CN116100032A - 一种可切换生产批量的雾化装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可切换生产批量的雾化装置及其使用方法，雾化装置包括熔炼装置、气雾化制粉装置、保护装置，所述熔炼装置包括熔炼壳体、可活动设于所述熔炼壳体内壁上用于放置第一预定量金属材料的主坩埚、设于所述熔炼壳体上用于使主坩埚内的金属材料熔炼成熔融金属液并维持熔融金属液状态的主加热装置、设于所述熔炼壳体上用于驱动主坩埚活动以使得熔融金属液匀速倾倒的倾倒装置、设于所述熔炼壳体上位于主坩埚下方的用于在主坩埚使用时对倾倒下来的熔融金属液进行保温及导流至气雾化制粉装置并在主坩埚未使用时用于放置第二预定量金属材料且将金属材料熔炼成熔融金属液及将熔融金属液导流至气雾化制粉装置的副坩埚系统。

Description

一种可切换生产批量的雾化装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及气雾化制粉设备技术领域，具体涉及一种可切换生产批量的雾化装置及其使用方法。

背景技术

金属粉末作为现代制造业最重要的工业原料之一，随着增材制造、粉末冶金、喷涂等技术的发展，对金属粉末特别是球形金属粉末的需求逐步增大。

球形金属粉末目前主流的生产方法包括气雾化法、等离子旋转电极、等离子雾化、等离子球化法等，其中气雾化法由于具有细粉收得率高、适用金属材料种类广、对金属材料形状几乎无要求、工艺稳定及批量化生产能力强等优势，是目前应用最广泛的球形粉末生产方法。该工艺的基本原理为金属材料在真空室的坩埚中完成熔炼形成熔融金属液，熔融金属液倾倒进入预热中间包系统，熔融金属液通过下部导流进入雾化器被高压气体破碎、分散形成金属液滴，在雾化室下落过程中凝固形成金属粉末落入下方收集罐。当前，在雾化设备使用过程中，随着熔炼坩埚容量增大到100kg以上，单炉最低的投料量也逐渐增多，一般不能低于坩埚最大容量的三分之一，此时，对于小于20kg的小批量金属材料试制、产品开发、设备工艺调试等工作难以开展，增大单炉投料量又会产生金属材料的浪费，单独采用一台小设备进行试制开发，由于不同大小容量设备之间关键结构及工艺参数不通用，导致产品数据及工艺参数不具有迁移性。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种可切换生产批量的雾化装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种可切换生产批量的雾化装置，包括用于对金属材料进行熔炼的熔炼装置、设于所述熔炼装置上且与熔炼装置下端连通用于在熔炼装置熔炼完金属材料后对熔炼后的金属材料进行气雾化制粉的气雾化制粉装置、设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间用于在熔炼装置工作前对熔炼装置和气雾化制粉装置进行抽真空并在抽真空后通入惰性气体的保护装置，所述熔炼装置包括熔炼壳体、可活动设于所述熔炼壳体内壁上用于放置第一预定量金属材料的主坩埚、设于所述主坩埚外部用于在通电后感应加热至预定温度以使得主坩埚内的金属材料熔炼成熔融金属液并维持熔融金属液状态的主加热装置、设于所述熔炼壳体上用于驱动主坩埚活动以使得主坩埚将熔融金属液匀速倾倒的倾倒装置、设于所述熔炼壳体上位于主坩埚下方的用于在主坩埚使用时对倾倒下来的熔融金属液进行保温及导流至气雾化制粉装置并在主坩埚未使用时用于放置第二预定量金属材料且将金属材料熔炼成熔融金属液及将熔融金属液导流至气雾化制粉装置的副坩埚系统；所述第一预定量的数值大于第二预定量的数值。

进一步改进的是：所述副坩埚系统包括设于所述熔炼壳体上位于主坩埚下方且底部带有开口的副坩埚、设于所述熔炼壳体上用于开启或关闭副坩埚底部的开口的柱塞装置、设于所述副坩埚外部的用于在主坩埚使用且在主坩埚倾倒前通电感应加热至预定温度对副坩埚进行加热及维持温度以对主坩埚倾倒下来进入副坩埚中的熔融金属液进行保温并在主坩埚未使用时通电感应加热至预定温度将放置于副坩埚内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液及维持熔融金属液状态的副加热装置、设于所述熔炼壳体上位于副坩埚下端用于连通副坩埚底部的开口和气雾化制粉装置的导流装置。

