CN107803511A - 一种无坩埚真空气雾化制粉设备及其制粉方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无坩埚真空气雾化制粉设备及其制粉方法，设备包括机架、雾化罐以及无坩埚真空熔炼炉，雾化罐的顶部设有一与真空熔炼炉相通的雾化喷盘，真空熔炼炉和雾化罐均通过管道与一抽真空系统连通，真空熔炼炉内顶部设有一能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘，其与一升降旋转机构连接，真空熔炼炉内于雾化喷盘和棒料固定盘之间同轴设有一感应加热线圈，升降旋转机构驱动多根棒料连续送入感应加热线圈内加热熔化并流入雾化喷盘雾化制粉。本发明具有结构简单、制备粉体成本低、生产效率高等优点。本发明的制粉方法简单，具备不锈钢、铁基、钴基、铜、钎焊料、铝合金、金、银及合金等金属及非金属材料的高压气体雾化制粉能力。

Description

一种无坩埚真空气雾化制粉设备及其制粉方法
技术领域
本发明涉及一种金属粉末制备领域，特别涉及一种无坩埚真空气雾化制粉设备及其制粉方法。
背景技术
近年来，金属3D打印技术发展速度非常快。而目前市场存在的无坩埚气雾化制粉设备主要采用内置单根棒料制备金属粉体，该方式具有制备粉体成本较高、生产效率偏低等缺点。因此，针对目前的市场不足，开发一种成本低、生产效率高的无坩埚真空气雾化制粉装备成为一种亟需解决的问题。
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，提供一种可连续利用多根棒料雾化制粉、成本低、生产效率高的无坩埚真空气雾化制粉装备及其制粉方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种无坩埚真空气雾化制粉设备，包括机架、设于机架上的雾化罐以及设于雾化罐上方的无坩埚真空熔炼炉，所述雾化罐的顶部设有一与真空熔炼炉相通的雾化喷盘，所述真空熔炼炉和雾化罐均通过管道与一抽真空系统连通，所述真空熔炼炉内顶部设有一能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘，所述棒料固定盘与一能驱动其升降和旋转的升降旋转机构连接，真空熔炼炉内于雾化喷盘和棒料固定盘之间同轴设有一感应加热线圈，所述升降旋转机构能驱动所述棒料固定盘上的多根棒料连续送入所述感应加热线圈内加热熔化并流入雾化喷盘雾化制粉。
作为上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述感应加热线圈与一中频加热电源相连接，所述中频加热电源设于真空熔炼炉上。
优选的，所述棒料固定盘包括一水平布置的圆形盘，所述圆形盘的顶部中心与所述升降旋转机构连接，圆形盘的底部设有多个呈环形布置的安装套筒，所述待熔化制粉棒料的顶端竖直装设于所述安装套筒内。
优选的，所述升降旋转机构包括一旋转机构和一升降机构，所述升降机构竖直装设于所述真空熔炼炉的顶盖上，所述旋转机构装设于升降机构上，所述旋转机构为步进电机或伺服电机，所述升降机构为滑轨机构或滚珠丝杠机构；所述圆形盘的顶部通过一连接轴与所述步进电机或伺服电机的输出端连接。
优选的，所述雾化罐的出料口通过输料管依次连接有一级粉末收集装置和二级粉末收集装置，所述一级粉末收集装置包括相连通的一级旋风除尘器和第一接粉罐，所述二级粉末收集装置包括相连通的二级旋风除尘器和第二接粉罐，所述一级旋风除尘器与二级旋风除尘器相连通，所述二级旋风除尘器的顶部通过一管道依次与一除尘器和高压风机连通。
优选的，还包括高压气瓶组，所述雾化罐通过气体高压阀门管道、充气阀管道与所述高压气瓶组的汇集管道连通，且所述气体高压阀门管道上设有气体高压阀门，充气阀管道上设有充气阀。
优选的，所述充气阀管道还与所述真空熔炼炉连通。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述的无坩埚真空气雾化制粉设备制粉的方法，包括如下步骤：
1）将待加工金属材料预制成一定尺寸的圆形棒料；
2）根据制粉需要，将相应数量的圆形棒料固定在棒料固定盘上；
