CN107020384B - 细晶金属球形粉末生产设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细晶金属球形粉末生产设备，其金属棒电极的底部设置有支撑辊，金属棒电极的顶部设置有压辊，支撑辊、压辊与金属棒电极紧密贴合并压紧；还包括粉仓、水冷系统和气冷系统，金属棒电极插装于粉仓内。由于采用了各支撑辊和压辊分别与金属棒电极压紧配合的传动结构，使得设备运行过程中支撑辊和压辊能够通过摩擦带动金属棒电极高速旋转；同时采用了水冷系统与气冷系统的双冷却结构协同配合作业，从而能够将由金属棒电极上甩出的细小金属液滴迅速冷却成型为金属球粉末，有效提高了细晶金属球形粉末的生产效率和产品质量，提高了成品率和产能。本发明还公开了一种应用上述细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法。

Description

细晶金属球形粉末生产设备及方法

技术领域

本发明涉及金属加工配套设备技术领域，特别涉及一种细晶金属球形粉末生产设备。本发明还涉及一种应用该细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法。

背景技术

现有的金属球形粉末生产方法有水雾化、气雾化、旋转金属棒电极雾化等，其中等离子旋转金属棒电极雾化法所制备的金属球形粉末因其球形度好、杂质含量低、流动性好等优点，受到业界重视。等离子旋转金属棒电极雾化是通过等离子枪使金属棒电极端面熔化的金属液体在旋转离心力的作用下克服表面张力形成金属液滴，液滴在飞行过程中被冷却凝固成金属粉末。目前等离子旋转金属棒电极制粉设备中的金属棒电极大部通过电机直接驱动,受金属棒电极悬壁安装的结构限制，产生震动大，难以突破高转速的机械限制，转速通常不高,导致甩出的金属液滴尺寸粗大,增加快速冷却的难度。

目前在旋转金属棒电极制粉设备中，通常是通过水冷或风冷方式对金属粉末实施冷却的，然而，采用风冷通常由于粉仓的进气口设计不合理,气流方向不利于散热，大部分粉仓内的气体并未参与到气体循环中，导致整体冷却工况分布不均，冷却效果不佳；而采用水冷形式则因现有设备舱壁中并未设置水流通道，因此设备内部夹层中的冷却水大部分处于静止状态，仅在进水口和出水口处存在少量水体流动和高效热交换，导致设备内部冷却不均匀，冷却效果较差。

因此，如何提供一种能够实现金属棒电极超高速旋转并能够对金属粉末实施均匀高效冷却的细晶金属球形粉末生产设备及相应的细晶金属球形粉末生产方法是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种细晶金属球形粉末生产设备，该细晶金属球形粉末生产设备能够实现金属棒电极超高速旋转并能够对金属粉末实施均匀高效冷却。本发明的另一目的是提供一种应用上述细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种细晶金属球形粉末生产设备，包括金属棒电极，所述金属棒电极的底部两侧分别设置有支撑辊，所述金属棒电极的顶部设置有压辊，所述金属棒电极、所述支撑辊以及所述压辊的转轴相平行，且所述支撑辊、所述压辊分别与所述金属棒电极紧密贴合并压紧；

还包括粉仓以及分别与所述粉仓配合的水冷系统和气冷系统，所述金属棒电极插装于所述粉仓内。

优选地，所述粉仓的前壁内具有前水仓，所述粉仓的后壁内具有后水仓，所述粉仓的侧壁内具有侧水仓；

所述水冷系统包括沿水流方向依次连通的水箱和水泵，所述水泵的下游设置有主水路，所述主水路包括三条相互并联并分别与所述前水仓、所述后水仓、所述侧水仓连通的粉仓分路，所述主水路还包括与等离子枪连通的等离子枪分路以及连通有第一热交换器的热交换分路，所述等离子枪分路、所述热交换分路以及各所述粉仓分路间相并联，且所述等离子枪分路、所述热交换分路以及各所述粉仓分路上均连通有限流阀，所述主水路的末端连通有散热器，且所述散热器沿水流方向位于所述水箱的上游。

