CN115213420B - 一种金属粉末制备炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属粉末制备炉，包含金属粉末制备炉炉体，金属粉末制备炉炉体的上端设置有竖直设置的喷管，金属粉末制备炉的上端侧面设置有第一鞘气喷管组，金属粉末制备炉的中间位置侧面设置有第二鞘气喷管组，金属粉末制备炉体内旋流沿炉壁的周向流速不低于5m/s。本发明优化炉内流场，区隔未成型金属液滴和金属粉末流动区域，减少对金属液滴成型过程的干扰，在不降低设备产能的前提下，提高了金属粉末球形度。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备炉，特别是一种金属粉末制备炉，属于金属粉末制备技术领域。
背景技术
金属粉末被广泛用于增材制造等先进制造行业，其球形度、粒度分布等特征对制造产品性能有显著影响。通常要求金属粉末粒度在106 μm以下，高精度的制造行业甚至要求45 μm的粒度，同时要求粉末具有高流动性、低杂质含量等特性。
目前，金属粉末多采用雾化方法进行。但限于雾化工艺原理，雾化核心区附近未成型金属液滴可能发生相互碰撞，或受卷吸粉末干扰，形成球形度不佳的金属粉末。专利WO2011054113和TW201642974在雾化炉中设置一孔板，以区分雾化区和成型区。该结构能减少卷吸粉末与未成型液滴碰撞，降低干扰球型粉末的成型过程。另外，卫星球粒径多在5 μm附近。由于卫星球粒径较小，根据斯托克斯原理，其较易跟随气流运动。现有技术通过物理隔绝能够提升金属粉末球形度，然而孔板等组件尺寸限制了设备产能等性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属粉末制备炉，在不限制设备产能的前提下解决了金属粉末球形度不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种金属粉末制备炉，其特征在于：包含金属粉末制备炉炉体，金属粉末制备炉炉体的上端设置有竖直设置的喷管，金属粉末制备炉的上端侧面设置有第一鞘气喷管组，金属粉末制备炉的中间位置侧面设置有第二鞘气喷管组，金属粉末制备炉体内旋流沿炉壁的周向流速不低于5m/s。
进一步地，所述金属粉末制备炉炉体包含端盖、顶部炉体、中间炉体和下端炉体，端盖为向上隆起的穹顶结构，顶部炉体为锥形结构，中间炉体为圆柱体结构，下端炉体为倒锥形结构，端盖的下端与顶部炉体的上端连接，顶部炉体的下端与中间炉体的上端连接，中间炉体的下端与下端炉体的上端连接。
进一步地，所述喷管沿竖直方向固定在端盖上端中央，喷管下端贯穿端盖且在金属粉末制备炉炉体内继续向下延伸，喷管下端喷出的雾化气流的张角约束角不超过5°。
进一步地，所述第一鞘气喷管组位于端盖侧面，第一鞘气喷管组包含多根第一鞘气喷管，每根第一鞘气喷管沿端盖切线方向设置且多根第一鞘气喷管沿端盖的周向等间距分布，第一鞘气喷管以α角向下倾斜，0°＜α≤5°。
进一步地，所述第二鞘气喷管组位于中间炉体的中间位置，第二鞘气喷管组包含多根第二鞘气喷管，每根第二鞘气喷管沿中间炉体的切线方向设置且多根第二鞘气喷管沿中间炉体的周向等间距分布。
进一步地，所述第一鞘气喷管组的鞘气流量与第二鞘气喷管组的鞘气流量的比例为2：3。
进一步地，所述顶部炉体的上端侧面上设置有冷却气喷口组，冷却器喷口组包含多根冷却器喷管，每根冷却器喷管沿顶部炉体的切线方向设置且沿着顶部炉体的周向等间距分布，冷却器喷管内设置有整流板。
进一步地，所述中间炉体和下端炉体的炉壁内设置有连通的冷却水隔层，中间炉体的上端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水进口，下端炉体的下端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水出口。
