CN110102770A - 一种功能复合气雾化喷嘴及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功能复合气雾化喷嘴，包括破碎气流腔，破碎气流腔中部为贯穿的喷嘴内孔，破碎气流腔设有破碎气流出口，该气体方向朝向喷嘴内孔，气流形成倒三角锥型；还包括气帘气流腔，气帘气流腔设有气帘气流出口，气帘气流出口距离喷嘴内孔的距离大于破碎气流出口距离喷嘴内孔的距离，该气体方向与喷嘴内孔方向平行或背向喷嘴内孔，气帘气流出口与破碎气流出口等高，还提供使用该喷嘴的设备。本发明的优点在于：通过在气帘气流腔内通入惰性气体，由气帘气流出口吹出，形成气帘气流后，可阻止温度高的超细粉末同刚雾化形成的大颗粒粉末形成粘接，进而减少卫星粉的产生，效果显著，结构简单、成本低廉。

Description

一种功能复合气雾化喷嘴及设备

技术领域

本发明涉及一种气雾化喷嘴及设备，尤其涉及的是一种功能复合气雾化喷嘴及设备。

背景技术

当前工业生产中，粉末冶金法为我们提供了一个全新的制作零部件产品的方法，通过制造和优化粉末，进行压制等成型，最后通过烧结得到零部件产品，该方法已被广泛运用到生产实际中。在该方法中，粉末物理、化学等性能直接决定了成型产品的质量。

近些年兴起的金属3D打印，实质是将金属粉末逐层堆积逐层烧结的过程。粉末的物理和化学等性质，同样决定了产品的成型质量。

无论是粉末冶金还是3D打印，当前使用的金属球形粉末材料，相当一部分是通过气雾化方法得到的。传统气雾化喷嘴，包括紧耦合限制式和自由落体式喷嘴，实质是气体通过喷嘴的气腔进行压缩，形成具有较高速度的气流，最后通过环缝或环孔喷出，将金属溶体粉碎成细小的液滴，随后经过球化、冷却、凝固形成金属粉体。

气雾化工艺产量大，工艺稳定，但是存在卫星粉等难以克服的缺陷；卫星粉的型槽主要与破碎后金属液滴在冷却和凝固过程中的相互碰撞有关。在气雾化过程中，会产生一系列大小不一的金属液滴，由于直径小的液滴比直径大的液滴冷却速率快，发生凝固的时间更早，因此在同一时间，即存在已经完全凝固的固相颗粒，也有未开始凝固的金属液滴，还有呈半固态的液滴。同时高速气流对金属液滴具有加速作用，由于雾化室内存在高速气流形成的涡流，使不同凝固状态、不同飞行速度和方向的液滴或颗粒发生碰撞，从而引起液滴和颗粒之间的镶嵌、焊合及局部融化，并在凝固后的粉末表面形成卫星颗粒。由于直径大的液滴体积较大，更易与小球发生碰撞，并且随直径减小，液滴冷却速度增大，凝固时间早，减小了业态下与小球发生碰撞的机会，因此，卫星粉数量随粉末粒度的减小而减少。

卫星粉的存在直接影响了粉末的物理性质，进而最终影响以粉末为原料的产品质量。

当前改善卫星粉的措施有很多种，大部分是收集粉末后进行后处理，如：减少3D打印材料中卫星粉的方法(申请号201611237901.8)，技术方案是：在3D打印用材料粉末中通入气体进行气体搅拌，利用气体气流带动粉体进行相互之间的碰撞，达到除去表面卫星粉的目的，但这种方法，需要在材料产生后，进行后续的处理，过程较为复杂，且耗时较长。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于:如何解决现有气雾化工艺中产生卫星粉的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明公开一种功能复合气雾化喷嘴，包括破碎气流腔，破碎气流腔中部为贯穿的喷嘴内孔，破碎气流腔设有破碎气流出口，由破碎气流出口喷出的气体方向朝向喷嘴内孔，气流形成倒三角锥型；还包括气帘气流腔，气帘气流腔设有气帘气流出口，气帘气流出口距离喷嘴内孔的距离大于破碎气流出口距离喷嘴内孔的距离，由气帘气流出口喷出的气体方向与喷嘴内孔方向平行或背向喷嘴内孔，气帘气流出口与破碎气流出口等高。

