CN105195754A - 一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，包括冷却罐、第一进水管、第一出水管和第一进气管，所述冷却罐包括罐体和底板，所述罐体内侧设置有环形隔板，环形隔板、罐体和底板之间形成环形空间，所述罐体内且位于环形隔板的内侧设置有圆锥形隔板，所述圆锥形隔板的内侧设置有螺旋盘管，所述第一进水管与螺旋盘管的一端相接，所述第一出水管与螺旋盘管的另一端相接，所述罐体下部设置有用于向环形空间内通入冷却水的第二进水管，罐体上部设置有供环形空间内的冷却水流出的第二出水管。另外，本发明还公开了采用该装置冷却雾化金属粉末的方法。本发明的装置结构简单，设计新颖合理，能够实现对高温雾化金属粉末良好的冷却，便于推广使用。

Description

一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置及方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置及方法。

背景技术

由于具备流动性好、杂质含量低、气孔夹杂少等优点，球形钛及钛合金粉末已成为高性能粉末冶金钛及钛合金近净成型制造加工的重要基础原料。球形钛及钛合金粉末制备技术主要包括气雾化技术、旋转电极雾化技术以及等离子球化技术等。其中，粉末收集罐是所有制粉装置的重要组成部分，起到收集并冷却所制粉末的作用。然而，常规的粉末收集罐为简单的双层水冷罐体，通过罐体热传导冷却粉末，这种设计在粉末量少或雾化后粉末温度较低的情况下具有一定的冷却效果；但当制粉量大或雾化金属粉末温度较高，尤其在制备冷却速度较慢的大粒径粉末时，传统粉末收集罐对粉末的冷却效果较差，从而导致大粒径粉末极易发生团聚、结块现象，甚至粉末之间产生粘结进而形成“卫星粉”，从而严重影响最终金属粉末的质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置。该装置结构简单，设计新颖合理，成本低，工作可靠性高，使用寿命长，能够实现对高温雾化金属粉末良好的冷却，保证了金属粉末的质量，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，包括冷却罐、第一进水管、第一出水管和第一进气管，所述冷却罐包括两端均开口的罐体和位于罐体下方且与罐体底部固定连接的底板，所述罐体内侧设置有环形隔板，所述环形隔板的底部与底板固定连接，环形隔板、罐体和底板之间形成环形空间，所述罐体内且位于环形隔板的内侧设置有圆锥形隔板，所述圆锥形隔板的内侧设置有螺旋盘管，所述螺旋盘管的管壁与圆锥形隔板的内壁接触连接，所述第一进水管穿过底板与螺旋盘管的一端相接，所述第一出水管穿过底板与螺旋盘管的另一端相接，所述第一进气管的一端穿过底板设置于环形隔板内侧，所述罐体的下部设置有用于向环形空间内通入冷却水的第二进水管，罐体的上部设置有供环形空间内的冷却水流出的第二出水管，所述罐体为上部带颈的罐体，罐体的颈部设置有用于向罐体内通气的第二进气管，所述第二进气管位于圆锥形隔板的上方。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述圆锥形隔板位于罐体内且靠近罐体颈部的位置。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述底板为中空结构，底板上设置有用于向底板的中空部分通入冷却水的第三进水管和供所述中空部分的冷却水流出的第三出水管。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第二进气管的数量为多个，多个所述第二进气管均匀布设于罐体的颈部。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第二进气管倾斜设置，倾斜方向为向罐体的内侧倾斜，所述第二进气管的中轴线与罐体的中轴线之间的夹角为45°～60°。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述环形隔板的上端与罐体的颈部固定连接。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述螺旋盘管为圆锥螺线盘管，螺旋盘管的外形与圆锥形隔板相配合。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第一进气管位于环形隔板内侧的一端端部封闭，第一进气管位于环形隔板内侧的管壁上设置有排气孔。

上述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述排气孔的数量为多个，多个所述排气孔沿第一进气管管壁的外圆周面均匀设置。

另外，本发明还提供了一种采用上述装置冷却雾化金属粉末的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、打开第一进水管和第二进水管，相应的向螺旋盘管和环形空间内均通入冷却水，开启第一进气管向罐体内通气，并开启第二进气管向罐体内通气；

步骤二、通过罐体顶部向罐体内通入雾化金属粉末，一部分雾化金属粉末与圆锥形隔板接触并通过螺旋盘管内的冷却水冷却后沿圆锥形隔板滑落，然后沿环形隔板下落并在下落过程中通过环形空间内的冷却水进一步冷却，另一部分雾化金属粉末沿环形隔板下落并在下落过程中通过环形空间内的冷却水冷却，下落的雾化金属粉末通过第一进气管通入的气体悬浮分散后最终落在底板上。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的装置结构简单、设计新颖合理、成本低、工作可靠性高、使用寿命长，能够实现对高温雾化金属粉末良好的冷却，保证了金属粉末的质量，使用效果好，便于推广使用。

