来金属颗粒冷却；金属颗粒收集结构对下落的金属颗粒金属收集；冷却水收集结构对下落的冷却水进行收集。该装置由于不再需要高压喷射介质来击碎金属液体流，因此大大降低了能耗和生产成本。金属颗粒制备方法使用前述设备，根据金属性质控制驱动电机的转速，根据金属颗粒跟冷却水的换热效果，调整冷却系统中水幕的层数和水量，最后利用金属颗粒的余热自行烘干。该方法简单易行，而且能耗低，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属颗粒制备技术领域，具体涉及一种金属颗粒制备装置和制备方法。
背景技术
现今，金属颗粒的用途越来越广泛，如铁粉颗粒可以用来做还原剂，镍及其合金颗粒可用来生产不锈钢。
目前，金属颗粒的制备方法应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。其中，电解法仅用于生产高纯度及要求特殊性能的金属颗粒。矿石还原法制取金属颗粒，应用较为广泛，但生产流程相对复杂。以矿石还原法生产铁粉为例，需要经过两次还原过程，固体碳还原制取海绵铁过程和二次精还原过程，总共十几道工序，生产流程相对复杂。与前两种方法比较，雾化法最大的优点是生产效率高、产量大和成本低。
雾化法制取粉末的原理是,借助于具有一定动能(高速)的流体将金属流喷散微粒,其细化的程度决定于流体的动能(流速、流量、气体性质等)以及流体流速与金属液流量的比值大小。
雾化法主要是用高压空气、氩气、氮气等(气雾化)和高压水(水雾化)作为喷射介质来击碎金属液体流。气雾化法进行生产时，由于冷却缓慢,金属颗粒在高温中停留时间长、颗粒表面氧化严重，而且颗粒越细越显著。此外，用高压空气作喷射介质进行雾化，由于换热效果相对较差，在雾化室底部热金属颗粒容易发生粘接，虽然粘接程度疏松，但仍需要一次粉碎工序。用高压水作喷射介质进行雾化，冷却速度快，颗粒表面氧化程度低，得到的金属颗粒球形度好。然而，无论是水雾化还是气雾化得到金属颗粒，都需要在高压条件下，能耗较大。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种结构简单，能耗低的金属颗粒制备装置。
本发明的另一个目的是提供一种使用上述金属颗粒制备装置制备金属颗粒的方法。
为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：一种金属颗粒制备装置，其特征在于：包括旋转粒化系统、冷却系统、金属颗粒收集结构和冷却水收集结构；
旋转粒化系统：包括雾化室、转盘、法兰、连接轴和驱动电机；
所述雾化室的顶部具有熔融金属注入口，底部具有冷却水出口和金属颗粒出口，其中，金属颗粒出口靠近雾化室的竖直侧壁；
所述转盘和法兰位于雾化室内部，转盘固定在法兰的上方，转盘与熔融金属注入口相对设置；
所述连接轴设置在法兰的下方，且其顶部与法兰固定连接；
所述驱动电机与连接轴连接，驱动连接轴沿其中心轴转动；
冷却系统：包括冷却水和冷却水喷出件；
所述冷却水喷出件设置在雾化室内，且位于转盘的外周，通过喷出的冷却水将从转盘顶部飞溅出来的金属颗粒冷却；
金属颗粒收集结构：包括金属颗粒收集器；所述金属颗粒收集器用于收集从雾化室底部排出的金属颗粒；
冷却水收集结构：包括冷却水收集器；所述冷却水收集器用于收集从雾化室底部排出的冷却水。。
作为优化，还包括设置在雾化室顶壁外侧的熔融金属注入结构；
所述熔融金属注入结构包括耐高温的容器和塞子；
所述容器的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；
所述塞子与所述通过密封滑动配合。
作为优化，所述冷却水出口和金属颗粒出口均为环形结构，且沿雾化室底壁周向设置。
作为优化，所述转盘为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。
