CN113547126A - 一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，基于电磁加速真空气雾化装置实现；电磁加速真空气雾化装置由熔炼炉、电磁加速器及雾化室组成；熔炼炉的下方设雾化室，中间包的底部设金属液导流管与雾化室连通；金属液导流管的外侧设多个雾化喷嘴，雾化喷嘴的进气孔与惰性气体管道相连；惰性气体管道上设惰性气体加热装置及惰性气体加压装置；熔炼炉及雾化室连接处的外围设电磁加速器。本发明采用电磁加速真空气雾化装置，金属液在雾化过程中，通过加热加压的惰性气体喷吹，外加电磁加速，使金属熔滴在高压热气流和磁场力的共同作用下细化成粉末，可以有效避免雾化喷嘴及导流管堵塞，实现金属细粉的连续生产，且提高细粉末的产出率。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造以及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法。
背景技术
气雾化法制粉技术是生产金属粉末及合金粉末的主要方法，其制粉原理是用高速气流将从导液管流出的液态金属流粉碎成小液滴，液滴在随后的飞行过程中凝固成粉末的过程。气雾化方法所制备的粉末球形度高、氧含量低，适用于多种金属及合金粉末的生产，己成为高性能及特种合金粉末制备的主要方法。
气体雾化制粉通常采用两种方式：自由降落式及紧密耦合式；在自由降落雾化中，射流气体与金属液相互作用的距离长，由于气体的射流蓑减快，能量利用率低，生产的粉末较粗，容易实现连续生产。而在紧密耦合雾化中，射流气体与金属液相互作用的距离短，能量利用率高，生产的粉末细，但雾化喷嘴及导流管容易被金属液堵塞，而使雾化中断，导致细粉末的产出率低。
随着粉末冶金新工艺、新材料的出现，以及粉末材料在化工、电子器件制备、表面工程及军事工程等领域中的应用，对于粉末在纯度、细度、球形度等方面的要求也不断提高。尤其随着微细粉末在新材料中的应用，对纯度高、粒径小于20um或者100um的金属及合金粉末的需求急剧增加。因此，急需一种能够解决导流管堵塞问题的紧密耦合气雾化制细粉方法。
发明内容
本发明提供了一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，采用电磁加速真空气雾化装置，金属液在雾化过程中，通过加热加压的惰性气体喷吹，外加电磁加速，使金属熔滴在高压热气流和磁场力的共同作用下细化成粉末，可以有效避免雾化喷嘴及导流管堵塞，实现金属细粉的连续生产，且提高细粉末的产出率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，基于电磁加速真空气雾化装置实现；所述电磁加速真空气雾化装置由熔炼炉、电磁加速器及雾化室组成；熔炼炉及雾化室连接处的外围设电磁加速器；
所述气雾化制细粉方法包括如下步骤：
1)熔炼金属；
2)将熔炼后的金属熔液倒入中间包，启动惰性气体加热装置，加热雾化用的惰性气体；
3)开启电磁加速器，设定电流强度为40～50A，频率为45～50Hz；中间包内的金属熔液通过金属液导流管引入雾化室；通过惰性气体加压装置将加热后的雾化用惰性气体加压，在使压力为3～4MPa，然后将高压惰性气体通过雾化喷嘴喷出，将自金属液导流管流出的金属熔液破碎成细小的金属液滴，金属液滴在飞行过程中凝固成球形粉末状颗粒；
4)通过粉末收集器收集冷却后的金属粉末，经干燥、分级后，得到金属粉体成品。
所述熔炼炉内设有感应炉、抽真空系统及中间包；所述熔炼炉的下方设雾化室，中间包的底部设金属液导流管与雾化室连通；金属液导流管的外侧设多个雾化喷嘴，雾化喷嘴的进气孔与惰性气体管道相连；所述惰性气体管道上设惰性气体加热装置及惰性气体加压装置；所述雾化室的底部设粉末收集器及排气孔。
所述步骤1)具体包括：将金属原料放入感应炉中，启动抽真空系统中的真空泵，使真空度达到1～8Pa；同时给电升温，待感应炉中的金属原料融化，气压达到30～35kPa时，关闭真空泵，对金属进行熔炼；熔炼过程中通入惰性保护气体。
所述步骤2)中，中间包底部的金属液导流管孔径为7～10mm。
所述金属原料包括纯金属及合金。
所述惰性保护气体、惰性气体包括氦气、氩气中的一种或两种混合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用电磁加速真空气雾化装置，金属液在雾化过程中，通过加热加压的惰性气体喷吹，外加电磁加速，使金属熔滴在高压热气流和磁场力的共同作用下细化成粉末，可以有效避免雾化喷嘴及导流管堵塞，实现金属细粉的连续生产，且提高细粉末的产出率。
附图说明
图1是本发明所述电磁加速真空气雾化装置的结构示意图。
图2是本发明所述电磁加速器的结构示意图一。
图3是图2的前视图。