2、本发明通过在罐体颈部设置第二进气管，向连续快速下降的雾化金属粉末不断吹送气体，使高温的雾化金属粉末快淬而迅速分散冷却，极大地提高了冷却效率，有效避免了金属粉末的结块粘连甚至预烧结。

3、本发明通过在罐体内设置圆锥形隔板，并在圆锥形隔板内侧设置螺旋盘管，螺旋盘管的管壁与圆锥形隔板的内壁接触连接，圆锥形隔板和螺旋盘管形成水冷结构，可进一步快速冷却被高压气体吹散的雾化金属粉末并使之分流，并可避免雾化金属粉末进入螺旋盘管的缝隙内，便于后续罐体的清理，避免金属粉末的损失；通过设置环形隔板，向环形隔板、罐体和底板之间形成的环形空间通入冷却水，使下落的雾化金属粉末沿着环形隔板再次冷却并导入罐体内，提高了冷却效率，进一步减小粉末团聚粘结的几率，避免了金属粉末粘连形成“卫星粉”。

4、本发明通过设置第一进气管，从而可以通过连续或间断的吹散下落的粉末，控制粉末吹起的高度，保持其适度翻滚漂浮，充分冷却后最终落到罐体底部，进而避免金属粉末间的粘连而形成“卫星粉”，从而保证粉末的质量。

5、本发明优选中空结构的底板，并在底板上设置用于向底板的中空部分通入冷却水的第三进水管和供中空部分的冷却水流出的第三出水管，通过底板内的冷却水对金属粉末进行再次冷却，进一步提高了冷却效果。

6、本发明优选第一进气管位于环形隔板内侧的一端端部封闭，可以避免雾化金属粉末堵塞进气管，保证气体通畅的喷出进而提高冷却效率；第一进气管位于环形隔板内侧的管壁上设置有排气孔，能够保证对下落的雾化金属粉末吹气，进一步有效避免金属粉末在底板上团聚，保证金属粉末质量尤其是微米级细金属粉末质量。

7、本发明的罐体顶部可与金属雾化制粉设备中的雾化制粉腔室连通，直接对雾化制粉腔室的雾化金属粉末进行冷却。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明装置的第一种具体实施方式的局部剖视图。

图2为本发明装置的第二种具体实施方式的局部剖视图。

图3为图2中的A处放大图。

图4为常规粉末收集罐冷却的钛合金粉末的外观形貌图。

图5为本发明实施例2冷却的钛合金粉末的外观形貌图。

附图标记说明：

1—罐体；2—底板；3—环形隔板；

4—环形空间；5—螺旋盘管；6—圆锥形隔板；

7—第一出水管；8—第一进气管；9—第二进水管；

10—第二出水管；11—第三进水管；12—第三出水管；

13—第二进气管；14—第一进水管；15—排气孔。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的提高雾化金属粉末冷却效率的装置，包括冷却罐、第一进水管14、第一出水管7和第一进气管8，所述冷却罐包括两端均开口的罐体1和位于罐体1下方且与罐体1底部固定连接的底板2，所述罐体1内侧设置有环形隔板3，所述环形隔板3的底部与底板2固定连接，环形隔板3、罐体1和底板2之间形成环形空间4，所述罐体1内且位于环形隔板3的内侧设置有圆锥形隔板6，所述圆锥形隔板6的内侧设置有螺旋盘管5，所述螺旋盘管5的管壁与圆锥形隔板6的内壁接触连接，所述第一进水管14穿过底板2与螺旋盘管5的一端相接，所述第一出水管7穿过底板2与螺旋盘管5的另一端相接，所述第一进气管8的一端穿过底板2设置于环形隔板3内侧，所述罐体1的下部设置有用于向环形空间4内通入冷却水的第二进水管9，罐体1的上部设置有供环形空间4内的冷却水流出的第二出水管10；所述罐体1为上部带颈罐体，罐体1的颈部设置有用于向罐体1内通气的第二进气管13，所述第二进气管13位于圆锥形隔板6的上方。

本实施例的罐体1顶部可与金属雾化制粉设备中的雾化制粉腔室连通，采用本实施例的装置对高温雾化钛粉末进行冷却，具体方法为：

步骤一、打开第一进水管14和第二进水管9，相应的向螺旋盘管5和环形空间4内均通入冷却水，开启第一进气管8向罐体1内通入惰性气体(也可采用金属雾化制粉过程中所用的气体代替)，并开启第二进气管13向罐体1内通入惰性气体；