作为优化，还包括保护罩；所述保护罩用于将所述连接轴罩住。
作为优化，所述旋转粒化系统还包括变频器，所述变频器与驱动电机连接，用于控制驱动电机的转速。
作为优化，所述冷却水喷出件为多根环形水管；
所述多根环形水管固定在雾化室顶壁的内侧，且位于转盘的外侧；每根环形水管的下方具有出水缝隙；所述出水缝隙沿环形水管周向一圈。
作为优化，所述冷却水喷出件为多个喷头；
所述喷头固定在雾化室的内壁上；其中，靠近所述转盘的喷头，喷出的冷却水与转盘顶部边缘有间距，靠近雾化室竖向内壁的喷头，喷出的冷却水与雾化室竖向内壁有间距。
作为优化，还包括水循环装置；
水循环装置：包括循环泵和输水管；
所述输水管的一端与冷却水收集器连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环泵安装在输水管上。
为实现上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：一种金属颗粒的制备方法，其特征在于：使用上述的金属颗粒制备装置；
具体制备步骤如下：
S1：启动旋转粒化系统中的驱动电机，调整转盘的转速，使其达到目标转速；
S2：开启冷却系统，在多根环形水管下方形成多层环形水幕；
S3：向旋转粒化系统中注入熔融金属，熔融金属流入转盘，开始粒化；
S4：粒化形成的金属颗粒穿过冷却水，换热降温后，温度降到粘接温度以下，金属颗粒到达雾化室竖直侧壁，碰撞后下落，收集到金属颗粒收集器中；冷却水下落收集冷却水收集器中；
S5：金属颗粒收集器中的收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明提供的金属颗粒制备装置结构简单，设计巧妙；其与现有的高压雾化相比，由于在熔融金属粒化和金属颗粒冷却过程中都不需要高压，从而大大降低了能耗；另外，金属颗粒和冷却水分别进行收集，冷却水可以直接循环使用，无需其他工艺处理，即节能有环保，同时还降低了制作金属颗粒的成本。
附图说明
图1为本发明金属颗粒制备装置的结构示意图。
图2为环形水管的结构示意图。
图3为图2中环形水管的纵截面图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
参见图1，一种金属颗粒制备装置，包括旋转粒化系统、冷却系统、金属颗粒收集结构和冷却水收集结构。
旋转粒化系统：包括雾化室9、转盘4、法兰5、连接轴7、驱动电机12和变频器13。
雾化室9的顶部具有熔融金属注入口，底部具有冷却水出口和金属颗粒出口，其中，金属颗粒出口靠近雾化室9的竖直侧壁；
为了方便注入熔融金属和控制熔融金属的注入速度和流量，还可以包括设置在雾化室9顶壁外侧的熔融金属注入结构；
熔融金属注入结构包括耐高温的容器2和塞子1；所述容器2的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；所述塞子1与所述通过密封滑动配合，用于控制所述通孔的畅通与阻塞。具体实施时，所述塞子1由手持部和阻塞部两部分组成，为了方便手持，拔动和塞紧塞子，该手持部的直径大于阻塞部，另外还可以在手持部上设置防滑纹，便于拔动塞子时，塞子脱手。
优先地，冷却水出口和金属颗粒出口均设计为环形结构，且沿雾化室9底壁周向设置。这种结构更有利于快速收集冷却水和冷却后的金属颗粒。环形的金属颗粒出口靠近雾化室9的竖直侧壁，这主要是因为金属颗粒经过冷却水冷却后，会打击在雾化室9竖直侧壁的内侧，然后落下，将金属颗粒出口设置在靠近雾化室9的竖直侧壁能快速对金属颗粒进行收集。环形冷却水出口的径向宽度大于金属颗粒出口，这主要是因为冷却水水量较多，为了快速收集和再利用，另外也是为了便于收集金属颗粒，尽可能地避免冷却水混入金属颗粒收集器中。
