CN106622041A - 一种用于金属雾化制粉的化合塔室 - Google Patents

一种用于金属雾化制粉的化合塔室 Download PDF

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Abstract

一种用于金属雾化制粉的化合塔室，包括化合塔壳体、保温组件、加热组件和化合反应腔室；化合塔壳体为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头，其底部设有与化合反应腔室内部连通的输气管；加热元件安装在保温筒体和化合反应腔室之间，通过加热元件固定柱固定；加热元件固定柱固定在保温筒体外侧的加固隔板上；加热元件导电柱与加热元件电连接，固定在加固隔板上并穿过化合塔壳体；化合反应腔室的上下两端突出保温腔体并分别与雾化喷盘、冷却塔室连接。该用于金属雾化制粉的化合塔室的结构简单，制作成本低、采用多种材质复合制作的化学反应腔室，其耐高温和隔热性能良好，化合反应腔室的气密性良好。

Description

一种用于金属雾化制粉的化合塔室
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金设备，尤其是涉及一种用于金属雾化制粉的化合塔室。
背景技术
近年来的“3D打印”等增材制造方法备受人们关注，它无需通过锻造、车铣刨磨等工序便可直接生产出金属制品，大大降低了能耗，节约了材料。而金属注射成形力一法、选择性激光熔化方法和选择性激光烧结方法都属于增材制造，适宜于形状复杂的粉末冶金小零件的生产。这些方法对金属粉末的形貌、粒度分布、氧含量等均有较高的要求，而气雾化方法生产的金属粉末能够满足这些要求。由于气雾化制粉特定的反应条件，故，用于金属雾化制粉的设备对其结构和材质具有特殊要求。
CN 204818071 U 公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的装置，包括：真空熔炼室，用于在预设真空度下对原料进行熔炼，获得金属溶液；高压雾化室，与真空熔炼室连接，且位于真空熔炼室下部，用于对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；冷却塔，与高压雾化室连接，且位于高压雾化室下部，用于对雾化粉末进行冷却，获得增材制造用金属球形粉末；气流分级室，与冷却塔连接，用于对增材制造用金属球形粉末进行筛分。该装置中的高压雾化室并没有给出其具体结构及其使用材质，也不知道是否能满足金属雾化反应对高温和气密性的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，制作成本低、耐高温且气密性良好的用于金属雾化制粉的化合塔室。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于金属雾化制粉的化合塔室，包括化合塔壳体、保温组件、加热组件和化合反应腔室；所述化合塔壳体为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头，其底部设有与化合反应腔室内部连通的输气管；所述保温组件包括由保温筒体、保温上盖、保温下盖组成，所述保温筒体的内部填充有保温材料；所述加热组件包括加热元件、加热元件固定柱和加热元件导电柱；所述加热元件安装在保温筒体和化合反应腔室之间，通过加热元件固定柱固定；加热元件固定柱固定在保温筒体外侧的加固隔板上；所述加热元件导电柱与加热元件电连接，固定在加固隔板上并穿过化合塔壳体；所述化合反应腔室的上下两端突出保温腔体并分别与雾化喷盘、冷却塔室连接。
进一步，所述化合反应腔室由外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，化合反应腔室的顶端设有与雾化喷盘连接的连接腔室，其底部设有下漏管；下漏管外侧还设有连通输气管的进气支管，进气支管的出气口位于下漏管上方，且朝向下漏管；所述连接腔室与化合反应腔室的连接处设有排气嘴，化合反应腔室的侧壁设有扶正组件，所述扶正组件固定在加固隔板和化合塔壳体上。
进一步，进气支管的出气口的中心线与化合反应腔室下椎体侧壁之间的夹角≤15°，优选，进气支管的出气口的中心线与化合反应腔室下椎体的侧壁平行。
进一步，所述碳-碳复合材料的耐温性≥2000℃，优选，碳-碳复合材料的耐温性≥2500℃。
进一步，所述高温防氧化涂层采用可在温度≥1700℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为2~5mm。
当高温防氧化涂层的厚度小于2mm时，其对化合反应腔室的主体制作材料的碳-碳复合材料的防氧化性能较差，导致化合反应腔室的主体易被气化反应气体氧化而被损坏，缩短其使用寿命；当高温防氧化涂层的厚度大于5mm时，其对化合反应腔室的主体制作材料的碳-碳复合材料的防氧化性能趋于稳定，且随着涂层厚度的增加，化合反应腔室的制作成本相应增大。
进一步，所述连接腔室呈圆锥台状。
进一步，所述扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作。
进一步，所述化合反应腔室底部还设有用于固定的支撑件，支撑件的底部设有限位圈。
进一步，所述进气支管处设有由陶瓷纤维浸入石墨乳液，经特殊工艺处理的不锈钢增强浸石墨陶瓷纤维制作的密封螺钉。
进一步，所述下漏管和进气支管采用细颗粒石墨制作，排气嘴采用高纯石墨制作。
