CN109304471A - 一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备 - Google Patents

Abstract

一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，包括送料装置、立式熔炼室、雾化室、粉末收集装置、抽真空系统和冷却气体供送装置；导流管的进料端与熔炼炉底部的排液孔连通，其出料端位于雾化室内并在等离子炬组件喷射出的等离子汇合区正上方，导流管外设有加热保温装置；立式熔炼筒体内还设有用于堵塞排液孔的塞杆以及用于驱动塞杆升降的升降驱动装置。该适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备结构简单、对高熔点金属雾化制粉中金属熔液加热保温，制粉效率高；冷却组件对等离子雾化后的液滴进行高效冷却，提高了金属雾化粉末的均一性和稳定性，有利于金属雾化粉末微细化制成纳米级粉末，高速涡轮分离器对微细颗粒的金属粉末分离效率高。

Description

一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备

本发明涉及一种粉末冶金设备，尤其是涉及一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备。

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。

现阶段采用气雾化制备3D打印金属粉末的生产方式主要有冷壁坩埚熔炼气雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)和等离子体气雾化(PA)等技术。其中等离子体气雾化(PA)技术制粉的原料为金属线材，对原材料的形状和尺寸要求较高，制粉的种类数也受到较大限制，同时相应的制粉装置也需要针对制粉种类而特别定制，导致成本进一步升高，难以满足市场大规模连续化生产的需要。

CN 108031855 A中公开了一种感应加热与射频等离子联合雾化制粉系统，包括高频感应加热装置、射频感应等离子装置、抽真空装置、雾化收集装置、分离除尘装置和丝材输送装置。但该制粉系统采用感应加热作为热源，仍然存在过热度等不足，造成所得粉末的细粉收得率偏低；且制粉原料为丝材，难以实现大规模连续化生产。

CN206632370U公开了一种塔式金属雾化用等离子发生装置，包括导流管、导流管组件、至少3组等离子炬组件和等离子安装座；所述导流管通过导流管组件安装在等离子安装座上，用于将熔炼炉熔化的金属熔炼输送至等离子体集汇焦点区进行等离子雾化。但该塔式金属雾化用等离子发生装置的导流管组件内的熔液在下流的过程中温度会逐步下降，影响熔液的流动性，导致熔液输送速度偏低甚至因金属熔液凝结在导流管壁而堵塞导流管，进而降低金属雾化制粉效率。

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，安装和维修方便、雾化制粉效率高且适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，此外，该等离子雾化制粉设备进一步实现了可连续加料，等离子雾化冷却装置拆装方便，冷却性能良好，且粉末分级分离效率高、能耗低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，包括送料装置、立式熔炼室、雾化室、粉末收集装置、抽真空系统和冷却气体供送装置，所述送料装置与立式熔炼室连接，并把金属丝或金属块等金属原料连续送入立式熔炼室的熔炼炉内熔炼；包括送料装置、立式熔炼室、雾化室、粉末收集装置、抽真空系统和冷却气体供送装置，所述送料装置与立式熔炼室连接；所述立式熔炼室包括立式熔炼筒体、熔炼炉和导流管，所述立式熔炼筒体安装在雾化室上方，所述熔炼炉固定安装在熔炼立式筒体内；所述粉末收集装置与雾化室连接；所述抽真空系统分别与送料装置、熔炼室和雾化室连通；所述冷却气体供送装置与雾化室连通，向雾化室喷射冷却气体；所述导流管的进料端与熔炼炉底部的排液孔连通，其出料端位于雾化室内并在等离子炬组件喷射出的等离子汇合区正上方，所述等离子炬组件通过等离子安装座安装在雾化室顶部，立式熔炼室内的熔炼炉通过导流管将金属熔液输送至雾化室内；所述导流管外设有加热保温装置；所述立式熔炼筒体内还设有用于堵塞排液孔的塞杆以及用于驱动所述塞杆升降的升降驱动装置。

在某一示范实施例中，所述塞杆的一端通过连杆与升降驱动装置连接，其另一端为可放置在熔炼炉排液孔内的自由端；所述塞杆通过升降驱动装置的作用上下升降，使塞杆的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉内的金属熔液在熔炼炉内熔化或经导流管流入雾化室内雾化。

在某一示范实施例中，所述加热保温装置包括依次设置在导流管外的加热装置和外保温层。

进一步，所述加热装置为加热电阻件或高频感应加热器。加热电阻件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。优选，加热电阻件为钨铼热电偶，加热温度高，加热速度快，有利于提高升温效果和减少升温时间，有利保温效果。