3）关闭真空熔炼炉，启动抽真空系统对真空熔炼炉及雾化罐进行抽真空处理；
4）达到真空要求后关闭抽真空系统，开启充气阀对真空熔炼炉及雾化罐充入惰性气体；
5）通过升降旋转机构将固定在棒料固定盘上的其中一根棒料送至感应加热线圈内，开启中频加热电源进行加热，达到棒料熔化温度后，熔化的金属液体受重力的影响垂直向下落入雾化喷盘，开启气体高压阀对熔化的金属液体进行高压喷射，金属液体即在雾化罐内雾化成细小的金属粉体；升降旋转机构根据金属棒料的熔化速度自动匀速下降，直至第一根棒料熔化完成；升降旋转机构再将棒料提升至感应加热线圈上部，并将第2根棒料旋转至感应加热线圈中心，升降旋转机构再重复棒料下降、熔化、制粉过程直至所有固定在棒料固定盘上的棒料，即完成熔化制粉；
6）雾化后的金属粉体通过高压风机的引力及高压气体瓶组的正应力作用经输料管输送至一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，并通过第一接粉罐和第二接粉罐接收，接收的粉体进行筛分、合批处理后即进行包装待处理。
优选的，所述步骤1）中，圆形棒料的直径为φ20～φ100mm，长度为300～1000mm；所述步骤3）中，真空熔炼炉及雾化罐内的真空度设置为1Pa～1*10-3Pa。
优选的，所述步骤5）中，棒料熔化温度根据材料的工艺要求设置为100℃～2000℃；高压喷射的压力根据不同材料、不同粒度要求设置为0～5.0Pa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的无坩埚真空气雾化制粉设备，通过在无坩埚真空熔炼炉内设置能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘，棒料固定盘与一升降旋转机构连接，使其能带动其上的多根棒料升降和旋转，以连续进入感应加热线圈内加热熔化制粉，具有结构简单、制备粉体成本低、生产效率高等优点。本发明主要适用于难熔金属、活性金属等。同时适用于粉末冶金用金属粉末研制，具备不锈钢、铁基、钴基、铜、钎焊料、铝合金、金、银及合金等金属及非金属材料的高压气体雾化制粉能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中真空熔炼炉内结构的局部放大示意图。
图3是本发明中棒料装设于棒料固定盘上的布置图。
图例说明：
1、升降旋转机构；2、抽真空系统；3、雾化罐；4、真空熔炼炉；5、中频加热电源；6、棒料；7、充气阀；8、感应加热线圈；9、气体高压阀；10、雾化喷盘；11、第一接粉罐；12、一级旋风除尘器；13、第二接粉罐；14、二级旋风除尘器；15、机架；16、输料管；17、除尘器；18、高压风机；19、排气管；20、棒料固定盘；21、高压气瓶组。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
参见图1、图2和图3，本发明的一种无坩埚真空气雾化制粉设备实施例，包括机架15、雾化罐3以及设于雾化罐3上方的无坩埚真空熔炼炉4，雾化罐3装设于机架15上，其出料口处通过输料管16与粉末收集装置连通，雾化罐3的顶部设有一与真空熔炼炉4相通的雾化喷盘10，真空熔炼炉4和雾化罐3均通过管道与一抽真空系统2连通，真空熔炼炉4内顶部设有一能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘20，棒料固定盘20与一能驱动其升降和旋转的升降旋转机构1连接，真空熔炼炉4内于雾化喷盘10和棒料固定盘20之间同轴设有一感应加热线圈8，感应加热线圈8由设于真空熔炼炉4上的中频加热电源5加热，升降旋转机构1能驱动棒料固定盘20上的多根棒料6连续送入感应加热线圈8内加热熔化并流入雾化喷盘10进行雾化制粉。通过在无坩埚真空熔炼炉内设置能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘，棒料固定盘与一升降旋转机构连接，棒料固定盘上的多根棒料能被带动升降和旋转，以连续进入感应加热线圈内加热熔化制粉，具有结构简单、制备粉体成本低、生产效率高等优点。
