CN116422892A - 中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法，所述中间包坩埚包括坩埚本体、密封件和导液管，所述导液管设置在所述坩埚本体的底板上，所述导液管与所述坩埚本体的内腔相连通，所述密封件被设置成能移动至所述导液管内并封闭所述导液管的入口。本发明通过限制导液管的上端面低于底板的第二部分的上端面，中间包坩埚内金属熔液实时接触到导液管的上端面并将热量传输至导液管的其他部分，从而对导液管的整体进行预热，防止金属熔液在导液管处产生较多热损失，且使金属熔液达到金属粉末雾化需求的过热度。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法。
背景技术
气雾化制粉技术是采用高压雾化介质冲击金属熔液成为液滴，液滴在飞行冷却过程中发生球化与凝固行为，最终形成合金球形粉末。在全球范围内，气雾化制粉技术作为一门发展多年的技术，已成为主要的合金粉末制备方式。以前，气雾化制粉主要用于激光熔覆、热喷涂、金属注射成型等领域，随着近十年金属增材制造技术的大量应用，特别是激光选区熔化(SLM)技术的普及，对于低氧含量、高球形度、高流动性、粒度范围在15-53μm的合金粉末需求量日益增多。然而，常规气雾化制粉技术制备的合金粉末粒度范围为0-250μm，其中15-53μm粒度段占比仅为30-40％，致使金属增材制造合金粉材成本居高不下。15-53μm粒度段与整个通粉相比为细粉段，所以要获得更多的金属增材制造用粉，就是要提高气雾化制粉的细粉段收得率。
对于工业级气雾化制粉生产，参考专利号为CN202022461899.0、名称为一种稳定型喷射装置的专利。通过在连接喷杯上连接加热装置以补充熔炼炉内的金属熔液倒入连接喷杯时的热量散失，并在连接喷杯的底部设置阀门组件用于提高金属液的稳定性。上述装置内的金属熔液流经连接喷杯、第二流动通孔和出液装置依旧会产生大量热损失，致使金属熔液雾化前过热度不足，金属熔液粘度较大，雾化得到的金属粉末破碎程度低；同时由于第二流动通孔处的温度低于金属熔液的温度，金属熔液在流经第二流动通孔时可能会冷凝并堵塞第二流动通孔。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中第二流动通孔处的温度低于金属熔液的温度，金属熔液在流经第二流动通孔时可能会冷凝并堵塞第二流动通孔的缺陷，提供一种中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法。
本发明所提到的“过热度”是指，超过金属材料熔点的温度。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种中间包坩埚，所述中间包坩埚包括坩埚本体、密封件和导液管，所述导液管设置在所述坩埚本体的底板上，所述导液管与所述坩埚本体的内腔相连通，所述密封件被设置成能移动至所述导液管内并封闭所述导液管的入口；
所述底板包括第一部分和设于所述第一部分上方的第二部分，所述第一部分上开设有第一通孔，所述第二部分上开设有第二通孔，所述第一通孔的孔径小于所述第二通孔的孔径，所述导液管的上端面低于所述第二部分的上端面。
在本方案中，通过移动密封件能够密封导液管的入口，在加热中间包坩埚内的金属时，避免金属熔液进入导液管内导致导液管被堵塞。将底板分为第一部分和第二部分，第二部分能够抬高中间包坩埚内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管相连的雾化喷嘴的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴发生热变形。通过设置第二部分可相应减小第一部分的厚度，从而缩短了导液管在第一部分内的长度，进而缩短导液管的入口与雾化喷嘴的距离，避免金属熔液在导液管流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴后有足够的过热度。
通过限定导液管上端面低于第二部分的上端面，使得中间包坩埚内的金属熔液能够全部流入导液管内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管伸入中间包坩埚内，避免温度过高使导液管发生热变形；中间包坩埚内金属熔液实时接触到导液管的上端面并将热量传输至导液管的其他部分，从而对导液管的整体进行预热，防止金属熔液在导液管处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管的预热可以防止导液管温度过低导致金属熔液冷凝在导液管的管壁上堵塞导液管，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管相连的雾化喷嘴中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
