CN101417340A - 循环式雾化金属粉末制备方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种循环式雾化金属粉末制备方法和装置。它在主流路中，利用惰性气体对金属液体进行雾化，雾化后大颗粒金属粉末沉降于第一收集箱中，而含有颗粒的用后气体进入再循环流路，在再循环流路中，用后气体经膨胀分离腔和离心粒子分离室进行部充分的颗粒分离后，中等颗粒金属粉末沉降于第二收集箱中，而含有细微固体颗粒的分离后气体经温控部件调温和气体质量检测控制仪检测后，检测气体指标正常时，气体进入主流路再参与雾化，检测气体指标超标时，切换气路使气体进入废气处理流路进行处理和排气。本发明雾化效果好，同时细微粉末和气体的内循环也减少了金属粉尘的污染和处理废气的难度。

Description

循环式雾化金属粉末制备方法和装置

技术领域：

本发明涉及一种循环式雾化金属粉末制备方法和装置，提出循环使用雾化气体，并利用循环气体热量和其中细微固体颗粒强化雾化效果，减少污染，主要应用在粉末冶金工业和喷射成形技术。

背景技术：

粉末冶金和喷射成形工艺已成为机电制造加工工业的重要支柱和非常有前途的产业。粉末冶金材料因节能、节材、规模化生产成本低、无需机械加工等优势，备受金属产品制造工业青睐，由其派生出来的金属注射成形(metal injection molding，MIM)、热喷涂(thermalspraying，TS)、金属快速成形(metal rapid prototyping，MRP)、表面贴装(surface mounttechnology，SMT)等技术更是得到蓬勃的发展。而喷射成形技术是近二、三十年发展起来的一项先进的半固态金属加工技术，它既能克服传统冶铸工艺带来的缺陷，又可以免除粉末冶金的制粉、压制、烧结等多道工序。采用该技术制备的材料有晶格细密规则、裂纹少、寿命长等一系列优点。

尽管这两项技术的生产过程和要求不尽相同，其核心技术—喷射雾化却是一致的，喷射雾化过程形成的粉末、液滴或液固混合颗粒粒径、分布和形状决定产品的特性和性能。随着国际产业现代化的加快、以及在汽车工业、航空航天、电子信息、能源电力、冶金机械等重要工业领域应用的拓展，对材料的品种、质量以及成本等方面要求的提高，生产微米级(1～30μm)、亚微米级(0.1～1μm)和纳米级(1～100nm)超细粒度的产品有着相当的迫切性。而喷射成形技术中细微颗粒产生使得材料更加致密，晶格更加细化，材料性能更好。目前我国制造业所需的高档次金属粉末需要大量进口，而通常国际市场上金属粉末(50～75μm)的价格是相应金属的数倍乃至十数倍，细颗粒价格更昂贵得多，因此生产小粒度产品据有可观的经济价值。由于气体雾化已占据金属及合金粉末生产的主导地位，对这项技术的关注和研究也越来越多。目前，就我国在该方面的技术和生产能力而言，与国际上还有相当大的差距。对金属粉末设备的改进和创造性的技术革新非常必要。

在雾化气体的再循环利用上，国外有一些工作，其中也包括国外正在使用的技术，如US4838912提供了一种纯化雾化后气体并再循环使用的方法。先过滤气体尔后纯化它，压缩后采用液氮液化，再转化为高压气体重新使用。US 4629407提供了一套包括雾化塔、气体循环系统、气体纯化系统在内利用惰性气体如氮制造金属粉末的装置。US 2002/0125591 A1提供了一种利用再循环雾化气体如氦生产雾化粉末如金属粉末的方法，以及用于生产该雾化粉末的装置。它通过将用后气体进行颗粒分离，杂质清除等步骤实现气体的纯化，而后达到循环使用惰性贵气体从而节约成本的目的。

不过在它们的设计中都是要将用后气体恢复到一种非常纯粹的状态，将其中的杂质如水、氧气、二氧化碳、固体颗粒等全部净化除去，再干燥压缩，因而其所使用设备复杂，维护困难，规模庞大，不利于大规模生产，能效比差。

