CN112276105A - 水气联合雾化制粉工艺及应用其的水气联合雾化制粉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的水气联合雾化制粉工艺，其使旋转罐进行摆动并自转，令罐内的冷却液形成有附着于罐内侧壁上的冷却液膜；喷气装置及热熔装置配合输出有粉末流，使所述粉末流喷射至该冷却液膜的表侧端面位置；所述喷气装置及热熔装置作实时移动以令该粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合。水气联合雾化制粉系统基于该水气联合雾化制粉工艺应用，通过喷气装置及热熔装置作实时移动以令该粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合，以便于控制非晶或纳米晶合金的冷却速度，进而达到非晶化冷却值，以便于提高加工效率。

Description

水气联合雾化制粉工艺及应用其的水气联合雾化制粉系统
技术领域
本发明涉及软磁合金冶金技术领域，具体涉及一种水气联合雾化制粉工艺及应用其的水气联合雾化制粉系统。
背景技术
雾化制粉是生产金属粉末的一种重要方法，其原理为高速气流经过雾化喷嘴加速后，将气流动能转化为金属小液滴的表面能，这样金属流被粉碎成小液滴，并在随后的飞行中凝固成粉末的过程。由于其制备金属粉末的高效性，粒度可控性，不断受到粉末冶金领域的关注。雾化设备在很大程度上影响了制备的金属粉末性能，而雾化喷嘴是整个雾化设备的关键部件，实现气流动能与金属粉末表面能之间的转换。
现有的冷却罐和金属雾化装置一般为固定式布置，而固定式的结构会导致非晶合金的冷却速度很难控制，进而达不到非晶化冷却值，即却达不到实现非晶化，最后只能形核结晶，并不便于提高加工效率。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种用于水气联合雾化制粉工艺。
水气联合雾化制粉工艺，其包括使旋转罐进行摆动并自转，令罐内的冷却液形成有附着于罐内侧壁上的冷却液膜；喷气装置及热熔装置配合输出有粉末流，使所述粉末流喷射至该冷却液膜的表侧端面位置；所述喷气装置及热熔装置作实时移动以令该粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合。
进一步地，当所述旋转罐进行自转时，所述冷却液膜的形成厚度为H；则使所述粉末流喷射至冷却液膜时，该粉末流冲破冷却液膜的2/5至3/5H的厚度范围。
进一步地，于制粉过程中，所述喷气装置喷出有呈环状布置的高压惰性气体气流，环状布置的所述高压惰性气体气流倾斜朝向于下侧的所述旋转罐开口位置而形成气流交汇；所述热熔装置输出有合金熔流，所述合金熔流随高压惰性气体气流的交汇而混合形成有所述粉末流。
进一步地，环状布置的高压惰性气体气流，其气流交汇的倾斜角度为20至60度。
进一步地，使所述高压惰性气体气流的输出压强为2MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为20度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为80～85mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为270～330mm。
进一步地，使所述高压惰性气体气流的输出压强为2.5MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为30度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为53～56mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为370～430mm。
进一步地，使所述高压惰性气体气流的输出压强为3MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为40度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为38～42mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为570～630mm。
进一步地，使所述高压惰性气体气流的输出压强为4MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为45度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为33～36mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为740～770mm。
进一步地，使所述高压惰性气体气流的输出压强为6MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为60度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为23～27mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为870～930mm。
水气联合雾化制粉系统，其应用有如上述水气联合雾化制粉工艺以进行制粉流程，其中，所述喷气装置及热熔装置组合并连接有移动机构，所述旋转罐连接有驱动其作自转动运动的转动装置及驱动其作摆动角度调整的摆动装置，所述喷漆装置及热熔装置以位置传感器对所述冷却液膜的表侧端面进行位置检测，当所述旋转罐作摆动角度调整时，所述位置传感器反馈有位置信息以联动所述移动机构作所述喷气装置及热熔装置的位置调整运动。
本发明的有益效果在于：