图4是本发明所述电磁加速器的原理示意图。
图中：1.熔炼炉 11.感应炉 12.中间包 13.金属液导流管 14.雾化喷嘴 15.进气孔 2.雾化室 21.排气孔 3.电磁加速器 31.壳体 32.连接板 33.连接螺栓 34.紧固板35.紧固螺栓 36.铁芯 37.线圈 4.金属熔液 5.金属粉末
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，基于电磁加速真空气雾化装置实现；所述电磁加速真空气雾化装置由熔炼炉1、电磁加速器3及雾化室2组成；熔炼炉1及雾化室2连接处的外围设电磁加速器3；
所述气雾化制细粉方法包括如下步骤：
1)熔炼金属；
2)将熔炼后的金属熔液4倒入中间包12，启动惰性气体加热装置，加热雾化用的惰性气体；
3)开启电磁加速器3，设定电流强度为40～50A，频率为45～50Hz；中间包12内的金属熔液4通过金属液导流管13引入雾化室2；通过惰性气体加压装置将加热后的雾化用惰性气体加压，在使压力为3～4MPa，然后将高压惰性气体通过雾化喷嘴14喷出，将自金属液导流管13流出的金属熔液4破碎成细小的金属液滴，金属液滴在飞行过程中凝固成球形粉末状颗粒；
4)通过粉末收集器收集冷却后的金属粉末5，经干燥、分级后，得到金属粉体成品。
所述熔炼炉1内设有感应炉11、抽真空系统及中间包12；所述熔炼炉1的下方设雾化室2，中间包12的底部设金属液导流管13与雾化室2连通；金属液导流管13的外侧设多个雾化喷嘴14，雾化喷嘴14的进气孔15与惰性气体管道相连；所述惰性气体管道上设惰性气体加热装置及惰性气体加压装置；所述雾化室2的底部设粉末收集器及排气孔21。
所述步骤1)具体包括：将金属原料放入感应炉11中，启动抽真空系统中的真空泵，使真空度达到1～8Pa；同时给电升温，待感应炉11中的金属原料融化，气压达到30～35kPa时，关闭真空泵，对金属进行熔炼；熔炼过程中通入惰性保护气体。
所述步骤2中，中间包12底部的金属液导流管13孔径为7～10mm。
所述金属原料包括纯金属及合金。
所述惰性保护气体、惰性气体包括氦气、氩气中的一种或两种混合。
如图2-图4所示，本发明所述电磁加速器为中间剖分结构，由2个半圆形壳体31、铁芯36、线圈37及连接件组成；2个半圆形壳体31的一端通过连接板32及连接螺栓33连接，另一端通过紧固板34和紧固螺栓35连接；连接板32通过连接螺栓33与半圆形壳体31固定连接。所述半圆形壳体31具有一定的厚度，其内部由铁芯36和缠绕在铁芯36上的线圈37组成。为了满足在高温环境下工作，可以采用铜管作为线圈，在铜管内部通水冷却；或采用浸泡绝缘漆的铜线作为线圈，外部通水冷却；电磁加速器可以采用两相电源或三相电源供电。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例1】
本实施例中，采用本发明所述紧密耦合气雾化制细粉方法制备27Cr4Mo超级铁素体不锈钢细粉，具体过程如下：
1)按照27Cr4Mo超级铁素体不锈钢的化学成分，进行物料计算和原料称重，将合金原料放入感应熔炼炉中。启动真空泵并给电升温，使真空度达到2Pa，待感应熔炼炉中的合金融化，且气压达到30kPa时，关闭抽真空系统，对合金进行熔炼。熔炼过程中通入氩气和氦气的混合气体作为惰性保护气体；
2)熔融后的合金熔液倒入中间包中，中间包底部的金属液导流管直径为7mm，用于控制合金熔液的流量，保证粉末粒子的粒径分布；启动惰性气体加热装置，加热雾化用的惰性气体，该惰性气体是由氦气和氩气组成的混合气体；
3)开启电磁加速器的开关，设定电流强度为40A，频率50Hz，通过金属液导流管将合金熔液引入雾化室。将惰性气体加压至4MPa，高压惰性气体通过雾化喷嘴喷出，将合金熔液雾化破碎成大量细小的合金液滴，合金液体在飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；
4)通过粉末收集器对冷却后的粉末进行收集，然后干燥、分级，得到金属粉体成品。
本实施例中，所制备的27Cr4Mo超级铁素体不锈钢细粉直径范围在0～50μm的占比为70％，雾化制粉全过程没有发生雾化喷嘴及导流管堵塞现象，实现了合金细粉的连续生产，27Cr4Mo超级铁素体不锈钢细粉的产出率为28％。
【实施例2】
本实施例中，采用本发明所述紧密耦合气雾化制细粉方法制备H13模具钢细粉，具体过程如下：
1)按照H13模具钢的化学成分，进行物料计算和原料称重，将合金原料放入感应熔炼炉中。启动真空泵并给电升温，使真空度达到2Pa，待感应熔炼炉中的合金融化，且气压达到31kPa时，关闭抽真空系统，对合金进行熔炼。熔炼过程中通入氩气和氦气的混合气体作为惰性保护气体；
