CN1028074C

CN1028074C - 双极电弧熔炼二次雾化装置

Info

Publication number: CN1028074C
Application number: CN 92107174
Authority: CN
Inventors: 黄伯云; 曲选辉; 班耀恒; 熊翔; 陈仕奇; 雷长明; 杨伏良; 吕海波
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 1992-10-07
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2007-10-07
Also published as: CN1071614A

Abstract

双极电弧熔炼二次雾化装置，是由电弧熔炼室、喷枪和通过真空磁力耦合器传动的金属旋转盘构成的二次雾化室、以及旋风聚粉器等组成。电弧熔炼室设有双球冠形式的水冷金属坩埚，采用主、副两电极分别进行熔化和保温，使合金熔体通过喷枪和金属旋转盘连续雾化并快速冷凝成微细粉末。该装置结构紧凑，设计合理，操作方便，可制取高熔点和高活性的金属或合金粉末，并可实现连续生产，提高生产效率。所得粉末粒度细，纯度高，质量好。

Description

本发明涉及到制取金属或合金粉末的专用设备。

气体雾化技术已广泛应用于一些金属或合金粉末的制备。在雾化时将合金原料置于耐火材料（石墨、陶瓷等）制造的坩埚中，用感应电炉或燃油加热炉使合金熔化，并过热100～150℃，然后注入预先烘烤到一定温度的漏包中，液流沿漏嘴流入喷轮，在气体交点处，液流被高压气体粉碎成细滴，同时，雾化气体同金属液流之间通过热交换，使液滴在飞行过程中凝固成粉。对于熔点高或活性较大的金属或合金，若采用上述装置，在雾化过程中，往往会与大气中的氧反应而被氧化，同时还会因坩埚材料的溶解或脱落而被污染。惰性气体雾化或真空雾化可以减少介质的污染，但坩埚污染依然存在。《世界材料评论》（1991，VOl.36，NO·3，P.87）公开了一种制粉技术。在这一技术中，采用了非自耗真空电弧熔炼，电极可上下移动，在熔炼钛合金时，坩埚底层钛壁保持不熔透，但当熔体即将雾化时，把电极调至靠近熔体表面，使底部的钛壁熔透，合金熔体由坩埚底部漏嘴流至气体喷枪，在氩气或氦气中被雾化成合金粉末。对特定条件下生产的Ti-6Al-4V合金粉末，粉末为球形，平均粒度为190μm。这种雾化装置能制取高熔点金属或合金粉末，而且粉末一般不至于污染，然而该装置所得粉末较粗，一般大于100μm，冷凝速度也较慢，同时，这种装置一般熔池较小，不易熔透，因此，单炉产量很低，难于连续生产。

本发明的任务是设计一种连续制取微细粉末的雾化装置。

本发明如图1所示的双极电弧熔炼二次雾化装置，是在箱体的上面装有电弧加热熔炼系统，箱体内安装有高速旋转雾化系统和金属粉末收集系统：电弧熔炼室（19）上部室壁为半球状，正电极（20）、负电极（21）穿过室壁插入室腔，伸入金属坩埚（11）内，并开有观察窗（22）;其下部为安装采用焊接或冲压连成一体的双球冠形水冷金属坩埚（11），用于熔炼物料的金属坩埚（11-1）的球形半径（SR₁）较大，金属坩埚（11-2）球形半径（SR₂）较小，它的底部中心开有φ2～8mm的漏嘴（17），两个金属坩埚底的下部设有相通的冷却水腔（15），配电装置的电源通过直流弧焊机的正极接主、副电极（20、21），负极接坩埚接头（13），由此上、下两个部分通过安装有真空送料器（9）和真空系统（23）管道连接的中部室壁紧密连接而构成了电弧加热熔炼系统。该系统架在装有雾化气体阀（8）、喷枪（10）的雾化室（5）上面。雾化室（5）内设置的一个起进一步粉碎和快速冷凝作用的金属旋转盘（6），并通过与箱体下部的真空磁力耦合器（24）、齿轮组合的增速器（25）和直流电动机（26）相连接，而构成了高速旋转二次雾化系统。雾化室（5）内设置的斜面（7）连接着旋风聚粉器（2）的出粉口（4），旋风聚粉器（2）上端通过与雾化气体阀（8）联动的气动泄气阀（3）相连，接于抽风机（1），而组成金属粉末收集系统。

装置运行和操作步骤是：合金原料由真空送料器（9）分批送至坩埚（11-1）处，然后，主电极（20）启弧将物料熔化，熔体流入坩埚（11-2），用副电极（21）保温增加其流动性，使熔体顺利从坩埚（11-2）底部的漏嘴（17）流入喷枪（10），同时启动雾化气体阀（8）和气动泄气阀（3），在高压气流的作用下，将熔体雾化成微细液滴（第一次雾化）;液滴被加速、高速飞行碰撞到高速旋转（3000～8000转/分，连续可调）的金属旋转盘（6）上，使其进一步粉碎（第二次雾化）并快速冷凝成微细粉。所制备的粉末沿雾化室的斜面（7），通过出粉口（4）送至旋风聚粉器（2）收集。在旋风聚集器（2）与抽风机（1）间装有气动泄气阀（3），该阀与雾化气体阀（8）联动，以确保电弧熔炼室（19）、雾化室（5）及旋风聚粉器（2）等在雾化前有足够高的真空度，并在雾化开始后，顺利排泄喷雾气体。

