CN112170856B - 一种新型高效制备金属粉末的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气雾化制粉领域，提供了一种新型的金属粉末制备设备及方法。考虑实际金属粉末生产过程中，一直还是存在产量低，能耗大等缺点，导致粉末材料价格居高不下的问题。本发明提供的这种金属粉末制备方法主要考虑两股钢液射流已一定速度相互撞击，形成树叶状液膜结构而发生失稳破碎，最终形成金属粉末。该方法设备主要由，加压熔炼坩埚，导流管，加热线圈，阻隔套，阻隔板与雾化炉体组成。本发明提供的这种设备及方法能够有效的提高金属粉末的制备产量，减少能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末制备领域，具体而言涉及一种新型高效制备金属粉末的设备及使用该设备的制备金属粉末的方法。
背景技术
随着金属增材制造技术、粉末钢与注射成型等技术的发展，对于高品质的金属粉末需求日益增加。目前的金属粉末制备方法主要包括气雾化法、等离子旋转电极法与等离子雾化工艺等，但是这些制粉方法一般都存在产量较低，且成本能耗较大的缺点，因此造成粉末材料的价格一直居高不下，年产量受到制备方法的限制。
发明内容
本发明目的是提供一种新型高效的制备金属粉末的设备及使用该设备的制备金属粉末的方法，能够有效提高制备金属粉末的产量，降低粉末制备过程的成本与能源消耗。
本发明的目的是这样实现的：
一种新型高效的制备金属粉末设备，其特征在于：所述设备主要由熔炼室，导流管，加热线圈与雾化炉体组成；
其中，所述熔炼室为两个，呈水平并列放置；每个所述熔炼室周壁设有所述加热线圈；每个所述熔炼室底部设有开口以与一个所述导流管连通；在两个所述熔炼室的下方设置有雾化炉体，所述导流管从所述开口斜向下延伸入所述雾化炉体内部以将熔炼室中的液流导入所述雾化炉体。
进一步优选的，每个所述熔炼室为加压熔炼室且高度h＞2 m。这是由于气体在熔炼坩埚内不能迅速给液流施加至需要的高压，为了满足导流管出口液流在初始较小气压的情况下，金属液流在自身的液压辅助作用下也能形成一定初始速度的射流，熔炼室高度h＞2 m。
进一步优选的，每个所述熔炼室的靠近顶部的位置均开设若干个进气通道与出气通道，以实现对熔炼金属液流过程的抽真空操作与雾化金属液流时能较快速对熔炼室内金属液流施加气体压力操作。
进一步优选的，在所述加热线圈外侧均套设有阻隔套，以隔离线圈磁场，从而避免由于两个熔炼室之间距离比较靠近造成的感应加热线圈加热过程受到干扰影响。
进一步优选的，在导流管的底部设置有可开闭的阻隔板，从而在对熔炼室与雾化炉体抽真空时，便于使阻隔板堵塞住导流管出口，迅速完成抽真空，而当钢液完全熔化后，打开阻隔板，给熔化的金属液加压，使得加速的金属液射流撞击雾化。
进一步优选的，所述雾化炉体高度H＞5m，以保证雾化后的金属液滴在下落过程中有充分的时间发生收缩凝固。
进一步优选的，所述雾化炉体横截面尺寸满足在垂直于两个所述导流管组成平面方向的尺寸大于两个所述导流管组成平面方向的尺寸，特别优选的所述雾化炉体横截面尺寸满足在垂直于两个所述导流管组成平面方向的尺寸与两个所述导流管组成平面方向的尺寸的比值为3：1，这样可以使得双金属射流撞击形成在一个方向上扩展开的树叶状液膜。
进一步优选的，两个所述导流管斜向下的延长线相交形成的夹角角度α取值在20◦-70◦之间，以保证让金属液射流以合适的角度进行撞击雾化。
进一步优选的，所述导流管的外壁均套设有加热线圈，以实现对流过的金属液的保温作用，保证导流管内流过的金属液流具有良好的流动性。