发明内容：

本发明的目的在于，针对已有技术存在的缺陷，提供一种高效节能、低污染、再循环利用雾化气体的循环式雾化金属粉末制备方法和装置，不需非常复杂的纯化过程，也能够有效的实现气体再循环的目的，同时也充分利用了废热量的再循环和气体中杂质固体颗粒的动量，使得雾化更加充分。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明利用气体雾化液体金属的方法实现液体射流粉末化效果，通常由雾化室、气体雾化器、金属液体加热炉、阻流机构等组成。金属液体加热炉中的熔融液体在阻流机构开启情况下经导管进入雾化室在导管口附近被经由气体雾化器喷出的高速高压气流冲击在雾化室中发生破碎形成液滴，液滴在雾化室中飞行降温形成金属粉末。

本发明储气室提供纯净的雾化惰性气体，如氦、氮、氩等；

本发明的气体再循环流路，利用用后气体、用后气体中的颗粒、以及用后气体所携带的热量，来加强雾化效果。流路中气体存在的较大颗粒需经过颗粒气体膨胀分离室和离心粒子分离器分离沉降。而后经由空压泵加压至工作压力。流路中气体的温度可以通过温控部件调节，包括加热或者降温，可以根据不同的要求来调节。流路中气体中所含氧气、湿度、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等含氧量和含杂质需要进行检测，并发出实时的检测指标信号，指标信号有超标和正常指示等级，在正常信号下，气体经由再循环流路控制阀和主控制阀进入雾化器；

本发明的废气处理流路，能够有效去处去除气体中所含的微金属粉末，有害气体如一氧化碳、二氧化硫等。工作在储气室工作模式和清理工作模式，在再循环工作模式中流路控制阀门关闭。用后气体经由废气处理流路需经过粒子过滤器、废气燃烧室和有害气体吸收装置。粒子过滤器过滤细微粉末所用材料如网膜多孔材料等，废气燃烧室可以燃烧有害气体如一氧化碳等，有害气体吸收装置可以采用物理和化学方法，如用水吸收二氧化硫等。

本发明的颗粒收集部件收集不同阶段气体中存在的不同尺寸范围的固体金属颗粒，其颗粒平均尺寸依次为第一收集箱大于第二收集箱大于第三收集箱。收集箱中颗粒的排除可以有杜绝空气的设计。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种循环式雾化金属粉末制备方法，包括再主流路中，利用惰性气体对金属液体进行雾化，雾化后大颗粒金属粉末沉降于第一收集箱中，而含有颗粒的用后气体进入再循环流路，其特征在于在所述再循环流路中，所述用后气体经膨胀分离腔和离心粒子分离室进行部充分的颗粒分离后，中等颗粒金属粉末沉降于第二收集箱中，而含有细微固体颗粒的分离后气体经温控部件调温和气体质量检测控制仪检测后，检测气体指标正常时，气体进入主流路再参与雾化，检测气体指标超标时，切换气路使气体进入废气处理流路进行处理和排气。

上述惰性气体为氦气、或氮气、或氩气。

上述温控部件调温包括加热或降温。

上述切换气路为手动切换气路或自动切换气路。

上述检测气体指标式再循环气体中所含氧气、湿度、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫的含量和杂质含量。

上述废气处理流路中，进入该流路的气体经粒子过滤器，细微颗粒金属粉末沉降于第三收集箱中，而过滤后气体经废气然受室燃烧和有害气体吸收装置吸收有害气体后的废气排放至大气中。

一种循环式雾化金属粉末制备装置，应用于上述方法，包括一个金属粉末雾化设备，其上部有一个金属流体加热炉下底接通金属液体喷嘴，该金属液体喷嘴上有气体雾化器由主流道经一个压力阀接通一个储气室，其中部为雾化室经通道，下面接通第一收集箱，旁通气管道接通再循环流路，其特征在于所述再循环流路中，所述旁通气管道接通一个上下连通的膨胀气体分离腔和离心粒子分离腔，膨胀气体分离腔下部通过通道接通第二收集箱，而离心粒子分离腔上部接通一个空气泵的进口，空气泵的出口接通一个温控部件和一个气体质量检测控制仪后分成两路：一路经一个再循环压力阀接通主流道，另一路接通废气处理流路。