优选地，所述导液管具有位于所述第一通孔内的第一段和位于所述第二通孔内的第二段，所述第一段的外周面与所述第一通孔的内壁相贴合，所述第二段的外周面与所述第二通孔的内壁相贴合。
在本方案中，导液管分为第一段和第二段，限制第一段的外周面与第一通孔的内壁相贴合，第二段的外周面与第二通孔的内壁相贴合，使得导液管与底板的第一部分和第二部分之间形成密封，金属熔液不会沿导液管的外周面流动，使得金属熔液能够充分与导液管的上端面接触。
优选地，所述导液管位于所述第二段的内腔呈锥形；
和/或，所述第二通孔位于所述导液管的上端面上方的开口呈锥形。
在本方案中，导液管在第二段的内腔的形状与密封件的端部的形状相匹配，限定导液管与密封件接触的内腔呈锥形，便于密封件与导液管的入口之间形成密封条件，避免金属熔液流入导液管的内腔。
第二通孔在导液管的上端面的上方具有开口，开口呈锥形。在导液管的入口被密封件封闭时，使得中间包坩埚内金属熔液能够流至第二通孔内，锥形的开口能够将金属熔液导向导液管的上端面并在导液管的上端面停留，进而对导液管预热。
优选地，所述密封件内设有温度检测器；
和/或，所述坩埚本体的上方设有升降机构，所述升降机构用于带动所述密封件移动以打开或封闭所述导液管的入口；
和/或，所述第二部分为陶瓷镁砂和液体硅酸钠的混合物。
在本方案中，温度检测器设置在密封件内，能够实时监测坩埚本体内金属熔液的温度，根据温度检测器的温度判断中间包坩埚内的金属熔液是否达到金属气雾化的温度以便进行后续操作。
通过升降机构移动密封件，根据金属粉末气雾化的操作过程打开或关闭导液管的入口。
优选地，所述中间包坩埚还包括盖板，所述盖板用于封闭所述坩埚本体的上端开口，所述盖板包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和/或所述第二盖板被设置成沿垂直所述坩埚本体的轴线方向移动；
和/或，所述中间包坩埚还包括第一感应线圈，所述第一感应线圈设于所述坩埚本体的外周侧；
和/或，所述中间包坩埚还包括隔热套筒，所述隔热套筒设于所述坩埚本体的外周侧。
在本方案中，通过设置盖板对坩埚本体的上端开口进行封闭，进而对坩埚本体内的金属熔液进行保温，防止金属熔液在中间包坩埚内产生较大的热量损失。盖板是可以移动的，移动盖板能够打开坩埚本体的上端开口，使得能够从外部向中间包坩埚内投入金属或金属熔液。
通过设置第一感应线圈对中间包坩埚内的金属或金属熔液进行加热，能够熔化中间包坩埚内的金属或对中间包坩埚内的金属熔液加热保温。
通过在中间包坩埚的外周侧设置隔热套筒，能够降低金属熔液在中间包坩埚内的热损失。
本发明还提供一种金属粉末气雾化装置，所述金属粉末气雾化装置包括：
如上所述中间包坩埚；
熔炼坩埚；
熔炼室，所述熔炼坩埚和所述中间包坩埚均设置在所述熔炼室内；
雾化喷嘴，所述雾化喷嘴安装在所述熔炼室上并与所述导液管的出口相连通。
在本方案中，熔炼坩埚和上述中间包坩埚设置在熔炼室内，熔炼坩埚用于熔炼金属，将熔炼坩埚内的金属熔液倒入中间包坩埚内，金属熔液通过雾化喷嘴进行金属粉末气雾化。本发明通过将底板分为第一部分和第二部分，第二部分能够抬高中间包坩埚内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管相连的雾化喷嘴的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴发生热变形。通过设置第二部分可相应减小第一部分的厚度，从而缩短了导液管在第一部分内的长度，进而缩短导液管的入口与雾化喷嘴的距离，避免金属熔液在导液管流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴后有足够的过热度；