优选地，所述前水仓的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的前内隔板和前外隔板，所述前水仓的前进水孔位于所述前内隔板围成的水流空间的底部并与所述粉仓分路连通，所述前内隔板的顶部具有与前内隔板与前外隔板间形成的间隙连通的第一前循环口，所述前外隔板的底部具有与前外隔板与前水仓内壁间形成的间隙连通的第二前循环口，且所述第二前循环口的开口边沿分别位于所述前内隔板的两侧，所述前外隔板与所述前水仓内壁间的间隙的顶部具有与所述粉仓分路连通的前出水口。

优选地，所述后水仓的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的后内隔板和后外隔板，所述后水仓的后进水孔位于所述后内隔板围成的水流空间的底部并与所述粉仓分路连通，所述后内隔板的顶部具有与后内隔板与后外隔板间形成的间隙连通的第一后循环口，所述后外隔板的底部具有与后外隔板与后水仓内壁间形成的间隙连通的第二后循环口，且所述第二后循环口的开口边沿分别位于所述后内隔板的两侧，所述后外隔板与所述后水仓内壁间的间隙的顶部具有与所述粉仓分路连通的后出水口。

优选地，所述水泵的下游与所述水箱间连通有溢流阀，所述溢流阀与所述主水路并联。

优选地，所述水箱与所述水泵间连通有水过滤器。

优选地，所述气冷系统包括沿气流方向依次连通的气罐和气泵，所述气泵的下游设有分路阀，所述分路阀与所述粉仓间连通有若干气流分路，所述粉仓的侧壁上具有若干与所述气流分路一一对应连通的进气口，所述粉仓的顶部具有与下游第二热交换器连通的排气口，所述第二热交换器沿气流方向位于所述气罐的上游，所述气罐上还设置有限压阀。

优选地，所述进气口的送气方向以所述粉仓的内壁切线为基准线位于靠近所述粉仓转轴所在的一侧。

优选地，所述排气口与所述第二热交换器间连通有气过滤器。

本发明还提供一种细晶金属球形粉末生产方法，采用了如上述权利要求中任一项所述的细晶金属球形粉末生产设备，包括步骤：

加热熔化，通过等离子枪对金属棒电极实施加热，以使其初步熔化；

旋转制粉，保持加热状态使金属棒电极表层持续熔化，并利用各支撑辊和压辊带动金属棒电极旋转，以将金属棒电极表层熔化的金属甩出；

双重冷却，通过水冷系统和气冷系统的协同作业，对甩出的金属实施快速冷却，以使其快速成型为金属粉末。

相对上述背景技术，本发明所提供的细晶金属球形粉末生产设备，其工作过程中，由于采用了各支撑辊和压辊分别与金属棒电极压紧配合的传动结构，使得设备运行过程中支撑辊和压辊能够通过摩擦带动金属棒电极高速旋转，克服了传统直驱结构无法提高电极转速的弊端；同时采用了水冷系统与气冷系统的双冷却结构协同配合作业，从而能够将由金属棒电极上甩出的细小金属液滴迅速冷却成型为金属球粉末，有效提高了细晶金属球形粉末的生产效率和产品质量，提高了成品率和产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的金属棒电极转动机构部分的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的水冷系统的结构示意图；

图3为图2中粉仓的前水仓的截面示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的气冷系统的结构示意图；

图5为图4中粉仓部分的截面示意图；

图6为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种细晶金属球形粉末生产设备，该细晶金属球形粉末生产设备能够实现金属棒电极超高速旋转并能够对金属粉末实施均匀高效冷却；同时，提供一种应用上述细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的金属棒电极转动机构部分的结构示意图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的水冷系统的结构示意图；图3为图2中粉仓的前水仓的截面示意图；图4为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产设备的气冷系统的结构示意图；图5为图4中粉仓部分的截面示意图。