进一步，所述加热元件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。
进一步，所述加固隔板为不锈钢孔板。
进一步，所述化合塔壳体的底部与活动底架连接，并通过活动底架支撑固定，其侧壁设有耳式支座，便于将化合塔壳体安放在设备安装平台上；化合塔壳体上设有防爆口。
本发明一种用于金属雾化制粉的化合塔室的工作原理及使用方法是：化合反应腔室通过扶正组件和其底部的支撑件固定在化合塔壳体内；从进气支管向化合反应腔室内充入金属雾化制粉所需的气化反应气体或惰性气体（如O2、CO2或N2），气体从下至上逐步与从化合反应腔室顶部下降的金属粉末发生气化反应，将经等离子雾化后的金属粉末氧化或碳化或氮化成所需的特定金属粉末，同时，对雾化化合反应后的金属粉末起到预冷却的作用，然后，充分反应形成稳定的金属氧化物或金属碳化物或金属氮化物，并经下漏管进入冷却系统冷却，而反应后的气体依次经化合反应腔室下方的冷却塔室、旋风分离器、脉冲除尘器的龙骨布袋后被风机抽走，当化合反应腔室内的压力超过设定的最高压力时，化合反应腔室顶部的排气嘴打开进行泄压。
为了保证金属雾化粉末的纯度和粉末粒径大小的要求，金属雾化化合反应需要在高温、高真空度下进行，化合反应塔室采用耐高温的化合反应腔室可以满足化合反应对温度、密封性等反应环境的高要求；且采用碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒等加热元件，既能确保化合反应腔室处于化合反应所需的高温环境中，及加热元件的耐高温性能；加热元件外侧的保温组件，起到隔热保温的作用，有利于加热元件对化合反应腔室的加热，及化合反应腔室反应温度的维持，同时，避免了化合反应腔室内的高温快速热散失而导致化合塔壳体的温度偏高；化合塔壳体内嵌设的夹层冷却套，进一步降低了保温层散失热量对化合塔壳体的影响。
与现有的金属雾化制粉设备相比，将进气支管设置在化合反应腔室底部，气体在化合反应腔室内先向下后向上运行，与雾化后的金属粉末相对运行，有利于气体与化合反应腔室内沉降的粉末充分接触，并与雾化后的金属粉末进行化合反应。
由于进气支管的出气口朝向下漏管，进气支管内的气体对沉积在化合反应腔室下端的化合反应后的金属雾化粉末还具有吹扫作用，可避免金属雾化粉末沉积成团，并加快其进入冷却塔室冷却，且对参与化合反应后的金属雾化粉末还有预冷却的作用。
化合反应腔室采用外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，使化合反应腔室能满足金属雾化制粉过程中气粉化合反应的高温要求，且其表面的高温防氧化涂层高效避免了化合反应腔室内用于金属粉末气化反应所需气体（尤其气化反应气体为氧气时）对化合反应腔室制作材料中碳-碳复合材料的氧化，延长了化合反应腔室的使用寿命，且化合反应腔室可耐受2500℃以上的高温，能满足金属雾化制粉气化反应的高温要求，且其表层的防氧化涂层加强了化合反应腔室的整体密封性能，能进一步确保化合反应腔室内反应后得到高纯度的金属粉末。
扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作，满足了对化合反应腔室的支撑强度，且能耐受化合反应强度的高温，且其的隔热性能较好，降低了高温对反应塔壳体的损坏，延长了设备的使用寿命。
本发明一种用于金属雾化制粉的化合塔室的有益效果：结构简单，制作成本低、采用多种材质复合制作的化学反应腔室，其耐高温性能良好；扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作；其耐高温和隔热性能良好，其下漏管和进气支管采用细颗粒石墨制作，排气嘴采用高纯石墨制作，确保了化合反应腔室的气密性良好。
附图说明
图1—为一种用于金属雾化制粉的化合塔室的立体结构示意图；
图2—为一种用于金属雾化制粉的化合塔室的正视图；
图3—为一种用于金属雾化制粉的化合塔室的侧视图；
图4—为图2中A-A截面剖视图；
图5—为图3中B-B截面剖视图；
图6—为图2中化合反应腔室的立体示意图；
图7—为图1中化合反应腔室的俯视图；
图8—为图6中C-C截面剖视图；
图9—为实施例2一种用于金属雾化制粉的化合塔室的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
参照图1~8：一种用于金属雾化制粉的化合塔室，包括化合塔壳体1、保温组件、加热组件2和化合反应腔室3；所述化合塔壳体1为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头15，其底部设有与化合反应腔室3内部连通的输气管11；所述保温组件包括由保温筒体42、保温上盖41、保温下盖43组成，所述保温筒体42的内部填充有保温材料；所述加热组件2包括加热元件23、加热元件固定柱22和加热元件导电柱21；所述加热元件23安装在保温筒体42和化合反应腔室3之间，通过加热元件固定柱22固定；加热元件固定柱22固定在保温筒体42外侧的加固隔板5上；所述加热元件导电柱21与加热元件23电连接，固定在加固隔板5上并穿过化合塔壳体1；所述化合反应腔室3的上下两端突出保温腔体并分别与雾化喷盘、冷却塔室连接。
所述化合反应腔室3由外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，化合反应腔室3的顶端设有与雾化喷盘连接的连接腔室32，其底部设有下漏管33；下漏管33外侧还设有连通输气管11的进气支管34，进气支管34的出气口位于下漏管33上方，且朝向下漏管33；所述连接腔室32与化合反应腔室3的连接处设有排气嘴35，化合反应腔室3的侧壁设有扶正组件31，所述扶正组件31固定在加固隔板5和化合塔壳体1上。