进一步改进的是：所述柱塞装置包括开设于所述熔炼壳体上且位于副坩埚上方的柱塞孔、设于所述熔炼壳体上位于柱塞孔处的密封套、可升降设于所述密封套上用于开启或关闭副坩埚底部的开口的柱塞杆。

进一步改进的是：所述熔炼壳体上设有用于在柱塞杆关闭副坩埚底部的开口后将柱塞杆锁止固定的锁紧装置。

进一步改进的是：所述柱塞杆上设有用于测量副坩埚内温度的测温装置。

进一步改进的是：所述气雾化制粉装置包括设于所述熔炼壳体下端且与所述导流装置连通的气雾化制粉壳体、设于所述气雾化制粉壳体上用于对熔融金属液进行雾化使熔融金属液分散形成金属液滴并在下落过程中冷却形成金属粉末的雾化器。

进一步改进的是：所述气雾化制粉壳体下端设有用于收集规格大于预定值的金属粉末的一级粉末收集器、设于所述气雾化制粉壳体一侧且与气雾化制粉壳体的侧壁连通用于收集规格不大于预定值的金属粉末的收集装置。

进一步改进的是：所述收集装置包括设于所述气雾化制粉壳体一侧且与气雾化制粉壳体的侧壁连通的旋风分离器、设于旋风分离器下端且与旋风分离器的粉末出口连通的二级粉末收集器、设于所述旋风分离器上位于旋风分离器的空气出口的风机。

进一步改进的是：所述保护装置包括设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间的真空泵、用于将外部惰性气体通入熔炼装置和气雾化制粉装置的气源件。

基于上述内容，本实用发明还提供一种可切换生产批量的雾化装置的使用方法，包括金属材料的试制开发和金属材料的批量生产；

金属材料的试制开发步骤如下：

1.1)主坩埚不使用，通过柱塞装置关闭副坩埚底部的开口，接着将第二预定量金属材料放置于副坩埚中，然后开启真空泵对熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件向熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体中充入惰性气体；

1.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启副加热装置将副坩埚内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度；

1.3)当第二预定量金属材料完全熔化后，通过测温装置测量熔融金属液温度，当温度达到预定温度时，通过柱塞装置开启副坩埚底部的开口供熔融金属液流至导流装置，并在开启副坩埚底部的开口的同时开启雾化器对导流装置流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

1.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器被二级粉末收集器收集；

金属材料的批量生产步骤如下：

2.1)将第一预定量金属材料放置于主坩埚中，然后开启真空泵对熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件向熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体中充入惰性气体；

2.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启主加热装置将主坩埚内的第一预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度，并在第一预定量金属材料熔炼过程中开启副加热装置将副坩埚进行加热并维持温度；

2.3)当第一预定量金属材料完全熔化后，通过倾倒装置驱动主坩埚活动以使得主坩埚将熔融金属液匀速倾倒至副坩埚中，同时开启雾化器，进入副坩埚中的熔融金属液在副坩埚的保温下从副坩埚底部的开口流至导流装置并从导流装置流出，雾化器对从导流装置流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

2.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器被二级粉末收集器收集。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明充分利用了副坩埚的特点，实现了副坩埚既能作为主坩埚的中间包坩埚，又可作为试制开发的熔炼坩埚使用，以最小的成本和简便的操作在单台设备上同时实现了试制开发和批量生产的粉末制备需求。

2、由于本发明在试制开发和批量生产中，均采用同一套设备，避免了因为设备不同对粉末特征造成的干扰，试制开发所获得的产品数据及工艺参数可完全适配到批量生产上，在单台设备上实现了试制开发和批量生产的契合，保证了试制开发和批量生产制备粉末质量的一致性。

附图说明

图1为本发明中主坩埚未使用时的结构状态示意图；

图2为本发明中主坩埚使用时的结构状态示意图；

附图标记：11、熔炼壳体；21、主坩埚；22、主加热装置；31、副坩埚；32、副加热装置；41、密封套；42、柱塞杆；43、锁紧装置；44、仪表；5、导流装置；61、气雾化制粉壳体；62、雾化器；71、一级粉末收集器；72、二级粉末收集器；73、旋风分离器；74、风机；81、真空泵；82、气源件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

