CN108188389B - 一种等离子粉末球化装置及其方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心发散式等离子粉末球化装置，包括自动送粉装置、粉末分散装置和粉末球化装置；所述粉末分散装置与自动送粉装置连接置于粉末球化装置内；通过控制自动送粉装置的送粉量和送粉速度，结合粉末分散装置将粉末均匀分散，通过调整球化室的温度与气体流量，使整个设备形成一个整体，有利于每一颗粉末在球化室中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果。从根本上解决了现有等离子粉末球化方法均存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低等问题，且本发明的等离子粉末球化装置造价低，能实现真正意义上大规模、批量化生产。

Description

一种等离子粉末球化装置及其方法和应用

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地，涉及等离子粉末球化装置及其方法和应用。

背景技术

等离子球化是一种新的制备球形粉末的工艺方法，该技术是METCO公司首先提出并应用于空心球形氧化锆粉末的制备。该技术通过等离子火焰的高温性和焰流介质的可控性，将常规制备方法制备的形状不规则粉末在等离子焰流内加热成为半固态颗粒，随后在惰性气氛或水中快速冷却凝固成为球形颗粒。经等离子球化处理后的粉末形貌主要以球状为主，这种球状粉末具有较好的流动性和表面性能，有利于消除粉末压制坯件的孔隙，从而显著提高粉末冶金产品的密度和力学性能。等离子球化除改善粉末表面形貌外，还可有效提高粉末的纯度，因此该方法常用于纯金属、合金及各种陶瓷粉末的球化处理。

现有等离子球化工艺及过程就是将形状不规则的粉末通过惰性气体送入感应等离子体中，迅速使其加热熔化，液态颗粒在表面张力的作用下形成球形液滴，并在较短的时间内重新凝固，从而获得球形的粉末颗粒。但现有等离子方法均存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低等问题，且球化设备极其昂贵，难以实现真正意义上大规模、批量化生产。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺点，提供一种等离子粉末球化装置，该装置科学地控制粉末的输送和分散，实现粉末在离子射流中的均匀、高效受热，最终制备出高质量的球形粉末。

本发明的另一目的在于公开等离子粉末球化装置的使用方法，该方法使粉末输送有序、快速、输送量可控，离心发散使粉末均匀分散，不易团聚，在球化室中受热均匀，球化效率高，球化效果好；可以大规模、批量化生产。

本发明的等离子粉末球化装置，可以应用于制备高质量的球形粉末，如W粉、Co粉、Ni粉、WC粉等。。

本发明的发明目的通过以下技术方案予以实现：

本发明公开的离心发散式等离子粉末球化装置，包括自动送粉装置、粉末分散装置和粉末球化装置；所述粉末分散装置与自动送粉装置连接置于粉末球化装置内；

所述自动送粉装置从上到下依次包括进料口和传送装置，所述传送装置通过进料口内部，其被设置为输送粉末进入粉末球化装置内；

所述粉末分散装置为多孔圆盘，其被设置为均匀分散粉末；

所述粉末球化装置为多层结构，包括球化室和设置在球化室外壁的冷却循环区；所述球化室包括分置在两端的进料端和收集端，靠近进料端的一侧设有通入等离子气的输送管一，靠近收集端的一侧设有惰性气体的输送管二。

进一步地，所述传送装置包括调速电机和蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆的一端与粉末分散装置可拆卸连接，所述粉末发散装置与蜗轮蜗杆同步转动。

进一步地，所述多孔圆盘上均匀分布有相同直径的圆孔，所述圆孔的直径为待处理粉末平均粒径的2~4倍。

进一步优选地，所述多孔圆盘上圆孔的直径为待处理粉末平均粒径的3倍。

进一步地，所述多孔圆盘的直径比球化室的内径小5~10mm。

多孔圆盘与传送装置的蜗轮蜗杆连接，转速与蜗轮蜗杆转速相同，多孔圆盘上的孔径为待处理粉末平均粒径的2~4倍；加入到多孔圆盘中的粉末在多孔圆盘旋转离心力的作用下，由圆心向圆周均匀铺展，这样有两个优点：

一是避免粉末集中在某一区域进入球化室，粉末不易发散甚至团聚，导致粉末受热不均，粉末球化效果不佳；

二是经多孔圆盘上圆孔进入球化室的形状不规则粉末，这种分布有利于每一颗粉末在球化室中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果。