通过限定导液管上端面低于第二部分的上端面，使得中间包坩埚内的金属熔液能够全部流入导液管内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管伸入中间包坩埚内，避免温度过高使导液管发生热变形；中间包坩埚内金属熔液实时接触到导液管的上端面并将热量传输至导液管的其他部分，从而对导液管的整体进行预热，防止金属熔液在导液管处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管的预热可以防止导液管温度过低导致金属熔液冷凝在导液管的管壁上堵塞导液管，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管相连的雾化喷嘴中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
优选地，在同一熔炼室内设置多个熔炼坩埚，能够在同一时间段内提供更多的达到雾化条件的金属熔液。根据雾化喷嘴的雾化速度调整熔炼坩埚向中间包坩埚内投入金属熔液的速度，可以实现金属粉末的连续气雾化。
优选地，所述金属粉末气雾化装置还包括第二感应线圈和电磁屏蔽套筒，所述第二感应线圈设于所述熔炼坩埚的外周侧，所述电磁屏蔽套筒设于所述中间包坩埚和/或所述熔炼坩埚的外周侧；
和/或，所述金属粉末气雾化装置还包括液冷装置，所述液冷装置用于冷却所述熔炼室和/或所述雾化喷嘴。
在本方案中，熔炼坩埚的外周侧设置的第二感应线圈用于熔化熔炼坩埚内的金属并使金属熔液达到雾化所需的过热度。在中间包坩埚和/或所述熔炼坩埚的外周侧设置电磁屏蔽套筒，防止第一感应线圈和第二感应线圈之间产生干扰影响加热效率，增加熔炼坩埚和中间包坩埚内的金属熔化达到过热度的时间，影响雾化效率，增加生产成本。
本发明还提供一种金属粉末气雾化的方法，所述方法采用如上所述的金属粉末气雾化装置，包括以下步骤，
S1、驱动所述密封件封闭所述导液管的入口，将所述中间包坩埚内的金属加热至第一预设温度，加热熔化形成的金属熔液流至所述导液管的上端面以预热所述导液管并保持第一预设时间；
S2、驱动所述密封件打开所述导液管的入口，使所述中间包坩埚内的金属熔液通过所述导液管流至所述雾化喷嘴进行金属粉末气雾化。
在本方案中，进行金属粉末气雾化之前需要封闭导液管的入口，并对中间包坩埚内的金属加热至第一预设温度，加热融化后的金属熔液能够停留在导液管的上端面并保持第一预设时间，保证对导液管进行充分预热，从而防止金属熔液在导液管处产生较多热损失，并使金属熔液能够达到金属粉末雾化需求的过热度。本方法采用的中间包坩埚的底板分为第一部分和第二部分，第二部分能够抬高中间包坩埚内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管相连的雾化喷嘴的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴发生热变形。通过设置第二部分可相应减小第一部分的厚度，从而缩短了导液管在第一部分内的长度，进而缩短导液管的入口与雾化喷嘴的距离，避免金属熔液在导液管流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴后有足够的过热度。通过限定导液管上端面低于第二部分的上端面，使得中间包坩埚内的金属熔液能够全部流入导液管内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管伸入中间包坩埚内，避免温度过高使导液管发生热变形；同时，对导液管的预热可以防止导液管温度过低导致金属熔液冷凝在导液管的管壁上堵塞导液管，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管相连的雾化喷嘴中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
优选地，所述方法还包括以下步骤，
S3、将所述熔炼坩埚内的金属加热至高于所述第一预设温度的第二预设温度，将金属熔液倒入所述中间包坩埚内。
在本方案中，通过对熔炼坩埚内金属加热熔炼，并控制熔炼坩埚内的金属熔液达到第二预设温度，第二预设温度高于中间包坩埚内第一预设温度，以抵消熔炼坩埚内金属熔液向中间包坩埚内倾倒过程中产生的热量损失。
优选地，在所述步骤S3中，将所述熔炼坩埚内的金属熔液倒入所述中间包坩埚内时，提升所述中间包坩埚的加热功率。
在本方案中，熔炼坩埚内金属熔液向中间包坩埚内倾倒时，提高中间包坩埚的加热功率，能够对中间包坩埚内的热量进行补充，金属熔液经过中间包坩埚进行热量补充，从而保证倒入中间包坩埚内的金属熔液的温度符合雾化所需的过热度要求。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过将底板分为第一部分和第二部分，第二部分能够抬高中间包坩埚内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管相连的雾化喷嘴的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴发生热变形。通过设置第二部分可相应减小第一部分的厚度，从而缩短了导液管在第一部分内的长度，进而缩短导液管的入口与雾化喷嘴的距离，避免金属熔液在导液管流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴后有足够的过热度；
