CN111558723A - 一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法，包括水雾化装置、冷却塔和动态冷却装置，动态冷却装置包括冷却部件及驱动装置，冷却部件用于与雾化后的粉末接触并对粉末进行冷却，驱动装置用于驱动冷却部件产生运动，冷却部件的运动方式可以为振动、旋转、平移、倾斜中的一种或几种。本发明中经水雾化后形成的粉末可以继续与动态冷却装置接触，动态装置高速运动，使粉末与冷却装置能够充分接触，并防止粉末在冷却装置上堆积，提高了非晶粉末的质量和生产效率，适合工业级别的大批量生产。

Description

一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法。
背景技术
急冷法制备非晶合金技术的关键是实现高速冷却，其原理是：当原料物质（比如熔融金属）在冷却过程中的冷却速率足够大时，物质中的原子就会随着温度的降低失去动能，运动急剧变慢，最终使得物质内部绝大部分原子迅速地被“冻结”下来，且体积来不及发生突变（正常结晶时体积会发生突变），从而形成非晶合金。该制备技术中冷却速度一般要达到104K/s～106K/s，才能有效地抑制液态金属在冷却过程中的形核和长大，实现非晶合金的生成。
目前非晶合金的常见制备方法是气体雾化法和水雾化法。其中气体雾化法需要大量的惰性气体，存在生产成本太高的问题，且气体的导热性较差，因而气雾化法的冷却速率一般较低，仅能满足少数种类的非晶合金的制备要求；而水雾化法具有更大的冷却速率，可满足更多种类的非晶合金的制备要求，因此被很多企业所采用。传统的水雾化制备方法中，经水雾化装置处理后形成的熔融液滴会集中分布在一个较小的范围，持续一段时间后，熔融液滴很可能堆积在一起并凝结成块，不利于后续熔融液滴的快速冷却，降低了生产效率和产品质量；JFEスチール株式会社于2015-07-31申请了专利“水雾化金属粉末的制造方法”（专利号为JP2015152129），如附图5所示，该申请公开了：经水雾化后的液滴落在下方的旋转盘上，液滴与旋转盘撞击形成金属粉末，且在离心力作用下沿旋转盘的径向飞出，优选的，冷却盘表面上可以制造一层诸如水的制冷剂液体作为冷却剂层，提高对粉末的冷却速度，但其粉末飞离旋转盘完全依靠旋转盘产生的离心力，在一定的转速下不同粒径的粉末受到的离心力不同，粒径较大粉末可能会在旋转盘上堆积，影响后续雾化后的粉末的冷却效果，降低产品质量。
因此，有必要对现有的水雾化法生产非晶材料的设备及方法进行改进，以解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的上述不足提供一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法，可以有效防止因熔融液滴在冷却装置上堆积而降低冷却速率，导致生产效率及产品质量降低的问题。
本发明解决上述问题的技术方案为：一种水雾化法快速生产非晶态粉末的方法：包括以下步骤：首先，将高温熔液用水雾化装置雾化形成粉末，然后将雾化后的粉末再通过动态冷却装置冷却，最后对粉末进行收集。
进一步的，动态冷却装置包括冷却部件及驱动装置，冷却部件用于与雾化后的粉末接触并对粉末进行冷却，驱动装置用于驱动冷却部件运动。
进一步的，冷却部件的运动方式包括振动、旋转、平移、倾斜等，用于防止雾化后的粉末在冷却部件上堆积，冷却部件的速度与下料速度成正相关，保证雾化后的粉末不在冷却部件上堆积。
一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，包括水雾化装置、冷却塔和动态冷却装置，动态冷却装置包括冷却部件及驱动装置，冷却部件用于与雾化后的粉末接触并对粉末进行冷却，驱动装置用于驱动冷却部件运动，冷却部件的运动方式可以为振动、旋转、平移、倾斜中的一种或几种，动态冷却装置还包括吹扫装置，吹扫装置通过喷射出的吹扫介质将冷却部件上的粉末带离，并且吹扫介质也可以对粉末进行冷却。
进一步的，吹扫介质为水、液氮或者液氩等。
进一步的，冷却部件为高导热材料制成的高导热冷却带，驱动装置为马达，高导热冷却带的外表面与水平面不平行；高导热冷却带与马达间通过链条传动连接，使高导热冷却带移动；作为另一种方案，冷却部件也可以为冷却板，冷却板为平板状，且冷却板平面与水平面不平行；冷却板与振动器连接，振动器用于驱动冷却板振动，冷却板为空心，内部可以填充冷却介质；在其它方案中，冷却部件还可以是圆盘形、球形等立体结构，并由驱动装置驱动作旋转、倾斜、翻转等运动，驱动装置可以是气动或电动的马达。