2)熔融后的合金熔液倒入中间包中，中间包底部的金属液导流管直径为8mm，用于控制合金熔液的流量，保证粉末粒子的粒径分布；启动惰性气体加热装置，加热雾化用的惰性气体，该惰性气体是由氦气和氩气组成的混合气体；
3)开启电磁加速器的开关，设定电流强度为45A，频率45Hz，通过金属液导流管将合金熔液引入雾化室。将惰性气体加压至4.5MPa，高压惰性气体通过雾化喷嘴喷出，将合金熔液雾化破碎成大量细小的合金液滴，合金液体在飞行过程中凝固成球形粉末颗粒；
4)通过粉末收集器对冷却后的粉末进行收集，然后干燥、分级，得到金属粉体成品。
本实施例中，所制备的H13模具钢细粉直径范围在0～50μm的占比为52％，雾化制粉全过程没有发生雾化喷嘴及导流管堵塞现象，实现了合金细粉的连续生产，H13模具钢细粉的产出率为32％。
实施例1和实施例2所述铁基金属粉末的化学成分如表1所示。
对比例1(不设电磁加速器，惰性气体未经加热加压，其他过程及工艺参数与实施例1相同)，实施例2(不设电磁加速器，惰性气体未经加热加压，其他过程及工艺参数与实施例2相同)，雾化喷嘴及导流管容易被金属液堵塞，平均堵塞率达到30％，而实施例1和实施例2没有发生金属液堵塞现象。
将实施例1和实施例2与对比例1、对比例2得到的铁基金属粉末分别进行筛分、称重统计，得到表2数据。可以看出，实施例1和实施例2得到的铁基金属粉末直径范围0～50μm的占比与对比例相比明显提高，分别提高25％和10％，说明根据本发明所述方法制备铁基金属粉末的整体粒度较小。
表1铁基金属粉末化学成分(wt％)
| C | Ni | Mo | Cr | Al | Si | Mn | Nb | Ti | |
| 实施例1 | 0.012 | 2.12 | 3.87 | 27.2 | 0.03 | 0.27 | 0.11 | 0.26 | 0.21 |
| 实施例2 | 0.32 | - | 1.55 | 4.8 | - | 1.0 | 0.3 | - | - |
表2产品粒度分布(％)
| 0-50μm | 50-100μm | 100-200μm | ＞200μm | |
| 实施例1 | 70％ | 19％ | 5％ | 6％ |
| 对比例1 | 45％ | 14％ | 26％ | 15％ |
| 实施例2 | 52％ | 22％ | 19％ | 7％ |
| 对比例2 | 42％ | 23％ | 27％ | 8％ |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，基于电磁加速真空气雾化装置实现；所述电磁加速真空气雾化装置由熔炼炉、电磁加速器及雾化室组成；熔炼炉及雾化室连接处的外围设电磁加速器；
所述气雾化制细粉方法包括如下步骤：
1)熔炼金属；
2)将熔炼后的金属熔液倒入中间包，启动惰性气体加热装置，加热雾化用的惰性气体；
3)开启电磁加速器，设定电流强度为40～50A，频率为45～50Hz；中间包内的金属熔液通过金属液导流管引入雾化室；通过惰性气体加压装置将加热后的雾化用惰性气体加压，在使压力为3～4MPa，然后将高压惰性气体通过雾化喷嘴喷出，将自金属液导流管流出的金属熔液破碎成细小的金属液滴，金属液滴在飞行过程中凝固成球形粉末状颗粒；
4)通过粉末收集器收集冷却后的金属粉末，经干燥、分级后，得到金属粉体成品。
2.根据权利要求1所述的一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，所述熔炼炉内设有感应炉、抽真空系统及中间包；所述熔炼炉的下方设雾化室，中间包的底部设金属液导流管与雾化室连通；金属液导流管的外侧设多个雾化喷嘴，雾化喷嘴的进气孔与惰性气体管道相连；所述惰性气体管道上设惰性气体加热装置及惰性气体加压装置；所述雾化室的底部设粉末收集器及排气孔。
3.根据权利要求1所述的一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：将金属原料放入感应炉中，启动抽真空系统中的真空泵，使真空度达到1～8Pa；同时给电升温，待感应炉中的金属原料融化，气压达到30～35kPa时，关闭真空泵，对金属进行熔炼；熔炼过程中通入惰性保护气体。
4.根据权利要求1所述的一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，所述步骤2)中，中间包底部的金属液导流管孔径为7～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，所述金属原料包括纯金属及合金。
6.根据权利要求1所述的一种防止导流管堵塞的紧密耦合气雾化制细粉方法，其特征在于，所述惰性保护气体、惰性气体包括氦气、氩气中的一种或两种混合。
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