本发明的另一目的在于，公开所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.将形状不规则粉末加入到进料口，通过传送装置定量向粉末分散装置中输送粉末；送粉速度为100~1000g/min，多孔圆盘中的粉末经过多孔圆盘上孔洞输入到球化室中；

S2.同时将输送管一通入等离子气，所述等离子气的流量为2~5L/min，压力为0.3~0.8MPa，温度为10000~20000℃；所述等离子气为氩气和氢气按体积比1:2~1:4混合；球化时间为0.5~1.5s；

S3.同时将输送管二向球化室中通入惰性气体，所述惰性气体为冷却气体，所述冷却气体的温度为-50~10℃，所述惰性气体的流量为50~300L/min。

进一步优选地，步骤S2中，所述等离子气的流量为3L/min，压力0.5MPa，温度为15000℃。

进一步优选地，所述等离子气为氩气和氢气按体积比1:3混合。

进一步优选地，所述冷却气体的温度为-20~0℃，所述惰性气体的流量为100~150L/min。

本发明的另一目的在于，公开本离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法应用于制备球形粉末。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的离心发散式等离子粉末球化装置通过控制自动送粉装置的送粉量和送粉速度，结合粉末分散装置将粉末均匀分散，通过调整球化室的温度与气体流量，使整个设备形成一个整体，有利于每一颗粉末在球化室中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果。从根本上解决了现有等离子球化方法均存在粉末集中无序输入、易团聚、受热不均、球化效率低等问题，且本发明的等离子粉末球化装置造价低，能实现真正意义上大规模、批量化生产。

本发明的离心发散式等离子粉末球化装置可根据待球化处理的粉末的平均粒径大小予以配置，粉末分散装置上的孔洞大小以确保99.5%以上的形状不规则粉末能通过为准。且粉末分散装置可拆卸，有利于根据实际生产需求来更换粉末分散装置，保证不同粉末的球化效率，具有设备简单、控制方便、生产效率高、成本低等优点。

本发明公开了离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，本方法操作简单，更加利于粉末球化生产的工业化推广，具有巨大的经济效益。

附图说明

图1为本发明的离心发散式等离子粉末球化装置示意图。

图2为本发明粉末分散装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。为方便说明，本发明下述实施例采用的试剂、仪器和设备等列举如下，但并不因此限定本发明。

发明人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

实施例1 离心发散式等离子粉末球化装置

如图1所示，本实施例的离心发散式等离子粉末球化装置，包括自动送粉装置、粉末分散装置5和粉末球化装置；粉末分散装置5与自动送粉装置连接置于粉末球化装置内。

其中，自动送粉装置从上到下依次包括进料口2和传送装置，传送装置通过进料口2内部，其被设置为输送粉末进入粉末球化装置内；传送装置包括调速电机1和一端与粉末分散装置可拆卸连接的蜗轮蜗杆4。粉末分散装置5为均匀分布有相同直径的圆孔11的多孔圆盘（见图2），其被设置为均匀分散粉末；多孔圆盘的直径比球化室的内径小5~10mm，本实施例中为8mm；多孔圆盘上圆孔的直径为待处理粉末平均粒径的2~4倍，本实施例中为3倍。

粉末球化装置为多层结构，包括球化室10和设置在球化室10外壁的冷却循环区8；球化室10包括分置在两端的进料端12和收集端9，靠近进料端12的一侧设有通入等离子气的输送管一6，靠近收集端的一侧设有惰性气体的输送管二7。

实施例2 离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法

本实施例公开实施例1的离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.将形状不规则粉末加入到进料口，通过传送装置定量向粉末分散装置中输送粉末；送粉速度为100~1000g/min，多孔圆盘中的粉末经过多孔圆盘上孔洞输入到球化室中多孔圆盘上圆孔的直径为待处理粉末平均粒径的2~4倍，本实施例中为3倍；

S2.同时将输送管一通入等离子气，等离子气的流量为2~5L/min，本实施例中选用3L/min；压力为0.3~0.8MPa，本实施例中，选用压力0.5MPa，温度为10000~20000℃，本实施例中，选用压力15000MPa；等离子气为氩气和氢气按体积比1:2~1:4混合；本实施例中，选用体积比1：3，球化时间为0.5~1.5s；

S3.同时将输送管二向球化室中通入惰性气体氩气，惰性气体为冷却气体，冷却气体的温度为-50~10℃，惰性气体的流量为50~300L/min；本实施例中，冷却气体的温度为-20~0℃，惰性气体的流量为100~150L/min。