本发明通过在靠近直径大的液滴的高度上设置了气帘气流腔内通入惰性气体，因直径大的液滴处更容易产生卫星粉，气体由气帘气流出口吹出，形成气帘气流后，可阻止温度高的超细粉末同刚雾化形成的大颗粒粉末形成粘接，用一定流速的气流气帘，可以阻挡超细粉末靠近雾化区域，特别靠近的会被吹走，进而减少卫星粉的产生，从产生机理出发，效果显著，结构简单、成本低廉。

优选的，所述破碎气流腔、气帘气流腔均为环形腔，气帘气流腔为环绕在破碎气流腔外围的独立腔，破碎气流腔的破碎气流入口处设有第一管道，第一管道由气帘气流腔穿过连接破碎气流入口，气帘气流腔的气帘气流入口处设有第二管道。

此结构为套装的结构，气帘气流腔围绕在破碎气流腔外部，可以是连接状的结构，也可以是间隔设置，间隔设置时，二者的底面为连接状态；其中第一管道与气帘气流腔为不相通的状态。

优选的，所述气帘气流腔为独立在破碎气流腔内的环形腔，破碎气流腔的破碎气流入口处设有第一管道，气帘气流腔的气帘气流入口处设有第二管道。

此结构中的气帘气流腔设置在破碎气流腔的内部，但二者不相通，独立存在。

优选的，所述气帘气流出口与喷嘴内孔轴径方向呈0-60度。

气帘气流吹向向外侧吹。向内侧吹，会干扰雾化过程。

优选的，气帘气流压力为0-2.0MPa。

优选的，第一管道和第二管道内通入惰性气体。

优选的，所述破碎气流出口设置在喷嘴内孔的孔面与破碎气流腔的底面相交处，破碎气流形成倒三角锥型；所述气帘气流出口设置在气帘气流腔的底面，气帘气流形成圆柱形或者圆台形。

优选的，所述破碎气流出口与所述气帘气流出口均为环缝结构或者环孔结构。也可以不是环缝或环孔结构，环孔结构时，孔的数量一般是6-36个，当然也可以根据是实际需要设定。

优选的，气帘气流出口距离喷嘴内孔的距离为50-550mm。

本发明还提供一种采用功能复合气雾化喷嘴的设备，包括熔炼室、雾化腔、雾化下锥、旋风分离器、集粉装置、过滤装置、冷却装置、高压泵；熔炼室设置在雾化腔上方，并与雾化腔相通，雾化腔下方与雾化下锥连通，雾化下锥通过管道与旋风分离器连接，旋风分离器底部设有集粉装置，旋风分离器的顶端通过管道连接过滤装置，过滤装置通过管道连接冷却装置，冷却装置通过管道连接气帘气流腔，冷却装置连接气帘气流腔的管道上设有高压泵。

该设备可以实现气帘气流的来源，可以是破碎金属液后的气流，无须引入新气流，不额外消耗气体。当然也可以是新气流。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明在靠近直径大的液滴的高度上设置了气帘气流腔内通入惰性气体，因直径大的液滴处更容易产生卫星粉，通过在气帘气流腔内通入惰性气体，气体由气帘气流出口吹出，形成气帘气流后，可阻止温度高的超细粉末同刚雾化形成的大颗粒粉末形成粘接，用一定流速的气流气帘，可以阻挡超细粉末靠近雾化区域，特别靠近的会被吹走，进而减少卫星粉的产生，从产生机理出发，效果显著，结构简单、成本低廉；

(2)本发明中无论是套装结构还是包含结构的的两个独立腔，其都是在原有的结构上没有太大的改动，结构简单，效果显著；

(3)本发明给出的该设备可以实现气帘气流的来源，可以是破碎金属液后的气流，无须引入新气流，不额外消耗气体，经济适用。

附图说明

图1是本发明实施例一中功能复合气雾化喷嘴的结构示意图；

图2是本发明实施例二中功能复合气雾化喷嘴的结构示意图；

图3是使用该功能复合气雾化喷嘴的设备的结构示意图。

图中标号：破碎气流腔10、破碎气流出口11、第一管道12、气帘气流腔20、气帘气流出口21、第二管道22、喷嘴内孔30、熔炼室40、雾化腔50、雾化下锥51、旋风分离器60、集粉装置70、过滤装置80、冷却装置90、高压泵91。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