进一步，所述加热装置与主导流管之间设有内保温层，主要保持导流管内熔液的温度，提高熔液的流动性，提高生产效率。

进一步，所述主导流管和内保温层之间设有石墨套，熔液的温度相对比较高，石墨套起到固定主导流管的作用，同时防止制备纳米材料的高熔点金属熔液损坏内保温层的保温材料，进一步提高保温效果。

进一步，所述主导流管下端与辅导流管顶部连接处设有密封垫，加强主导流管与辅导流管之间的气密性，提高安全保障。

在某一示范实施例中，所述导流管包括主导流管和流体保护套管，所述主导流管通过导流管安装组件安装在雾化筒体的等离子安装座上，靠近等离子安装座的一端与流体保护套管连通；主导流管外设加热保温装置；流体保护套管嵌设在等离子安装座内。

在某一示范实施例中，所述送料装置包括缓存斗、星型卸料阀、密封阀体和下料管；所述缓存斗顶部设有可活动启闭的盖板，其底部与星型卸料阀连接，所述星型卸料阀通过密封阀体与下料管连通，所述下料管末端位于熔炼筒体内的熔炼炉上方；位于密封阀体上方的星型卸料阀侧壁上设有与抽真空系统连通的真空连接管道。

进一步，所述密封阀体为球形阀、蝶形阀或闸门阀。

进一步，所述真空连接管道上设有控制阀。

进一步，所述缓存斗通过锁紧螺杆与盖板可拆卸式连接。

进一步，所述缓存斗与送料机构连通，优选，所述送料机构为金属送丝机构。

在某一示范实施例中，所述雾化室包括雾化筒体、等离子炬组件和冷却组件，所述等离子炬组件包括至少2个等离子炬，等离子炬呈圆周式均布安装在雾化筒体顶部的等离子安装座上，其喷射出的等离子在主导流管下端的中心处汇合；所述冷却组件包括位于等离子炬组件下方的雾化筒体侧壁上的多排喷雾装置，每排喷雾装置的数量≥2，相邻两排的喷雾装置在雾化筒体侧壁的竖直方向交错排列。优选，冷却组件中的喷雾装置在水平面上的投影均错开且呈圆周式均布（以雾化筒体的中心轴线与水平面的交点为中心点）。

进一步，所述喷雾装置包括固定环、连接杆、喷嘴和喷杆，所述喷杆与连接杆连接，所述喷杆的一端嵌设于固定环内，其另一端内嵌设有喷嘴。

进一步，固定环包括内环和外环，所述外环可拆卸固定于内环上，内环固定于雾化筒体侧壁上，内环和外环上设有用于两者固定连接的安装孔。

进一步，所述外环和内环之间设有铜垫片，铜垫片不易于被极冷或者高温融化或者毁坏，更加有利于固定密封喷雾装置，并延长喷雾装置的使用寿命。

进一步，所述内环远离外环的一端延伸形成套筒，所述套筒的端部设有通孔，喷杆嵌设于外环内的一端设有内螺纹，其横截面呈阶梯状，其另一端套设在内环的套筒内，且端部嵌设有喷嘴；喷杆可拆卸设置便于后期对喷雾装置的拆卸和维护。

进一步，喷嘴与喷杆可拆卸设置或一体成型，所述喷嘴远离喷杆的一端呈V字型，V字型的设便于喷嘴雾化效果和增大喷洒时的面积，同时降低因停水喷洒冷却液后，雾化室内的金属粉末对喷嘴造成堵塞，V字型喷嘴的设置使喷嘴周围的粉末沉积并因重量的作用掉下去，避免雾化筒体内金属粉末堵塞喷嘴的现象。

进一步，喷嘴向远离喷杆的方向外延，喷嘴的外延部分可拆卸设于通孔内，喷嘴的端部低于通孔的位置1-3mm，可避免因喷嘴外露出套筒而出现其表面集聚水分并凝结成冰或粉末导致喷嘴堵塞的现象，确保喷嘴正常工作。

进一步，所述连接杆一端设有外螺纹，与喷杆的内螺纹连接，其另一端与冷却气体供送装置连接。

进一步，所述喷杆与套筒之间设有保温层，优选，保温层采用聚氨酯发泡材料，避免因套筒外围集聚水分并凝结成冰而使喷杆结冰影响喷雾装置正常工作的现象。

在某一示范实施例中，所述粉末收集装置包括至少一组涡轮分离组件，所述涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器、集料罐；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管，所述进料管与雾化室的排料口或前一级涡轮分离组件中的排气孔连通；所述涡轮分离器安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器的侧壁上端设有排气孔，所述排气孔与引风装置或后一级涡轮分离装置中分离筒体的进料管连通；所述集料罐安装在分离筒体下方。

进一步，所述涡轮分离组件的数量为2~4组，一级涡轮分离组件的分离筒体与雾化室的排料口连通，前一级的分离筒体的排气孔与后一级的分离筒体的进料管连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔与引风装置连接；后一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速比前一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速高。