该水气联合雾化制粉系统基于该水气联合雾化制粉工艺应用，通过喷气装置及热熔装置作实时移动以令该粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合，以便于控制非晶或纳米晶合金的冷却速度，进而达到非晶化冷却值，以便于提高加工效率。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图；
图2是本实施例中移动机构、升降机构、喷气装置和热熔装置的连接关系示意图；
图3是本实施例中喷气装置、热熔装置和加热装置的连接关系示意图；
图4是本实施例中喷气装置的半剖结构示意图；
图5是本实施例中热熔装置的半剖结构示意图；
图6是图5中B处的放大图；
图7是本实施例中热熔装置的结构示意图；
图8是本实施例中喷气装置、热熔装置和气盒的连接关系示意图。
附图标记：
1、底座；2、旋转罐；3、移动机构；31、升降机构；32、平移机构；4、摆动机构；5、加热装置；51、加热容器；52、加热线圈；61、出液装置；62、喷气装置；621、上嘴部；622、下嘴部；7、连接喷杯；8、阀门组件；81、承接部；9、塞杆；10、第一流动通孔；11、保温层；12、连接部；121、倾斜面；13、第一导流凹槽；14、第二导流凹槽；15、出料孔；16、进气口；17、连接腔；171、第一存气室；172、缓冲室；18、出气口；19、分隔部；20、圆台型凹陷；21、第一环形凹陷部；22、第二环形凹陷部；23、盒体；24、安装凹槽；25、第二存气室；26、进气管；27、固定架；28、喷杯凹槽；29、第二流动通孔；30、过滤层；31、增压口；311、第一增压段；312、第二增压段。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
水气联合雾化制粉系统，如图1至图8所示，包括用于金属液输出的热熔装置及用于高压惰性气体输出的喷气装置62，所述热熔装置包括穿设于所述喷气装置62上的出液装置61及用于装载并加热融化金属液的加热装置5，所述加热装置5的金属液出液端与所述出液装置61连接。
为了实现高质高效的雾化制粉方式，本发明的水气联合雾化制粉系统，将应用有一种水气联合雾化制粉工艺进行应用。该水气联合雾化制粉工艺，其包括以下步骤：
S1、通过使旋转罐进行摆动并自转，令罐内的冷却液形成有附着于罐内侧壁上的冷却液膜；该冷却液可选用为水。
S2、喷气装置及热熔装置配合输出有非晶粉末流，使所述非晶粉末流喷射至该冷却液膜的表侧端面位置；该非晶粉末流为在高压惰性气体加压带动下的金属液所形成的。
S3、所述喷气装置及热熔装置作实时移动以令该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合。
上述喷气装置、热熔装置及旋转罐等设备可选用为现有雾化技术的常规应用设备形式，本发明的工艺处理目的在于：找准冷却液膜的表侧端面的位置，驱动非晶粉末流以垂直方向对冷却液膜进行喷射输出。
作为优选的实施方式，当所述旋转罐进行自转时，所述冷却液膜的形成厚度为H；则使所述非晶粉末流喷射至冷却液膜时，该非晶粉末流冲破冷却液膜的2/5至3/5H的厚度范围。
具体而言，则使所述热熔装置与喷气装置62进行组合并连接有移动机构，使所述旋转罐2上连接有驱动其作自转动运动的转动机构及驱动其作摆动角度调整的摆动机构4；所述旋转罐2在摆动机构4的摆动调整及转动机构的转动驱动下，以摆动角度为30～60度的幅度进行自转动旋转，以满足其罐内冷却液膜形成的需求。而该移动机构可应用包括升降机构31及平移机构32的配合，以形成XY轴方向的传动移动。
使所述热熔装置与喷气装置62的组合机构上朝向所述旋转罐2的罐开口侧设置有位置传感器，该位置传感器可应用为现有技术的红外线传感器；该位置传感器实时地传感并收集其朝向位置的罐内冷却液膜的位置信息，以分析确认其冷却液膜表侧端面的位置状态，依次反馈至相应的控制器中。基于控制器的程序设定应用下，联动驱动该升降机构31及平移机构32传动移动，带动该喷气装置及热熔装置作位置对准调整，而令非晶粉末流对应冷却液膜输出，即可简单高效地实现有上述工艺应用。
作为优选的实施方式，出液装置61为出液喷嘴，喷气装置62为出气喷嘴，出液喷嘴螺纹穿设于出气喷嘴内，连接部12抵触于出气喷嘴的内侧壁上。
所述加热装置5与出液装置61之间连接有用于稳压连接喷杯7，加热装置5与连接喷杯7的连接处设有用于控制金属液流通与阻塞的阀门组件8。
通过连接喷杯7的设置，以使得金属液在进入雾化工序前可获得较为稳定的状态，进而便于提高金属雾化的稳定性和一致性；其次，通过在加热装置5与连接喷杯7的连接处设置阀门组件8，可便于控制金属液从加热装置5流向出液装置61时的流量，进而便于进一步提高金属液的稳定性。
阀门组件8包括承接部81，承接部81中间开设有可供金属液流通的第一流动通孔10，第一流动通孔10的一端与加热装置5连通，另一端与连接喷杯7连通；承接部81内滑动连接有可完全封闭第一流动通孔10的塞杆9。
本实施例包括用于驱动塞杆9移动的阀门直线驱动机构，阀门直线驱动机构的活动端与塞杆9连接。
塞杆9滑动连接于承接部81内且可完全阻塞第一流动通孔10，即塞杆9在滑动过程中可穿过第一流动通孔10。因此，通过控制及调节塞杆9在承接部81内的滑动距离，便可准确地控制阻塞第一流动通孔10的程度，进而实现对金属液流量的控制。阀门直线驱动机构用于驱动塞杆9在承接部81内的滑动距离，阀门直线驱动机构为直线气缸，以便于进一步提高控制塞杆9滑动距离的准确度，但不仅限于此，阀门直线驱动机构还可以是其他直线驱动装置。
加热装置5包括加热容器51和加热线圈52，加热线圈52绕设于加热容器51的外侧壁上，加热容器51与连接喷杯7连接，阀门组件8设置于加热容器51与连接喷杯7的连接处。
加热容器51为石墨坩埚，加热线圈52为采用电感式加热结构的线圈。
本实施例还包括设置于升降机构31活动端上的底座1，底座1上开设有与连接喷杯7相匹配的喷杯凹槽28，连接喷杯7匹配安装于喷杯凹槽28内，连接喷杯7的外侧设有位于喷杯凹槽28内的保温层11。
