CN112935267B - 一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置 - Google Patents

一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其包括支架，所述支架从上至下依次设有真空熔炼雾化单元、过滤单元、可转动的烘粉单元、筛分单元和粉末收集容器；所述真空熔炼雾化单元包括密闭壳体，所述密闭壳体内设有熔炼模块和雾化模块，所述密闭壳体设有进料口、出料口、抽/进气接口、雾化通气入口、冷却介质入口；所述熔炼模块包括熔炼炉；所述雾化模块包括熔炼物料容器、雾化装置和可转动的冷却装置。采用本发明的技术方案，将熔炼雾化制粉的各功能集成于一体，避免现有装置制备的合金粉末在每道次工序转移中和空气的接触，降低了合金粉末中的氧含量，改善了合金粉末纯度，提高了制粉质量和制粉效率。

Description

一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置
技术领域
本发明属于雾化制粉和粉末冶金技术领域，尤其涉及一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置。
背景技术
粉末冶金技术相比于传统的合金制备技术可降低合金成分偏聚，消除不均匀组织，是一种低成本且近净成形的工艺技术，近几十年来粉末冶金技术得到了飞速的发展，为使制备的合金具有优异的性能，因此对合金粉末具有较高的要求，如低的氮氧含量、恰当的形状因子等等，这与制粉的装置及过程有着直接的联系。
当前的气雾化制粉装置大多的都是熔炼设备、雾化设备、烘粉以及筛网设备各自独立，如雾化制粉后由集粉罐进行收集后人为的运输至过滤和干燥装置处，这种方式不但降低了制粉效率，同时还存在粉末与空气接触被氧化的情况，导致合金粉末含氧量上升，降低了合金粉末纯度，进而影响粉末冶金后合金的性能。因此如何控制整个雾化制粉及其前后工序不被氧化，进而提高合金粉末纯度，则需在现有的雾化制粉设备的基础上进一步进行完善。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，集成现有气雾化制粉装置的优势。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其包括支架，所述支架从上至下依次设有真空熔炼雾化单元、过滤单元、可转动的烘粉单元、筛分单元和粉末收集容器；所述真空熔炼雾化单元包括密闭壳体，所述密闭壳体内设有熔炼模块和雾化模块，所述密闭壳体设有进料口、出料口、抽/进气接口、雾化通气入口、冷却介质入口；所述熔炼模块包括熔炼炉；所述雾化模块包括熔炼物料容器、雾化装置和可转动的冷却装置，所述熔炼模块的熔体出口位于熔炼物料容器的开口的上方，所述雾化装置位于熔炼物料容器的出口侧，所述冷却装置位于雾化装置的出口侧，所述冷却装置位于出料口的上方；所述雾化通气入口与雾化装置连通，所述冷却介质入口与冷却装置连通。所述过滤单元位于出料口的正下方。
采用此技术方案，原材料由进料口加入熔炼模块后，封闭密闭壳体，通过抽/进气接口进行抽真空并开始熔炼，待熔融合金成分均匀后倒入雾化模块中，同时在雾化通气入口通入Ar气到雾化装置，将熔体破碎成小液滴，进行雾化制粉，制得的粉沉积至冷却装置上进行冷却，冷却装置内通过冷却介质入口通Ar气或冷空气进行冷却，冷却装置转动，使得冷却的粉下一步进入到过滤单元进行过滤除杂，然后到烘粉单元进行进一步的烘干，到筛分单元进行筛分后进入粉末收集容器收集。此技术方案通过一体的装置实现合金的真空熔炼、雾化制粉以及后续工序。
作为本发明的进一步改进，所述熔炼模块包括熔炼炉，所述熔炼炉设有熔炼加热感应线圈，所述熔炼炉的底部外侧通过熔炼炉顶杆与位于密闭壳体内的支撑台连接，所述熔炼炉顶杆与控制装置连接，通过控制装置控制熔炼炉顶杆顶出将熔炼炉中的熔体倒入熔炼物料容器中。也可以采用在熔炼炉设置开关阀门的方式使得熔融的物料流出。