参考图1至图2所示，一种可切换生产批量的雾化装置，包括用于对金属材料进行熔炼的熔炼装置、设于所述熔炼装置上且与熔炼装置下端连通用于在熔炼装置熔炼完金属材料后对熔炼后的金属材料进行气雾化制粉的气雾化制粉装置、设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间用于在熔炼装置工作前对熔炼装置和气雾化制粉装置进行抽真空并在抽真空后通入惰性气体的保护装置；

所述熔炼装置包括熔炼壳体11、可活动设于所述熔炼壳体11内壁上用于放置第一预定量金属材料的主坩埚21、设于所述主坩埚21外部上用于在通电后感应加热至预定温度以使得主坩埚21内的金属材料熔炼成熔融金属液并维持熔融金属液状态的主加热装置22、设于所述熔炼壳体11上用于驱动主坩埚21活动以使得主坩埚21将熔融金属液匀速倾倒的倾倒装置、设于所述熔炼壳体11上位于主坩埚21下方的用于在主坩埚21使用时对倾倒下来的熔融金属液进行保温及导流至气雾化制粉装置并在主坩埚21未使用时用于放置第二预定量金属材料且将金属材料熔炼成熔融金属液及将熔融金属液导流至气雾化制粉装置的副坩埚31系统；所述第一预定量的数值大于第二预定量的数值；

在本发明实施例中，主加热装置22为感应加热线圈，所述倾倒装置包括固定设于主坩埚21上的转轴(图中未示出)、设于熔炼腔室上用于驱动转轴带动主坩埚21转动的转动电机(图中未示出)；

所述副坩埚31系统包括设于所述熔炼壳体11上位于主坩埚21下方且底部带有开口的副坩埚31、设于所述熔炼壳体11上用于开启或关闭副坩埚31底部的开口的柱塞装置、设于所述副坩埚31外部用于在主坩埚21使用且在主坩埚21倾倒前通电感应加热至预定温度对副坩埚31进行加热及维持温度以对主坩埚21倾倒下来进入副坩埚31中的熔融金属液进行保温并在主坩埚21未使用时通电感应加热至预定温度将放置于副坩埚31内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液及维持熔融金属液状态的副加热装置32、设于所述熔炼壳体11上位于副坩埚31下端用于连通副坩埚31底部的开口和气雾化制粉装置的导流装置5，导流装置5为现有技术，在此不再赘述；

在本发明实施例中，副加热装置32为感应加热线圈；

主坩埚21的容量为100kg-1000kg，副坩埚31的容量为1kg-20kg，所述主坩埚21和副坩埚31的材质为氧化铝、氧化镁或石墨中的一种或两种及以上的复合，为主加热装置22供电的电源为中频交流电，电源的功率配置在100KW-1000KW，为副加热装置32供电的电源为中频交流电，电源的功率配置在10KW-100KW范围；

所述柱塞装置包括开设于所述熔炼壳体11上且位于副坩埚31上方的柱塞孔(图中未示出)、设于所述熔炼壳体11上位于柱塞孔处的密封套41、可升降设于所述密封套41上用于开启或关闭副坩埚31底部的开口的柱塞杆42，所述熔炼壳体11上设有用于在柱塞杆42关闭副坩埚31底部的开口后将柱塞杆42锁止固定的锁紧装置43，锁紧装置43为现有技术，在此不再赘述；

所述柱塞杆42上部为不锈钢材质，下部为氧化铝材质，在所述柱塞杆42上设有用于测量副坩埚31内熔融金属液温度的测温装置，测温装置包括插设于柱塞杆42上用于测量副坩埚31内温度的热电偶(图中未示出)、与热电偶电性连接用于显示热电偶测量的温度数值的仪表44；

所述气雾化制粉装置包括设于所述熔炼壳体11下端且与所述导流装置5连通的气雾化制粉壳体61、设于所述气雾化制粉壳体61上用于对熔融金属液进行雾化使熔融金属液分散形成金属液滴并在下落过程中冷却形成金属粉末的雾化器62；

