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CN106735274B - 一种制备球形金属粉末的设备和工艺 - Google Patents

一种制备球形金属粉末的设备和工艺 Download PDF

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Abstract

一种制备球形金属粉末的设备和工艺，本发明之制备球形金属粉末的设备，包括旋转电极进料装置、料仓、感应熔炼室、雾化器、雾化室、钝化气体充入装置、旋风分离装置、粉末收集装置、布袋收尘装置、引风机、真空系统和控制系统，所述旋转电极进料装置竖直装配在料仓之上，料仓位于感应熔炼室上方，雾化器装配于感应熔炼室和雾化室之间，雾化室通过管道连接旋风分离装置，雾化室和旋风分离装置之间的管道上设有钝化气体充入装置，旋风分离装置下方连接粉末收集装置。本发明无需使用熔炼坩埚，性质活泼的原材料在无接触条件下加热熔化，雾化成粉末，进行表面钝化，生产出的活泼金属粉末性质稳定，不易变质，方便存储和使用。

Description

一种制备球形金属粉末的设备和工艺
技术领域
本发明涉及一种运用旋转电极感应熔炼，采用惰性气体雾化方式生产球形金属粉末的设备和工艺。
背景技术
目前，球形金属粉末制备主要采用坩埚熔炼气雾化技术和旋转电极感应熔炼气雾化技术。其中，坩埚熔炼气雾化技术是将金属在坩埚中熔炼成金属液后，以高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末，但是坩埚熔炼气雾化设备熔炼材料时，材料直接与坩埚接触，无法生产钛等活泼金属。旋转电极感应熔炼气雾化技术是将合金棒料旋转垂向送入感应线圈中进行熔炼，无需坩埚熔炼，能生产活泼金属，且生产的粉末纯度高。但是目前现有的旋转电极感应熔炼气雾化设备生产出来的活泼金属粉末容易吸收氧气或者其他成分而变质，这些活泼金属粉末在空气中放置48小时以上，氧含量至少升高1000PPM以上，且有可能吸收空气中的其他成分，导致粉末非常容易掺杂变质，因此需要采用真空包装，且使用时需要采用惰性气氛来保护粉末不掺杂变质，因此现有设备和工艺生产出来的粉末非常不易储存和使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种制备球形金属粉末的的设备和工艺，其制备的球形金属粉末不容易变质而且易存储和使用，并且能够生产活泼金属。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种制备球形金属粉末的设备，包括旋转电极进料装置、料仓、感应熔炼室、雾化器、雾化室、钝化气体充入装置、旋风分离装置、粉末收集装置、布袋收尘装置、引风机、真空系统和控制系统，所述旋转电极进料装置竖直装配在料仓之上，料仓位于感应熔炼室上方，雾化器装配于感应熔炼室和雾化室之间，雾化室通过管道连接旋风分离装置，雾化室和旋风分离装置之间的管道上设有钝化气体充入装置，旋风分离装置下方连接粉末收集装置，真空系统通过管道连接感应熔炼室、料仓和雾化室，控制系统控制整套设备。
工作过程：将原材料棒装入旋转电极进料装置，关闭料仓，真空系统对料仓，感应熔炼室和雾化室抽真空，原材料棒旋转垂向送入感应熔炼室熔炼成金属液，雾化器将原材料金属液雾化成金属粉末，打开钝化气体充入装置，通入钝化气体，在金属粉末表面形成钝化膜，将金属粉末进行钝化，钝化后的金属粉末通过旋风分离装置与气体分离，最后在粉末收集装置中收集。
优选的，在钝化气体充入装置上设有气体加热装置。气体加热装置可控制钝化气体的温度在0℃-800℃。
优选的，控制系统可通过控制钝化气体充入装置的钝化气体的充入量和引风机的抽风量来控制感应熔炼室和雾化室的压差。
优选的，控制系统可以控制感应熔炼室和雾化室的压差保持在0.06Mpa-0.085Mpa。
优选的，在雾化室底部的管道上设置阀门，在钝化气体充入装置和旋风分离装置之间的管道上设置加料仓，关闭阀门，控制系统可对钝化气体充入装置、加料仓、旋风分离装置、粉末收集装置、布袋收尘装置和引风机单独控制，形成一套单独的粉末钝化装置。
本发明雾化室和旋风分离装置之间的管道上设有钝化气体充入装置，无需使用熔炼坩埚，性质活泼的原材料可以在无接触条件下加热熔化，雾化成粉末，然后进行表面钝化，生产出来的活泼金属粉末性质稳定，在存储和使用过程中不容易变质，方便存储和使用。
附图说明
图1是本发明之制备球形金属粉末的的设备的示意图。
图中：1.旋转电极进料装置，2.料仓,3.感应熔炼室，4.雾化器，5雾化室，6.阀门，7.钝化气体充入装置，8.气体加热装置，9.加料仓，10旋风分离装置，11粉末收集装置，12.布袋收尘装置，13.引风机，14真空系统，15控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例之制备球形金属粉末的设备，包括旋转电极进料装置1、料仓2、感应熔炼室3、雾化器4、雾化室5、钝化气体充入装置7、旋风分离装置10、粉末收集装置11、布袋收尘装置12、引风机13、真空系统14和控制系统15，所述旋转电极进料装置1竖直装配在料仓2之上，料仓2位于感应熔炼室3上方，雾化器4装配于感应熔炼室3和雾化室5之间，雾化室5通过管道连接旋风分离装置10，雾化室5和旋风分离装置10之间的管道上设有钝化气体充入装置7，旋风分离装置10下方连接粉末收集装置11，真空系统14通过管道连接感应熔炼室3、料仓2和雾化室5，控制系统15控制整套设备。