作为本发明的进一步改进，所述雾化装置包括雾化喷嘴和雾化气体管道，所述雾化气体管道朝着雾化喷嘴；进一步的，所述雾化喷嘴为呈倒圆锥形。
作为本发明的进一步改进，所述冷却装置包括可活动的冷却板，所述冷却板内设有冷却管道，所述冷却管道与冷却介质入口连通。
作为本发明的进一步改进，所述冷却管道为环状。进一步的，所述冷却板的内部呈中间实心其他区域空心的圆环状，圆环空心区域以通Ar气或冷空气实施冷却。
作为本发明的进一步改进，所述冷却板包括位于两侧的第一冷却板和第二冷却板，所述第一冷却板和第二冷却板的外侧分别与支架通过转轴连接；所述第一冷却板和第二冷却板的冷却管道对接。
作为本发明的进一步改进，所述雾化喷嘴的锥角为5°~15°。
作为本发明的进一步改进，所述雾化喷嘴距离冷却板的距离为30cm~300cm，距离随雾化气体压力的大小而定。
作为本发明的进一步改进，所述熔炼物料容器为雾化坩埚，所述雾化坩埚的底部设有出口；所述雾化装置与冷却装置之间设有雾化合金喷出流速测试机构。
作为本发明的进一步改进，所述过滤单元包括过滤网和驱动电机，所述过滤网与和驱动电机连接，并位于出料口的下方。
作为本发明的进一步改进，所述烘粉单元包括可转动的干燥板，所述干燥板内设有加热构件。
作为本发明的进一步改进，所述筛分单元包括筛网板，所述筛网板位于干燥板的下方，所述粉末收集容器位于筛网板的下方。
作为本发明的进一步改进，所述干燥板与支架通过转轴连接。
作为本发明的进一步改进，所述干燥板包括位于两侧的第一干燥板和第二干燥板，所述第一干燥板和第二干燥板的外侧分别与支架通过转轴连接。进一步的，所述第一干燥板和第二干燥板为半圆柱体。所述干燥板内的加热构件为分布在半圆柱体内的“S”型的感应加热线圈。
作为本发明的进一步改进，所述筛分单元包括筛分驱动机构和至少两级筛网板，所述筛分驱动机构与至少两级筛网板连接。采用此技术方案，通过外力驱动筛网板振动，通过振动加速粉末的筛分，每一级筛分后的粉末均可通过更换粉末收集器进行收集并密封保存。
作为本发明的进一步改进，所述筛分驱动机构包括筛分电机、顶杆、凸轮，所述筛分电机与顶杆连接，所述顶杆通过凸轮与多级筛网连接。
作为本发明的进一步改进，所述筛分驱动机构包括超声波发生器，所述超声波发生器驱动多级筛网振动。
作为本发明的进一步改进，至少两级筛网中的每级筛网均与壳体转动连接。
作为本发明的进一步改进，所述过滤单元、烘粉单元集成为一体，然后与支架可拆卸的连接。
作为本发明的进一步改进，所述筛分单元与支架可拆卸的连接。
采用此技术方案，本发明的装置可以集成为一体，也可以分拆成三个单元装置，使用维护更加方便。
本发明还公开了一种熔炼雾化制粉的方法，其采用如上任意一项所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置进行制粉，其包括如下步骤：
步骤S1，从进料口加入所需熔炼的合金原料到熔炼炉，密封好密封壳体，从抽/进气接口处抽真空开始加热熔炼炉进行熔炼；
步骤S2，待合金熔炼均匀后，于抽/进气接口处通入Ar气，待密封壳体内部达到大气压后，使得熔炼炉的熔融合金倒入熔炼物料容器，同时从雾化通气入口中通入Ar气，使从雾化装置中流出的熔融合金被Ar气雾化破碎成小液滴，并在飞行过程中凝固成合金粉末，所述Ar气的压力为0.2MPa~5MPa；
步骤S3，合金粉末落在冷却装置上，通过冷却介质入口通入冷却介质进行冷却，冷却后，转动冷却装置，使合金粉末通过出料口落至过滤单元；
步骤S4，通过过滤单元过滤合金粉末，过滤出的合金粉末落至烘粉单元；
步骤S5，合金粉末通过烘粉单元进行干燥后，转动烘粉单元，使合金粉末落入筛分单元上；
步骤S6，合金粉末通过筛分单元进行筛分后，通过粉末收集容器进行收集。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，将真空熔炼装置、气雾化制粉装置、烘粉装置和粉末筛分装置的功能集成于一体，避免现有装置制备的合金粉末在每道次工序转移中和空气的接触，降低了合金粉末中的氧含量，改善了合金粉末纯度，提高了制粉质量和制粉效率。
附图说明