进一步，所述进料管的出料端顶部设有弧形挡板。

进一步，所述涡轮分离器的下边沿低于进料管的底部。

进一步，所述分离筒体包括上圆柱筒体和下圆锥体，所述上圆柱筒体与下圆锥体通过法兰连接，所述上圆柱筒体顶部设有用于固定涡轮分离器的安装板；所述下圆锥体通过变径连接管与集料罐连通，所述变径连接管上设有气动阀，所述变径连接管与下圆锥体为一体成型结构。

进一步，所述变径连接管呈喇叭形。

本发明一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备的工作原理及使用方法是：

当需要往熔炼筒体的熔炼炉内投放物料时，先关闭密封阀体，然后拧松锁紧螺杆，将缓存斗上的盖板打开，通过送料机构或人工加入所需的金属材料，然后通过拧紧锁紧螺杆关闭和锁紧缓存斗，再打开连接管道上的控制阀，启动抽真空系统对缓存斗抽真空，使缓存斗和熔炼炉内的压力相同或缓存斗内的压力略大于熔炼炉内的压力；然后关闭连接管道上的控制阀，然后打开密封阀体，再开启星型卸料阀，使缓存斗内的物料经下料管下落至熔炼炉内。物料输送完后依次关闭星型卸料阀和密封阀体，需要再次送料时，重复上述操作即可。上述操作可以有效避免在物料下落的同时开闭密封阀体，容易出现密封阀体内残留物料而降低真空熔炼生产效率的现象，进而实现连续加料真空熔炼高效生产的目的。

丝状、块状等不同形状的金属材料经送料装置送入立式熔炼室内熔化成金属熔液后，启动升降驱动装置正转，升降驱动装置依次带动连杆、塞杆往上移动，进而使塞杆从熔炼炉的排液孔内提出，熔炼炉内的金属熔液经导流管流入雾化室内，导流管外的加热保温装置对导流管内的金属熔液进行加热保温，使金属熔液顺利下流并进入雾化室内，在等离子炬体喷射的等离子高速冲击分散雾化成超细液体，液滴在雾化筒体内由于重力作用向雾化筒体底部移动，与位于雾化筒体侧壁上的冷却组件喷射出的冷却气体进行热交换冷却凝固成纳米级或微米级的超细粉末颗粒， 超细粉末在粉末收集装置的引风装置的作用下被吸入分离筒体内，在涡轮分离器的高速旋转产生的作用下，粒径偏大的粉末在其自身的重力作用下沉积在分离筒体底部，然后下落至集料罐中；而粒径偏小的粉末会随气流进入后一级分离筒体内，由于后一级的涡轮分离器的转速高于前一级的涡轮分离器的转速，因此，会进一步对气流中的粉末进行分离收集，直到气流中纳米级的粉末均被分离收集后，气体经引风装置外排。

待熔炼炉内的金属熔液全部流入雾化室内后，再控制升降驱动装置反转，使塞杆在升降驱动装置的作用下下移并堵塞排液孔，即可进行下一批金属材料的熔炼，进而实现连续化金属等离子雾化制粉。

星型卸料阀实现对缓存斗内的物料进行阻挡，实现分批卸料；星型卸料阀侧壁上的真空连接管道，便于缓存斗储存一定物料后，通过抽真空系统对缓存斗进行抽真空操作，使缓存斗和熔炼筒体内的真空条件相同或相近；而密封阀体可以将缓存斗和熔炼筒体隔绝，便于缓存斗和熔炼筒体单独抽真空，满足金属熔炼的真空条件，提高金属真空熔炼的效率。

本发明一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备的有益效果：

该适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备结构简单、对高熔点金属雾化制粉中金属熔液加热保温，制粉效率高；冷却组件对等离子雾化后的液滴进行高效冷却，提高了金属雾化粉末的均一性和稳定性，有利于金属雾化粉末微细化制成纳米级粉末，高速涡轮分离器对微细颗粒的金属粉末分离效率高。

利用立式熔炼室替代传统的卧式熔炼炉，简化了熔炼室的结构，且通过塞杆对立式熔炼室底部的排液孔进行堵塞或开启，省略了传统熔炼室内的中间包，也不需要再对立式熔炼炉进行旋转或翻转实现倒料，便于金属熔炼从熔炼炉快速向雾化室内转移；