所述转盘4和法兰5位于雾化室9内部，转盘4固定在法兰5的上方，转盘4与熔融金属注入口相对设置；优选地，转盘4为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。方便位于转盘4内的熔融金属从转盘顶部开口飞出，通过转盘粒化金属液体得到的金属颗粒，颗粒均匀，球形度好，另外，通过转盘粒化金属液体制备金属颗粒，可以通过调节金属液体流量、转盘直径以及转速大小来控制颗粒的尺寸，满足生产需要。
该转盘4底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。裙边和安装孔的设置主要是为了更好、更稳固地将转盘固定在法兰上，尽可能地防止转盘和法兰发生相对转动或移动。
为了防止冷却水对连接轴7的腐蚀，还可以增加保护罩8，该保护罩8将整个连接轴7完全罩住，从而防止冷却水与连接轴7接触。实施时，保护罩8上具有连接轴7顶部穿过的通孔，并在保护罩8顶部的通孔与连接轴7之间设置密封圈14，使保护罩8顶部的通孔与连接轴7之间密封可转动配合，从而保证驱动电机12带动连接轴7转动时，保护罩8不转动，同时保证冷却水不会进入保护罩8内。具体实施时，为了方便操作，保护罩8可以同时将连接轴7和驱动电机12一并罩住。
所述连接轴7设置在法兰5的下方，且其顶部与法兰5固定连接；所述驱动电机12与连接轴7连接，驱动连接轴7沿其中心轴转动。
所述变频器13与驱动电机12连接，用于控制驱动电机12的转速。变频器13的设置主要是为了更加方便调节驱动电机12的转速，从而可以根据不同的金属特征，调整转盘的转速，增加了该金属颗粒制备装置的适用性。
冷却系统：包括冷却水和冷却水喷出件；
冷却水喷出件设置在雾化室9内，且位于转盘4的外周，通过喷出的冷却水将从转盘4顶部飞溅出来的金属颗粒冷却；
冷却水喷出件可以采用现有技术中任何便于冷却金属颗粒结构，优选采用如下两种结构：
第一种结构，参见图2和图3，冷却水喷出件为多根环形水管3；所述多根环形水管3固定在雾化室9顶壁的内侧，且位于转盘4的外侧；每根环形水管3的下方具有出水缝隙；所述出水缝隙沿环形水管3周向一圈。
由于多根环形水管3的底部具有出水缝隙，因此在转盘外侧形成多层水雾，从转盘4飞溅出来的金属颗粒，依次穿过多次水雾进行冷却，金属颗粒穿过水幕达到换热效果，可以分别对金属颗粒以及冷却水进行收集，省去了由于金属颗粒跟水分离的工序；另外，经过多层水幕冷却换热，可以将金属颗粒尽快降到粘接温度以下，缩短了金属颗粒飞行距离，减小了整个装置的占地面积，节约了土地资源，降低了投资成本。
转盘粒化与环形水幕冷却相结合，与直接高压水制取金属粉末工艺相比，这种冷却方式所需水量大大减少，既降低了生产成本，又节约了大量的水资源；转盘粒化与环形水幕冷却相结合，金属颗粒从转盘边缘以非常高的速度飞离转盘，并在极短的时间内与冷却水幕接触，减少了金属颗粒与空气的接触时间，大大降低了金属颗粒表面的氧化程度。
第二种结构：冷却水喷出件为多个喷头；所述喷头固定在雾化室9的内壁上；其中，靠近所述转盘4的喷头，喷出的冷却水与转盘4顶部边缘有间距，靠近雾化室9竖向内壁的喷头，喷出的冷却水与雾化室9竖向内壁有间距。具体实施时，多个喷头可以固定在雾化室9顶壁的内侧，也可以固定在雾化室9竖直侧壁的内侧，优选固定在雾化室9竖直侧壁的内侧，这样更容易调节喷射角，防止喷出的冷却水喷入转盘4内或是打在雾化室9竖直侧壁的内侧。
金属颗粒收集结构：包括金属颗粒收集器10；所述金属颗粒收集器10用于收集从雾化室9底部排出的金属颗粒，具体实施时，可以将金属颗粒收集器10设置在雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该金属颗粒收集器10上端的开口与金属颗粒出口相对；金属颗粒收集器10最好为环形结构，其上端的开口与环形的金属颗粒出口相对，将下落的金属颗粒收集在其中。