步骤二、连通雾化制粉腔室和罐体1，通过罐体1顶部向罐体1内通入雾化钛粉末，第二进气管13向连续快速下降的雾化钛粉末不断吹送惰性气体，使高温的雾化钛粉末快淬而迅速分散冷却，一部分雾化钛粉末与圆锥形隔板6接触并通过螺旋盘管5内的冷却水冷却后沿圆锥形隔板6滑落，然后沿环形隔板3下落并在下落过程中通过环形空间4内的冷却水进一步冷却，另一部分雾化钛粉末沿环形隔板3下落并在下落过程中通过环形空间4内的冷却水冷却，下落的钛粉末通过第一进气管8通入的惰性气体悬浮分散后最终落在底板2上。

采用本实施例的装置冷却的钛粉末分散效果好，几乎未发生团聚粘结，未发生“卫星粉”现象。

实施例2

如图2所示，本实施例的提高雾化金属粉末冷却效率的装置，包括冷却罐、第一进水管14、第一出水管7和第一进气管8，所述冷却罐包括两端均开口的罐体1和位于罐体1下方且与罐体1底部固定连接的底板2，所述罐体1内侧设置有环形隔板3，所述环形隔板3的底部与底板2固定连接，环形隔板3、罐体1和底板2之间形成环形空间4，所述罐体1内且位于环形隔板3的内侧设置有圆锥形隔板6，所述圆锥形隔板6的内侧设置有螺旋盘管5，所述螺旋盘管5的管壁与圆锥形隔板6的内壁接触连接，所述第一进水管14穿过底板2与螺旋盘管5的一端相接，所述第一出水管7穿过底板2与螺旋盘管5的另一端相接，所述第一进气管8的一端穿过底板2设置于环形隔板3内侧，所述罐体1的下部设置有用于向环形空间4内通入冷却水的第二进水管9，罐体1的上部设置有供环形空间4内的冷却水流出的第二出水管10；所述罐体1为上部带颈罐体，罐体1的颈部设置有用于向罐体1内通气的第二进气管13，所述第二进气管13位于圆锥形隔板6的上方。

本实施例中，所述圆锥形隔板6位于罐体1内且靠近罐体1颈部的位置。

本实施例中，所述底板2为中空结构，底板2上设置有用于向底板2的中空部分通入冷却水的第三进水管11和供所述中空部分的冷却水流出的第三出水管12。

本实施例中，所述第二进气管13的数量为多个(优选4个、5个或6个)，多个所述第二进气管13均匀布设于罐体1的颈部。

本实施例中，所述第二进气管13倾斜设置，倾斜方向为向罐体1的内侧倾斜，所述第二进气管13的中轴线与罐体1的中轴线之间的夹角为45°～60°(优选45°、50°、55°和60°)。保证从第二进气管13通入的惰性气体轰击自由落体状态的高温雾化金属粉末，从而使雾化金属粉末迅速冷却并分散，更好地达到气淬快冷分散的效果。

本实施例中，所述环形隔板3的上端与罐体1的颈部固定连接。

本实施例中，所述螺旋盘管5为圆锥螺线盘管，螺旋盘管5的外形与圆锥形隔板6相配合。

如图3所示，本实施例中，所述第一进气管8位于环形隔板3内侧的一端端部封闭，第一进气管8位于环形隔板3内侧的管壁上设置有排气孔15，所述排气孔15的数量为多个(优选4个、5个、6个、7个或8个)，多个所述排气孔15沿第一进气管8管壁的外圆周面均匀设置。保证对金属粉末360°吹气，进一步有效避免金属粉末在罐体4的底部团聚，保证金属粉末质量尤其是微米级细金属粉末质量。

本实施例的罐体1顶部可与金属雾化制粉设备中的雾化制粉腔室连通，采用本实施例的装置对高温雾化钛合金粉末进行冷却，具体方法为：

步骤一、打开第一进水管14、第二进水管9和第三进水管11，相应的向螺旋盘管5、环形空间4和底板2内均通入冷却水，开启第一进气管8向罐体1内通入惰性气体(也可采用金属雾化制粉过程中所用的气体代替)，并开启第二进气管13向罐体1内通入惰性气体；