立式熔炼炉内金属熔液的液位差有利于金属熔液的下流，且导流管组件外设加热保温组件，有利于熔炼炉内的高熔点金属熔炼在通过导流管时保持高温熔融状态，避免导流管内的金属熔液因导流管内外温差大而导致金属熔液凝结或固化的现象，同时，高温环境有利于加快制备纳米材料的金属熔液在导流管内的流速，避免导流管发生堵塞或金属熔液挂留在导流管内壁的现象，进而提高等离子体制备纳米材料的生产效率和质量。且通过导流管的金属液流破碎雾化较容易，由此得到细粉收得率较高，空心粉较少，球形较好的金属粉末；并且该过热度范围满足金属液体连续流动的过热度要求，达到最终雾化粉末粒径分布窄而高均一性的效果。

立式熔炼室和带加热保温装置的导流管，显著提高了对熔点高于500℃的金属材料或甚至高于1000℃金属材料或合金材料进行雾化制粉的加工效率，如铝、银、铜、铜铝合金材料的雾化制粉加工。

导流管外的第一保温层进一步起到保温隔热的作用，降低导流管内温度的散失，显著减小导流管内外温差对导流管内熔液温度稳定性和流动性的影响。

相对传统雾化制粉的真空连续送料机构，该送料装置结构简单，能有效避免在物料下落的同时开闭密封阀体，容易出现密封阀体内残留物料而降低真空熔炼生产效率的现象，进而实现连续加料真空熔炼生产的目的。

冷却组件中的喷雾装置多排交错式布置在雾化筒体侧壁上，能使金属雾化液滴与冷却气体接触更充分，且持续对下落的金属液滴或金属粉末进行冷却，显著提高了对金属粉末的冷却效果以及金属粉末雾化的生产效率。

喷雾装置可拆卸的设于雾化筒体侧壁上，便于检修，提高设备维护效率，且不影响设备的正常运行。

喷雾装置垂直设于雾化筒体侧壁，有利于喷雾装置喷洒冷却气体，使喷洒的范围最大，使冷却气体与金属粉末接触面更加充分，提高冷却效果。

相对现有的脉冲分离器、布袋除尘器或旋风分离器等气粉分离装置，其结构更简单，且转速≥20000r/min的高速涡轮分离器对粉末的分级分离效果更好，更能高效分离粒径小的粉末，尤其是纳米级金属粉末的分离收集。

多组涡轮分离组件，通过调节不同涡轮分离组件中涡轮分离器的转速，可以实现对气粉流体中的粉末进行分级分离，提高了金属粉末产品的质量稳定性。

分离筒体内切向连接的进料管，便于进入分离筒体内的气粉流体随分离筒体侧壁做螺旋向下的运动，有利于涡轮分离器对气粉流体中粉末的分离，进而提高粉末分离收集的效率，且减小了气粉流体对分离筒体本身的冲击力，延长了设备的使用寿命。

进料管的出料端顶部设有弧形挡板，改变了经进料管进入分离筒体内的气粉流体进入分离筒体的流向，有效避免了气粉流体直接进入涡轮分离器内的现象，减小了气粉流体对涡轮分离器运行的干扰作用，同时加快了气粉流体中金属粉末的沉降，提高了分离效率。

附图说明

图1—为实施例1中一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备的整体结构图；

图2—为图1中送料装置的结构示意图；

图3—为图1中等离子炬组件、导流管和加热保温装置的立体结构图；

图4—为图3的A-A截面示意图；

图5—为图1中雾化室中喷雾装置的侧视图；

图6—为图5的B-B截面示意图；

图7—为图1中涡轮分离组件的立体结构图；

图8—为图7中涡轮分离组件的俯视图；

图9—为图8的C-C截面示意图；

图10—为实施例2中一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备的整体结构图；

图11—为图10中送料装置的结构示意图。

图中：1—雾化室，101—雾化筒体，102—喷雾装置，1021—内环，1022—套筒，1023—喷杆，1024—通孔，1025—喷嘴，1026—安装孔，1027—外环， 1028—保温层，1029—连接杆，10210—铜垫片， 103—等离子炬， 104—雾化室放空阀，105—等离子安装座；

2—导流管，201—流体保护套管，202—主导流管，203—导流管安装组件， 3—真空平衡管；

4—立式熔炼室，401—升降驱动装置，402—连杆，403—中频电源铜排接口，404—塞杆，405—立式熔炼筒体，406—炉盖，407—熔炼室泄压阀，408—防爆口，409—补气接口，4010—熔炼室压力检测装置，4011—熔炼炉，4012—炉盖升降装置；

5—送料装置，501—下料管，502—密封阀体，503—控制阀，504—真空连接管道，505—星型卸料阀，506—缓存斗，507—盖板，508—锁紧螺杆，509—金属送丝机构；

6—抽真空系统， 7—粉末收集装置，701—一级涡轮分离组件，7011—集料罐，7012—变径连接管，7013—气动阀，7014—下圆锥体，7015—上圆柱筒体，7016—进料管，7017—涡轮分离器，7018—排气孔，702—二级涡轮分离组件，703—三级涡轮分离组件；