本实施例中，棒料固定盘20包括一水平布置的圆形盘，圆形盘的顶部中心与升降旋转机构1连接，圆形盘的底部设有多个呈环形布置的安装套筒，待熔化制粉棒料6的顶端竖直装设于安装套筒内。圆形盘旋转后即可将其中的一根棒料6转入感应加热线圈8的中心，以便下降至其内进行加热。
本实施例中，升降旋转机构1包括一旋转机构（步进电机或伺服电机）和一升降机构（滑轨机构或滚珠丝杠机构），滑轨机构或滚珠丝杠机构竖直装设于真空熔炼炉4的顶盖上，滑轨机构包括竖向滑轨以及能沿滑轨上下滑动的滑块，步进电机或伺服电机装设于滑块上或装设于滚珠丝杠机构的螺母上并被带动升降，圆形盘的顶部通过一连接轴与步进电机或伺服电机的输出端连接。升降机构上下移动时带着步进电机或伺服电机以及圆形盘升降，使棒料同步升降。其中升降旋转机构1的升降和旋转均可由现有技术中的控制系统控制，在此不再赘述。
本实施例中，粉末收集装置包括相连通的一级粉末收集装置和二级粉末收集装置。雾化罐3的出料口通过输料管16依次连接一级粉末收集装置和二级粉末收集装置，一级粉末收集装置包括相连通的一级旋风除尘器12和第一接粉罐11，二级粉末收集装置包括相连通的二级旋风除尘器14和第二接粉罐13，一级旋风除尘器12与二级旋风除尘器14相连通，二级旋风除尘器14的顶部通过一管道依次与一除尘器17和高压风机18连通，除尘器17主要用于收集旋风除尘器不能收集的细小尾灰以满足环保要求。除尘器17和高压风机18连通的管道上还设有排气管19，排气管19将尾气排至室外通风透气地带或通过气体回收系统处理后循环利用。
本实施例中，还包括高压气瓶组21，雾化罐3通过气体高压阀门管道、充气阀管道与高压气瓶组21的汇集管道连通，且充气阀管道上设有充气阀7，气体高压阀门管道上设有气体高压阀9。开启气体高压阀9，即可对熔化的金属液体进行高压喷射，使金属液体在雾化罐3内雾化成细小的金属粉体。
本实施例中，充气阀管道还与真空熔炼炉4连通。充气阀7用于向真空熔炼炉4和雾化罐3内充入惰性气体。
本实施例中，机架15主要用于固定雾化罐3、真空熔炼炉4、旋风除尘器等部件，并方便设备操作和维护维修。
利用本发明装置制备金属粉末的方法包括以下步骤：
1）待加工金属材料提前预制成直径为φ20～φ100mm，长度为300～1000mm的圆形棒料6；
2）圆形棒料6固定在棒料固定盘20上，圆形棒料6的数量根据制粉需要可放置多根；
3）关闭真空熔炼炉4，启动抽真空系统2对真空熔炼炉4及雾化罐3进行抽真空处理，真空熔炼炉4及雾化罐3内的真空度一般设置在1Pa～1*10-3Pa之间；
4）达到真空要求后关闭真空系统，开启充气阀7对真空熔炼炉4及雾化罐3充入惰性气体；
5）通过升降旋转机构1将固定于棒料固定盘20上的其中一根圆形棒料6降至感应加热线圈8内，开启中频加热电源5对其进行加热，达到棒料6熔化温度（熔化温度根据材料的工艺要求设置为100℃～2000℃）后，熔化的金属液体受重力的影响垂直向下落入雾化喷盘10，开启气体高压阀9对熔化的金属液体进行高压喷射（高压喷射的压力根据不同材料、不同粒度要求设置为0～5.0Pa），金属液体在雾化罐3内雾化成细小的金属粉体，升降旋转机构1根据金属棒料6的熔化速度自动匀速下降，直至第一根棒料6熔化完成；升降旋转机构1再将棒料6提升至感应加热线圈8的上方，并将第2根棒料6旋转至感应加热线圈8中心，升降旋转机构1再重复棒料6下降、熔化、制粉过程，直至所有固定在棒料固定盘20上的金属棒料6，即完成熔化制粉；
6）雾化后的金属粉体通过高压风机18的引力及高压气瓶组21的正应力作用经输料管16输送至一级旋风除尘器12和二级旋风除尘器14，并通过第一接粉罐11和第二接粉罐13接收，接收的粉体进行筛分、合批等后续处理后即可进行包装待处理。

Claims (10)

1.一种无坩埚真空气雾化制粉设备，包括机架、设于机架上的雾化罐以及设于雾化罐上方的无坩埚真空熔炼炉，所述雾化罐的顶部设有一与真空熔炼炉相通的雾化喷盘，所述真空熔炼炉和雾化罐均通过管道与一抽真空系统连通，其特征在于：所述真空熔炼炉内顶部设有一能装设多根待熔化制粉棒料的棒料固定盘，所述棒料固定盘与一能驱动其升降和旋转的升降旋转机构连接，真空熔炼炉内于雾化喷盘和棒料固定盘之间同轴设有一感应加热线圈，所述升降旋转机构能驱动所述棒料固定盘上的多根棒料连续送入所述感应加热线圈内加热熔化并流入雾化喷盘雾化制粉。