进一步优选的，导流管内孔截面为斜向下逐渐收缩形状，从而保证金属液流在导流管内流动能够有一定程度的加速，并实现导流管内金属液流在出口位置获得最大速度；导流管出口处孔径取值范围在4-8mm之间，以防止金属液流在导流管出口位置发生凝固结钢。
为保证雾化炉体在雾化之前抽取真空的时间尽可能的短，应该将雾化炉体在不影响破碎的金属液滴凝固的前提下，设计的尽可能的小。截面形状可设计为椭圆或者菱形，具体尺寸大小不做限制。
附图说明
为清楚的说明本发明的实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要的使用的图进行详细介绍。
图1 本发明一种新型金属粉末制备设备的基本组成部件主视截面图；
图2 本发明一种新型金属粉末制备设备的基本组成部件侧视截面图。
其中，1.熔炼坩埚盖，2.熔炼坩埚出气口，3.熔炼坩埚加热线圈，4 阻隔套， 5 熔炼坩埚 6.雾化炉体，7 熔炼坩埚进气口，8 导流管，9 导流管加热线圈，10 阻隔板。
具体实施方式
为了使本发明方法的具体实施方式与具体方案更加清楚，下面将结合发明方法的附图说明，对本发明的的实施方式进行清楚地描述。由于条件限制，描述的实施方式是只是本发明的一部分，并不是全部的实施方式。基于本发明方法的实施方式，本领域的其他技术人员，在没有做出创造性的劳动成果的前提下，所获得的一切实施方式都属于本发明的保护范畴。
请参阅图1至图2所示进行说明。
请参阅图1与图2所示，一种新型高效的制备金属粉末的设备其主要由熔炼坩埚盖1，熔炼坩埚5，导流管8，熔炼坩埚加热线圈3，导流管加热线圈9，隔离套4与雾化炉体6组成；熔炼坩埚5顶部装配密封耐高压的熔炼坩埚盖1，底部开设有输送钢液的导流管8结构。
请参阅图1所示，本申请中加压熔炼坩埚5为一种耐高温的压力设备，坩埚形状可以为圆柱形，圆柱直径不做具体定义，包括两个熔炼室，水平并列设置左右各一个，为实现熔炼坩埚5对金属的真空熔炼，熔炼坩埚5顶部装配密封耐高压的熔炼坩埚盖1，并且在熔炼坩埚5顶部位置附近开设若干个出气通道2实现熔炼金属液之前的抽真空操作，出气通道2一般设置4-6个，出气通道的形状与尺寸不做具体限制，但是为避免出气通道进入熔炼的钢液，应该让出气通道2尽可能的靠经顶部位置；在雾化之前的准备阶段，为实现对熔炼坩埚5内金属块料的加热，在熔炼坩埚外壁面套设有感应加热线圈3，为了能够实现对常用金属粉末的制备，线圈的最大加热温度设定为1827C˚，另外，为了避免两个熔炼坩埚加热线圈3太靠近造成的互相干涉的影响，在坩埚加热线圈外侧套设有一个阻隔套4，实现对线圈磁场的屏蔽；雾化过程中，需要向熔炼坩埚5内通气加压，实现对流出的金属液射流的加速，因此同样在熔炼坩埚的顶部设定若干个进气通道7，为实现较快的进气加压，进气通道7的数目设定为5-8个，进气通道的形状与尺寸不做具体限制，但是进气通道的位置同样必须比较靠近熔炼坩埚的顶部，实现不能接触熔化的金属液流。
请参阅图1与图2所示，输送钢液的导流管8，在熔炼坩埚5底部内壁面入口位置距离两个熔炼坩埚中心轴线的距离大于导流管出口位置距离中心轴线的距离，即导流管8的孔中心线以倾斜的方式指向两个熔炼坩埚中心轴线；为保证金属射流以合适的角度发生撞击雾化，两个导流管8的倾斜延长线相交的夹角角度α取值范围在20◦-70˚之间；为保证雾化时，金属液流在导流管内的流动性，尽可能的避免导流管内出现金属液流凝固堵塞的现象，将在导流管8外壁面套设导流管加热线圈9，线圈加热温度一般取值在1200 C˚-1300C˚；为保证不可压缩的金属液流在导流管8内部流动的时候还能实现一定的加速，将导流管8的内孔截面设计成斜向下收缩式形状，这将能实现在导流管8出口位置获得最大的金属液射流速度，为防止金属液流在导流管8出口位置发生凝固结钢，导流管8出口位置孔径取值范围在4-8mm之间；导流管的材料一般选择氮化硼或者氧化锆等耐高温材料即可。