进一步地，所述中间炉体的侧面开有仪器接驳口，仪器接驳口内安装温度传感器和气流传感器监测炉内工况。
进一步地，所述下端炉体的底部开有重力排粉口，重力排粉口内设置有锁气卸灰装置，下端炉体的侧面开有引风排粉口，引风排粉口与引风机连接，引风排粉口向上倾斜设置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明通过在金属粉末制备炉的顶部以及中间部位分别设置一组鞘气喷嘴，通过两组鞘气喷嘴增加了炉体内的旋流速度，使旋流速度不低于5m/s，从而可以有效将5μm附近的颗粒吸附在旋流内，使成型的金属粉末沿炉壁运动，降低了其进入炉体中心与未成型金属液滴碰撞的几率；而且与现有技术的孔板结构相比，不会降低设备的产能；
2、本发明延长了喷管的长度从而控制喷管喷出的雾化气扩张角小于5°使喷管喷出的雾化气的约束性更好，避免了未成型金属液滴沿径向分散撞击炉壁或与卷吸的金属粉末碰撞，破坏金属粉末的球形度；
3、本发明在重力排粉口的基础上，再增加了一个引风排粉口，旋流底部容易将炉体底部重力排粉口堆积的金属粉末吹起扬尘，造成粉末扬起而与雾化气碰撞而产生卫星球，通过引风排粉口将扬尘进行排风，解决了扬尘引起的卫星球问题；同时引风排粉口倾斜向上设置且尽量紧贴在下端炉体的外侧面上，使引风排粉口排粉时不影响炉体内旋流的流场。
附图说明
图1是本发明的一种金属粉末制备炉的示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种金属粉末制备炉，包含金属粉末制备炉炉体，金属粉末制备炉炉体的上端设置有竖直设置的喷管1，金属粉末制备炉的上端侧面设置有第一鞘气喷管组2，金属粉末制备炉的中间位置侧面设置有第二鞘气喷管组3，金属粉末制备炉体内旋流沿炉壁的周向流速不低于5m/s。
金属粉末制备炉炉体包含端盖4、顶部炉体5、中间炉体6和下端炉体7，端盖4为向上隆起的穹顶结构，顶部炉体5为锥形结构，中间炉体6为圆柱体结构，下端炉体7为倒锥形结构，端盖4的下端与顶部炉体5的上端连接，顶部炉体5的下端与中间炉体6的上端连接，中间炉体6的下端与下端炉体7的上端连接。端盖4采用穹顶结构，可以避免金属粉末向上扬起粘在端盖上。顶部炉体5设计为锥段，满足粉末随气流扩张造成的径向位移需求。下端炉体7采用倒锥形结构，方便对底部金属粉末的聚拢收集。
喷管1沿竖直方向固定在端盖4上端中央，喷管1下端贯穿端盖4且在金属粉末制备炉炉体内继续向下延伸，喷管1下端喷出的雾化气流的张角约束角不超过5°。喷管适当延长，以对气流进行约束，使雾化气流张角小于5°。这样喷管1喷出的雾化气的约束性更好，避免了未成型金属液滴沿径向分散撞击炉壁或与卷吸的金属粉末碰撞，破坏金属粉末的球形度。
第一鞘气喷管组2位于端盖4侧面，第一鞘气喷管组2包含多根第一鞘气喷管，每根第一鞘气喷管沿端盖切线方向设置且多根第一鞘气喷管沿端盖的周向等间距分布，第一鞘气喷管以α角向下倾斜，0°＜α≤5°。
第二鞘气喷管3组位于中间炉体6的中间位置，第二鞘气喷管组3包含多根第二鞘气喷管，每根第二鞘气喷管沿中间炉体的切线方向设置且多根第二鞘气喷管沿中间炉体的周向等间距分布。
第一鞘气喷管组2的鞘气流量与第二鞘气喷管组3的鞘气流量的比例为2：3。第一鞘气喷管组2的鞘气流量章旋流总流量的40%，第二鞘气喷管组3的鞘气流量章旋流总流量的60%，从而提供更大的气流动能将粉末压入重力排粉口12。第一鞘气喷管组2和第二鞘气喷管组3竖直方向上间隔约2米，以保证雾化炉内气流能够均匀达到5 m/s。通过两组鞘气喷嘴增加了炉体内的旋流速度，使旋流速度不低于5m/s，从而可以有效将5μm附近的颗粒吸附在旋流内，使成型的金属粉末沿炉壁运动，降低了其进入炉体中心与未成型金属液滴碰撞的几率。
顶部炉体5的上端侧面上设置有冷却气喷口组8，冷却器喷口组8包含多根冷却器喷管，每根冷却器喷管沿顶部炉体的切线方向设置且沿着顶部炉体的周向等间距分布，冷却器喷管内设置有整流板，能够降低冷却气对流场的干扰。冷却气喷口组8通过自控系统控制流量，维持炉内温度300 ℃，实现粉末快速冷却。