上述废气处理流路中，流入管路接通一个粒子过滤器的下部，该粒子过滤器的底部接通第三收集箱而顶部出口经一个废气压力阀、一个废气燃烧室和一个有害气体吸收装置接通废气排气管。

本发明利用气体中所携带的细微固体颗粒(<10μm)增加雾化气体的比重和雾化气体动量，同时利用气体在上一循环中所获得的热量，来改变气体的温度。较高温度的雾化气体减小了液体的凝固速度，与较大的气体比重一起，都使雾化更加充分，雾化效果更好，同时细微粉末和气体的内循环也减少了金属粉尘的污染和处理废气的难度。同时，本发明采用不充分颗粒分离的再循环气体，不需非常复杂的纯化过程也能实现有效的气体再循环利用，使得设备较简单，易于维护，能效较好，有利于大规模生产。

本发明可以获得更好的雾化效果，和更细的金属液滴和粉末，同时节省了气体供应和废气处理的成本。

附图说明：

图1循环式雾化金属粉末制备装置图

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：本循环式雾化金属粉末制备方法是：在主流路中，利用惰性气体对金属流进行雾化，雾化后大颗粒金属粉末沉降于第一收集箱中，而含有颗粒的用后气体进入再循环流路，在所述再循环流路中，所述用后气体经膨胀分离腔和离心粒子分离室进行部充分的颗粒分离后，中等颗粒金属粉末沉降于第二收集箱中，而含有细微固体颗粒的分离后气体经温控部件调温和气体质量检测控制仪检测后，检测气体指标正常时，气体进入主流路再参与雾化，检测气体指标超标时，切换气路使气体进入废气处理流路进行处理和排气。

上述惰性气体为氦气、或氮气、或氩气。上述温控部件调温包括加热或降温。上述切换气路为手动切换气路或自动切换气路。上述检测气体指标是再循环气体中所含氧气、温度、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫的含量和杂质含量。上述废气处理流路中，进入该流路的气体经粒子过滤器，细微颗粒金属粉末沉降于第三收集箱中，而过滤后气体经废气然受室燃烧和有害气体吸收装置吸收有害气体后的废气排放至大气中。

参见图1，应用上述方法的循环式雾化金属粉末制备装置是：包括一个金属粉末雾化设备，其上部有一个金属液体加热炉23下底接通金属液体喷嘴，该金属液体喷嘴上有气体雾化器22由主流道32经一个压力阀41接通一个储气室9，其中部为雾化室2经通道25，下面接通第一收集箱21，旁通气管道31接通再循环流路，所述再循环流路中，所述旁通气管道31接通一个上下连通的膨胀气体分离腔26和离心粒子分离腔5，膨胀气体分离腔26下部通过通道27接通第二收集箱28，而离心粒子分离腔5上部接通一个空气泵6的进口，空气泵6的出口接通一个温控部件7和一个气体质量检测控制仪后分成两路：一路经一个再循环压力阀44接通主流道32，另一路接通废气处理流路。

上述废气处理流路中，流入管路36接通一个粒子过滤器10的下部，该粒子过滤器10的底部接通第三收集箱29而顶部出口经一个废气压力阀43、一个废气燃烧室11和一个有害气体吸收装置12接通废气排气管372。

参见图1，储气室9出口管路38上有一个储气控制阀42，图1中还有的标号代表：20为金属2粉末，33、34、35、36、361、37、371、381均为连接气管路，24为金属液体阻流机构，201为金属喷雾液体。

本实施例应用于生产铁粉如下：

参见图1，具体生产铁粉，其操作工艺如下：首先确定初始工作参考状态，将铁水在金属液体加热炉23中加热到1700℃左右，储气室9工作压力设定为5～20MPa，空压泵6工作压力设定为略高于5～20MPa，使用离心粒子分离器5保障再循环气体中粒子直径<10μm，温控部件7温度设定为110℃，氧气、湿度、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等含量正常值均设为小于10PPM，否则为超标，粒子过滤器10内填充炭纤维网膜多空材料，废气燃烧室11混入空气燃烧，有害气体吸收装置12主要采用水来吸收二氧化硫。所有压力阀门41，42，43，44和阻流机构24关闭，气体质量检测控制仪8关闭，温控部件7关闭，废气燃烧室11关闭。

