CN104722764B - 循环冷却的金属粉体蒸发制取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属粉体制取装置技术领域，涉及循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，包括炉体、坩埚、等离子体喷枪、收集器、热交换器，所述坩埚上侧的开口上设置有坩埚口盖，等离子体喷枪的喷头穿过坩埚口盖伸入到坩埚内腔，坩埚口盖及坩埚内的喷头的外表面包覆有耐高温材料制成的护套，炉体与坩埚之间设置有保温隔热材料，收集器上侧的出气口上安装有气固分离器，从气固分离器的出气口引出的冷却管依次连接抽风机、换热器后穿过炉体、保温隔热材料通过坩埚口盖上的进气通道与坩埚内腔连通，储料桶的出料管和收集器的进料管穿过炉体及坩埚口盖与坩埚内腔连通，优点是：冷却气体循环使用、能耗小、纯度高，适用于制作高纯度的超细金属粉末。
Description
技术领域
本发明属于金属粉体制取装置技术领域，特指一种循环冷却的金属粉体蒸发制取装置。
背景技术
超细粉体经气相法粒子生成器生成固态的超细粉体粒子后，由于其温度较高，在进入收集器之前要对其进行冷却。现有技术采用冷却气体冷却超细粉体，即将冷却气体喷入气相法粒子生成器与收集器中间使冷却气体形成的包覆超细粉体表面进行冷却，其不足之处在于：一是冷却气体使用量大，料耗与能耗高；二是等离子体喷枪的喷头与炉体内的坩埚内的金属颗粒的距离较大，能耗大。针对其不足，中国专利CN 102357655 B公开了《一种超细粉体冷却方法》，是将液相保护介质雾化成颗粒直径为50～300μm后，喷入气相法粒子生成器与收集器中间的冷却器，使液相保护介质包覆在超细粉体表面对超细粉体进行冷却，冷却后的超细粉体进入收集器中沉积，虽然其冷却效果有所改进，但还是不够明显，而且仍然存在等离子体喷枪的喷头与炉体内的坩埚内的金属颗粒的距离较大，能耗大的不足，同时，由于液相保护介质的纯度问题，也会导致超细粉体的纯度下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却效果好、能耗小、纯度高的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置。
本发明的目的是这样实现的：
循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，包括炉体、炉体内的坩埚、加热蒸发坩埚内的金属的等离子体喷枪、收集坩埚内产生的金属粉末的收集器，其特征在于：所述坩埚上侧的开口上设置有坩埚口盖，等离子体喷枪的喷头穿过坩埚口盖伸入到坩埚内腔，坩埚口盖及坩埚内的喷头的外表面包覆有耐高温材料制成的护套，炉体与坩埚之间设置有保温隔热材料，收集器的出气口上安装有真空泵及气固分离器，从气固分离器的出气口引出的冷却管依次连接抽风机、热交换器、气体净化过滤器后穿过炉体、保温隔热材料通过坩埚口盖上的进气通道与坩埚内腔连通，储料桶的出料管和收集器的进料管穿过炉体及坩埚口盖与坩埚内腔连通。
上述热交换器与坩埚口盖之间的冷却管上连通的一根以上的支气管分别与收集器的进料管及收集器的内腔连通。
上述的坩埚口盖为隔热耐高温材料制成，坩埚口盖的下表面为中部向上凹的弧形面，坩埚口盖上均布有两个以上的进气通道，进气通道的上部开口于所述弧形面下表面、下部开口于坩埚口盖的下端面，穿过炉体、保温隔热材料的冷却管与所述坩埚口盖下端面上的进气通道开口连接。
上述收集器的进料管由外到内依次设置有冷却水套层、保温材料层、耐高温材料层，所述的支气管与耐高温材料层的内腔连通。
上述储料桶的出料管上间隔设置有两个以上用于不停机进料的阀门。
上述的收集器的底部的出料管上间隔设置有两个以上用于不停机放料的阀门。
上述炉体的炉壁及炉盖为双层不锈钢水套结构，炉壁及炉盖上设置有与双层不锈钢水套连通的进出水接头。
上述的等离子体喷枪的一侧设置有为其提供电源的等离子电弧柜。