所述气雾化制粉壳体61下端设有用于收集规格大于预定值的金属粉末的一级粉末收集器71、设于所述气雾化制粉壳体61一侧且与气雾化制粉壳体61的侧壁连通用于收集规格不大于预定值的金属粉末的收集装置；

所述收集装置包括设于所述气雾化制粉壳体61一侧且与气雾化制粉壳体61的侧壁连通的旋风分离器73、设于旋风分离器73下端且与旋风分离器73的粉末出口连通的二级粉末收集器72、设于所述旋风分离器73上位于旋风分离器73的空气出口的风机74；

所述保护装置包括设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间的真空泵81、用于将外部惰性气体通入熔炼装置和气雾化制粉装置的气源件82，气源件82可采用气泵；

熔炼壳体11与气雾化制粉壳体61上还设有用于在需要时对熔炼壳体11与气雾化制粉壳体61进行降温的水冷装置(图中未示出)；

基于上述内容，本实用发明还提供一种可切换生产批量的雾化装置的使用方法，包括金属材料的试制开发和金属材料的批量生产；

金属材料的试制开发步骤如下：

1.1)主坩埚21不使用，通过柱塞装置关闭副坩埚31底部的开口，接着将第二预定量金属材料放置于副坩埚31中，然后开启真空泵81对熔炼壳体11内部和气雾化制粉壳体61内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件82向熔炼壳体11内部和气雾化制粉壳体61中充入惰性气体，惰性气体可为氩气或氮气中的一种；

1.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启副加热装置32将副坩埚31内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度；

1.3)当第二预定量金属材料完全熔化后，通过测温装置测量熔融金属液温度，当温度达到预定温度时，通过柱塞装置开启副坩埚31底部的开口供熔融金属液流至导流装置5，并在开启副坩埚31底部的开口的同时开启雾化器62对导流装置5流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

1.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器71收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器73被二级粉末收集器72收集；

金属材料的批量生产步骤如下：

2.1)将第一预定量金属材料放置于主坩埚21中，然后开启真空泵81对熔炼壳体11内部和气雾化制粉壳体61内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件82向熔炼壳体11内部和气雾化制粉壳体61中充入惰性气体，惰性气体可为氩气或氮气中的一种；

2.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启主加热装置22将主坩埚21内的第一预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度，并在第一预定量金属材料熔炼过程中开启副加热装置32将副坩埚31进行加热并维持温度；

2.3)当第一预定量金属材料完全熔化后，通过倾倒装置驱动主坩埚21活动以使得主坩埚21将熔融金属液匀速倾倒至副坩埚31中，同时开启雾化器62，进入副坩埚31中的熔融金属液在副坩埚31的保温下从副坩埚31底部的开口流至导流装置5并从导流装置5流出，雾化器62对从导流装置5流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

2.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器71收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器73被二级粉末收集器72收集。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种可切换生产批量的雾化装置，包括用于对金属材料进行熔炼的熔炼装置、设于所述熔炼装置上且与熔炼装置下端连通用于在熔炼装置熔炼完金属材料后对熔炼后的金属材料进行气雾化制粉的气雾化制粉装置、设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间用于在熔炼装置工作前对熔炼装置和气雾化制粉装置进行抽真空并在抽真空后通入惰性气体的保护装置，其特征在于：所述熔炼装置包括熔炼壳体、可活动设于所述熔炼壳体内壁上用于放置第一预定量金属材料的主坩埚、设于所述主坩埚外部用于在通电后感应加热至预定温度以使得主坩埚内的金属材料熔炼成熔融金属液并维持熔融金属液状态的主加热装置、设于所述熔炼壳体上用于驱动主坩埚活动以使得主坩埚将熔融金属液匀速倾倒的倾倒装置、设于所述熔炼壳体上位于主坩埚下方的用于在主坩埚使用时对倾倒下来的熔融金属液进行保温及导流至气雾化制粉装置并在主坩埚未使用时用于放置第二预定量金属材料且将金属材料熔炼成熔融金属液及将熔融金属液导流至气雾化制粉装置的副坩埚系统；所述第一预定量的数值大于第二预定量的数值。