本发明的一个显著特征，是设计了主、副电极，还将水冷金属坩埚（11）设计成如图2所示的双球冠形，其中第一坩埚（11-1）球形半径（SR₁）较大，主要用于熔炼物料，第二坩埚（11-2）球形半径（SR₂）较小，而且底部中心设有漏嘴（φ2～8mm）（17），便于熔体流入喷枪（10）。两个坩埚间采用焊接或冲压连成一体，而且第一坩埚（11-1）有一定的倾斜度，便于熔体自然流入第二坩埚（11-2），两坩埚下部设有相通的冷却水腔（15），通过循环冷却水保护坩埚不致于熔炼高熔点金属或合金时被熔化或损坏。本发明的另一个突出特征，是在雾化室（5）中设置了一种具有足够强度和刚度，不至于因接触高温和受扭力而变形的金属（例如铜或铜合金）旋转盘（6）;该金属旋转盘具有良好的导热性，能够及时散发喷雾液滴的热量，起着快速冷凝的作用。该金属旋转盘由直流电动机（26）驱动，通过齿轮组合的增速器（25）和真空磁力耦合器（24）组成高速旋转雾化系统。该系统通过真空磁力耦合器（24）实现了真空传动，既能使金属旋转盘（6）高速旋转，又确保系统具有良好的高真空密封性能，以利于制备活性较大的金属或合金粉末。

本发明的优点是采用了真空送料器、主电极熔炼、副电极保温、双球冠形金属坩埚以及二次雾化的设计，克服了熔体因冷凝停滞和堵嘴的问题，从而可连续生产微细合金粉末。这样，大大提高了生产效率，节省能源，又有利于提高产品质量。它既可雾化熔点较低的金属或合金，又可制取高熔点金属或合金粉末，并且，该装置结构紧凑、合理、操作方便。

附图说明：

图1为雾化装置的剖视图，其中：1-抽风机;2-旋风聚粉器;3-气动泄气阀;4-出粉口;5-雾化室;6-金属旋转盘;7-斜面;8-雾化气体阀;9-真空送料器;10-喷枪;11-坩埚;19-电弧熔炼室;20-主电极;21-副电极;22-观察窗;23-真空系统;24-真空磁力耦合器;25-增速器;26-直流电动机。

图2为双球冠形水冷金属坩埚剖视图，其中：11-1-第一坩埚;11-2-第二坩埚;12-密封圈;13-接线头;14-进水口;15-冷却水腔;16-密封圈;17-漏嘴;18-出水口。

实施例：以喷制TiAl合金粉末为例。首先将一定配比的TiAl合金原料熔炼成均匀的TiAl合金小铸锭，再由真空送料器（9）逐步送入电弧熔炼室（19）。当电弧熔炼室（19）达到小于3.5×10^-3Pa真空度的情况下，冲入0.05～0.1Mpa的氩气，由钨基合金棒（φ15mm）制成的主、副电极（20、21）通电启弧，两电极分别用于熔炼和保温。当合金在铜合金制成的水冷金属坩埚（11-1）熔化后，熔体流入坩埚（11-2），并通过漏嘴（φ3mm）（17）流入喷枪（10），同时开启雾化气体阀（8）和气动泄气阀（3），合金液流在高压（10MPa）氩气的作用下雾化成微细液滴，液滴撞击到高速旋转（6000转/分）的金属旋转盘（6）上，进一步粉碎并冷凝成细粉。所得粉末平均粒度为～20μm，氧含量为600～1500PPm（即在合金材料基础上增加150～400PPm），冷凝速度为～10℃S^-1。

Claims

1、双极电弧熔炼二次雾化装置，它是由电弧熔炼室(19)、坩埚(11)、漏嘴(17)、喷枪(10)，雾化室(5)等组成，其特征在于装置箱体的上面装有电弧加热熔炼系统，箱体内安装有高速旋转雾化系统和金属粉末收集系统：电弧熔炼室(19)上部室壁为半球状，正电极(20)、副电极(21)穿过室壁插入室腔，并伸入金属坩埚(11)内，其下部安装双球冠形水冷金属坩埚(11)，用于熔炼物料的金属坩埚(11-1)的球形半径(SR₁)较大，而金属坩埚(11-2)球形半径(SR₂)较小，其底部中心开有漏嘴(17)，两个坩埚采用焊接或冲压连成一体，且其下部设有相通的冷却水腔(15)，熔炼室(19)中部两侧通过管道连接安装真空送料器(9)和真空系统(23)，由此构成电弧加热熔炼系统，雾化室(5)内的金属旋转盘(6)与真空磁力耦合器(24)、齿轮组合的增速器(25)和直流电动机(26)相连接，构成高速旋转二次雾化系统，雾化室(5)内的斜面(7)与旋风集粉器(2)的出粉口(4)相接，并通过抽风机(1)、气动泄气阀(3)与雾化气体阀(8)连接，组成金属粉末收集系统。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于金属坩埚（11-1）有一定倾斜度，金属坩埚（11-2）底部中心开有φ2～8mm的漏嘴。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于金属旋转盘（6）的转速为3000～8000转/分，且连续可调。