冷却水收集结构：包括冷却水收集器11；所述冷却水收集器11用于收集从雾化室9底部排出的冷却水。具体实施时，可以将冷却水收集器11设置在雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该冷却水收集器11上端的开口与冷却水出口相对。具体实施时，冷却水收集器11为环形结构，其上端的开口与环形的冷却水出口相对，将下落的冷却水收集在其中。
由于冷却水和金属颗粒是分开收集的，因此循环利用冷却水非常方便，为此，该金属颗粒制备装置还可以包括水循环装置；水循环装置包括循环泵15和输水管16；输水管16的一端与冷却水收集器11连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环泵15安装在输水管16上。金属颗粒和冷却水分别进行收集，冷却水可以直接循环使用，无需其他工艺处理，即节能有环保，同时还降低了制作金属颗粒的成本。
实施例二：
一种金属颗粒的制备方法，使用实施例一所述的金属颗粒制备装置；
具体制备步骤如下：
S1：启动旋转粒化系统中的驱动电机12，调整转盘4的转速，使其达到目标转速；
S2：开启冷却系统，在多根环形水管3下方形成多层环形水幕；
S3：向旋转粒化系统中注入熔融金属，熔融金属流入转盘4，开始粒化；
S4：粒化形成的金属颗粒穿过冷却水，换热降温后，温度降到粘接温度以下，金属颗粒到达雾化室9竖直侧壁，碰撞后下落，收集到金属颗粒收集器10中；
冷却水下落收集冷却水收集器11中；可根据金属颗粒跟冷却水的换热效果，调整水幕的层数以及水量大小；
S5：金属颗粒收集器10中的收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
单独收集到的金属颗粒，经过水幕换热后，剩余200℃以上的余热，这部分余热可以使颗粒本身达到烘干的效果，无需另外提供热量来烘干金属颗粒，降低了能耗，节约了成本。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种金属颗粒制备装置，其特征在于：包括旋转粒化系统、冷却系统、金属颗粒收集结构和冷却水收集结构；
旋转粒化系统：包括雾化室（9）、转盘（4）、法兰（5）、连接轴（7）、保护罩（8）、驱动电机（12）和变频器（13）；
所述雾化室（9）的顶部具有熔融金属注入口，底部具有冷却水出口和金属颗粒出口，其中，金属颗粒出口靠近雾化室（9）的竖直侧壁；
所述冷却水出口和金属颗粒出口均为环形结构，且沿雾化室（9）底壁周向设置；
所述转盘（4）和法兰（5）位于雾化室（9）内部，转盘（4）固定在法兰（5）的上方，转盘（4）与熔融金属注入口相对设置；
所述转盘（4）为顶部直径大于底部直径喇叭状结构；
所述连接轴（7）设置在法兰（5）的下方，且其顶部与法兰（5）固定连接；
所述保护罩（8）用于将所述连接轴（7）罩住；
所述驱动电机（12）与连接轴（7）连接，驱动连接轴（7）沿其中心轴转动；
所述变频器（13）与驱动电机（12）连接，用于控制驱动电机（12）的转速；
冷却系统：包括冷却水和冷却水喷出件；
所述冷却水喷出件设置在雾化室（9）内，且位于转盘（4）的外周，通过喷出的冷却水将从转盘（4）顶部飞溅出来的金属颗粒冷却；
所述冷却水喷出件为多根环形水管（3）；
所述多根环形水管（3）固定在雾化室（9）顶壁的内侧，且位于转盘（4）的外侧；每根环形水管（3）的下方具有出水缝隙；所述出水缝隙沿环形水管（3）周向一圈，环形水管（3）下方出水缝隙流出的冷却水与雾化室（9）竖直侧壁有间距；
金属颗粒收集结构：包括金属颗粒收集器（10）；所述金属颗粒收集器（10）用于收集从雾化室（9）底部排出的金属颗粒；
冷却水收集结构：包括冷却水收集器（11）；所述冷却水收集器（11）用于收集从雾化室（9）底部排出的冷却水。
2.如权利要求1所述的金属颗粒制备装置，其特征在于：还包括设置在雾化室（9）顶壁外侧的熔融金属注入结构；
所述熔融金属注入结构包括耐高温的容器（2）和塞子（1）；