8—引风装置，9—加热保温装置，901—加热装置，902—外保温层，903—石墨套，904—内保温层。

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。

参照图1：本实施例的一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，包括送料装置5、立式熔炼室4、雾化室1、粉末收集装置7、抽真空系统6和冷却气体供送装置，所述送料装置5与立式熔炼室4连接，并把金属丝或金属块等金属原料连续送入立式熔炼室4的熔炼炉4011内熔炼；包括送料装置5、立式熔炼室4、雾化室1、粉末收集装置7、抽真空系统6和冷却气体供送装置，所述送料装置5与立式熔炼室4连接；所述立式熔炼室4包括立式熔炼筒体405、熔炼炉4011和导流管2，所述立式熔炼筒体405安装在雾化室1上方，立式熔炼筒体405和雾化室1之间设有真空平衡管3；立式熔炼筒体405的顶部设有炉盖406，所述熔炼炉4011固定安装在熔炼立式筒体内；所述粉末收集装置7与雾化室1连接；所述抽真空系统6分别与送料装置5、熔炼室和雾化室1连通；所述冷却气体供送装置与雾化室1连通，向雾化室1喷射冷却气体；所述导流管2的进料端与熔炼炉4011底部的排液孔连通，其出料端位于雾化室内并在等离子炬103组件喷射出的等离子汇合区正上方，所述等离子炬103组件通过等离子安装座安装在雾化室1顶部，立式熔炼室4内的熔炼炉4011通过导流管2将金属熔液输送至雾化室1内；所述导流管2外设有加热保温装置9；所述立式熔炼筒体405内还设有用于堵塞排液孔的塞杆404以及用于驱动所述塞杆404升降的升降驱动装置401。

所述立式熔炼筒体405的炉盖406上设有补气接口409，用于向立式熔炼室4内充入氮气或其他惰性气体，实现对真空熔炼过程的气氛保护并加压使熔炼炉4011内的金属熔液经导流管2下流至雾化室1。炉盖406上还设有防爆口408，熔炼室泄压阀407，测温口，观察口，熔炼室压力检测装置4010，真空抽口，中频电源铜排接口403等真空熔炼炉4011的常规部件，立式熔炼筒体405内设有压力检测器和放空阀104，其一侧设有熔炼电极铜排接口；炉盖406的升降通过固定在炉体上的炉盖升降装置4012实现。

所述塞杆404的一端通过连杆402与升降驱动装置401连接，其另一端为可放置在熔炼炉4011排液孔内的自由端；所述塞杆404通过升降驱动装置401的作用上下升降，使塞杆404的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉4011内的金属熔液在熔炼炉4011内熔化或经导流管2流入雾化室1内雾化。

参照图2，所述送料装置5包括缓存斗506、星型卸料阀505、密封阀体502和下料管501；所述缓存斗506顶部设有可活动启闭的盖板507，其底部与星型卸料阀505连接，所述星型卸料阀505通过密封阀体502与下料管501连通，所述下料管501末端位于熔炼筒体内的熔炼炉4011上方；位于密封阀体502上方的星型卸料阀505侧壁上设有与抽真空系统6连通的真空连接管道504。

所述密封阀体502为球形阀。只要能满足熔炼室的真空要求，所述密封阀体502也可以选择蝶形阀或闸门阀等其他可以实现密封的阀体。

所述真空连接管道504上设有控制阀503，便于根据送料装置5中的真空度选择性开闭控制阀503，进而便于对送料装置5中缓存斗506与密封阀体502之间的真空环境的调节。

所述缓存斗506通过锁紧螺杆508与盖板507可拆卸式连接，便于根据需求打开或关闭缓存斗506，且保证送料装置5中密封性能。

星型卸料阀505实现对缓存斗506内的物料进行阻挡，实现分批卸料；星型卸料阀505侧壁上的真空连接管道504，便于缓存斗506储存一定物料后，通过抽真空系统6对缓存斗506进行抽真空操作，使缓存斗506和熔炼筒体内的真空条件相同或相近；而密封阀体502可以将缓存斗506和熔炼筒体隔绝，便于缓存斗506和熔炼筒体单独抽真空，满足金属熔炼的真空条件，提高金属真空熔炼的效率。

参照图3和图4，所述加热保温装置9包括依次设置在导流管2外的加热装置901和外保温层902。

所述加热装置901为加热电阻件或高频感应加热器。加热电阻件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。优选，加热电阻件为钨铼热电偶，加热温度高，加热速度快，有利于提高升温效果和减少升温时间，有利保温效果。