本发明的离心发散式等离子粉末球化装置的工作原理：

将不规则粉末3加入到进料口2，通过调速电机1带动蜗轮蜗杆4旋转运动，通过调节调速电机的转速来定量向粉末分散装置5中输送粉末；粉末分散装置5中的粉末经过其均匀分布的圆孔11输入到球化室10中；

粉末球化装置与蜗轮蜗杆4连接，转速与蜗轮蜗杆4转速相同，多孔圆盘上的孔径为待处理粉末3平均粒径的2~4倍；加入到多孔圆盘5中的粉末在多孔圆盘旋转离心力的作用下由圆心向圆周均匀铺展，此种设置能有效避免粉末集中在某一区域进入球化室10，导致粉末不易发散甚至团聚，导致粉末受热不均，粉末球化效果不佳。

粉末分散装置5上的孔洞大小以确保99.5%以上的不规则粉末3能通过为准。这种分布有利于每一颗粉末在球化室10中自由落体过程中均匀受热，提高粉末球化的效果。

本发明中，经多孔圆盘进入球化室10的不规则粉末3作自由落体运动，并在等离子气6的高温作用下快速加热，不规则粉末的棱角率先熔化、其它表面区域微熔，甚至整个粉末熔化，在表面张力作用下实现不规则粉末的球化。

为实现表面微熔的球形粉末在球化室10中的快速冷却，在球化室10的中下部通入惰性冷却气体，带走球化室10中大量的热量；同时，通过球化室10内壁的循环冷却水，调控球化室10内的温度。球化处理并冷却后的粉末进入粉末收集端9.本发明的多孔圆盘可根据待球化处理的粉末的平均粒径大小予以配置，多孔圆盘上的孔洞大小以确保99.5%以上的形状不规则粉末能通过为准。且多孔圆盘可拆卸，有利于根据实际生产需求来更换多孔圆盘，保证不同粉末的球化效率，具有设备简单、控制方便、生产效率高、成本低等优点。

本发明公开了离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，本方法操作简单，更加利于粉末球化生产的工业化推广，具有巨大的经济效益。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。

Claims (8)

1.一种离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将形状不规则粉末加入到进料口，通过传送装置定量向粉末分散装置中输送粉末；送粉速度为100~1000g/min，多孔圆盘中的粉末经过多孔圆盘上孔洞输入到球化室中；

S2.同时将输送管一通入等离子气，所述等离子气的流量为2~5L/min，压力为0.3~0.8MPa，温度为10000~20000℃；所述等离子气为氩气和氢气按体积比1:2~1:4混合；球化时间为0.5~1.5s；

S3.同时将输送管二向球化室中通入惰性气体，所述惰性气体为冷却气体，所述冷却气体的温度为-50~10℃，所述惰性气体的流量为50~300L/min；

其中，离心发散式等离子粉末球化装置，包括自动送粉装置、粉末分散装置和粉末球化装置；所述粉末分散装置与自动送粉装置连接置于粉末球化装置内；

所述自动送粉装置从上到下依次包括进料口和传送装置，所述传送装置通过进料口内部，其被设置为输送粉末进入粉末球化装置内；

所述粉末分散装置为多孔圆盘，其被设置为均匀分散粉末；

所述粉末球化装置为多层结构，包括球化室和设置在球化室外壁的冷却循环区；所述球化室包括分置在两端的进料端和收集端，靠近进料端的一侧设有通入等离子气的输送管一，靠近收集端的一侧设有惰性气体的输送管二。

2.根据权利要求1所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，所述传送装置包括调速电机和蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆的一端与粉末分散装置可拆卸连接，所述粉末发散装置与蜗轮蜗杆同步转动。

3.根据权利要求1所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，所述多孔圆盘上均匀分布有相同直径的圆孔，所述圆孔的直径为待处理粉末平均粒径的2~4倍。

4.根据权利要求3所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，所述多孔圆盘的直径比球化室的内径小5~10mm。

5.根据权利要求4所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，步骤S2中，所述等离子气的流量为3L/min，压力0.5MPa，温度为15000℃。

6.根据权利要求5所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，所述等离子气为氩气和氢气按体积比1:3混合。

7.根据权利要求6所述离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法，其特征在于，所述冷却气体的温度为-20~0℃，所述惰性气体的流量为100~150L/min。

8.一种权利要求1~7任意一项所述的离心发散式等离子粉末球化装置的使用方法用于制备W粉、Co粉、Ni粉、WC粉任意一种球形粉末。