通过限定导液管上端面低于第二部分的上端面，使得中间包坩埚内的金属熔液能够全部流入导液管内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管伸入中间包坩埚内，避免温度过高使导液管发生热变形；中间包坩埚内金属熔液实时接触到导液管的上端面并将热量传输至导液管的其他部分，从而对导液管的整体进行预热，防止金属熔液在导液管处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管的预热可以防止导液管温度过低导致金属熔液冷凝在导液管的管壁上堵塞导液管，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管相连的雾化喷嘴中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
附图说明
图1为本发明的实施例的中间包坩埚的剖面结构示意图；
图2为本发明的实施例的中间包坩埚的局部剖面结构示意图；
图3为本发明的实施例的盖板的结构示意图；
图4为本发明的实施例的中间包坩埚和熔炼坩埚在熔炼室内的安装示意图；
附图标记说明：
中间包坩埚100
坩埚本体110
密封件120
温度检测器121
导液管130
第一段131
第二段132
第一部分140
第一通孔141
第二部分150
第二通孔151
升降机构160
第一感应线圈170
盖板180
第一盖板181
第二盖板182
凹槽183
隔热套筒190
熔炼坩埚200
第二感应线圈210
熔炼室300
雾化喷嘴400
电磁屏蔽套筒500
液冷装置600
隔热垫板700
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种中间包坩埚100，如图1-4所示，该中间包坩埚100包括坩埚本体110、密封件120和导液管130，导液管130设置在坩埚本体110的底板上。导液管130与坩埚本体110的内腔相连通，密封件120被设置成能移动至导液管130内并封闭导液管130的入口。底板包括第一部分140和设于第一部分140上方的第二部分150，第一部分140上开设有第一通孔141，第二部分150上开设有第二通孔151。第一通孔141的孔径小于第二通孔151的孔径，导液管130的上端面低于第二部分150的上端面。
通过移动密封件120能够密封导液管130的入口，在加热中间包坩埚100内的金属时，避免金属熔液进入导液管130内导致导液管130被堵塞。将底板分为第一部分140和第二部分150，第二部分150能够抬高中间包坩埚100内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管130相连的雾化喷嘴400的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴400发生热变形。通过设置第二部分150可相应减小第一部分140的厚度，从而缩短了导液管130在第一部分140内的长度，进而缩短导液管130的入口与雾化喷嘴400的距离，避免金属熔液在导液管130流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴400后有足够的过热度。
通过限定导液管130上端面低于第二部分150的上端面，使得中间包坩埚100内的金属熔液能够全部流入导液管130内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管130伸入中间包坩埚100内，避免温度过高使导液管130发生热变形；中间包坩埚100内金属熔液实时接触到导液管130的上端面并将热量传输至导液管130的其他部分，从而对导液管130的整体进行预热，防止金属熔液在导液管130处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管130的预热可以防止导液管130温度过低导致金属熔液冷凝在导液管130的管壁上堵塞导液管130，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管130相连的雾化喷嘴400中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