2.根据权利要求1所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：所述感应加热线圈与一中频加热电源相连接，所述中频加热电源设于真空熔炼炉上。
3.根据权利要求2所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：所述棒料固定盘包括一水平布置的圆形盘，所述圆形盘的顶部中心与所述升降旋转机构连接，圆形盘的底部设有多个呈环形布置的安装套筒，所述待熔化制粉棒料的顶端竖直装设于所述安装套筒内。
4.根据权利要求3所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：所述升降旋转机构包括一旋转机构和一升降机构，所述升降机构竖直装设于所述真空熔炼炉的顶盖上，所述旋转机构装设于升降机构上，所述旋转机构为步进电机或伺服电机，所述升降机构为滑轨机构或滚珠丝杠机构；所述圆形盘的顶部通过一连接轴与所述步进电机或伺服电机的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：所述雾化罐的出料口通过输料管依次连接有一级粉末收集装置和二级粉末收集装置，所述一级粉末收集装置包括相连通的一级旋风除尘器和第一接粉罐，所述二级粉末收集装置包括相连通的二级旋风除尘器和第二接粉罐，所述一级旋风除尘器与二级旋风除尘器相连通，所述二级旋风除尘器的顶部通过一管道依次与一除尘器和高压风机连通。
6.根据权利要求5所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：还包括高压气瓶组，所述雾化罐通过气体高压阀门管道、充气阀管道与所述高压气瓶组的汇集管道连通，且所述气体高压阀门管道上设有气体高压阀门，充气阀管道上设有充气阀。
7.根据权利要求6所述的无坩埚真空气雾化制粉设备，其特征在于：所述充气阀管道还与所述真空熔炼炉连通。
8.一种利用权利要求7所述的无坩埚真空气雾化制粉设备制粉的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将待加工金属材料预制成一定尺寸的圆形棒料；
2）根据制粉需要，将相应数量的圆形棒料固定在棒料固定盘上；
3）关闭真空熔炼炉，启动抽真空系统对真空熔炼炉及雾化罐进行抽真空处理；
4）达到真空要求后关闭抽真空系统，开启充气阀对真空熔炼炉及雾化罐充入惰性气体；
5）通过升降旋转机构将固定在棒料固定盘上的其中一根棒料送至感应加热线圈内，开启中频加热电源进行加热，达到棒料熔化温度后，熔化的金属液体受重力的影响垂直向下落入雾化喷盘，开启气体高压阀对熔化的金属液体进行高压喷射，金属液体即在雾化罐内雾化成细小的金属粉体；升降旋转机构根据金属棒料的熔化速度自动匀速下降，直至第一根棒料熔化完成；升降旋转机构再将棒料提升至感应加热线圈上部，并将第2根棒料旋转至感应加热线圈中心，升降旋转机构再重复棒料下降、熔化、制粉过程直至所有固定在棒料固定盘上的棒料，即完成熔化制粉；
6）雾化后的金属粉体通过高压风机的引力及高压气体瓶组的正应力作用经输料管输送至一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，并通过第一接粉罐和第二接粉罐接收，接收的粉体进行筛分、合批处理后即进行包装待处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，圆形棒料的直径为φ20～φ100mm，长度为300～1000mm；所述步骤3）中，真空熔炼炉及雾化罐内的真空度设置为1Pa～1*10-3Pa。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，棒料熔化温度根据材料的工艺要求设置为100℃～2000℃；高压喷射的压力根据不同材料、不同粒度要求设置为0～5.0Pa。
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