进气支管34的出气口的中心线与化合反应腔室3下椎体的侧壁平行。
所述碳-碳复合材料的耐温性≥2000℃。
所述高温防氧化涂层采用可在温度≥1800℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为3mm。该高温防氧化涂层可选用采购自北京志盛威华化工有限公司生产的石墨高温防氧化涂料（型号ZS-1021）。
所述连接腔室32呈圆锥台状。
所述扶正组件31采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作。
所述化合反应腔室3底部还设有用于固定的支撑件36，支撑件36的底部设有限位圈37。
所述进气支管34处设有由陶瓷纤维浸入石墨乳液，经特殊工艺处理的不锈钢增强浸石墨陶瓷纤维制作的密封螺钉。
所述下漏管33和进气支管34采用细颗粒石墨制作，排气嘴35采用高纯石墨制作。
所述加热元件23为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。
所述加固隔板5为不锈钢孔板。
所述化合塔壳体1的侧壁设有耳式支座12，便于将化合塔壳体1安放在设备安装平台上；化合塔壳体1上设有防爆口14、测温热电偶13组件。
实施例2
参照图9，与实施例1相比，本实施例一种用于金属雾化制粉的化合塔室存在以下不同：
进气支管34的出气口的中心线与化合反应腔室3下椎体侧壁之间的夹角呈10°。
所述碳-碳复合材料的耐温性≥2500℃。
所述高温防氧化涂层采用可在温度≥2000℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为5mm。
所述化合塔壳体1的底部与活动底架连接，并通过活动底架支撑固定，其侧壁设有耳式支座12，便于将化合塔壳体1安放在设备安装平台上；化合塔壳体1上设有防爆口14。
本发明一种用于金属雾化制粉的化合塔室的工作原理及使用方法是：化合反应腔室3通过扶正组件31和其底部的支撑件36固定在化合塔壳体1内；从进气支管34向化合反应腔室3内充入金属雾化制粉所需的气化反应气体或惰性气体（如O2、CO2或N2），气体从下至上逐步与从化合反应腔室3顶部下降的金属粉末发生气化反应，将经等离子雾化后的金属粉末氧化或碳化或氮化成所需的特定金属粉末，同时，对雾化化合反应后的金属粉末起到预冷却的作用，然后，充分反应形成稳定的金属氧化物或金属碳化物或金属氮化物，并经下漏管33进入冷却系统冷却，而反应后的气体依次经化合反应腔室3下方的冷却塔室、旋风分离器、脉冲除尘器的龙骨布袋后被风机抽走，当化合反应腔室3内的压力超过设定的最高压力时，化合反应腔室3顶部的排气嘴35打开进行泄压。
为了保证金属雾化粉末的纯度和粉末粒径大小的要求，金属雾化化合反应需要在高温、高真空度下进行，化合反应塔室采用耐高温的化合反应腔室3可以满足化合反应对温度、密封性等反应环境的高要求；且采用碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒等加热元件23，既能确保化合反应腔室3处于化合反应所需的高温环境中，及加热元件23的耐高温性能；加热元件23外侧的保温组件，起到隔热保温的作用，有利于加热元件23对化合反应腔室3的加热，及化合反应腔室3反应温度的维持，同时，避免了化合反应腔室3内的高温快速热散失而导致化合塔壳体1的温度偏高；化合塔壳体1内嵌设的夹层冷却套，进一步降低了保温层散失热量对化合塔壳体1的影响。
与现有的金属雾化制粉设备相比，将进气支管34设置在化合反应腔室3底部，气体在化合反应腔室3内先向下后向上运行，与雾化后的金属粉末相对运行，有利于气体与化合反应腔室3内沉降的粉末充分接触，并与雾化后的金属粉末进行化合反应。
由于进气支管34的出气口朝向下漏管33，进气支管34内的气体对沉积在化合反应腔室3下端的化合反应后的金属雾化粉末还具有吹扫作用，可避免金属雾化粉末沉积成团，并加快其进入冷却塔室冷却，且对参与化合反应后的金属雾化粉末还有预冷却的作用。
化合反应腔室3采用外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，使化合反应腔室3能满足金属雾化制粉过程中气粉化合反应的高温要求，且其表面的高温防氧化涂层高效避免了化合反应腔室3内用于金属粉末气化反应所需气体（尤其气化反应气体为氧气时）对化合反应腔室3制作材料中碳-碳复合材料的氧化，延长了化合反应腔室3的使用寿命，且化合反应腔室3可耐受2500℃以上的高温，能满足金属雾化制粉气化反应的高温要求，且其表层的防氧化涂层加强了化合反应腔室3的整体密封性能，能进一步确保化合反应腔室3内反应后得到高纯度的金属粉末。
扶正组件31采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作，满足了对化合反应腔室3的支撑强度，且能耐受化合反应强度的高温，且其的隔热性能较好，降低了高温对反应塔壳体的损坏，延长了设备的使用寿命。
本发明一种用于金属雾化制粉的化合塔室，根据金属雾化制粉工艺所需的气化反应条件，所述高温防氧化涂层的厚度还可以为2mm、2.5mm、4mm或4.5mm；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。