图1是本发明一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的冷却装置的冷却板闭合和分开的侧视示意图；其中a）为闭合状态，b）为分开状态。
图3是本发明实施例的冷却装置的冷却板闭合的俯视图及自两端旋转后从中间分离的俯视示意图；其中a）为闭合状态，b）为分离状态。
图4为本发明实施例的烘粉单元的干燥板闭合的及其自两端旋转后从中间分离的侧视示意图；其中a）为闭合状态，b）为分离状态。
图5为本发明实施例的烘粉单元的干燥板闭合的及其自两端旋转后从中间分离的俯视示意图；其中a）为闭合状态，b）为分离状态。
图6为本发明实施例的筛分单元的振动筛运行时的三个状态；其中a）为向左侧倾斜，b）为平衡状态，c）为向右侧倾斜。
图7为本发明实施例的筛分单元的振动筛自两端顺时针旋转90°和180°的示意图。
附图标记包括：
1-支架，2-真空熔炼雾化单元，3-过滤单元，4-烘粉单元，5-筛分单元，6-粉末收集容器；
21-密闭壳体，22-熔炼模块，23-雾化模块，24-雾化合金喷出流速测试机构；
211-进料口，212-出料口，213-抽/进气接口，214-雾化通气入口，215-冷却介质入口；
221-熔炼炉，222-熔炼加热感应线圈，223-熔炼炉顶杆，224-支撑杆，225-支撑台，226-控制装置；
231-熔炼物料容器，232-雾化喷嘴，233-雾化气体管道，234-第一冷却板，235-第二冷却板，236-转轴；
31-过滤网，32-驱动电机；
41-第一干燥板，42-第二干燥板，43-转轴，44-感应加热线圈；
51-凸轮，52-顶杆，53-筛网板。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1~图7所示，一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其包括支架1，所述支架1从上至下依次设有真空熔炼雾化单元2、过滤单元3、可转动的烘粉单元4、筛分单元5和粉末收集容器6；所述真空熔炼雾化单元2包括密闭壳体21，所述密闭壳体21内设有熔炼模块22和雾化模块23，所述密闭壳体21设有进料口211、出料口212、抽/进气接口213、雾化通气入口214、冷却介质入口215；所述雾化模块23包括熔炼物料容器231、雾化装置和可转动的冷却装置，所述熔炼模块22的熔体出口位于熔炼物料容器231的开口的上方，所述雾化装置位于熔炼物料容器231的出口侧，所述冷却装置位于雾化装置的出口侧，所述冷却装置位于出料口212的上方；所述雾化通气入口214与雾化装置连通，所述冷却介质入口215与冷却装置连通；所述过滤单元3位于出料口212的正下方。
具体而言，所述熔炼模块22包括熔炼炉221，所述熔炼炉221内壁设有熔炼加热感应线圈222，所述熔炼炉221的底部外侧通过熔炼炉顶杆223与位于密闭壳体21内的支撑台225连接，所述熔炼炉221的底部内侧通过支撑杆224与支撑台225连接，所述熔炼炉顶杆223与控制装置226连接，通过控制装置226控制熔炼炉顶杆223顶出将熔炼炉221倾斜倒出物料；所述熔炼炉221的倾斜倒出位置位于熔炼物料容器231的上方，所述熔炼物料容器231的底部设有开口，所述雾化装置位于熔炼物料容器231的底部开口处。所述雾化装置包括雾化喷嘴232和雾化气体管道233，所述雾化气体管道233朝着雾化喷嘴232；所述雾化喷嘴232为呈倒圆锥形。进一步的，雾化喷嘴232呈倒圆锥形，喷嘴直径为2~10mm，雾化喷嘴232的锥角为5°~15°，雾化喷嘴232至下方冷却装置的距离为50cm~300cm。
所述冷却装置包括可活动的冷却板，所述冷却板内设有冷却管道，所述冷却管道与冷却介质入口215连通。所述冷却管道为环状。即所述冷却板的内部呈中间实心其他区域空心的圆环状，圆环空心区域以通Ar气或冷空气实施冷却。进一步的，如图2和图3所示，所述冷却板包括位于两侧的第一冷却板234和第二冷却板235，所述第一冷却板234和第二冷却板235的外侧分别与支架1通过转轴236转动连接；将第一冷却板234和第二冷却板235内侧的冷却管道对接。这样，在通冷Ar气或冷空气冷却粉末后，所述第一冷却板234和第二冷却板235转动后从中间分开，以便合金粉末下漏至过滤网31单元上。进一步的，所述Ar气或冷空气流速为0.1MPa~1MPa。