进一步的，动态冷却装置还包括冷却管，冷却管中装有用于给冷却部件降温的冷却介质，使用时冷却介质从冷却管中流出并与冷却部件接触，对冷却部件进行降温，以保证冷却部件的温度恒定。
进一步的，水雾化装置包括冷却腔、水雾化喷嘴，水雾化装置与动态冷却装置间的距离在1m之内，使经水雾化后的粉末很快就与动态冷却装置接触，提高冷却速度。
本发明的有益效果：本发明提供的水雾化法快速生产非晶态粉末的装置和方法，先利用水雾化装置对高温熔液进行打散和初步冷却形成粉末，粉末再与动态冷却装置接触，由于动态冷却装置是运动的，因此避免了粉末在动态冷却装置上堆积的问题，提高了冷却效率，动态冷却装置还与冷却介质接触，使动态冷却装置的温度保持稳定，可以长时间工作，适合大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1中A部分结构放大示意图；
图3为本发明实施例2的部分结构示意图；
图4为本发明实施例3的部分结构示意图；
图5-是专利号为JP2015152129申请文件中的附图；
图1-4中：1-高温熔液，2-限流管，3-水雾化喷嘴，4-水流，5-安装板，6-观察窗，7-主动轮，8-传动链，9-冷却部件，10-冷却介质，11-压力传感器接口，12-冷却管，13-泄压口，14-从动轮，15-真空接口，16-充气接口，17-密封护罩，18-驱动装置，19-安装基座，20-支撑件，21-冷却壁，22-雾化室，23-热电偶接口，24-氧含量接口，25-输送管道，26-吹扫装置，27-吹扫介质，28-振动器。
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。
实施例1
如附图1-2所示，本实施例是一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，包括限流管2、水雾化装置、冷却塔和动态冷却装置，水雾化装置通过安装板5固定于冷却塔上方，限流管2用于控制高温熔液1的流速，水雾化装置包括水雾化喷嘴3、冷却腔和可调节喷头，水雾化装置用于喷出高压高速的水流4将高温熔液1雾化为粉末；动态冷却装置包括冷却部件9及驱动装置18，本实施例中的冷却部件9为金属钛制成的高导热冷却带，高导热冷却带套装在主动轮7和从动轮14上，主动轮7与从动轮14均固定在冷动塔内的雾化室22上方，且主动轮7比从动轮14高，使套装好后的高导热冷却带与水平面大约呈45度左右的夹角；本实施例中驱动装置18为电动机，电动机固定在安装基座19上，安装基座19通过支撑件20固定在冷却塔的内壁上，高导热冷却带与电动机间通过传动链8连接，电动机驱动高导热冷却带逆时针方向移动，本实施例的电动机外还设有密封护罩17，用于防止粉末等物质进入电动机，影响电动机的工作。
本实施例的动态冷却装置还包括冷却管12，冷却管12安装在主动轮7和从动轮14之间，，冷却管12有四根，且均与高导热冷却带的内表面保持相同距离，冷却管12上设有小孔，使用时冷却管12中的冷却介质10从冷却管12上的小孔喷出并与高导热冷却带的背面接触，高导热冷却带进行降温，使高导热冷却带的温度保持稳定。
本实施例的动态冷却装置还包括吹扫装置26，吹扫装置26位于靠近从动轮14的一侧，吹扫装置包括高压吹扫管和喷嘴，高压吹扫管固定在冷却塔侧壁上，高压吹扫管内设有吹扫介质27，高压吹扫管在靠近高导热冷却带的一测设有喷嘴，吹扫介质27从喷嘴处喷出，且喷出方向与高导热冷却带的前进方向不相同，比如可以为145度，这样有利于高速喷出的吹扫介质27将高导热冷却带上的粉末带离，并且吹扫介质27也可以对粉末进行冷却，本实施例采用液氮作为吹扫介质27。
本实施例的冷却塔上还设置有观察窗6、压力传感器接口11、泄压口13、真空接口15、充气接口16、冷却壁21、雾化室22、热电偶接口23、氧含量接口24、收集管道25等部件或特征，这些部件或特征的作用与现有技术相同，且为本领域的技术人员所公知，在此不作赘述。
实施例2
如图3所示，本实施例2与实施例1的不同之处主要在于，本实施例2中冷却部件9采用冷却板，冷却板为平板状，且冷却板平面与水平面形成20度左右的夹角，冷却板下表面设置有振动器28，在振动器28作用下冷却板高速振动；冷却板内部为空腔并与冷却管12的内腔连接，冷却板的两端分别与一根冷却管连接，冷却管固定在冷却塔侧壁上，使冷却介质10可以在冷却板空腔及两根冷却管12中循环流动，且方向是从冷却板较低的一端流向较高的一端；另外本实施例的吹扫装置26设在冷却板较高的一测，并采用纯水作为吹扫介质27。