所述容器（2）的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；
所述塞子（1）与所述容器（2）通过密封滑动配合。
3.如权利要求1所述的金属颗粒制备装置，其特征在于：还包括水循环装置；
水循环装置：包括循环泵（15）和输水管（16）；
所述输水管（16）的一端与冷却水收集器（11）连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环泵（15）安装在输水管（16）上。
4.一种金属颗粒制备装置，其特征在于：包括旋转粒化系统、冷却系统、金属颗粒收集结构和冷却水收集结构；
旋转粒化系统：包括雾化室（9）、转盘（4）、法兰（5）、连接轴（7）、保护罩（8）、驱动电机（12）和变频器（13）；
所述雾化室（9）的顶部具有熔融金属注入口，底部具有冷却水出口和金属颗粒出口，其中，金属颗粒出口靠近雾化室（9）的竖直侧壁；
所述冷却水出口和金属颗粒出口均为环形结构，且沿雾化室（9）底壁周向设置；
所述转盘（4）和法兰（5）位于雾化室（9）内部，转盘（4）固定在法兰（5）的上方，转盘（4）与熔融金属注入口相对设置；
所述转盘（4）为顶部直径大于底部直径喇叭状结构；
所述连接轴（7）设置在法兰（5）的下方，且其顶部与法兰（5）固定连接；
所述保护罩（8）用于将所述连接轴（7）罩住；
所述驱动电机（12）与连接轴（7）连接，驱动连接轴（7）沿其中心轴转动；
所述变频器（13）与驱动电机（12）连接，用于控制驱动电机（12）的转速；
冷却系统：包括冷却水和冷却水喷出件；
所述冷却水喷出件设置在雾化室（9）内，且位于转盘（4）的外周，通过喷出的冷却水将从转盘（4）顶部飞溅出来的金属颗粒冷却；
所述冷却水喷出件为多个喷头；
所述喷头固定在雾化室（9）的内壁上；其中，靠近所述转盘（4）的喷头，喷出的冷却水与转盘（4）顶部边缘有间距，靠近雾化室（9）竖直侧壁的喷头，喷出的冷却水与雾化室（9）竖直侧壁有间距；
金属颗粒收集结构：包括金属颗粒收集器（10）；所述金属颗粒收集器（10）用于收集从雾化室（9）底部排出的金属颗粒；
冷却水收集结构：包括冷却水收集器（11）；所述冷却水收集器（11）用于收集从雾化室（9）底部排出的冷却水。
5.如权利要求4所述的金属颗粒制备装置，其特征在于：还包括设置在雾化室（9）顶壁外侧的熔融金属注入结构；
所述熔融金属注入结构包括耐高温的容器（2）和塞子（1）；
所述容器（2）的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；
所述塞子（1）与所述容器（2）通过密封滑动配合。
6.如权利要求4所述的金属颗粒制备装置，其特征在于：还包括水循环装置；
水循环装置：包括循环泵（15）和输水管（16）；
所述输水管（16）的一端与冷却水收集器（11）连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环泵（15）安装在输水管（16）上。
7.一种金属颗粒的制备方法，其特征在于：使用权利要求1所述的金属颗粒制备装置；
具体制备步骤如下：
S1：启动旋转粒化系统中的驱动电机（12），调整转盘（4）的转速，使其达到目标转速；
S2：开启冷却系统，在多根环形水管（3）下方形成多层环形水幕；
S3：向旋转粒化系统中注入熔融金属，熔融金属流入转盘（4），开始粒化；
S4：粒化形成的金属颗粒穿过冷却水，换热降温后，温度降到粘接温度以下，金属颗粒到达雾化室（9）竖直侧壁，碰撞后下落，收集到金属颗粒收集器（10）中；冷却水下落收集冷却水收集器（11）中；
S5：金属颗粒收集器（10）中的收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
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