保温层11可用于降低金属液流经连接喷杯7时所损失的温度，以便于进一步提高金属液在进入雾化工序前的稳定性。
出液装置61的端部设有连接部12，连接部12外周侧具有倾斜朝向于出气口18位置的倾斜面121，出气口18朝向于倾斜面121设置，倾斜面121的外壁上开设有用于改变出气喷嘴出气口18流向的第一导流凹槽13。倾斜面121相对于出气口18的中心轴，其倾斜角度为20～60度。连接部12的底部开设有绕着出液装置61中轴线布置的第二导流凹槽14。
第一导流凹槽13的横截面为半圆型且直径为mm。第二导流凹槽14的横截面为半圆型且直径为mm。
连接部12的横截面呈梯形，则连接部12外轮廓呈圆台型，出气口18的横截面轴向与惰性气体从出气口18上喷出时气流方向相同，当连接部12的斜边与出气口18的横截面轴向平行时，可使得惰性气体从出气口18上喷出时能够尽量往出液装置61的出料口上靠拢，以令高压惰性气体气流在出气口18一侧中形成有呈锥型的气流罩，可使得金属液与空气隔离，以防止金属液氧化。
同时地，高压惰性气体气流在出气口18的引导作用下构成有内层气流和外层气流，内层气流和外层气流交界处亦会形成有环状布置的环形气流交汇点，因此在无氧状态下，环形气流交汇点破碎金属液，并自然形成非晶态球状，进而获得标准的非晶粉末。
环状布置的所述高压惰性气体气流，其气流交汇的倾斜角度为20至60度。
而当高压惰性气体流经第一导流凹槽13后，第一导流凹槽13给高压惰性气体气流导向，使得其得以冲破内层气流并导出，以通过形成气流吸力作用来加速金属液的流出；高压惰性气体在中心点交叉的反向气流通过第二导流凹槽14导向，以分散出料孔15中的出液口气流，进而形成气流内吸力以使金属液顺利流出；本方案通过简单的结构以实现金属液的顺利流出，既可便于降低出液装置61堵塞的几率，还可便于降低本方案的加工制造成本。
喷气装置62呈环状布置且其外周侧开设有进气口16，喷气装置62下侧开设有出气口18，出气口18的开口倾斜设置且朝向喷气装置62的中心轴位置；喷气装置62内形成有与进气口16及出气口18连通的连接腔17，连接腔17内设有分隔部19，分隔部19将连接腔17划分为第一存气室171和缓冲室172，进气口16、连接腔17、第一存气室171、缓冲室172、以及出气口18依次连通。
使惰性气体从进气口16进入第一存气室171进行存气，当第一存气室171内充满惰性气体后，惰性气体流入缓冲室172，最后从出气口18喷出；第一存气室171可用于增加惰性气体进入初期的储气量，使得连接腔17内充满惰性气体，进而便于增大惰性气体喷出时的压力；其次，缓冲室172用于增加惰性气体的缓冲量，以便于增大惰性气体初期喷出时的稳定性，以及便于提高后续喷出时的一致性，可有效地提高本方案惰性气体喷出的工作稳定性。
喷气装置62包括上下装接设置的上嘴部621和下嘴部622，上嘴部621与下嘴部622均呈环状设置，连接腔17形成于装接固定的上嘴部621与下嘴部622之间；上嘴部621的外周侧壁下段绕设形成有第一环形凹陷部21，分隔部19周向布置于下嘴部622的上侧，分隔部19靠近下嘴部622中轴线一侧的侧壁上设有第二环形凹陷部22，缓冲室172形成于第一环形凹陷部21与第二环形凹陷部22之间。
喷气装置62采用分体式组装结构，通过上嘴部621和下嘴部622的组装固定以形成缓冲室172的内部腔体结构，进而便于降低生产制造成本。
在本实施例中，进气口16的口径为10～14mm，出气口18的横截面开口宽度为0.5.～3mm。出气口18相对于喷气装置62中心轴的倾斜角度为20～60度。
连接腔17靠近于出气口18位置设置有用于气体加压的增压口31。增压口31包括横截面呈圆台型的第一增压段311、以及横截面呈长方型的第二增压段312，第一增压段311与缓冲室172连接，第一增压段311与第二增压段312平顺连接。
底座1上设有盒体23以及喷气装置62，盒体23上开设有与喷气装置62外轮廓相匹配的安装凹槽24，喷气装置62匹配安装于安装凹槽24内。安装凹槽24靠近进气口16的侧壁开设有与第一存气室171相连通的第二存气室25，盒体23的旁侧插设有与外界气源连通的进气管26，进气管26与第二存气室25相连通。
基于上述的结构应用，则于本发明的水气联合雾化制粉工艺应用中，可根据以下的应用方式进行制粉处理：
使所述高压惰性气体气流的输出压强为2MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为20度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为80～85mm，气流失压率50％；此时，该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为270～330mm。
使所述高压惰性气体气流的输出压强为2.5MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为30度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为53～56mm，气流失压率50％；此时，该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为370～430mm。
使所述高压惰性气体气流的输出压强为3MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为40度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为38～42mm，气流失压率50％；此时，该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为570～630mm。