实施例3
如图4所示，本实施例3与实施例1及实施例2的不同之处主要在于，本实施例3中冷却部件9采用高导热材料制成的冷却盘，驱动装置18为驱动电机，高导热冷却盘在驱动电机带动下高速旋转；高导热冷却盘与粉末接触实现对粉末的快速冷却。另外本实施例采用液氩作为吹扫介质27。
本实施例中冷却盘通过安装基座19固定在冷却塔内，安装基座19的下方固定安装有驱动电机，驱动电机用于驱动冷却盘的旋转，冷却盘的下端设有冷却管12，冷却管12内流通有冷却介质10，用于对冷却盘的下表面喷洒冷却介质10，实现对冷却盘的降温的效果，冷却盘的上方设有朝冷却盘喷射的吹扫装置26，防止粉末在冷却盘上堆积，便于后续雾化后的粉末能与冷却盘充分接触，提高对雾化后的粉末的冷却效果，以保证非晶粉粉末生产质量。
在其它实施例中，冷却部件9可以是其它形状或立体结构，比如采用椭圆形、球形或叶轮状等；冷却部件9的运动方式也可以是其它形式的，比如旋转、翻转、往复、倾斜翻转以及多种运动形式的复合。
显然，以上仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的改进、变型、等同替换，或者将本发明的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本发明包括的保护范围。

Claims (10)

1.一种水雾化法快速生产非晶态粉末的方法，包括以下步骤：将高温熔液用水雾化装置雾化形成粉末，其特征在于：雾化后的粉末通过动态冷却装置冷却,然后对粉末进行收集。
2.如权利要求1所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的方法，其特征在于：所述的动态冷却装置包括冷却部件及驱动装置，冷却部件用于与雾化后的粉末接触并对粉末进行冷却，驱动装置用于驱动冷却部件运动。
3.如权利要求2所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的方法，其特征在于：所述冷却部件的运动方式包括振动、旋转、平移、倾斜中的一种或几种，用于防止雾化后的粉末在冷却部件上堆积。
4.如权利要求1-3任一项所述方法所采用的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，包括水雾化装置和冷却塔，其特征在于：还包括动态冷却装置，动态冷却装置中设有用于吹扫粉末的吹扫装置。
5.如权利要求4所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述吹扫装置包括吹扫管和喷嘴，吹扫管中设有吹扫介质，吹扫介质通过喷嘴喷出并将动态冷却装置上的粉末带离。
6.如权利要求5所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述动态冷却装置包括冷却部件及驱动装置，冷却部件用于与雾化后的粉末接触并对粉末进行冷却，驱动装置用于驱动冷却部件运动，所述冷却部件的运动方式包括振动、旋转、平移、倾斜中的一种或几种。
7.如权利要求6所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述冷却部件为高导热材料制成的高导热冷却带，驱动装置为马达；驱动装置通过链条与高导热冷却带连接，并带动高导热冷却带移动。
8.如权利要求6所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述冷却部件为冷却板，冷却板为平板状，且冷却板平面与水平面不平行；冷却板与振动器连接，振动器用于驱动冷却板振动，冷却板为空心。
9.如权利要求6-8任一项所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述动态冷却装置还包括冷却管，冷却管中装有用于给冷却部件降温的冷却介质。
10.如权利要求9所述的一种水雾化法快速生产非晶态粉末的装置，其特征在于：所述水雾化装置包括冷却腔、水雾化喷嘴，水雾化装置与动态冷却装置间的距离为1m内。
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