工作过程：将原材料棒装入旋转电极进料装置1，关闭料仓2，真空系统14对料仓2，感应熔炼室3和雾化室5抽真空，原材料棒旋转垂向送入感应熔炼室3熔炼成金属液，雾化器4将原材料金属液雾化成金属粉末，打开钝化气体充入装置7，通入钝化气体，在金属粉末表面形成钝化膜，将金属粉末进行钝化，钝化后的金属粉末通过旋风分离装置10与气体分离，最后在粉末收集装置11中收集。
以下实施例2－4为具体采用实施例1设备的应用实施例。
实施例2：
将纯钛棒装入旋转电极进料装置1，关闭料仓2，真空系统14对料仓2、感应熔炼室3和雾化室4抽真空至10-1Pa，旋转电极进料装置1将纯钛棒旋转垂向送入感应熔炼室3进行熔炼，通过控制系统15控制纯钛棒转速1 ~ 30转/min，垂向进料速度1 ~ 200mm/分钟，打开雾化器4采用氩气雾化，控制雾化压力≤5Mpa，气体流量800Nm³/H，雾化器4将融化后的钛金属液雾化成钛粉，打开钝化气体充入装置7充入氧气，控制氧气的压力＜0.2Mpa，流量100L/小时，钛粉在旋风分离装置10内和氧氩混合气体进行混合并充分接触，在外表面形成一层钝化膜。钝化后的钛粉通过旋风分离装置10和气体分离，最后在粉末收集装置11中收集。布袋收尘装置12收集剩余的超细粉尘，将过滤后的雾化气体和钝化气体排出，引风机13为整套设备提供动力。为了提高钝化速度，在钝化气体充入装置7上设置气体加热装置8，气体加热装置8控制钝化气体的温度在450℃。雾化时，为了减少空心粉的比例，以及粉末内部氧化，控制系统通过控制钝化气体的充入量和引风机的抽风量来控制熔炼室和雾化室的压差保持在0.06Mpa-0.08Mpa之间，与未采用压差控制的现有雾化制粉设备相比，可以使空心钛粉的比例降低80%。通过分析，最后的钛粉的氧含量在1800PPM以下，在空气中放置48小时后，增氧量小于50PPM，去除钝化膜后，氧含量在1500PPM以下，粉末稳定性非常高,无需采用真空包装，采用常规包装亦可储存三个月以上，且使用时不需要采用惰性气氛来保护，易存储和使用。
实施例3：
在雾化室4底部的管道上设置阀门6，在钝化气体充入装置7和旋风分离装置10之间的管道上设置加料仓9，关闭阀门6，控制系统15可对钝化气体充入装置7、气体加热装置8、加料仓9、旋风分离装置10、粉末收集装置11、布袋收尘装置12和引风机13单独控制，形成一套单独的粉末钝化装置。将未钝化的含氧1600PPM纯钛粉加入到加料仓9，打开钝化气体充入装置7充入氧气和氩气的混合气体，氧气和氩气的体积比例为3:100，控制氧氩混合气体的压力＜0.3Mpa，流量500Nm³/小时，气体加热装置8将混合气体的温度加热到500℃-600℃，纯钛粉在旋风分离装置10内和氧氩混合气体进行混合充分接触，在外表面形成一层钝化膜。钝化后的钛粉通过旋风分离装置10和气体分离，最后在粉末收集装置11中收集。布袋收尘装置12收集剩余的超细粉尘，将过滤后的气体排出，引风机13为整套设备提供动力。钝化后的纯钛粉增氧量为200PPM，在空气中放置48小时后，增氧量小于100PPM，粉末稳定性非常高，无需采用真空包装，采用常规包装亦可储存三个月以上，且使用时不需要采用惰性气氛来保护，易存储和使用。
实施例4：
将纯铝棒装入旋转电极进料装置1，关闭料仓2，真空系统14对料仓2、感应熔炼室3和雾化室4抽真空至10-1Pa，旋转电极进料装置1将铝棒旋转垂向送入感应熔炼室3进行熔炼，通过控制系统15控制铝棒转速15 ~ 30转/min，垂向进料速度100 ~ 300mm/分钟，打开雾化器4采用氮气雾化，控制雾化压力≤6Mpa，气体流量600m³/H，雾化器4将融化后的铝液雾化成铝粉，打开钝化气体充入装置7充入氧气，控制氧气的压力＜0.2Mpa，流量250L/小时，铝粉在旋风分离装置10内和氧氮混合气体进行混合充分接触，在外表面形成一层钝化膜。钝化后的铝粉通过旋风分离装置10和气体分离，最后在粉末收集装置11中收集。布袋收尘装置12收集剩余的超细粉尘，将过滤后的雾化气体和钝化气体排出，引风机13为整套设备提供动力。为了提高钝化速度，在钝化气体充入装置7上设置气体加热装置8，气体加热装置8控制氧气的温度在260℃。雾化时，为了减少空心粉的比例，以及粉末内部氧化，控制系统通过控制钝化气体的充入量和引风机的抽风量来控制熔炼室和雾化室的压差保持在0.07Mpa-0.085Mpa，与未采用压差控制的现有雾化制粉设备相比，可以使空心铝粉的比例降低90%。通过分析，最后的铝粉的氧含量在1100PPM以下，在空气中放置48小时后，增氧量小于50PPM，去除钝化膜后，氧含量在800PPM以下，粉末稳定性非常高,无需采用真空包装，采用常规包装亦可储存五个月以上，且使用时不需要采用惰性气氛来保护，易存储和使用。

Claims (7)

1.一种制备球形金属粉末的设备，其特征在于：包括旋转电极进料装置、料仓、感应熔炼室、雾化器、雾化室、钝化气体充入装置、旋风分离装置，粉末收集装置、布袋收尘装置、引风机、真空系统和控制系统，所述旋转电极进料装置竖直装配在料仓之上，料仓位于感应熔炼室上方，雾化器装配于感应熔炼室和雾化室之间，雾化室通过管道连接旋风分离装置，雾化室和旋风分离装置之间的管道上装有钝化气体充入装置，旋风分离装置下方连接粉末收集装置，真空系统通过管道连接感应熔炼室、料仓和雾化室，控制系统控制整套设备。
2.如权利要求1所述的制备球形金属粉末的设备，其特征在于：所述钝化气体充入装置上设有气体加热装置。
3.如权利要求1或2所述的制备球形金属粉末的设备，其特征在于：所述控制系统通过控制钝化气体充入装置的钝化气体的充入量和引风机的抽风量来控制熔炼室和雾化室的压差。
4.如权利要求1或2所述的制备球形金属粉末的设备，其特征在于：在所述雾化室底部的管道上设置阀门，在钝化气体充入装置和旋风分离装置之间的管道上设置加料仓，关闭阀门，控制系统对钝化气体充入装置、加料仓、旋风分离装置、粉末收集装置、布袋收尘装置和引风机单独控制，形成一套单独的粉末钝化装置。
5.利用权利要求1－4之一所述的设备制备球形金属粉末的工艺，其特征在于：包括以下步骤：将原材料棒装入旋转电极进料装置，关闭料仓，真空系统对料仓，感应熔炼室和雾化室抽真空，原材料棒旋转垂向送入感应熔炼室熔炼成金属液，雾化器将原材料金属液雾化成金属粉末，打开钝化气体充入装置，通入钝化气体，在金属粉末表面形成钝化膜，将金属粉末进行钝化，钝化后的金属粉末通过旋风分离装置与气体分离，最后在粉末收集装置中收集。
6.根据权利要求5所述的制备球形金属粉末的工艺，其特征在于：控制钝化气体的温度为0℃-800℃。
7.根据权利要求5或6所述的制备球形金属粉末的工艺，其特征在于：控制熔炼室和雾化室的压差保持在0.06MPa-0.085MPa。
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