所述熔炼物料容器231为雾化坩埚，所述雾化喷嘴232与冷却板之间设有雾化合金喷出流速测试机构24，用于实时监控从雾化喷嘴232流出的合金流速，以便控制熔炼速度。
所述过滤单元3包括过滤网31和驱动电机32，所述过滤网31与和驱动电机32连接，并位于出料口212的下方。过滤网31可通过驱动电机32控制进行过滤操作，提高过滤效率。
所述烘粉单元4包括可转动的干燥板，所述干燥板内设有加热构件。所述干燥板与支架1通过转轴43连接。进一步的，如图4和图5所示，所述干燥板包括位于两侧的第一干燥板41和第二干燥板42，所述第一干燥板41和第二干燥板42的外侧分别与支架1通过转轴43连接。所述第一干燥板41和第二干燥板42为半圆柱体。所述干燥板内的加热构件为分布在半圆柱体内的“S”型的感应加热线圈44。在完成干燥后，第一干燥板41和第二干燥板42可沿两端转动从中间分开，以便合金粉末下漏至筛分单元5上。
所述筛分单元5包括筛分驱动机构和多级筛网板53，所述筛分驱动机构与至少两级筛网板53连接，所述筛网板53位于干燥板的下方，所述粉末收集容器6位于筛网板53的下方。采用此技术方案，通过外力驱动筛网板53振动，通过振动加速粉末的筛分，每一级筛分后的粉末均可通过更换粉末收集器进行收集并密封保存。
进一步的，所述筛分驱动机构包括筛分电机、顶杆52、凸轮51，所述筛分电机与顶杆52连接，所述顶杆52通过凸轮51与多级筛网连接。筛分时，由电机传输力于顶杆52并带动凸轮51使多级筛网统一呈规律性的振动，实现筛分功能，实现筛网规律性振动不仅限于顶杆52带动凸轮51的转动，也可为其他使多级筛网统一呈规律性的振动的装置，如超声振动等，筛网可按实际要求进行更换相应的目数。
至少两级筛网中的每级筛网均与壳体转动连接。这样，每一级的筛网均可沿直径方向进行旋转180°使筛网上的粉末充分落入粉末收集器中，每一级筛分后的粉末均可通过更换粉末收集器进行收集并密封保存。
进一步的，所述过滤单元3、烘粉单元4集成为一体，也就是通过一个框体连接，然后与支架1可拆卸的连接。所述筛分单元5与支架1可拆卸的连接。这样，本实施例的装置可以集成为一体，也可以分拆成三个单元装置，使用维护更加方便。
使用时，参见图1所示，真空熔炼时，从进料口211加入所需熔炼的合金原料到熔炼炉中，并密封好密封壳体，随后从抽/进气接口213处抽真空至10-3Pa开始熔炼。待合金熔炼均匀后，于抽/进气接口213处通入Ar气，待真空熔炼雾化单元2的密封壳体内部达到大气压后，通过控制装置226推动熔炼炉顶杆223，使熔炼炉221倾斜并将熔融合金倒入雾化坩埚，合金倒入雾化坩埚的同时从雾化通气入口214中通入Ar气，使从雾化坩埚底部的雾化喷嘴232中流出的熔融合金被Ar气雾化破碎成小液滴，并在飞行过程中凝固成合金粉末，其中雾化气体Ar气的压力为0.2MPa~5MPa。
飞行的合金粉末落在闭合的冷却板上，从冷却介质入口215通入Ar气或冷空气到冷却板内部的冷却管道中，增强冷却效果，待合金粉末冷却至200℃或以下时，向下旋转第一冷却板234和第二冷却板235的两侧，第一冷却板234和第二冷却从中间分离，以使合金粉末从第一冷却板234和第二冷却的中间漏出至过滤装置上，待粉末从冷却板上流干净后向上转动第一冷却板234和第二冷却的两侧，闭合冷却板，如图1~图3所示。其中，Ar气或冷空气流速为0.1MPa~1MPa。
从冷却板流下的合金粉末落至过滤单元3，启动过滤单元3的驱动电机32，使得过滤网31振动，以便能更好的过滤合金粉末，过滤出的合金粉末落至烘粉单元4的干燥板上后，启动干燥，通过感应加热线圈44进行加热，对合金粉末进行干燥，待粉末烘干后向下旋转第一干燥板41和第二干燥板42的两侧，从中间分离以使合金粉末从第一干燥板41和第二干燥板42的中间漏出至筛分单元5上，待粉末从第一干燥板41和第二干燥板42上流干净后，向上转动第一干燥板41和第二干燥板42的两侧，闭合干燥板，如图1、图4和图5所示。