中间炉体6和下端炉体7的炉壁内设置有连通的冷却水隔层，中间炉体6的上端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水进口9，下端炉体7的下端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水出口10。通过冷却水对炉体进行冷却，通过炉体侧壁冷却水以及冷却气喷口组8的冷却气体相结合的方式对炉内气温进行约束控制，以快速对炉内气温进行调整，保证金属粉末制备的稳定性。
中间炉体6的侧面开有仪器接驳口11，仪器接驳口11内安装温度传感器和气流传感器监测炉内工况。
下端炉体7的底部开有重力排粉口12，重力排粉口12内设置有锁气卸灰装置，锁气卸灰装置可以在保证气密性的同时进行不间断的卸灰。下端炉体7的侧面开有引风排粉口13，引风排粉口13与引风机连接，引风排粉口13向上倾斜设置。本发明在重力排粉口的基础上，再增加了一个引风排粉口，旋流底部容易将炉体底部重力排粉口堆积的金属粉末吹起扬尘，造成粉末扬起而与雾化气碰撞而产生卫星球，通过引风排粉口将扬尘进行排风，解决了扬尘引起的卫星球问题；同时引风排粉口倾斜向上设置且尽量紧贴在下端炉体的外侧面上，使引风排粉口排粉时不影响炉体内旋流的流场。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种金属粉末制备炉，其特征在于：包含金属粉末制备炉炉体，金属粉末制备炉炉体的上端设置有竖直设置的喷管，金属粉末制备炉的上端侧面设置有第一鞘气喷管组，金属粉末制备炉的中间位置侧面设置有第二鞘气喷管组，金属粉末制备炉体内旋流沿炉壁的周向流速不低于5m/s；所述金属粉末制备炉炉体包含端盖、顶部炉体、中间炉体和下端炉体，端盖为向上隆起的穹顶结构，顶部炉体为锥形结构，中间炉体为圆柱体结构，下端炉体为倒锥形结构，端盖的下端与顶部炉体的上端连接，顶部炉体的下端与中间炉体的上端连接，中间炉体的下端与下端炉体的上端连接；所述喷管沿竖直方向固定在端盖上端中央，喷管下端贯穿端盖且在金属粉末制备炉炉体内继续向下延伸，喷管下端喷出的雾化气流的张角约束角不超过5°；所述第一鞘气喷管组位于端盖侧面，第一鞘气喷管组包含多根第一鞘气喷管，每根第一鞘气喷管沿端盖切线方向设置且多根第一鞘气喷管沿端盖的周向等间距分布，第一鞘气喷管以α角向下倾斜，0°＜α≤5°；所述第二鞘气喷管组位于中间炉体的中间位置，第二鞘气喷管组包含多根第二鞘气喷管，每根第二鞘气喷管沿中间炉体的切线方向设置且多根第二鞘气喷管沿中间炉体的周向等间距分布；所述第一鞘气喷管组的鞘气流量与第二鞘气喷管组的鞘气流量的比例为2：3。
2.根据权利要求1所述的一种金属粉末制备炉，其特征在于：所述顶部炉体的上端侧面上设置有冷却气喷口组，冷却器喷口组包含多根冷却器喷管，每根冷却器喷管沿顶部炉体的切线方向设置且沿着顶部炉体的周向等间距分布，冷却器喷管内设置有整流板。
3.根据权利要求1所述的一种金属粉末制备炉，其特征在于：所述中间炉体和下端炉体的炉壁内设置有连通的冷却水隔层，中间炉体的上端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水进口，下端炉体的下端侧面开有与冷却水隔层连通的冷却水出口。
4.根据权利要求1所述的一种金属粉末制备炉，其特征在于：所述中间炉体的侧面开有仪器接驳口，仪器接驳口内安装温度传感器和气流传感器监测炉内工况。
5.根据权利要求1所述的一种金属粉末制备炉，其特征在于：所述下端炉体的底部开有重力排粉口，重力排粉口内设置有锁气卸灰装置，下端炉体的侧面开有引风排粉口，引风排粉口与引风机连接，引风排粉口向上倾斜设置。
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