在具体实施方式中，本发明所提供的细晶金属球形粉末生产设备，包括金属棒电极11，金属棒电极11的底部两侧分别设置有支撑辊12，金属棒电极11的顶部设置有压辊13，金属棒电极11、支撑辊12以及压辊13的转轴相平行，且支撑辊12、压辊13分别与金属棒电极11紧密贴合并压紧；还包括粉仓4以及分别与粉仓4配合的水冷系统和气冷系统，金属棒电极11插装于粉仓4内。

工作过程中，由于采用了各支撑辊12和压辊13分别与金属棒电极11压紧配合的传动结构，使得设备运行过程中支撑辊12和压辊13能够通过摩擦带动金属棒电极11高速旋转，克服了传统直驱结构无法提高电极转速的弊端；同时采用了水冷系统与气冷系统的双冷却结构协同配合作业，从而能够将由金属棒电极11上甩出的细小金属液滴迅速冷却成型为金属粉末，有效提高了细晶金属球形粉末的生产效率和产品质量，提高了成品率和产能。

请着重参考图2和图3。粉仓4的前壁内具有前水仓41，粉仓4的后壁内具有后水仓42，粉仓4的侧壁内具有侧水仓43；水冷系统包括沿水流方向依次连通的水箱21和水泵22，水泵22的下游设置有主水路23，主水路23包括三条相互并联并分别与前水仓41、后水仓42、侧水仓43连通的粉仓分路231，主水路23还包括与等离子枪24连通的等离子枪分路232以及连通有第一热交换器25的热交换分路233，等离子枪分路232、热交换分路233以及各粉仓分路231间相并联，且等离子枪分路232、热交换分路233以及各粉仓分路231上均连通有限流阀234，主水路23的末端连通有散热器26，且散热器26沿水流方向位于水箱21的上游。

上述水冷系统中各组件相互配合，以保证前水仓41、后水仓42以及侧水仓43内的水流持续循环冷却，从而有效控制粉仓4内的工况温度，保证粉仓内的熔融态金属能够被迅速冷却成型，保证最终的细晶金属球形粉末产品产品质量和生产效率。

尤其是具体到实际应用中，可以通过各限流阀234及时调整各分路内的水流量，以满足不同工况条件下的产品生产需要。

进一步地，前水仓41的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的前内隔板411和前外隔板412，前水仓41的前进水孔415位于前内隔板411围成的水流空间的底部并与粉仓分路231连通，前内隔板411的顶部具有与前内隔板411与前外隔板412间形成的间隙连通的第一前循环口413，前外隔板412的底部具有与前外隔板412与前水仓41内壁间形成的间隙连通的第二前循环口414，且第二前循环口414的开口边沿分别位于前内隔板411的两侧，前外隔板412与前水仓41内壁间的间隙的顶部具有与粉仓分路231连通的前出水口416。由前内隔板411、前外隔板412以及前水仓41的内壁同轴配合构成的环状水通道能够有效保证通入前水仓41内的冷却水能够流经前水仓41的全部有效作业面，彻底杜绝冷却死角和冷却不均现象，从而显著提高粉仓4内金属粉末的冷却效率和产品质量，降低电极的热传导对传动系统的影响。

同时，后水仓的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的后内隔板和后外隔板，后水仓的后进水孔位于后内隔板围成的水流空间的底部并与粉仓分路连通，后内隔板的顶部具有与后内隔板与后外隔板间形成的间隙连通的第一后循环口，后外隔板的底部具有与后外隔板与后水仓内壁间形成的间隙连通的第二后循环口，且第二后循环口的开口边沿分别位于后内隔板的两侧，后外隔板与后水仓内壁间的间隙的顶部具有与粉仓分路连通的后出水口。需要说明的是，上述后水仓的内部水通道结构与前水仓41的内部结构基本一致，可直接参考图3中所示的前水仓结构，且由于结构基本一致，因此后水仓的相关技术效果可直接参考上文前水仓41的叙述部分，在此不做赘述。

具体地，水泵22的下游与水箱21间连通有溢流阀221，溢流阀221与主水路23并联。该溢流阀221能够有效控制由水泵22处通入主水路23内的水量，保证主水路23内的水流充足通常，以保证相关水冷系统内组件的正常运行。

