CN111975007B - 气雾化喷嘴和雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气雾化喷嘴和雾化装置，该气雾化喷嘴包括腔体上端盖和腔体下端盖，所述腔体上端盖的一端开口设置，并且所述腔体上端盖的中部设有漏斗形金属熔液入口；所述腔体下端盖盖设在所述腔体上端盖的开口处，并且所述腔体上端盖和所述腔体下端盖之间形成气腔；所述腔体上端盖内壁底端位置与所述腔体下端盖之间形成环孔和环形狭缝相互拟合的拉瓦尔型出气口。该气雾化喷嘴融合了环孔与环形狭缝雾化器雾化优点，减小雾化用气体成本，有效提高雾化效率，减少卫星粉、空心粉和微小金属薄片，显著提高粉末收得率和形貌，特别适用于雾化粘度高、过热度小、易偏析的金属材料。
Description
技术领域
本发明涉及金属气体雾化技术领域，具体涉及一种气雾化喷嘴和雾化装置。
背景技术
惰性气体雾化法是用高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末的过程，由于其制备的粉末具有纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。在气雾化制粉工艺中，雾化器作为换能器，将高压气体的机械能和熔炉提供的热能向金属的表面能转化，其能量转换效率直接决定雾化效率，同时对整个雾化过程起着重要的稳定性作用，决定着金属粉末的粒度、分布范围、形貌、收得率等关键技术指标。
目前，气雾化装置设计种类很多，均是在保障惰性气体获得较高的能量和速度前提下，优化喷嘴结构、导流管尺寸及位置、气体出入口结构等关键的工艺参数，改进雾化介质和金属液的相互作用，提高气体利用率，得到最佳雾化工艺参数与粉末特性的关系。根据雾化器气体出口方式，主要为两种结构：环形狭缝和环孔型结构。对于环形狭缝雾化器，气流从环缝喷出后，形成封闭的雾化区域，雾化区域内气流紊乱，极易使雾化器发生堵塞，甚至反喷现象，导致雾化过程中断。同时紊乱的气体流场会造成雾化颗粒之间的碰撞，进而形成卫星粉。同时金属液柱受到气流的剪切作用，极易形成微小金属薄片。
相比较环形狭缝雾化器，环孔式结构几何形状比较复杂，气腔底部有一环形直径较小的孔缝，数量约18～24个，由于孔中心气流速度较高，对金属液柱破碎效果较好，适用于雾化过热度较低或粘度高的金属溶液，获得的金属粉末球形度较好，而且半封闭型雾化器不易发生堵塞。但由于雾化区域是半封闭的，雾化后的大尺寸金属液滴被气流带出雾化区域，不能及时有效进行再次破碎，致使金属粉末大尺寸颗粒较多，粉末收得率低。同时，金属液滴受尺寸影响，冷却速度较低，易引起的显微组织粗大、元素偏析等缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种气雾化喷嘴和雾化装置，该气雾化喷嘴的出气口设置为环孔与环形狭缝相互拟合的拉瓦尔喷管结构，融合了环孔与环形狭缝雾化器雾化优点，减小雾化用气体成本，有效提高雾化效率，减少卫星粉、空心粉和微小金属薄片，显著提高粉末收得率和形貌，以解决现有技术中雾化器雾化效率低且粉末球形度差的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种气雾化喷嘴。
该气雾化喷嘴包括腔体上端盖和腔体下端盖，其中：
所述腔体上端盖的一端开口设置，并且所述腔体上端盖的中部设有漏斗形金属熔液入口；
所述腔体下端盖盖设在所述腔体上端盖的开口处，并且所述腔体上端盖和所述腔体下端盖之间形成气腔；
所述腔体上端盖内壁底端位置与所述腔体下端盖之间形成环孔和环形狭缝相互拟合的拉瓦尔型出气口。
进一步的，所述腔体上端盖呈圆柱状，所述腔体上端盖外圆侧壁中部设置有连通所述气腔的两个进气口，并且所述两个进气口呈轴对称设置。
进一步的，所述腔体下端盖呈圆盘状，且由其朝靠近所述腔体上端盖的一侧凹陷形成；所述腔体下端盖中部具有通孔结构，所述腔体上端盖内壁底端位置沿其周向外延形成环状凸台结构，所述环状凸台结构与所述通孔结构之间形成所述出气口。
进一步的，所述通孔结构的内侧壁上沿其侧壁厚度方向开设有至少一个上下贯通的第一圆弧形凹槽；所述环状凸台结构沿其凸台厚度方向开设有至少一个上下贯通的第二圆弧形凹槽，所述第一圆弧形凹槽与所述第二圆弧形凹槽相互拟合形成所述环孔。
进一步的，所述第一圆弧形凹槽设置有多个，并且所述多个第一圆弧形凹槽沿所述通孔结构的周向设置；所述第二圆弧形凹槽设置有多个，并且所述多个第二圆弧形凹槽沿所述环状凸台结构的周向设置。
进一步的，所述环孔中心线与所述环形狭缝中心线之间间距为0～5mm，并且所述环形狭缝中心线直径≥所述环孔中心线直径。
进一步的，所述环孔(6)的直径为1～5mm，所述环形狭缝的宽度为1～5mm。
进一步的，所述环孔中心线与所述漏斗形金属熔液入口中心线夹角为α1，α1＝10°～40°；所述环形狭缝中心线与所述漏斗形金属熔液入口中心线夹角为α2，α2＝10°～40°，并且α1＜α2。