步骤二、连通雾化制粉腔室和罐体1，通过罐体1顶部向罐体1内通入雾化钛合金粉末，第二进气管13向连续快速下降的雾化钛合金粉末不断吹送惰性气体，使高温的雾化钛合金粉末快淬而迅速分散冷却，一部分雾化钛合金粉末与圆锥形隔板6接触并通过螺旋盘管5内的冷却水冷却后沿圆锥形隔板6滑落，然后沿环形隔板3下落并在下落过程中通过环形空间4内的冷却水进一步冷却，另一部分雾化钛合金粉末沿环形隔板3下落并在下落过程中通过环形空间4内的冷却水冷却，下落的钛合金粉末通过第一进气管8通入的气体悬浮分散后最终落在底板2上，并通过底板2中空部分的冷却水进一步冷却。

图4为常规粉末收集罐冷却的钛合金粉末的外观形貌图。图5为本发明实施例2冷却的钛合金粉末的外观形貌图。从图中可以看出，常规粉末收集罐内的钛合金粉末发生团聚、粘结进而形成“卫星粉”；而本发明装置冷却的钛合金粉末分散效果好，几乎未发生粘结，未发生“卫星粉”现象，钛合金粉末的质量得到明显改善。

本发明的装置和方法不仅适用于雾化钛或钛合金粉末的冷却，同样适用于其他雾化金属粉末的冷却。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，包括冷却罐、第一进水管(14)、第一出水管(7)和第一进气管(8)，所述冷却罐包括两端均开口的罐体(1)和位于罐体(1)下方且与罐体(1)底部固定连接的底板(2)，所述罐体(1)内侧设置有环形隔板(3)，所述环形隔板(3)的底部与底板(2)固定连接，环形隔板(3)、罐体(1)和底板(2)之间形成环形空间(4)，所述罐体(1)内且位于环形隔板(3)的内侧设置有圆锥形隔板(6)，所述圆锥形隔板(6)的内侧设置有螺旋盘管(5)，所述螺旋盘管(5)的管壁与圆锥形隔板(6)的内壁接触连接，所述第一进水管(14)穿过底板(2)与螺旋盘管(5)的一端相接，所述第一出水管(7)穿过底板(2)与螺旋盘管(5)的另一端相接，所述第一进气管(8)的一端穿过底板(2)设置于环形隔板(3)内侧，所述罐体(1)的下部设置有用于向环形空间(4)内通入冷却水的第二进水管(9)，罐体(1)的上部设置有供环形空间(4)内的冷却水流出的第二出水管(10)，所述罐体(1)为上部带颈的罐体，罐体(1)的颈部设置有用于向罐体(1)内通气的第二进气管(13)，所述第二进气管(13)位于圆锥形隔板(6)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述圆锥形隔板(6)位于罐体(1)内且靠近罐体(1)颈部的位置。

3.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述底板(2)为中空结构，底板(2)上设置有用于向底板(2)的中空部分通入冷却水的第三进水管(11)和供所述中空部分的冷却水流出的第三出水管(12)。

4.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第二进气管(13)的数量为多个，多个所述第二进气管(13)均匀布设于罐体(1)的颈部。

5.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第二进气管(13)倾斜设置，倾斜方向为向罐体(1)的内侧倾斜，所述第二进气管(13)的中轴线与罐体(1)的中轴线之间的夹角为45°～60°。

6.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述环形隔板(3)的上端与罐体(1)的颈部固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述螺旋盘管(5)为圆锥螺线盘管，螺旋盘管(5)的外形与圆锥形隔板(6)相配合。

8.根据权利要求1所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述第一进气管(8)位于环形隔板(3)内侧的一端端部封闭，第一进气管(8)位于环形隔板(3)内侧的管壁上设置有排气孔(15)。

9.根据权利要求8所述的一种提高雾化金属粉末冷却效率的装置，其特征在于，所述排气孔(15)的数量为多个，多个所述排气孔(15)沿第一进气管(8)管壁的外圆周面均匀设置。

10.一种采用如权利要求1至9中任一权利要求所述装置冷却雾化金属粉末的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、打开第一进水管(14)和第二进水管(9)，相应的向螺旋盘管(5)和环形空间(4)内均通入冷却水，开启第一进气管(8)向罐体(1)内通气，并开启第二进气管(13)向罐体(1)内通气；

步骤二、通过罐体(1)顶部向罐体(1)内通入雾化金属粉末，一部分雾化金属粉末与圆锥形隔板(6)接触并通过螺旋盘管(5)内的冷却水冷却后沿圆锥形隔板(6)滑落，然后沿环形隔板(3)下落并在下落过程中通过环形空间(4)内的冷却水进一步冷却，另一部分雾化金属粉末沿环形隔板(3)下落并在下落过程中通过环形空间(4)内的冷却水冷却，下落的雾化金属粉末通过第一进气管(8)通入的气体悬浮分散后最终落在底板(2)上。