如图1所示，本实施例一种功能复合气雾化喷嘴，包括破碎气流腔10，破碎气流腔10中部为贯穿的喷嘴内孔30，破碎气流腔10设有破碎气流出口11，由破碎气流出口11喷出的气体方向朝向喷嘴内孔30，破碎气流形成倒三角锥型；还包括气帘气流腔20，气帘气流腔20设有气帘气流出口21，气帘气流出口21距离喷嘴内孔30的距离大于破碎气流出口11距离喷嘴内孔30的距离，由气帘气流出口21喷出的气体方向与喷嘴内孔30方向平行或背向喷嘴内孔30，气帘气流出口21与破碎气流出口11等高，或者高度差不要太大。

本实施例中，所述破碎气流腔10、气帘气流腔20均为环形腔，气帘气流腔20为环绕在破碎气流腔10外围的独立腔，二者顶面与底面共用，相当于仅采用一个环形板将二者隔开，破碎气流腔10的破碎气流入口处设有第一管道12，第一管道12由气帘气流腔20穿过连接破碎气流入口，气帘气流腔20的气帘气流入口处设有第二管道22。此结构为套装的结构，气帘气流腔20围绕在破碎气流腔10外部，除此之外，也可以是间隔设置，间隔设置时，二者的底面为连接状态，顶面为分开状，二者通过两个环形板进行隔开，均满足第一管道12与气帘气流腔20为不相通的状态。

其中，第一管道12的位置高于第二管道22，二者的数量不作限制；

本发明在靠近直径大的液滴的高度上设置了气帘气流腔20内通入惰性气体，因直径大的液滴处更容易产生卫星粉，通过在气帘气流腔20内通入惰性气体，气体由气帘气流出口21吹出，并非用以破碎金属液流，而是用来在雾化过程中，形成“气帘”流，形成气帘气流后，可阻止温度高的超细粉末同刚雾化形成的大颗粒粉末形成粘接，用一定流速的气流气帘，相当于粉末的屏障，可以阻挡超细粉末靠近雾化区域，特别靠近的会被吹走，进而减少卫星粉的产生；从产生机理出发，效果显著，结构简单、成本低廉。

实施例二：

如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：气帘气流腔20设置在破碎气流腔10的内部。

具体的，所述气帘气流腔20为独立在破碎气流腔10内的环形腔，破碎气流腔10的破碎气流入口处设有第一管道12，气帘气流腔20的气帘气流入口处设有第二管道22；破碎气流腔10设有破碎气流出口11，由破碎气流出口11喷出的气体方向朝向喷嘴内孔30，破碎气流形成倒三角锥型；气帘气流腔20设有气帘气流出口21，气帘气流形成圆柱形或圆台形。

此结构中的气帘气流腔20设置在破碎气流腔10的内部，但二者不相通，独立存在。

无论是实施例一还是实施例二均应满足以下条件：所述气帘气流出口21与喷嘴内孔30轴径方向呈0-60度，实施例一中，气体竖直向下吹，为0度，实施例二中，气体背向竖直向外吹，角度为20度。气流吹向向外侧吹，保证不会干扰雾化过程。

气帘气流压力为0-2.0MPa。第一管道12和第二管道22内通入惰性气体。惰性气体为氩气或氮气或其他惰性气体。

具体的，所述破碎气流出口11设置在喷嘴内孔30的孔面与破碎气流腔11的底面相交处，破碎气流形成倒三角锥型；所述气帘气流出口21设置在气帘气流腔20的底面，气帘气流形成圆柱形或者圆台形。

其中，所述破碎气流出口11与所述气帘气流出口21均为环缝结构或者环孔结构，其中环缝的直径、以及气流形成的α夹角，为本领域技术人员根据实际需要设定；为环孔时，环孔的直径，以及气流形成的α夹角，为本领域技术人员根据实际需要设定，环孔结构时，孔的数量一般是6-36个，也可以根据是实际需要设定；当然也可以不限定于环缝或环孔结构。