进一步的，所述腔体下端盖朝向所述腔体上端盖的一侧沿其周向开设有连接凹槽；所述腔体上端盖开口处的侧壁上沿其周向形成连接插块，所述连接插块与所述连接凹槽插接，并通过密封圈密封连接。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种雾化装置。
该雾化装置包括上述的气雾化喷嘴。该雾化装置可以用于气雾化制备金属球形粉体。
本发明具备以下优点：
1、本发明中气雾化喷嘴融合了环孔与环形狭缝雾化器雾化优点，有效提高雾化效率，减小气体能量损失，减少卫星粉、空心粉和微小金属薄片，显著提高粉末收得率和形貌。
2、本发明充分发挥了以环孔为主要破碎过程，环形狭缝为次要破碎过程，雾化效率高，雾化过程不易阻塞，适用于雾化粘度高、过热度小、易偏析的金属材料。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中气雾化喷嘴的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为本发明实施例中腔体上端盖的结构示意图；
图4为本发明实施例中腔体下端盖的结构示意图；
图5为图1中的局部放大图。
图中：
1、腔体上端盖；2、腔体下端盖；3、漏斗形金属熔液入口；4、气腔；5、出气口；6、环孔；7、环形狭缝；8、进气口；9、通孔结构；10、第一圆弧形凹槽；11、第二圆弧形凹槽；12、连接凹槽；13、连接插块；14、密封圈。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明公开了一种气雾化喷嘴，如图1～图4所示，该气雾化喷嘴包括腔体上端盖1和腔体下端盖2，其中：腔体上端盖1的一端开口设置，并且腔体上端盖1的中部设有漏斗形金属熔液入口3；腔体下端盖2盖设在腔体上端盖1的开口处，并且腔体上端盖1和腔体下端盖2之间形成气腔4；腔体上端盖1内壁底端位置与腔体下端盖2之间形成环孔6和环形狭缝7相互拟合的拉瓦尔型出气口5，该拟合形成的出气口5融合了环孔和环形狭缝雾化器的优点，有效提高雾化效率，显著提高粉末收得率和形貌。
作为本发明的另一种实施例，腔体上端盖1呈圆柱状，如图3所示，腔体上端盖1外圆侧壁中部设置有连通气腔4的两个进气口8，并且两个进气口8呈轴对称设置。
作为本发明的另一种实施例，结合图2和图4所示，腔体下端盖2呈圆盘状，且由其朝靠近腔体上端盖1的一侧凹陷形成；腔体下端盖2中部具有通孔结构9，腔体上端盖1内壁底端位置沿其周向外延形成环状凸台结构，如图3所示，环状凸台结构与通孔结构9之间形成环孔6和环形狭缝7相互拟合的拉瓦尔型出气口5。
作为本发明的另一种实施例，圆盘状腔体下端盖2朝向腔体上端盖1的一侧沿其周向向下凹陷形成连接凹槽12，如图4所示；腔体上端盖1开口处的侧壁上沿其周向形成连接插块13，如图3所示，通过连接插块13与连接凹槽12插接，腔体上端盖1与腔体下端盖2配合连接在一起，并且连接插块13与连接凹槽12之间通过密封圈14进行密封，因而在腔体上端盖1、腔体下端盖2以及漏斗形金属熔液入口3外侧壁之间形成气腔4。
作为本发明的另一种实施例，通孔结构9的内侧壁上沿其厚度方向开设有上下贯通的第一圆弧形凹槽10，如图4所示，第一圆弧形凹槽10可以设置有一个或者多个，可以根据实际情况进行选择；环状凸台结构沿其凸台厚度方向开设有上下贯通的第二圆弧形凹槽11，如图3所示，第二圆弧形凹槽11可以设置有一个或者多个，可以根据实际情况进行选择；第一圆弧形凹槽10和第二圆弧形凹槽11拟合形成上述的环孔6。
进一步地，多个第一圆弧形凹槽10沿通孔结构9的周向设置；多个第二圆弧形凹槽11沿环状凸台结构的周向设置，。
作为本发明的另一种实施例，环孔6中心线与环形狭缝7中心线之间间距在0～5mm范围内，并且环形狭缝7中心线直径≥环孔6中心线直径。
作为本发明的另一种实施例，环孔6的直径在1～5mm范围内，环形狭缝7的宽度在1～5mm范围内。
作为本发明的另一种实施例，环孔6中心线与漏斗形金属熔液入口3中心线夹角为α1，α1＝10°～40°；环形狭缝7中心线与漏斗形金属熔液入口3中心线夹角为α2，α2＝10°～40°，并且α1＜α2，如图2所示。
以下将结合具体实施例对本发明中的气雾化喷嘴、用于气雾化制备金属球形粉体的雾化装置及其应用进行详细说明。
实施例1：
工作时，雾化器腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔中心线与环形狭缝中心线之间间距为1mm。腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔数量为9个，孔最小位置直径为2mm，环形狭缝最小位置宽度为1.5mm，环孔中心线夹角为α1＝25°，环形狭缝中心线夹角为α2＝30°。导流直径为4mm。待雾化金属为100Kg的18Ni300模具钢。将18Ni300模具钢材料进行真空感应熔炼后，进行雾化。雾化时，雾化气体为氩气，雾化压力为2.5MPa。连续成功雾化6炉；-200目金属粉末占比约79％，-100目金属粉末占比约93％，球形度约为0.92。
实施例2：