(1)工作在主流路工作模式

依次为压力阀门42开启->压力阀门41开启->压力阀门43开启->废气燃烧室11开启->空压泵6开启->阻流构件24开启。

(2)工作在再循环流路工作模式

依次为压力阀门44开启->压力阀门41开启->温控部件7开启->气体质量检测控制仪8开启->离心粒子分离器5开启->空压泵6开启->阻流构件24开启。

(3)工作在废气处理工作模式

依次为压力阀门42开启->压力阀门41开启->压力阀门43开启->废气燃烧室11开启->空压泵6开启。

(4)再循环工作模式向清理工作模式转换

依次为阻流机构24关闭->压力阀门43开启->废气燃烧室11开启->压力阀门42开启->压力阀门44关闭->气体质量检测控制仪8关闭->温控部件7关闭->离心粒子分离器5关闭。

(5)废气处理工作模式转换向再循环工作模式

依次为气体质量检测控制仪8开启->温控部件7开启->离心粒子分离器5开启->压力阀门44开启->压力阀门42关闭->压力阀门43关闭->废气燃烧室11关闭->阻流机构24开启。

Claims (8)

1.一种循环式雾化金属粉末制备方法，包括再主流路中，利用惰性气体对金属液体进行雾化，雾化后大颗粒金属粉末沉降于第一收集箱中，而含有颗粒的用后气体进入再循环流路，其特征在于在所述再循环流路中，所述用后气体经膨胀分离腔和离心粒子分离室进行部充分的颗粒分离后，中等颗粒金属粉末沉降于第二收集箱中，而含有细微固体颗粒的分离后气体经温控部件调温和气体质量检测控制仪检测后，检测气体指标正常时，气体进入主流路再参与雾化，检测气体指标超标时，切换气路使气体进入废气处理流路进行处理和排气。

2.根据权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法，其特征在于所述惰性气体为氦气、氮气或氩气。

3.根据权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法，其特征在于所述温控部件调温包括加热或降温。

4.根据权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法。其特征在于所述切换气路为手动切换气路或自动切换气路。

5.根据权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法，其特征在于所述检测气体指标是再循环气体中所含氧气、温度、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫的含量和杂质含量。

6.根据权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法，其特征在于在所述废气处理流路中，进入该流路的气体经粒子过滤器，细微颗粒金属粉末沉降于第三收集箱中，而过滤后气体经废气然受室燃烧和有害气体吸收装置吸收有害气体后的废气排放至大气中。

7.一种循环式雾化金属粉末制备装置，应用于权利要求1所述的循环式雾化金属粉末制备方法，包括一个金属粉末雾化设备，其上部有一个金属液体加热炉(23)下底接通金属液体喷嘴，该金属液体喷嘴上有气体雾化器(22)由主流道(32)经一个压力阀(41)接通一个储气室(9)，其中部为雾化室(2)经通道(25)，下面接通第一收集箱(21)，旁通气管道(31)接通再循环流路，其特征在于所述再循环流路中，所述旁通气管道(31)接通一个上下连通的膨胀气体分离腔(26)和离心粒子分离腔(5)，膨胀气体分离腔(26)下部通过通道(27)接通第二收集箱(28)，而离心粒子分离腔(5)上部接通一个空气泵(6)的进口，空气泵(6)的出口接通一个温控部件(7)和一个气体质量检测控制仪后分成两路：一路经一个再循环压力阀(44)接通主流道(32)，另一路接通废气处理流路。

8.根据权利要求7所述的循环式雾化金属粉末制备装置，其特征在于所述废气处理流路中，流入管路(36)接通一个粒子过滤器(10)的下部，该粒子过滤器(10)的底部接通第三收集箱(29)而顶部出口经一个废气压力阀(43)、一个废气燃烧室(11)和一个有害气体吸收装置(12)接通废气排气管(372)。

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