CN114734046B - 一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备，涉及储氢金属粉末的加工领域，所述设备中，熔炼系统炉体布置于设备机架系统上，且熔炼系统炉体上安装有气氛保护连续供料系统；熔炼系统炉体内设置有熔炼热场系统，熔炼热场系统与钢液提纯及液流控制系统相连；气雾化系统及炉体位于钢液提纯及液流控制系统下方；气雾化系统及炉体通过管道与粉体收集系统相连，粉体收集系统安装于气氛保护原位封装系统上部；真空获得系统通过管道阀门与熔炼系统炉体相连；电控系统布置在相应的操作工位，用于工艺控制。所述设备安全可靠、生产效率高、工艺流程可重复性好，满足生产型设备的要求，可以实现储氢金属镁粉的大批量安全连续生产。

Description

一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备

技术领域

本发明涉及储氢金属粉末的加工领域，具体是一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备。

背景技术

气雾化制粉技术是利用高压惰性气体形成高速的气流，强力冲击熔融金属液流，从而将金属液流破碎并快速凝固形成微米级金属粉末，该技术由于生产效率高，粉体球形度较好，广泛应用于微米级金属粉末的制备领域。

由于金属镁化学性质活泼，高温下极易剧烈氧化，工业级镁原料表面都须经过钝化处理，现有气雾化制粉设备用此类原料制备储氢金属镁粉，所制备的粉末始终参杂有一部分受钝化剂影响严重，表面活性低的粉末，严重影响其储氢性能，并且无法筛分去除，从而导致所生产粉体产品的性能质量无法保证；

金属镁熔化以后会大量蒸发，然后冷却再结晶成超细粉，现有气雾化制粉设备的结构基本都是熔炼坩埚敞口设计，会导致蒸发再结晶的超细粉附着在设备腔体内表面，甚至导致设备部件功能失效，设备开炉装取料时超细粉自燃爆炸的风险剧增，这种结构无法满足储氢金属镁粉制备的连续性和安全性需求；

现有气雾化制粉技术大都在大气环境下开炉装料和收集粉体，由于生产型设备加热装置功率较大，降温等待时间长，高温不能开炉，这样对于储氢金属镁粉的生产效率和产品质量都不利；

现有气雾化制粉技术大都以感应加热方式熔炼金属，感应加热铜线圈必须通入冷却水，由于高温下金属镁遇水会发生剧烈氧化甚至爆炸，若感应线圈出现问题，很有可能发生重大安全事故。

因此，现有气雾化制粉技术很难直接应用于储氢金属镁粉的连续安全生产，亟需一种满足需求的全新技术方案。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种结构新颖、简单有效、高安全性、可连续生产的微米级储氢金属镁粉连续制备设备。

本发明技术方案如下：

一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备，所述设备包括：真空获得系统、熔炼系统炉体、气氛保护连续供料系统、熔炼热场系统、钢液提纯及液流控制系统、气雾化系统及炉体、粉体收集系统、气氛保护原位封装系统、电控系统、设备机架系统；其中：

熔炼系统炉体布置于设备机架系统上，且熔炼系统炉体上安装有气氛保护连续供料系统；熔炼系统炉体内设置有熔炼热场系统，熔炼热场系统与钢液提纯及液流控制系统相连；气雾化系统及炉体位于钢液提纯及液流控制系统下方，且钢液提纯及液流控制系统的液流嘴与气雾化系统及炉体的气雾化喷嘴耦合；气雾化系统及炉体通过管道与粉体收集系统相连，粉体收集系统安装于气氛保护原位封装系统上部，并与气氛保护原位封装系统相连通；

真空获得系统通过管道阀门与熔炼系统炉体相连，实现对整个设备抽真空达到设定的真空度；

电控系统分别与真空获得系统、气氛保护连续供料系统、熔炼热场系统、钢液提纯及液流控制系统、气雾化系统及炉体、粉体收集系统、气氛保护原位封装系统相连，布置在相应的操作工位，用于工艺控制。

作为优选的技术方案：

真空获得系统优选采用高真空扩散泵机组，主要由高真空扩散泵、罗茨泵、旋片泵、高真空阀、前级阀、预抽阀及相应的真空管道组成，真空测量主要采用真空压力表及复合数显真空计（配电阻规及电离规），主泵也可以选择复合分子泵，系统真空度范围为1.0×10⁵Pa ~1.0×10^-5Pa，真空获得系统优选通过管道与熔炼系统炉体连接。

气氛保护连续供料系统可根据设定工作周期储备相应数量的原料，由进料伺服机构自动供料，用于实现熔炼系统高温状态直接连续加料，进料伺服机构运动部分采用焊接波纹管实现高真空密封。

为保证安全性，熔炼热场系统采用电阻式加热器作为热场发热元件代替感应加热线圈，以避免熔炼系统附近出现水源带来的安全隐患。

熔炼热场系统内设有熔炼坩埚，为防止镁大量蒸发污染进料舱，熔炼坩埚上方配有耐高温密封盖，耐高温密封盖由气缸驱动开启和关闭，气缸运动部分采用焊接波纹管实现高真空密封。

钢液提纯及液流控制系统用于去除原料表面的钝化层杂质，防止粉体表面钝化，采用高温液阀结构，实现液流的稳定控制，高温液阀顶部设有过滤孔，保证钢液表面的杂质及氧化膜被有效滤除，不参与雾化制粉的过程；高温液阀的阀杆由外部驱动旋转，外部驱动方式为手动或气动，旋转部位采用磁流体密封技术实现高真空密封。

粉体收集系统安装于气氛保护原位封装系统上部，将粉体收集部分嵌入手套箱工作站，可实现惰性气体保护下的人工操作，防止粉体钝化，完成对储氢镁粉的处理和成品封装。

熔炼系统炉体和气氛保护连续供料系统均与循环冷水机组相连。

本发明的工作原理是：将生产工艺需求的原料镁块置于气氛保护连续供料系统的料架中，真空获得系统开始工作，将整个系统抽成高真空状态，随后充入惰性气体，气氛保护连续供料系统开始自动供料，熔炼热场系统开始加热坩埚，熔炼原料镁块，通过工艺程序控制加热温度，待镁块完全熔化后，开启钢液提纯及液流控制系统，过滤流出的钢液，控制钢液流量并保证液流稳定，液流流经气雾化系统及炉体中的气雾化喷嘴，在气雾化系统内被高压气流雾化成微米级金属粉末，通过粉末收集系统将粉末收入集粉罐中，在气氛保护原位封装系统内，将集粉罐打开处理并包装，形成产品取出。

本发明的有益效果为：

本发明所述设备安全可靠、生产效率高、工艺流程可重复性好，满足生产型设备的要求，特别适合制备化学性质活泼的金属镁粉，可以实现储氢金属镁粉的大批量安全连续生产。

附图说明

图1为本发明所述设备的主视图。

图2为熔炼系统炉体和气氛保护连续供料系统剖面图。

图3为本发明所述设备的侧视图。

附图标记：1、真空获得系统，2、熔炼系统炉体，3、气氛保护连续供料系统，4、熔炼热场系统，5、钢液提纯及液流控制系统，6、气雾化系统及炉体，7、粉体收集系统，8、气氛保护原位封装系统，9、电控系统，10、设备机架系统。

具体实施方式

如图1~3所示，一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备，包括：真空获得系统1、熔炼系统炉体2、气氛保护连续供料系统3、熔炼热场系统4、钢液提纯及液流控制系统5、气雾化系统及炉体6、粉体收集系统7、气氛保护原位封装系统8、电控系统9、设备机架系统10；其中：

真空获得系统1采用高真空扩散泵机组，通过管道阀门与熔炼系统炉体2相连，实现对整个设备抽真空达到设定的真空度。

熔炼系统炉体2布置于设备机架系统10上，且熔炼系统炉体2采用立式前开门结构D形双层水冷真空腔体，方便内部组件的安装维护操作，前炉门配有观察窗口，炉体侧面分别布置加热炉电极密封法兰组件、高温液阀开闭操作法兰组件，气雾化喷嘴气路法兰组件，炉体内部下法兰安装有气雾化喷嘴。

气氛保护连续供料系统3采用立式前开门结构D形双层水冷真空腔体，方便内部组件的安装维护及装料操作，前炉门配有观察窗口，腔体内部安装有料架组件，用于暂存原料镁块并可以平移至坩埚上方自动卸料，料架采用丝杆电机驱动，采用磁流体转轴实现高真空密封，腔体上法兰安装有驱动气缸，用于开闭耐高温密封盖，耐高温密封盖进料时升起、进料完毕后迅速落下，采用焊接波纹管实现高真空密封，气氛保护连续供料系统3通过法兰连接安装于熔炼系统炉体2上方，且熔炼系统炉体2和气氛保护连续供料系统3均与循环冷水机组相连。

熔炼热场系统4采用对开式电阻加热器作为熔炼加热炉，保证核心高温区内没有水路，以防安全事故，加热炉温度控制范围：室温 ~ 1100℃，通过热电偶测温，温控电源进行自动温度控制，其内部安装有熔炼坩埚，熔炼坩埚上方有耐高温密封盖，用于防止镁粉大量蒸发污染真空腔体，并隔离高温，防止高温辐射能量损失，整个熔炼热场系统4安装于熔炼系统炉体2内部，且熔炼热场系统4与钢液提纯及液流控制系统5相连。

钢液提纯及液流控制系统5采用顶部设有过滤孔的高温液阀结构，用于过滤镁熔液中的杂质及氧化物，并控制液流的流量和稳定度，高温液阀的旋转阀杆可以开闭液阀，阀杆驱动机构通过磁流体转轴实现高真空密封，并引到真空腔体外部由人工或气缸操作，阀体固定于熔炼坩埚底部。

气雾化系统及炉体6采用上端立式圆柱形真空腔体，下端立式圆锥形真空腔体，且上下腔体通过法兰连接固定的结构，其中下端立式圆锥形真空腔体可以移开，方便清理维护操作，整个气雾化系统及炉体6安装于熔炼系统炉体2和钢液提纯及液流控制系统5的下方，且钢液提纯及液流控制系统5的液流嘴与气雾化系统及炉体6的气雾化喷嘴耦合。

粉体收集系统7采用旋风分离器，且通过管道与气雾化系统及炉体6下端立式圆锥形真空腔体的底部连接，用于分离收集所制备的镁粉。

气氛保护原位封装系统8采用手套箱工作站作为基本结构，粉体收集系统7安装于手套箱工作站上方，集粉罐安装于手套箱工作站内部，可实现惰性气体保护下的人工操作，防止粉体钝化，完成对储氢镁粉的处理和成品封装。

电控系统9分别与真空获得系统1、气氛保护连续供料系统3、熔炼热场系统4、钢液提纯及液流控制系统5、气雾化系统及炉体6、粉体收集系统7、气氛保护原位封装系统8相连，布置在相应的操作工位，用于工艺控制。

将镁块置于气氛保护连续供料系统3中，预抽真空后充入惰性气体，自动进料后熔炼热场系统4加热，镁块熔化后开启钢液提纯及液流控制系统5，过滤钢液控制流量稳定，液流流经气雾化喷嘴，被雾化成微米级金属粉末，通过粉体收集系统7收集并在气氛保护原位封装系统8内包装形成产品。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微米级储氢金属镁粉连续制备设备，其特征在于，所述设备包括：真空获得系统（1）、熔炼系统炉体（2）、气氛保护连续供料系统（3）、熔炼热场系统（4）、钢液提纯及液流控制系统（5）、气雾化系统及炉体（6）、粉体收集系统（7）、气氛保护原位封装系统（8）、电控系统（9）、设备机架系统（10）；其中：

熔炼系统炉体（2）布置于设备机架系统（10）上，且熔炼系统炉体（2）上安装有气氛保护连续供料系统（3）；熔炼系统炉体（2）内设置有采用电阻式加热器作为热场发热元件的熔炼热场系统（4），熔炼热场系统（4）内设有熔炼坩埚，且熔炼坩埚上方配有耐高温密封盖，耐高温密封盖由气缸驱动开启和关闭，气缸运动部分采用焊接波纹管实现高真空密封，熔炼热场系统（4）与钢液提纯及液流控制系统（5）相连，钢液提纯及液流控制系统（5）采用高温液阀结构，高温液阀顶部设有过滤孔；气雾化系统及炉体（6）位于钢液提纯及液流控制系统（5）下方，且钢液提纯及液流控制系统（5）的液流嘴与气雾化系统及炉体（6）的气雾化喷嘴耦合；气雾化系统及炉体（6）通过管道与粉体收集系统（7）相连，粉体收集系统（7）安装于气氛保护原位封装系统（8）上部，并与气氛保护原位封装系统（8）相连通；

真空获得系统（1）通过管道阀门与熔炼系统炉体（2）相连；

电控系统（9）分别与真空获得系统（1）、气氛保护连续供料系统（3）、熔炼热场系统（4）、钢液提纯及液流控制系统（5）、气雾化系统及炉体（6）、粉体收集系统（7）、气氛保护原位封装系统（8）相连。

2.按照权利要求1所述微米级储氢金属镁粉连续制备设备，其特征在于：气氛保护连续供料系统（3）可根据设定工作周期储备相应数量的原料，由进料伺服机构自动供料，进料伺服机构运动部分采用焊接波纹管实现高真空密封。

3.按照权利要求1所述微米级储氢金属镁粉连续制备设备，其特征在于：高温液阀的阀杆由外部驱动旋转，外部驱动方式为手动或气动，旋转部位采用磁流体密封技术实现高真空密封。

4.按照权利要求1所述微米级储氢金属镁粉连续制备设备，其特征在于：熔炼系统炉体（2）和气氛保护连续供料系统（3）均与循环冷水机组相连。

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