其中，气帘气流出口21距离喷嘴内孔30中心轴线的距离可以根据需要调整，一般为50-550mm。

本发明提出的功能复合气雾化喷嘴不限于紧耦合喷嘴、限制式喷嘴、自由落体喷嘴等，适用于气雾化制粉领域的所有喷嘴类型。

如图3所示，本发明还提供一种采用功能复合气雾化喷嘴的设备，包括熔炼室40、雾化腔50、雾化下锥51、旋风分离器60、集粉装置70、过滤装置80、冷却装置90、高压泵91；熔炼室40设置在雾化腔50上方，并与雾化腔50相通，雾化腔顶端设有气雾化喷嘴，也就是本发明中的气雾化喷嘴，雾化腔50下方与雾化下锥51连通，雾化下锥51通过管道与旋风分离器60连接，旋风分离器60底部设有集粉装置70，旋风分离器60的顶端通过管道连接过滤装置80，过滤装置80通过管道连接冷却装置90，冷却装置90通过管道连接气帘气流腔20，冷却装置90连接气帘气流腔20的管道上设有高压泵91，高压泵91可以使被收集的气体经过过滤、冷却后再利用，本发明中的熔炼室40、雾化腔50、雾化下锥51、旋风分离器60、集粉装置70、过滤装置80、冷却装置90、高压泵91均为本领域技术人员根据实际需要进行选择规格、大小、型号。

该设备可以实现气帘气流的来源，可以是破碎金属液后的气流，无须引入新气流，不额外消耗气体。当然也可以是新气流。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，包括破碎气流腔，破碎气流腔中部为贯穿的喷嘴内孔，破碎气流腔设有破碎气流出口，由破碎气流出口喷出的气体方向朝向喷嘴内孔，气流形成倒三角锥型；还包括气帘气流腔，气帘气流腔设有气帘气流出口，气帘气流出口距离喷嘴内孔的距离大于破碎气流出口距离喷嘴内孔的距离，由气帘气流出口喷出的气体方向与喷嘴内孔方向平行或背向喷嘴内孔，气帘气流出口与破碎气流出口等高。

2.根据权利要求1所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，所述破碎气流腔、气帘气流腔均为环形腔，气帘气流腔为环绕在破碎气流腔外围的独立腔，破碎气流腔的破碎气流入口处设有第一管道，第一管道由气帘气流腔穿过后连接破碎气流入口，气帘气流腔的气帘气流入口处设有第二管道。

3.根据权利要求1所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，所述气帘气流腔为独立在破碎气流腔内的环形腔，破碎气流腔的破碎气流入口处设有第一管道，气帘气流腔的气帘气流入口处设有第二管道。

4.根据权利要求2或3所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，所述气帘气流出口与喷嘴内孔轴径方向呈0-60度。

5.根据权利要求2或3所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，气帘气流压力为0-2.0MPa。

6.根据权利要求2或3所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，第一管道和第二管道内通入惰性气体。

7.根据权利要求1所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，所述破碎气流出口设置在喷嘴内孔的孔面与破碎气流腔的底面相交处，所述气帘气流出口设置在气帘气流腔的底面。

8.根据权利要求1所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，所述破碎气流出口与所述气帘气流出口均为环缝结构或者环孔结构。

9.根据权利要求1所述的一种功能复合气雾化喷嘴，其特征在于，气帘气流出口距离喷嘴内孔的距离为50-550mm。

10.一种采用上述权利要求1-9任一所述功能复合气雾化喷嘴的设备，其特征在于，包括熔炼室、雾化腔、雾化下锥、旋风分离器、集粉装置、过滤装置、冷却装置、高压泵；熔炼室设置在雾化腔上方，并与雾化腔相通，雾化腔下方与雾化下锥连通，雾化下锥通过管道与旋风分离器连接，旋风分离器底部设有集粉装置，旋风分离器的顶端通过管道连接过滤装置，过滤装置通过管道连接冷却装置，冷却装置通过管道连接气帘气流腔，冷却装置连接气帘气流腔的管道上设有高压泵。