合金粉末流至多级筛网板53上时，启动筛分驱动机构，使筛网板53有规律的振动，如图6所示，加速对合金粉末的筛分，筛网目数可依据实际情况进行更换。
最后一级筛网筛下的粉末由底部的粉末收集器进行收集，随后更换粉末收集器，转动最后一级筛网，如图7所示，使该筛网上粉末由新更换的粉末收集器进行收集，收集完毕后继续更换粉末收集器，随后转动倒数第二级筛网对该筛网上粉末进行收集……，重复该操作直至第一级筛网上的粉末收集完毕。
采用本实施例的技术方案，克服了现有气雾化制粉装置的不足，集成了现有气雾化制粉各个装置的优势，包括前工序和后工序的改装，避免了合金粉末在每道次工序转移中和空气的接触，降低了合金粉末中的氧含量，改善了合金粉末纯度，达到提高制粉质量和效率的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：其包括支架，所述支架从上至下依次设有真空熔炼雾化单元、过滤单元、可转动的烘粉单元、筛分单元和粉末收集容器；所述真空熔炼雾化单元包括密闭壳体，所述密闭壳体内设有熔炼模块和雾化模块，所述密闭壳体设有进料口、出料口、抽/进气接口、雾化通气入口、冷却介质入口；所述熔炼模块包括熔炼炉；
所述雾化模块包括熔炼物料容器、雾化装置和可转动的冷却装置，所述熔炼模块的熔体出口位于熔炼物料容器的开口的上方，所述雾化装置位于熔炼物料容器的出口侧，所述冷却装置位于雾化装置的出口侧，所述冷却装置位于出料口的上方；所述雾化通气入口与雾化装置连通，所述冷却介质入口与冷却装置连通；
所述冷却装置包括可活动的冷却板，所述冷却板内设有冷却管道，所述冷却管道与冷却介质入口连通；
所述烘粉单元包括可转动的干燥板，所述干燥板内设有加热构件；
所述筛分单元包括筛网板，所述筛网板位于干燥板的下方，所述粉末收集容器位于筛网板的下方；
所述雾化装置包括雾化喷嘴和雾化气体管道，所述雾化气体管道朝着雾化喷嘴；所述雾化喷嘴为呈倒圆锥形；
所述雾化喷嘴的锥角为5°~15°，所述雾化喷嘴距离冷却板的距离为30cm~300cm；
所述冷却板包括位于两侧的第一冷却板和第二冷却板，所述第一冷却板和第二冷却板的外侧分别与支架通过转轴连接；所述第一冷却板和第二冷却板的冷却管道对接；
所述干燥板包括位于两侧的第一干燥板和第二干燥板，所述第一干燥板和第二干燥板的外侧分别与支架通过转轴连接。
2.根据权利要求1所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：所述熔炼炉设有熔炼加热感应线圈，所述熔炼炉的底部外侧通过熔炼炉顶杆与位于密闭壳体内的支撑台连接，所述熔炼炉顶杆与控制装置连接，通过控制装置控制熔炼炉顶杆顶出将熔炼炉中的熔体倒入熔炼物料容器中。
3.根据权利要求1~2任意一项所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：所述熔炼物料容器为雾化坩埚，所述雾化坩埚的底部设有出口；所述雾化装置与冷却装置之间设有雾化合金喷出流速测试机构。
4.根据权利要求3所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：所述过滤单元包括过滤网和驱动电机，所述过滤网与和驱动电机连接，并位于出料口的下方。
5.根据权利要求4所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：所述筛分单元包括筛分驱动机构和至少两级筛网板，所述筛分驱动机构与至少两级筛网板连接。
6.根据权利要求5所述的熔炼、气雾化制粉、烘粉和粉末筛分的一体化装置，其特征在于：所述筛分驱动机构包括筛分电机、顶杆、凸轮，所述筛分电机与顶杆连接，所述顶杆通过凸轮与至少两级筛网板连接；或者所述筛分驱动机构包括超声波发生器，所述超声波发生器驱动至少两级筛网板振动；至少两级筛网中的每级筛网均与壳体转动连接。
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