更具体地，水箱21与水泵22间连通有水过滤器222。该水过滤器222能够对由水箱21内输出的水体实施有效过滤，避免水体内的杂质对水泵22及下游水路和相关组件产生不利影响，保证设备的整体运行稳定、连续。

请着重参考图4和图5。气冷系统包括沿气流方向依次连通的气罐31和气泵32，气泵32的下游设有分路阀33，分路阀33与粉仓4间连通有若干气流分路331，粉仓4的侧壁上具有若干与气流分路331一一对应连通的进气口44，粉仓4的顶部具有与下游第二热交换器34连通的排气口45，第二热交换器34沿气流方向位于气罐31的上游，气罐31上还设置有限压阀311。

设备运行过程中，自气泵32处输出的气流经由分路器33分别输送至各进气口44处，并经由进气口44通入粉仓4内，以便对粉仓内的金属粉末实施快速冷却成型，保证产品效果和生产效率，之后完成冷却的气体经由排气口45排出至下游第二热交换器34处适度冷却，最终重新回流至气罐31内。

此外，通过限压阀311可以灵活控制气罐31的内部气压，保证整个气冷系统内部的气体循环压力，并避免气压过高而对相关组件产生不利影响。

另一方面，进气口44的送气方向以粉仓4的内壁切线为基准线位于靠近粉仓4转轴所在的一侧。该种送气方向设置结构能够使粉仓4内部的气流形成双循环形式，从而避免气冷过程中产生冷却死角，保证粉仓4内各个部位均能够被彻底充分地实施气冷，从而进一步避免冷却不均现象。

应当指出，上述进气口44的数量并不局限于图中所示的6个，实际应用中可以根据工况需要灵活调整进气口44的数量，原则上，只要是能够满足所述细晶金属球形粉末生产设备的实际使用需要均可。

另外，排气口45与第二热交换器34间连通有气过滤器35。该气过滤器35能够对由粉仓4内排出的气体实施有效过滤，避免气流中携带的金属粉尘或其他杂质进入气流通道内而对相关组件产生不利影响，保证设备整体运行稳定。

请参考图6，图6为本发明一种具体实施方式所提供的细晶金属球形粉末生产方法的流程图。

在具体实施方式中，本发明所提供的细晶金属球形粉末生产方法，用于如上文所述的细晶金属球形粉末生产设备，包括：

步骤101，加热熔化；

通过等离子枪24对金属棒电极11实施加热，以使其初步熔化。

步骤102，旋转制粉；

保持加热状态使金属棒电极11表层持续熔化，并利用各支撑辊12和压辊13带动金属棒电极11旋转，以将金属棒电极11表层熔化的金属甩出。

步骤103，双重冷却；

通过水冷系统和气冷系统的协同作业，对甩出的金属实施快速冷却，以使其快速成型为金属粉末，同时降低高速旋转电极的热传导对传动系统的影响，保障电极超高速稳定运行。

综上可知，本发明中提供的细晶金属球形粉末生产设备，包括金属棒电极，所述金属棒电极的底部两侧分别设置有支撑辊，所述金属棒电极的顶部设置有压辊，所述金属棒电极、所述支撑辊以及所述压辊的转轴相平行，且所述支撑辊、所述压辊分别与所述金属棒电极紧密贴合并压紧；还包括粉仓以及分别与所述粉仓配合的水冷系统和气冷系统，所述金属棒电极插装于所述粉仓内。工作过程中，由于采用了各支撑辊和压辊分别与金属棒电极压紧配合的传动结构，使得设备运行过程中支撑辊和压辊能够通过摩擦带动金属棒电极高速旋转，克服了传统直驱结构无法提高电极转速的弊端；同时采用了水冷系统与气冷系统的双冷却结构协同配合作业，从而能够将由金属棒电极上甩出的细小金属液滴迅速冷却成型为金属球粉末，有效提高了细晶金属球形粉末的生产效率和产品质量，提高了成品率和产能。

此外，本发明所提供的应用上述细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法，其能够对金属粉末实施均匀高效冷却。