Claims (10)

1.一种用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，包括化合塔壳体、保温组件、加热组件和化合反应腔室；所述化合塔壳体为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头，其底部设有与化合反应腔室内部连通的输气管；所述保温组件包括由保温筒体、保温上盖、保温下盖组成，所述保温筒体的内部填充有保温材料；所述加热组件包括加热元件、加热元件固定柱和加热元件导电柱；所述加热元件安装在保温筒体和化合反应腔室之间，通过加热元件固定柱固定；加热元件固定柱固定在保温筒体外侧的加固隔板上；所述加热元件导电柱与加热元件电连接，固定在加固隔板上并穿过化合塔壳体；所述化合反应腔室的上下两端突出保温腔体并分别与雾化喷盘、冷却塔室连接。
2.如权利要求1所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述化合反应腔室由外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，化合反应腔室的顶端设有与雾化喷盘连接的连接腔室，其底部设有下漏管；下漏管外侧还设有连通输气管的进气支管，进气支管的出气口位于下漏管上方，且朝向下漏管；所述连接腔室与化合反应腔室的连接处设有排气嘴，化合反应腔室的侧壁设有扶正组件，所述扶正组件固定在加固隔板和化合塔壳体上。
3.如权利要求2所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，进气支管的出气口的中心线与化合反应腔室下椎体侧壁之间的夹角≤15°。
4.如权利要求2所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述碳-碳复合材料的耐温性≥2000℃。
5.如权利要求2~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述高温防氧化涂层采用可在温度≥1700℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为2~5mm。
6.如权利要求2~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述连接腔室呈圆锥台状；所述化合反应腔室底部还设有用于固定的支撑件，支撑件的底部设有限位圈。
7.如权利要求2~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作；所述进气支管处设有由陶瓷纤维浸入石墨乳液，经特殊工艺处理的不锈钢增强浸石墨陶瓷纤维制作的密封螺钉；所述下漏管和进气支管采用细颗粒石墨制作，排气嘴采用高纯石墨制作。
8.如权利要求1~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述加热元件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。
9.如权利要求1~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述加固隔板为不锈钢孔板。
10.如权利要求1~4任一项所述用于金属雾化制粉的化合塔室，其特征在于，所述化合塔壳体的底部与活动底架连接，并通过活动底架支撑固定，其侧壁设有耳式支座；化合塔壳体上设有防爆口。
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