所述加热装置901与主导流管202之间设有内保温层904，主要保持导流管2内熔液的温度，提高熔液的流动性，提高生产效率。

所述主导流管202和内保温层904之间设有石墨套903，熔液的温度相对比较高，石墨套903起到固定主导流管202的作用，同时防止制备纳米材料的高熔点金属熔液损坏内保温层904的保温材料，进一步提高保温效果。

所述主导流管202下端与辅导流管2顶部连接处设有密封垫，加强主导流管202与辅导流管2之间的气密性，提高安全保障。

所述导流管2包括主导流管202和流体保护套管201，所述主导流管202通过导流管安装组件203安装在雾化筒体101的等离子安装座105上，靠近等离子安装座105的一端与流体保护套管201连通；主导流管202外设加热保温装置9；流体保护套管201嵌设在等离子安装座105中央。

参照图1和图3，所述雾化室1包括雾化筒体101、等离子炬103组件和冷却组件，所述等离子炬103组件包括3个等离子炬103，等离子炬103呈圆周式均布安装在雾化筒体101顶部的等离子安装座105上，其喷射出的等离子在主导流管202下端的中心处汇合；所述冷却组件包括位于等离子炬103组件下方的雾化筒体101侧壁上的3排喷雾装置102，每排喷雾装置102的数量≥2，相邻两排的喷雾装置102在雾化筒体101侧壁的竖直方向交错排列。

根据等离子雾化制粉的金属材料性能以及雾化粉末的粒径等理化性能的要求，等离子炬103组件中等离子炬103的数量还可以为4个或6个甚至更多，以便达到对立式熔炼室4下流的金属熔液进行高效雾化的目的；相应地，所述冷却组件中喷雾装置102的排数和单排的喷雾装置102的个数也可以根据需求进行调节，比如，冷却组件包括4排喷雾装置102，每排喷雾装置102的数量为6个，相邻两排喷雾装置102在雾化筒体101侧壁的竖直方向交错排列，且4排的喷雾装置102的水平投影均错开，呈圆周式均布。

参照图5和图6，所述喷雾装置102包括固定环、连接杆1029、喷嘴1025和喷杆1023，所述喷杆1023与连接杆1029连接，所述喷杆1023的一端嵌设于固定环内，其另一端内嵌设有喷嘴1025。

固定环包括内环1021和外环1027，所述外环1027可拆卸固定于内环1021上，内环1021固定于雾化筒体101侧壁上，内环1021和外环1027上设有用于两者固定连接的安装孔1026。

所述外环1027和内环1021之间设有铜垫片10210，铜垫片10210不易于被极冷或者高温融化或者毁坏，更加有利于固定密封喷雾装置102，并延长喷雾装置102的使用寿命。

所述内环1021远离外环1027的一端延伸形成套筒1022，所述套筒1022的端部设有通孔1024，喷杆1023嵌设于外环1027内的一端设有内螺纹，其横截面呈阶梯状，其另一端套设在内环1021的套筒1022内，且端部嵌设有喷嘴1025；喷杆1023可拆卸设置便于后期对喷雾装置102的拆卸和维护。

喷嘴1025与喷杆1023为可拆卸设置，所述喷嘴1025远离喷杆1023的一端呈V字型，V字型的设便于喷嘴1025雾化效果和增大喷洒时的面积，同时降低因停水喷洒冷却液后，雾化室内的金属粉末对喷嘴1025造成堵塞，V字型喷嘴1025的设置使喷嘴1025周围的粉末沉积并因重量的作用掉下去，避免雾化筒体101内金属粉末堵塞喷嘴1025的现象。

喷嘴1025与喷杆1023也可以一体成型结构。

喷嘴1025向远离喷杆1023的方向外延，喷嘴1025的外延部分可拆卸设于通孔1024内，喷嘴1025的端部低于通孔1024的位置1-3mm，可避免因喷嘴1025外露出套筒1022而出现其表面集聚水分并凝结成冰或粉末导致喷嘴1025堵塞的现象，确保喷嘴1025正常工作。

所述连接杆1029一端设有外螺纹，与喷杆1023的内螺纹连接，其另一端与冷却气体供送装置连接。

所述喷杆1023与套筒1022之间设有保温层1028，优选，保温层1028采用聚氨酯发泡材料，避免因套筒1022外围集聚水分并凝结成冰而使喷杆1023结冰影响喷雾装置102正常工作的现象。

参照图7~9，所述粉末收集装置7包括一级涡轮分离组件701A1和二级涡轮分离组件702A2共2组涡轮分离组件，所述涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器7017、集料罐7011；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管7016，所述涡轮分离器7017安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器7017的侧壁上端设有排气孔7018，所述集料罐7011安装在分离筒体下方；所述一级涡轮分离组件701的分离筒体的进料管7016与雾化室1的排料口连通，一级涡轮分离组件701的分离筒体的排气孔7018与二级涡轮分离组件702的分离筒体的进料管7016连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔7018与引风装置8（如负压风机）连接。