以上对本发明所提供的细晶金属球形粉末生产设备以及应用该细晶金属球形粉末生产设备的细晶金属球形粉末生产方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：包括金属棒电极，所述金属棒电极的底部两侧分别设置有支撑辊，所述金属棒电极的顶部设置有压辊，所述金属棒电极、所述支撑辊以及所述压辊的转轴相平行，且所述支撑辊、所述压辊分别与所述金属棒电极紧密贴合并压紧；

还包括粉仓以及分别与所述粉仓配合的水冷系统和气冷系统，所述金属棒电极插装于所述粉仓内；

所述粉仓的前壁内具有前水仓，所述粉仓的后壁内具有后水仓，所述粉仓的侧壁内具有侧水仓；

所述水冷系统包括沿水流方向依次连通的水箱和水泵，所述水泵的下游设置有主水路，所述主水路包括三条相互并联并分别与所述前水仓、所述后水仓、所述侧水仓连通的粉仓分路，所述主水路还包括与等离子枪连通的等离子枪分路以及连通有第一热交换器的热交换分路，所述等离子枪分路、所述热交换分路以及各所述粉仓分路间相并联，且所述等离子枪分路、所述热交换分路以及各所述粉仓分路上均连通有限流阀，所述主水路的末端连通有散热器，且所述散热器沿水流方向位于所述水箱的上游；

所述前水仓的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的前内隔板和前外隔板，所述前水仓的前进水孔位于所述前内隔板围成的水流空间的底部并与所述粉仓分路连通，所述前内隔板的顶部具有与前内隔板与前外隔板间形成的间隙连通的第一前循环口，所述前外隔板的底部具有与前外隔板与前水仓内壁间形成的间隙连通的第二前循环口，且所述第二前循环口的开口边沿分别位于所述前内隔板的两侧，所述前外隔板与所述前水仓内壁间的间隙的顶部具有与所述粉仓分路连通的前出水口。

2.如权利要求1所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述后水仓的内部具有同轴套装并沿径向自内而外依次分布的后内隔板和后外隔板，所述后水仓的后进水孔位于所述后内隔板围成的水流空间的底部并与所述粉仓分路连通，所述后内隔板的顶部具有与后内隔板与后外隔板间形成的间隙连通的第一后循环口，所述后外隔板的底部具有与后外隔板与后水仓内壁间形成的间隙连通的第二后循环口，且所述第二后循环口的开口边沿分别位于所述后内隔板的两侧，所述后外隔板与所述后水仓内壁间的间隙的顶部具有与所述粉仓分路连通的后出水口。

3.如权利要求1所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述水泵的下游与所述水箱间连通有溢流阀，所述溢流阀与所述主水路并联。

4.如权利要求1所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述水箱与所述水泵间连通有水过滤器。

5.如权利要求1所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述气冷系统包括沿气流方向依次连通的气罐和气泵，所述气泵的下游设有分路阀，所述分路阀与所述粉仓间连通有若干气流分路，所述粉仓的侧壁上具有若干与所述气流分路一一对应连通的进气口，所述粉仓的顶部具有与下游第二热交换器连通的排气口，所述第二热交换器沿气流方向位于所述气罐的上游，所述气罐上还设置有限压阀。

6.如权利要求5所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述进气口的送气方向以所述粉仓的内壁切线为基准线位于靠近所述粉仓转轴所在的一侧。

7.如权利要求5所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于：所述排气口与所述第二热交换器间连通有气过滤器。

8.一种细晶金属球形粉末生产方法，采用了如权利要求1至7中任一项所述的细晶金属球形粉末生产设备，其特征在于，包括步骤：

加热熔化，通过等离子枪对金属棒电极实施加热，以使其初步熔化；

旋转制粉，保持加热状态使金属棒电极表层持续熔化，并利用各支撑辊和压辊带动金属棒电极旋转，以将金属棒电极表层熔化的金属甩出；

双重冷却，通过水冷系统和气冷系统的协同作业，对甩出的金属实施快速冷却，以使其快速成型为金属粉末。

Images