上述的耐高温材料制成的护套是用氧化锆或石墨或耐高温合金材料或耐高温石英材料制造的。
上述的储料桶内盛放有0.1—50mm大小的金属颗粒。
上述收集器的具体结构是：带有冷却水套的收集器内腔内设置的横向的隔板将收集器内腔分割成上腔和下腔，下腔内间隔排列有金属过滤管，金属过滤管的下端封闭、上端通过连接管穿过隔板后开口于上腔，上腔内的每个连接管上均设置有循环用的电磁阀，电磁阀与隔板之间的连接管上通过三叉管连接有与储气罐连通的供气管，供气管上设置有供气用的电磁阀，所述的进料管与收集器的下腔连通，所述收集器的出气口设置在收集器的上腔上，所述的循环用的电磁阀和供气用的电磁阀由控制器控制。
上述金属过滤管的外径为8—85mm，金属过滤管的壁厚均为1—5mm，所述金属过滤管有8—80根，下腔内金属过滤管的长度为20—3000mm，相邻两金属过滤管外壁之间的距离为1—500mm，最外边的金属过滤管外壁与收集器内壁之间的距离为1—500mm。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本发明的等离子体喷枪的喷头伸入坩埚内，喷头与金属颗粒的距离小，喷头发射的高温等离子气体直接加热金属颗粒，能耗小。
2、本发明将等离子体喷枪产生的热量大部分集中在坩埚内，使用冷却的惰性气体送入坩埚内、收集器、收集器的进料管进行多次冷却，冷却效果好，而且惰性气体(例如氮气或氦气)通过热交换器循环使用，节约惰性气体。
3、本发明的穿过坩埚口盖伸入坩埚内的喷头的外表面包覆有耐高温材料制成的护套，可有效保护喷头不被高温烧伤，这为坩埚上加盖、喷头伸入坩埚内提供了技术保障。
4、本发明的坩埚口盖及收集器的进料管上分别连通有多根冷却管的支气管，冷却效果好。
5、本发明收集器的进料管由外到内依次有冷却水套层、保温材料层、耐高温材料层，并向耐高温材料层内通过支气管通有惰性的冷却气体，散热及隔热效果好。
6、本发明由于循环使用惰性气体作为冷却介质，其纯度高，生产的超细金属粉末的纯度也同样高，超细金属粉末的附加值高。
7、本发明适用于制作超细金属粉末。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明的收集器的局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-图2：
循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，包括炉体10、炉体10内的坩埚11、加热蒸发坩埚11内的金属的等离子体喷枪12、收集坩埚11内产生的金属粉末的收集器13，所述坩埚11上侧的开口上设置有坩埚口盖14，等离子体喷枪12的喷头15穿过坩埚口盖14伸入到坩埚内腔，坩埚口盖14及坩埚11内的喷头15的外表面包覆有耐高温材料制成的护套16，炉体10与坩埚11之间设置有保温隔热材料17，收集器13的出气口上安装有真空泵20及气固分离器18，从气固分离器18的出气口引出的冷却管19依次连接抽风机21、热交换器22、气体净化过滤器54后穿过炉体10、保温隔热材料17通过坩埚口盖14上的进气通道23与坩埚内腔24连通，储料桶30的出料管31和收集器13的进料管32穿过炉体10及坩埚口盖14与坩埚内腔24连通，炉体10的上侧设置有观察炉体10内部情况的视镜42。
上述热交换器22与坩埚口盖14之间的冷却管19上连通的一根以上的支气管33分别与收集器13的进料管32及收集器的下腔58连通，热交换器22两侧的冷却管19上设置有阀门。
上述的坩埚口盖14为隔热耐高温材料制成，坩埚口盖14的下表面为中部向上凹的弧形面，坩埚口盖14上均布有两个以上的进气通道23，进气通道23的上部开口于所述弧形面下表面、下部开口于坩埚口盖14的下端面，穿过炉体10、保温隔热材料17的冷却管19与所述坩埚口盖14下端面上的进气通道开口36连接。