2.根据权利要求1所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述副坩埚系统包括设于所述熔炼壳体上位于主坩埚下方且底部带有开口的副坩埚、设于所述熔炼壳体上用于开启或关闭副坩埚底部的开口的柱塞装置、设于所述副坩埚外部的用于在主坩埚使用且在主坩埚倾倒前通电感应加热至预定温度对副坩埚进行加热及维持温度以对主坩埚倾倒下来进入副坩埚中的熔融金属液进行保温并在主坩埚未使用时通电感应加热至预定温度将放置于副坩埚内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液及维持熔融金属液状态的副加热装置、设于所述熔炼壳体上位于副坩埚下端用于连通副坩埚底部的开口和气雾化制粉装置的导流装置。

3.根据权利要求2所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述柱塞装置包括开设于所述熔炼壳体上且位于副坩埚上方的柱塞孔、设于所述熔炼壳体上位于柱塞孔处的密封套、可升降设于所述密封套上用于开启或关闭副坩埚底部的开口的柱塞杆。

4.根据权利要求3所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述熔炼壳体上设有用于在柱塞杆关闭副坩埚底部的开口后将柱塞杆锁止固定的锁紧装置。

5.根据权利要求3所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述柱塞杆上设有用于测量副坩埚内温度的测温装置。

6.根据权利要求2所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述气雾化制粉装置包括设于所述熔炼壳体下端且与所述导流装置连通的气雾化制粉壳体、设于所述气雾化制粉壳体上用于对熔融金属液进行雾化使熔融金属液分散形成金属液滴并在下落过程中冷却形成金属粉末的雾化器。

7.根据权利要求6所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述气雾化制粉壳体下端设有用于收集规格大于预定值的金属粉末的一级粉末收集器、设于所述气雾化制粉壳体一侧且与气雾化制粉壳体的侧壁连通用于收集规格不大于预定值的金属粉末的收集装置。

8.根据权利要求7所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述收集装置包括设于所述气雾化制粉壳体一侧且与气雾化制粉壳体的侧壁连通的旋风分离器、设于旋风分离器下端且与旋风分离器的粉末出口连通的二级粉末收集器、设于所述旋风分离器上位于旋风分离器的空气出口的风机。

9.根据权利要求1所述的一种可切换生产批量的雾化装置，其特征在于：所述保护装置包括设于所述熔炼装置与气雾化制粉装置之间的真空泵、用于将外部惰性气体通入熔炼装置和气雾化制粉装置的气源件。

10.一种根据权利要求1至9所述的一种可切换生产批量的雾化装置的使用方法，其特征在于：包括金属材料的试制开发和金属材料的批量生产；

金属材料的试制开发步骤如下：

1.1)主坩埚不使用，通过柱塞装置关闭副坩埚底部的开口，接着将第二预定量金属材料放置于副坩埚中，然后开启真空泵对熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件向熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体中充入惰性气体；

1.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启副加热装置将副坩埚内的第二预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度；

1.3)当第二预定量金属材料完全熔化后，通过测温装置测量熔融金属液温度，当温度达到预定温度时，通过柱塞装置开启副坩埚底部的开口供熔融金属液流至导流装置，并在开启副坩埚底部的开口的同时开启雾化器对导流装置流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

1.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器被二级粉末收集器收集；

金属材料的批量生产步骤如下：

2.1)将第一预定量金属材料放置于主坩埚中，然后开启真空泵对熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体内进行抽真空，当真空度小于1Pa时，通过气源件向熔炼壳体内部和气雾化制粉壳体中充入惰性气体；

2.2)在真空状态和惰性气体保护下，开启主加热装置将主坩埚内的第一预定量金属材料熔炼成熔融金属液并保持200-300℃过热度，并在第一预定量金属材料熔炼过程中开启副加热装置将副坩埚进行加热并维持温度；

2.3)当第一预定量金属材料完全熔化后，通过倾倒装置驱动主坩埚活动以使得主坩埚将熔融金属液匀速倾倒至副坩埚中，同时开启雾化器，进入副坩埚中的熔融金属液在副坩埚的保温下从副坩埚底部的开口流至导流装置并从导流装置流出，雾化器对从导流装置流出的熔融金属液进行高压气体破碎，使熔融金属液分散形成金属液滴；

2.4)金属液滴下落过程中冷却凝固成金属粉末，最后规格大于预定值的金属粉末落下被一级粉末收集器收集，规格不大于预定值的金属粉末通过旋风分离器被二级粉末收集器收集。

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