工作时，雾化器腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔中心线与环形狭缝中心线之间间距为0mm。腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔数量为9个，孔最小位置直径为2mm，环形狭缝最小位置宽度为1.5mm，环孔中心线夹角为α1＝25°，环形狭缝中心线夹角为α2＝25°。导流直径为4mm。待雾化金属为100Kg的18Ni300模具钢。将18Ni300模具钢材料进行真空感应熔炼后，进行雾化。雾化时，雾化气体为氩气，雾化压力为2.5MPa。连续成功雾化6炉；-200目金属粉末占比约72％，-100目金属粉末占比约92％，，球形度约为0.89。
实施例3：
工作时，雾化器腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔中心线与环形狭缝中心线之间间距为1mm。腔体上端盖内壁底端位置与腔体下端盖之间环孔数量为9个，孔最小位置直径为2mm，环形狭缝最小位置宽度为1.5mm，环孔中心线夹角为α1＝20°，环形狭缝中心线夹角为α2＝25°。导流直径为4mm。待雾化金属为100Kg的18Ni300模具钢。将18Ni300模具钢材料进行真空感应熔炼后，进行雾化。雾化时，雾化气体为氩气，雾化压力为3MPa。连续成功雾化6炉；-200目金属粉末占比约76％，-100目金属粉末占比约92％，，球形度约为0.91。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种气雾化喷嘴，其特征在于，包括腔体上端盖（1）和腔体下端盖（2），其中：
所述腔体上端盖（1）的一端开口设置，并且所述腔体上端盖（1）的中部设有漏斗形金属熔液入口（3）；
所述腔体下端盖（2）盖设在所述腔体上端盖（1）的开口处，并且所述腔体上端盖（1）和所述腔体下端盖（2）之间形成气腔（4）；
所述腔体上端盖（1）内壁底端位置与所述腔体下端盖（2）之间形成环孔（6）和环形狭缝（7）相互拟合的拉瓦尔型出气口（5）；
所述腔体下端盖（2）中部具有通孔结构（9），所述腔体上端盖（1）内壁底端位置沿其周向外延形成环状凸台结构，所述环状凸台结构与所述通孔结构（9）之间形成所述出气口（5）；
所述通孔结构（9）的内侧壁上沿其侧壁厚度方向开设有至少一个上下贯通的第一圆弧形凹槽（10）；所述环状凸台结构沿其凸台厚度方向开设有至少一个上下贯通的第二圆弧形凹槽（11），所述第一圆弧形凹槽（10）与所述第二圆弧形凹槽（11）相互拟合形成所述环孔（6）。
2.根据权利要求1所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述腔体上端盖（1）呈圆柱状，所述腔体上端盖（1）外圆侧壁中部设置有连通所述气腔（4）的两个进气口（8），并且所述两个进气口（8）呈轴对称设置。
3.根据权利要求1所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述腔体下端盖（2）呈圆盘状，且由其朝靠近所述腔体上端盖（1）的一侧凹陷形成。
4.根据权利要求1所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述第一圆弧形凹槽（10）设置有多个，并且所述多个第一圆弧形凹槽（10）沿所述通孔结构（9）的周向设置；所述第二圆弧形凹槽（11）设置有多个，并且所述多个第二圆弧形凹槽（11）沿所述环状凸台结构的周向设置。
5.根据权利要求1或4所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述环孔（6）中心线与所述环形狭缝（7）中心线之间间距为0~5mm，并且所述环形狭缝（7）中心线直径≥所述环孔（6）中心线直径。
6.根据权利要求1或4所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述环孔（6）的直径为1~5mm，所述环形狭缝（7）的宽度为1~5mm。
7.根据权利要求1或4所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述环孔（6）中心线与所述漏斗形金属熔液入口（3）中心线夹角为α1，α1=10°~40°；所述环形狭缝（7）中心线与所述漏斗形金属熔液入口（3）中心线夹角为α2，α2=10°~40°，并且α1＜α2。
8.根据权利要求2所述的气雾化喷嘴，其特征在于，所述腔体下端盖（2）朝向所述腔体上端盖（1）的一侧沿其周向开设有连接凹槽（12）；所述腔体上端盖（1）开口处的侧壁上沿其周向形成连接插块（13），所述连接插块（13）与所述连接凹槽（12）插接，并通过密封圈（14）密封连接。
9.一种雾化装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的气雾化喷嘴。
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