上述收集器13的进料管32由外到内依次设置有冷却水套层、保温材料层、耐高温材料层，所述的支气管33与耐高温材料层的内腔连通，冷却水套层为双层不锈钢结构。
上述储料桶30的出料管31上间隔设置有两个以上用于不停机进料的阀门37。
上述的收集器13的底部的出料管39上间隔设置有两个以上用于不停机放料的阀门38。
上述炉体10的炉壁及炉盖为双层不锈钢水套结构，炉壁及炉盖上设置有与双层不锈钢水套连通的进出水接头40。
上述的等离子体喷枪12的一侧设置有为其提供电源的等离子电弧柜41。
上述的耐高温材料制成的护套16是用氧化锆或石墨或耐高温合金材料或耐高温石英材料制造的。
上述的储料桶30内盛放有0.1—50mm大小的金属颗粒。
上述收集器13的具体结构是：带有冷却水套的收集器13内腔内设置的横向的隔板59将收集器13内腔分割成上腔57和下腔58，下腔58内间隔排列有金属过滤管53，金属过滤管53的下端封闭、上端通过连接管52穿过隔板59后开口于上腔57，上腔57内的每个连接管52上均设置有循环用的电磁阀56，电磁阀56与隔板59之间的连接管52上通过三叉管连接有与储气罐50连通的供气管51，供气管51上设置有供气用的电磁阀55，所述的进料管32与收集器13的下腔58连通，所述收集器13的出气口设置在收集器13的上腔57上，所述的循环用的电磁阀56和供气用的电磁阀55由控制器控制。
上述金属过滤管53的外径L2为8—85mm，金属过滤管53的壁厚均为1—5mm，所述金属过滤管53有8—80根，下腔内金属过滤管53的长度L4为20—3000mm，相邻两金属过滤管53外壁之间的距离L1为1—500mm，最外边的金属过滤管53外壁与收集器13内壁之间的距离L3为1—500mm。
本发明的使用：向储料桶30内加放0.1—15mm大小的金属颗粒，并打开两个阀门37向坩埚11内投放金属颗粒后关闭两个阀门37，启动真空泵20，将坩埚内腔、收集器13及循环的管道内抽真空至一定的真空度后关闭真空泵20，启动热交换器22、炉体10、坩埚口盖14、进料管32上的冷却水循环装置，随时为炉体10、坩埚口盖14、进料管32降温，通过等离子电弧柜41控制为等离子体喷枪12工作，等离子体喷枪12通过喷头15向坩埚内腔24内喷射高温等离子气体，将坩埚11内的金属颗粒汽化蒸发成金属气体，同时，启动抽风机21及热交换器22，冷却管19内冷却的低温惰性气体通过坩埚口盖14的进气通道23送入坩埚内腔24的上部对喷头15及坩埚内腔24上部的金属气体冷却降温，打开循环用的电磁阀56，抽风机21同时将金属气体从坩埚内腔24抽出经进料管32进入收集器下腔58内，纳米级的金属粉末在收集器13内冷却至100—300℃后附着在金属过滤管53及收集器下腔58内壁上，惰性气体经由金属过滤管53进入收集器上腔57，再经过冷却管19及热交换器22进入冷却器的循环，在气固分离器18内进一步分离金属粉末与惰性气体，在气体净化过滤器54内进一步惰性气体进行过滤净化，净化的惰性冷却气体参与循环冷却，按照设定的时间，控制器控制关闭循环用的电磁阀、打开供气用的电磁阀，储气罐50内储存的惰性气体进入金属过滤管53内腔，通过金属过滤管53上的过滤微孔将附着在金属过滤管53及收集器下腔58内壁上的金属粉末吹落至收集器13的底部后，控制器控制关闭供气用的电磁阀、打开循环用的电磁阀，进入正常的循环冷却，定时打开收集器13的出料管39上侧的阀门38，金属粉末落入下侧的阀门38之上的出料管39内，关闭出料管39上侧的阀门38、打开出料管39下侧的阀门38，金属粉末可以不停机排除收集器13外；打开储料桶30的出料管31上侧的阀门37，金属颗粒落入下侧的阀门37之上的出料管31内，关闭上侧的阀门37、打开下侧的阀门37，金属粉末可以不停机第送入坩埚内腔24内。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，包括炉体、炉体内的坩埚、加热蒸发坩埚内的金属的等离子体喷枪、收集坩埚内产生的金属粉末的收集器，其特征在于：所述坩埚上侧的开口上设置有坩埚口盖，等离子体喷枪的喷头穿过坩埚口盖伸入到坩埚内腔，坩埚口盖及坩埚内的喷头的外表面包覆有耐高温材料制成的护套，炉体与坩埚之间设置有保温隔热材料，收集器的出气口上安装有真空泵及气固分离器，从气固分离器的出气口引出的冷却管依次连接抽风机、热交换器、气体净化过滤器后穿过炉体、保温隔热材料通过坩埚口盖上的进气通道与坩埚内腔连通，储料桶的出料管和收集器的进料管穿过炉体及坩埚口盖与坩埚内腔连通。