请参阅图1与图2所示，熔炼坩埚5属于压力设备，由于雾化时向熔炼室内通的气体在熔炼坩埚内不能迅速给液流施加至需要的高压，为了满足导流管出口液流在初始较小气压的情况下，金属液流在自身的液压作用下也能形成一定初始速度的射流，熔炼室高度h＞2 m；若容量室高度h﹤2m将导致雾化开始时，由于导流管出口的金属液流速度太低，造成金属液射流撞击破碎的不充分，形成大量片状粉末或者直接由于金属液速度太小，撞击后基本不发生雾化破碎。但是由于实际生产的厂房高度的限制与导流管8的冲刷损伤，一般对于熔炼坩埚的高度一般满足h﹤5m；具体坩埚的形状以及内径本实施方式就不做限制。
请参阅图1与图2所示，为了保证金属液射流撞击破碎形成的液滴下落过程中，有足够的时间发生收缩凝固，因此雾化炉体6的高度H应该满足大于5m；在金属液流雾化之前也要对雾化炉体内进行抽真空的操作，实际粉末制备中，对炉体抽取真空的操作是一个相对耗时的过程，因此在不影响雾化液滴凝固的前提下，应该尽可能的将雾化炉体的空间设置较小；双金属液射流雾化是形成在一个尺度上较大的树叶状液膜，因此雾化炉体横向截面可以设计成一个垂直于两导流管组成截面方向尺寸大于两导流管组成截面方向的尺寸，这两个尺寸的比例可以优选设置为3：1，一般满足在垂直于两导流管组成截面方向尺寸大于2m，雾化炉体具体形状本实施方式不做限制，按照上述尺寸比例，一般横截面可以设置成椭圆或菱形。
采用上述新型高效制备金属粉末设备的金属制粉方法，其整个雾化制粉的过程是这样实现的，将金属块料放熔炼坩埚5内，将导流管8底部的阻隔板10堵塞住导流管出口；对熔炼坩埚5与雾化炉体6进行抽真空至2*10-2Pa；完成抽真空后将熔炼坩埚加热线圈3与导流管加热线圈9，通电与冷却水进行化料加热；具体加热温度值根据不同合金种类而定，当钢液完全熔化后，打开阻隔板10，同时向熔炼坩埚内通入惰性气体至2-4MPa，给熔化的金属液加压，使得加速的金属液射流撞击雾化。
Claims (5)
1.一种高效的制备金属粉末设备，其特征在于：所述设备主要由熔炼室，导流管，加热线圈与雾化炉体组成；
其中，所述熔炼室为两个，呈水平并列放置；每个所述熔炼室周壁设有所述加热线圈；每个所述熔炼室底部设有开口以与一个所述导流管连通；在两个所述熔炼室的下方设置有雾化炉体，所述导流管从所述开口斜向下延伸入所述雾化炉体内部以将熔炼室中的液流导入所述雾化炉体；
每个所述熔炼室为加压熔炼室且高度h＞2 m；
每个所述熔炼室的靠近顶部的位置均开设若干个进气通道与出气通道；
所述雾化炉体横截面尺寸满足在垂直于两个所述导流管组成平面方向的尺寸与两个所述导流管组成平面方向的尺寸的比值为3：1，这样使得双金属射流撞击形成在一个方向上扩展开的树叶状液膜，并进而破碎形成金属粉末；
所述导流管内孔截面为斜向下逐渐收缩形状，且导流管出口处孔径取值范围在4-8mm之间；
两个所述导流管斜向下的延长线相交形成的夹角角度α取值在20◦-70◦之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
在所述加热线圈外侧均套设有阻隔套。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
在导流管的底部设置有可开闭的阻隔板。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述雾化炉体高度H＞5m。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述导流管的外壁均套设有加热线圈。
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