所述涡轮分离组件的数量为2组，所述涡轮分离器7017的转速为50000r/min~80000r/min，且后一级涡轮分离组件701（即二级涡轮分离组件702）中的涡轮分离器7017的转速比前一级涡轮分离组件701（即一级涡轮分离组件701）中的涡轮分离器7017的转速高。

所述进料管7016的出料端顶部设有弧形挡板。

所述涡轮分离器7017的下边沿低于进料管7016的底部。

所述分离筒体包括上圆柱筒体7015和下圆锥体7014，所述上圆柱筒体7015与下圆锥体7014通过法兰连接，所述上圆柱筒体7015顶部设有用于固定涡轮分离器7017的安装板；所述下圆锥体7014通过变径连接管7012与集料罐7011连通，所述变径连接管7012上设有气动阀7013，所述变径连接管7012与下圆锥体7014为一体成型结构。

所述变径连接管7012呈喇叭形。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，存在以下不同：

所述送料装置5还包括送料机构，所述缓存斗506与送料机构连通，所述送料机构为金属送丝机构509。

所述涡轮分离组件包括一级涡轮分离组件701、二级涡轮分离组件702和三级涡轮分离组件703共3组涡轮分离组件，且3组涡轮分离组件的结构均相同，具体结构参见图7~9。

本发明一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备的工作原理及使用方法是：

当需要往熔炼筒体的熔炼炉4011内投放物料时，先关闭密封阀体502，然后拧松锁紧螺杆508，将缓存斗506上的盖板507打开，通过送料机构或人工加入所需的金属材料，然后通过拧紧锁紧螺杆508关闭和锁紧缓存斗506，再打开连接管道上的控制阀503，启动抽真空系统6对缓存斗506抽真空，使缓存斗506和熔炼炉4011内的压力相同或缓存斗506内的压力略大于熔炼炉4011内的压力；然后关闭连接管道上的控制阀503，然后打开密封阀体502，再开启星型卸料阀505，使缓存斗506内的物料经下料管501下落至熔炼炉4011内。物料输送完后依次关闭星型卸料阀505和密封阀体502，需要再次送料时，重复上述操作即可。上述操作可以有效避免在物料下落的同时开闭密封阀体502，容易出现密封阀体502内残留物料而降低真空熔炼生产效率的现象，进而实现连续加料真空熔炼高效生产的目的。

丝状、块状等不同形状的金属材料经送料装置5送入立式熔炼室4内熔化成金属熔液后，启动升降驱动装置401正转，升降驱动装置401依次带动连杆402、塞杆404往上移动，进而使塞杆404从熔炼炉4011的排液孔内提出，熔炼炉4011内的金属熔液经导流管2流入雾化室1内，导流管2外的加热保温装置9对导流管2内的金属熔液进行加热保温，使金属熔液顺利下流并进入雾化室1内，在等离子炬103体喷射的等离子高速冲击分散雾化成超细液体，液滴在雾化筒体101内由于重力作用向雾化筒体101底部移动，与位于雾化筒体101侧壁上的冷却组件喷射出的冷却气体进行热交换冷却凝固成纳米级或微米级的超细粉末颗粒，超细粉末在粉末收集装置7的引风装置8的作用下被吸入分离筒体内，在涡轮分离器7017的高速旋转产生的作用下，粒径偏大的粉末在其自身的重力作用下沉积在分离筒体底部，然后下落至集料罐7011中；而粒径偏小的粉末会随气流进入后一级分离筒体内，由于后一级的涡轮分离器7017的转速高于前一级的涡轮分离器7017的转速，因此，会进一步对气流中的粉末进行分离收集，直到气流中纳米级的粉末均被分离收集后，气体经引风装置8外排。

待熔炼炉4011内的金属熔液全部流入雾化室1内后，再控制升降驱动装置401反转，使塞杆404在升降驱动装置401的作用下下移并堵塞排液孔，即可进行下一批金属材料的熔炼，进而实现连续化金属等离子雾化制粉。

Claims (10)

1.一种适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，包括送料装置、立式熔炼室、雾化室、粉末收集装置、抽真空系统和冷却气体供送装置，所述送料装置与立式熔炼室连接；所述立式熔炼室包括立式熔炼筒体、熔炼炉和导流管，所述立式熔炼筒体安装在雾化室上方，所述熔炼炉固定安装在熔炼立式筒体内；所述粉末收集装置与雾化室连接；所述抽真空系统分别与送料装置、熔炼室和雾化室连通；所述冷却气体供送装置与雾化室连通，向雾化室喷射冷却气体；其特征在于，所述导流管的进料端与熔炼炉底部的排液孔连通，其出料端位于雾化室内并在等离子炬组件喷射出的等离子汇合区正上方，所述导流管外设有加热保温装置；所述立式熔炼筒体内还设有用于堵塞排液孔的塞杆以及用于驱动所述塞杆升降的升降驱动装置。