2.根据权利要求1所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述热交换器与坩埚口盖之间的冷却管上连通的一根以上的支气管分别与收集器的进料管及收集器的内腔连通。
3.根据权利要求1所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述的坩埚口盖为隔热耐高温材料制成，坩埚口盖的下表面为中部向上凹的弧形面，坩埚口盖上均布有两个以上的进气通道，进气通道的上部开口于所述弧形面下表面、下部开口于坩埚口盖的下端面，穿过炉体、保温隔热材料的冷却管与所述坩埚口盖下端面上的进气通道开口连接。
4.根据权利要求2所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述收集器的进料管由外到内依次设置有冷却水套层、保温材料层、耐高温材料层，所述的支气管与耐高温材料层的内腔连通。
5.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述储料桶的出料管上间隔设置有两个以上用于不停机进料的阀门。
6.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述的收集器的底部的出料管上间隔设置有两个以上用于不停机放料的阀门。
7.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述炉体的炉壁及炉盖为双层不锈钢水套结构，炉壁及炉盖上设置有与双层不锈钢水套连通的进出水接头。
8.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述的等离子体喷枪的一侧设置有为其提供电源的等离子电弧柜。
9.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述的耐高温材料制成的护套是用氧化锆或石墨或耐高温合金材料或耐高温石英材料制造的。
10.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述的储料桶内盛放有0.1—50mm大小的金属颗粒。
11.根据权利要求1—3任一项所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述收集器的具体结构是：带有冷却水套的收集器内腔内设置的横向的隔板将收集器内腔分割成上腔和下腔，下腔内间隔排列有金属过滤管，金属过滤管的下端封闭、上端通过连接管穿过隔板后开口于上腔，上腔内的每个连接管上均设置有循环用的电磁阀，电磁阀与隔板之间的连接管上通过三叉管连接有与储气罐连通的供气管，供气管上设置有供气用的电磁阀，所述的进料管与收集器的下腔连通，所述收集器的出气口设置在收集器的上腔上，所述的循环用的电磁阀和供气用的电磁阀由控制器控制。
12.根据权利要求11所述的循环冷却的金属粉体蒸发制取装置，其特征在于：所述金属过滤管的外径为8—85mm，金属过滤管的壁厚均为1—5mm，所述金属过滤管有8—80根，下腔内金属过滤管的长度为20—3000mm，相邻两金属过滤管外壁之间的距离为1—500mm，最外边的金属过滤管外壁与收集器内壁之间的距离为1—500mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |