CN115135435B - 离心雾化生产金属粉末的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的装置涉及冶金领域，尤其涉及一种采用离心雾化生产金属粉末的装置。本发明的技术效果为提高了装置制备难熔金属和活性金属及其合金粉末的技术能力，扩大了所制得粉末的细度范围，提高了生产率并降低了能耗。本发明通过提供一种采用离心雾化坯料制备金属粉末的装置可实现上述技术效果，所述装置包括一个带有等离子发生器的密封箱，所述离子发生器位于密封箱上部并设置在其轴线上，此外，还包括一个装有旋转机构且上面固定有冷却喷粉器圆盘的雾化器，两个用于坯料平移和旋转运动的驱动器，所述两个平移和旋转运动驱动器彼此相对设置并确保将坯料送入到喷粉器圆盘中心上方的等离子射流中，坯料的轴线与雾化器旋转轴相交点位于等离子发生器与圆盘之间，与垂线成70‑80度角，此外，坯料与装置的结构元件隔离并连接到交流电源。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种采用离心雾化生产金属粉末的装置。
背景技术
已知一种采用离心雾化制备粉末的装置，其包括一个感应熔化坩埚式的熔体制备源、一个能形成具有一定流速熔体射流的中间漏斗，以及一个带有旋转运动驱动器的碗状圆盘形喷雾器，上述所有部件设置在充满惰性气体的密封室中(来自《采用熔体离心雾化制备颗粒的装置的研发》，V.N.卡林斯基等人著，A.F.别洛夫编辑，第2册，莫斯科1984年，第242-256页)。
该装置的缺点是：在喷粉器圆盘表面形成堆积物(结渣层)会导致雾化过程不稳定。在这种情况下会引起质量失衡，从而导致“脱离”，即一些大颗粒的结渣从圆盘上脱落，并且由于强烈的振动而经常发生故障。此外，由于难熔金属和活性金属不可避免地会与坩埚材料发生相互作用，因此，该装置无法制备难熔金属和活性金属粉末。
已知一种采用UJR-2型离心雾化装置制备粉末的装置(来自《一种采用旋转钢坯离心雾化方法制备粉末的装置》，I.A.科诺诺夫等人著，《颗粒冶金学》，A.F.别洛夫编辑，第2册，莫斯科，1984年，第242-250页)。该装置包括一个带有坯料存贮器的箱体、一个将坯料逐件送去雾化的供料机构、多个用于坯料旋转和平移运动的驱动器以及一个朝向所需雾化坯料端面的等离子发生器。所述箱体装有一个带粉末接收器的物料导管，所有安装元件相互连接，形成一个充满惰性气体气氛的共同密封空间。
该装置的缺点是：雾化过程中由于保持雾化的装置的结构特点大量的残料(残渣)无法成功雾化，从而导致成品率低。该装置的另一个缺点是对坯料进行劳动密集型机械加工的成本高，包括必须磨削坯料的侧面以确保其在高速旋转时的平衡。
已知一种通过雾化旋转坯料来制备金属粉末的装置(俄罗斯专利N0.2549797，国际分类号B22F9/10，2015年公布)。该装置包含一个带有坯料存贮器和将坯料逐件送往雾化的供料机构的箱体，一个带有坯料旋转机构和含推料器的坯料纵向供料机构的腔室，所述坯料旋转机构为两个带有压力辊的驱动支撑滚筒，一个带有等离子发生器的熔化室，所述等离子发生器朝向所需雾化坯料的端面。带有坯料存贮器的箱体配备有一个闸门，所述闸门将所述箱体与带有坯料旋转机构和坯料纵向供料机构的腔室隔开。熔化室配备了气体再循环装置，其中包括风扇、冰箱和水分冷凝阱。等离子发生器配备有相对于坯料纵向和横向移动的装置，以及用于控制坯料端面与等离子发生器之间的间隙的装置。坯料旋转机构的支撑滚筒上装有与坯料接触的吸振环，坯料纵向供料机构的推料器为一种带法兰的压力辊。
该装置的缺点是对坯料进行劳动密集型机械加工的成本高，包括必须磨削坯料的侧面以确保其在高速旋转时的平衡。
已知一种与本发明最接近的装置(俄罗斯专利No.2467835，国际分类号B22F9/10,9/14，2012年公布)。该装置包括一个带有坯料存贮器的箱体和将坯料逐件送往雾化的机械手，一个坯料旋转运动驱动器和一个平移运动驱动器，一个带有朝向雾化坯料端面的等离子发生器的雾化室、一个粉末接收器，上述所有部件连接在一起，其中旋转运动驱动器为一种中空的垂直传动轴，上端有一个碗状环形盘，环形盘正下方有一夹紧卡盘，而坯料平移运动驱动器为一种与传动轴同轴放置的推杆，雾化室、等离子发生器和传动轴的轴线重合，环形盘由可被坯料材料润湿的耐热材料制成，环形盘的下方配有通风叶片。
该装置的缺点为：由于雾化器难以平衡，从而限制了其旋转速度，因此限制了制备分散细粉末的可能性。此外，由于熔体与雾化器材料的相互作用，该装置无法制备难熔金属和活性金属的粉末，并且在用等离子射流熔化坯料时也需要较高能耗。
发明内容
本发明的目的是研发一种能提高制备难熔金属和活性金属及其合金粉末技术能力，扩大所制得粉末的细度范围(分级制备更细粉末)，提高生产力并降低能耗的装置构件。
本发明的技术效果时提高了装置制备难熔金属和活性金属及其合金粉末的技术能力，扩大了所制得粉末的细度范围，提高了生产率并降低了能耗。
通过提供一种采用离心雾化坯料生产金属粉末的装置可实现上述技术效果，所述装置包括一个带有等离子发生器的密封箱，所述离子发生器位于密封箱上部并设置在其轴线上，此外，还包括一个装有旋转机构且上面固定有冷却喷粉器圆盘的雾化器，两个用于坯料平移和旋转运动的驱动器，所述两个平移和旋转运动驱动器彼此相对设置并确保将坯料送入到喷粉器圆盘中心上方的等离子射流中，坯料的轴线与雾化器旋转轴相交点位于等离子发生器与圆盘之间，与垂线成70-80度角，此外，坯料与装置的结构元件隔离并连接到交流电源。
具体实施方式
附图1为所提出装置的结构示意图。
该装置包括一个密封的雾化箱(1)，其上部有一个等离子发生器(2)，并设置在其轴线上，一个在轴上端固定有冷却喷粉器圆盘(7)的雾化器旋转机构(8)。在箱体的中间部分，两个用于坯料(6)向雾化区域平移和旋转运动的驱动器(5)彼此相对放置。所需雾化的坯料(6)通过绝缘体(4)与箱体隔离，并连接到交流电源(3)上。在箱体下部连接有一个收集粉末的容器(9)。
装置的工作方式：
坯料被固定在用于坯料(6)平移和旋转运动的驱动器(5)中，将装置箱体(1)密封、抽空。使抽空后的装置箱体(1)充满惰性气体并开启箱体(1)壁、等离子发生器(2)、雾化器的旋转机构(8)和驱动器(5)的水冷却系统。接下来，喷粉器圆盘(7)以所需的速度旋转并开启等离子发生器(2)。将坯料(6)接上交流电，使其缓慢旋转(每分钟几转)并将其送入旋转的冷却喷粉器圆盘(7)中心上方的等离子射流中。电弧在两个坯料(6)之间的等离子流中被引燃，在电弧的作用下，坯料(6)的材料熔化并且熔体在重力和等离子射流的压力作用下进入旋转的冷却喷粉器圆盘(7)中心。等离子射流的动态效应为旋转的喷粉器圆盘(7)均匀地提供了小液滴形式的熔体，这使得熔体具有良好的润湿性并能均匀分布在圆盘表面。在离心力的作用下，熔体在冷却喷粉器圆盘(7)的表面上移动且部分熔体变为晶体，形成了防止熔体与圆盘(7)材料相互作用的结渣层。结渣层的厚度由圆盘(7)表面的热平衡条件决定，同时由等离子射流向熔融金属提供的热量决定。在所提出的装置中有两个独立的热源，可以对热流进行有效调节，以维持所需的结渣层厚度并保持雾化过程的稳定性。熔体沿着结渣层表面移动，到达喷粉器圆盘(7)的边缘后喷散形成液滴，液滴大小取决于喷粉器圆盘(7)的旋转速度及其直径。熔滴在飞行中结晶后撞到箱体(1)壁，并被收集到位于箱体(1)下部的接收料斗(9)中。
在所提出的装置中，所需雾化的坯料不与喷粉器圆盘的旋转机构直接接触，这不仅可以减少失衡现象的出现，而且能明显提高其旋转速度。扩大带喷粉器圆盘的雾化器的可实现的旋转速度范围就可以制备出包括细颗粒在内的各种粒度的粉末。采用彼此相对设置的两个用于坯料平移运动和慢速旋转的驱动器，并在此种情况下，坯料的轴线与雾化器的旋转轴线相交点位于等离子发生器和圆盘之间，且与垂线成70-80度角，这样能让坯料末端之间引燃的电弧有效加热并熔化坯料。
这样的相交角度和坯料的缓慢旋转能使坯料端部均匀地熔化，并让熔体流向喷粉器圆盘中心。将等离子发射器设置在坯料相交点的上方，则能确保电弧稳定燃烧、熔体均匀地流淌以及熔体以小液滴的形式滴到喷粉器圆盘中心，从而使得熔体在喷粉器圆盘表面上稳定扩散。此外，来自等离子发射器的等离子射流将在坯料末端之间燃烧的电弧的等离子流引到喷粉器圆盘表面，从而对其表面进行额外加热并使结渣层得以稳定。因此，使用电弧熔化坯料能显着提高加热效率和熔化速度，从而提高了生产率，而无坩埚熔炼和使用带结渣层的冷却盘使得制备难熔和活性金属及合金的粉末成为可能。不需要快速旋转所需雾化的坯料，这降低了对机械强度和坯料表面处理质量的要求，从而降低了制造过程中的能耗。
工业应用性
在模型装置上对所提出的装置进行了测试，并在该装置中对直径40毫米、长度700毫米的钛制坯料进行了离心雾化。
带直径为80毫米圆盘的雾化器每分钟转速在20000-30000的区间内，可制备出粒径在80-30μm范围内的粉末。因此，粉末尺寸范围可趋向于更细的颗粒。由于喷粉器圆盘与钛熔体相互作用，模型装置无法制备钛粉末。
因此，一种能提高制备难熔金属和活性金属及其合金粉末技术能力，扩大所制得粉末的细度范围，提高生产力并降低能耗的装置构件被成功研发。
Claims (1)
1.一种采用离心雾化坯料生产金属粉末的方法，其特征在于，该方法采用以下装置，包括一个带有等离子发生器的箱体，所述等离子发生器位于箱体上部并设置在其轴线上，还包括一个装有旋转机构且上面固定有冷却喷粉器圆盘的雾化器，两个用于坯料平移和旋转运动的驱动器，所述两个平移和旋转运动驱动器彼此相对设置并确保将坯料送入到冷却喷粉器圆盘中心上方的等离子射流中，坯料的轴线与雾化器旋转轴相交点位于等离子发生器与冷却喷粉器圆盘之间，与垂线成70-80度角，此外，坯料与装置的结构元件隔离并连接到交流电源，所需雾化的坯料不与冷却喷粉器圆盘的旋转机构直接接触；具体的方法为，坯料被固定在用于坯料平移和旋转运动的驱动器中，将装置的箱体密封、抽空，使抽空后的装置的箱体充满惰性气体并开启箱体壁、等离子发生器、雾化器的旋转机构和驱动器的水冷却系统，接下来，冷却喷粉器圆盘以所需的速度旋转并开启等离子发生器，将坯料接上交流电，使其缓慢旋转并将其送入旋转的冷却喷粉器圆盘中心上方的等离子射流中，电弧在两个坯料之间的等离子流中被引燃，在电弧的作用下，坯料的材料熔化并且熔体在重力和等离子射流的压力作用下进入旋转的冷却喷粉器圆盘中心，等离子射流的动态效应为旋转的冷却喷粉器圆盘均匀地提供了小液滴形式的熔体，这使得熔体具有良好的润湿性并能均匀分布在冷却喷粉器圆盘表面，在离心力的作用下，熔体在冷却喷粉器圆盘的表面上移动且部分熔体变为晶体，形成了防止熔体与冷却喷粉器圆盘材料相互作用的结渣层，结渣层的厚度由冷却喷粉器圆盘表面的热平衡条件决定，同时由等离子射流向熔融金属提供的热量决定，熔体沿着结渣层表面移动，到达冷却喷粉器圆盘的边缘后喷散形成液滴，液滴大小取决于冷却喷粉器圆盘的旋转速度及其直径，熔滴在飞行中结晶后撞到箱体壁，并被收集到位于箱体下部的接收料斗中。
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