2.如权利要求1所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述塞杆的一端通过连杆与升降驱动装置连接，其另一端为可放置在熔炼炉排液孔内的自由端；所述塞杆通过升降驱动装置的作用上下升降，使塞杆的自由端放置在排液孔内或离开排液孔，进而使熔炼炉内的金属熔液在熔炼炉内熔化或经导流管流入雾化室内雾化。

3.如权利要求1所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述加热保温装置包括依次设置在导流管外的加热装置和外保温层。

4.如权利要求3所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述导流管包括主导流管和流体保护套管，所述主导流管通过导流管安装组件安装在等离子炬安装座中心，等离子安装座其底部设有流体保护套管；主导流管外设加热保温装置；流体保护套管嵌设在等离子安装座内所述主导流管下端与辅导流管顶部连接处设有密封垫。

5.如权利要求4所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述加热装置与主导流管之间设有内保温层，所述主导流管和内保温层之间设有石墨套，所述加热装置为加热电阻件或中高频感应加热器，所述加热电阻件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。

6.如权利要求1~5任一项所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述送料装置包括缓存斗、星型卸料阀、密封阀体和下料管；所述缓存斗顶部设有可活动启闭的盖板，其底部与星型卸料阀连接，所述星型卸料阀通过密封阀体与下料管连通，所述下料管末端位于熔炼筒体内的熔炼炉上方；位于密封阀体上方的星型卸料阀侧壁上设有与抽真空系统连通的真空连接管道；所述密封阀体为球形阀、蝶形阀或闸门阀；所述真空连接管道上设有控制阀；所述缓存斗通过锁紧螺杆与盖板可拆卸式连接。

7.如权利要求1~5任一项所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述雾化室包括雾化筒体、等离子炬组件和冷却组件，所述等离子炬组件包括至少2个等离子炬，等离子炬呈圆周式均布安装在雾化筒体顶部的等离子安装座上，其喷射出的等离子在主导流管下端的中心处汇合；所述冷却组件包括位于等离子炬组件下方的雾化筒体侧壁上的多排喷雾装置，每排喷雾装置的数量≥2，相邻两排的喷雾装置在雾化筒体侧壁的竖直方向交错排列。

8.如权利要求1~5任一项所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述喷雾装置包括固定环、连接杆、喷嘴和喷杆，所述喷杆与连接杆连接，所述固定环包括内环和外环，所述外环可拆卸固定于内环上，内环固定于雾化筒体侧壁上，内环和外环上设有用于两者固定连接的安装孔；所述外环和内环之间设有铜垫片，所述内环远离外环的一端延伸形成套筒，所述套筒的端部设有通孔；所述喷杆嵌设于外环内的一端设有内螺纹，其横截面呈阶梯状，其另一端套设在内环的套筒内，且端部嵌设有喷嘴；所述喷嘴远离喷杆的一端呈V字型，喷嘴向远离喷杆的方向外延，喷嘴的端部低于通孔的位置1-3mm；所述连接杆一端设有外螺纹，与喷杆的内螺纹连接，其另一端与冷却气体供送装置连接；所述喷杆与套筒之间设有保温层。

9.如权利要求1~5任一项所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述粉末收集装置包括至少一组涡轮分离组件，所述涡轮分离组件包括分离筒体、转速≥20000r/min的涡轮分离器、集料罐；所述分离筒体侧壁设有切向连接的进料管，所述进料管与雾化室的排料口或前一级涡轮分离组件中的排气孔连通；所述涡轮分离器安装在分离筒体的顶部；所述涡轮分离器的侧壁上端设有排气孔，所述排气孔与引风装置或后一级涡轮分离装置中分离筒体的进料管连通；所述集料罐安装在分离筒体下方。

10.如权利要求9所述适用于高熔点金属的等离子雾化制粉设备，其特征在于，所述涡轮分离组件的数量为2~4组，一级涡轮分离组件的分离筒体与雾化室的排料口连通，前一级的分离筒体的排气孔与后一级的分离筒体的进料管连接，末级涡轮分离组件的分离筒体的排气孔与引风装置连接；后一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速比前一级涡轮分离组件中的涡轮分离器的转速高；所述进料管的出料端顶部设有弧形挡板；所述涡轮分离器的下边沿低于进料管的底部。