使所述高压惰性气体气流的输出压强为4MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为45度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为33～36mm，气流失压率50％；此时，该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为740～770mm。
使所述高压惰性气体气流的输出压强为6MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为60度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为23～27mm，气流失压率50％；此时，该非晶粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为870～930mm。
基于上述的实施例应用，即可有效进行非晶合金冷却速度控制，进而达到非晶化冷却值，而有效地提高加工效率。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使旋转罐进行摆动并自转，令罐内的冷却液形成有附着于罐内侧壁上的冷却液膜；喷气装置及热熔装置配合输出有粉末流，使所述粉末流喷射至该冷却液膜的表侧端面位置；所述喷气装置及热熔装置作实时移动以令该粉末流与冷却液膜的表侧端面形成有垂直配合。
2.如权利要求1所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，当所述旋转罐进行自转时，所述冷却液膜的形成厚度为H；则使所述粉末流喷射至冷却液膜时，该粉末流冲破冷却液膜的2/5至3/5H的厚度范围。
3.如权利要求1所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，于制粉过程中，所述喷气装置喷出有呈环状布置的高压惰性气体气流，环状布置的所述高压惰性气体气流倾斜朝向于下侧的所述旋转罐开口位置而形成气流交汇；所述热熔装置输出有合金熔流，所述合金熔流随高压惰性气体气流的交汇而混合形成有所述粉末流。
4.如权利要求3所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，环状布置的所述高压惰性气体气流，其气流交汇的倾斜角度为20至60度。
5.如权利要求4所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使所述高压惰性气体气流的输出压强为2MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为20度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为80～85mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为270～330mm。
6.如权利要求4所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使所述高压惰性气体气流的输出压强为2.5MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为30度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为53～56mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为370～430mm。
7.如权利要求4所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使所述高压惰性气体气流的输出压强为3MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为40度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为38～42mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为570～630mm。
8.如权利要求4所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使所述高压惰性气体气流的输出压强为4MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为45度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为33～36mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为740～770mm。
9.如权利要求4所述的水气联合雾化制粉工艺，其特征在于，使所述高压惰性气体气流的输出压强为6MPa，当所述高压惰性气体气流的倾斜角度为60度时，其交汇点距离该合金熔流的输出端为23～27mm，气流失压率50％；此时，该粉末流与冷却液膜的表侧端面位置垂直距离为870～930mm。
10.应用有如权利要求1至9任一所述的水气联合雾化制粉工艺的水气联合雾化制粉系统，其特征在于，所述喷气装置及热熔装置组合并连接有移动机构，所述旋转罐连接有驱动其作自转动运动的转动装置及驱动其作摆动角度调整的摆动装置，所述喷漆装置及热熔装置以位置传感器对所述冷却液膜的表侧端面进行位置检测，当所述旋转罐作摆动角度调整时，所述位置传感器反馈有位置信息以联动所述移动机构作所述喷气装置及热熔装置的位置调整运动。
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