在本实施例中，导液管130具有位于第一通孔141内的第一段131和位于第二通孔151内的第二段132，第一段131的外周面与第一通孔141的内壁相贴合，第二段132的外周面与第二通孔151的内壁相贴合。限制第一段131的外周面与第一通孔141的内壁相贴合，第二段132的外周面与第二通孔151的内壁相贴合，使得导液管130与底板的第一部分140和第二部分150之间形成密封连接，金属熔液不会沿导液管130的外周面流动，使得金属熔液能够充分与导液管130的上端面接触。其中，第一通孔141与第二通孔151同轴设置。在其他实施例中，第一通孔141与第二通孔151也可以偏离轴线设置，不影响导液管130的安装即可。
具体地，由于导液管130的长度是固定的，导液管130的第二段132的长短影响导液管130在雾化喷嘴400中的伸出长度，第二段132的长度越长，导液管130在雾化喷嘴400中的伸出长度越短。
导液管130位于第二段132的内腔呈锥形。导液管130在第二段132的内腔的形状与密封件120的端面的形状相匹配，限定导液管130与密封件120接触的内腔呈锥形，便于密封件120与导液管130的入口之间形成密封条件，在密封件120的端部移动至导液管130内与导液管130的内腔接触时金属熔液不会流入导液管130内腔。
第二通孔151位于导液管130的上端面上方的开口呈锥形。在导液管130的入口被密封件120封闭时，中间包坩埚100内金属熔液流至第二通孔151内，锥形的开口能够将金属熔液导向导液管130的上端面并使金属熔液在导液管130的上端面停留，进而对导液管130预热。
密封件120内设有温度检测器121，密封件120设置在坩埚本体110内时，能够实时监测坩埚本体110内金属熔液的温度，根据温度检测器121的温度判断中间包坩埚100内的金属熔液是否达到金属气雾化的温度以便进行后续操作。
坩埚本体110的上方设有升降机构160，升降机构160用于带动密封件120移动以打开或封闭导液管130的入口。在未达到雾化条件时，升降机构160通过将密封件120的端部移至导液管130的入口并将导液管130的入口堵住，使得金属或金属熔液保持在中间包坩埚100内保温或加热。满足雾化条件时，升降机构160将密封件120从导液管130的入口移开，金属熔液即可从坩埚本体110内流入导液管130的内腔。
第二部分150为陶瓷镁砂和液体硅酸钠的混合物，将液体硅酸钠(俗称：水玻璃)与陶瓷镁砂混合形成第二部分150，并放置于第一部分140的上方，然后采用热烘枪200℃/15min完成第二部分150的固化。第二部分150作为中间包坩埚100的衬底部分，能够对中间包坩埚100进行保温防止热量过多散失；还能够降低传递至中间包坩埚100外部的热量，避免中间包坩埚100外的其他结构因高温产生热变形。
中间包坩埚100还包括盖板180，盖板180用于封闭坩埚本体110的上端开口，进而对坩埚本体110内的金属熔液进行保温，防止金属熔液在中间包坩埚100内产生较大的热量损失。盖板180包括第一盖板181和第二盖板182，第一盖板181和第二盖板182被设置成沿垂直坩埚本体110的轴线方向移动。如图2和图3所示，在本实施例中，可以驱动第一盖板181和第二盖板182沿坩埚本体110的顶部端面移动，打开坩埚本体110的上端开口，使得能够从外部向中间包坩埚100内投入金属或金属熔液。
在其他实施例中，第一盖板181和第二盖板182中的一个是固定的，另一个是活动的，驱动活动的盖板移动即可打开坩埚本体110的上端开口。
在其他实施例中，盖板180可以是沿坩埚本体110的轴线方向上下移动以打开或封闭坩埚本体110的上端开口。在其他实施例中，盖板180可以沿其他能够打开坩埚本体110的上端开口的任意方向移动。
在本实施例中，第一盖板181和第二盖板182上开设有相对的凹槽183，第一盖板181和第二盖板182对中间包坩埚100封闭时，两个凹槽183形成供密封件120通过的通孔，也能够提起密封件120，使中间包坩埚100内的金属熔液流入导液管130内。
中间包坩埚100还包括第一感应线圈170，第一感应线圈170设于坩埚本体110的外周侧。通过设置第一感应线圈170对中间包坩埚100内的金属或金属熔液进行加热，能够熔化中间包坩埚100内的金属或对中间包坩埚100内的金属熔液保温。
中间包坩埚100还包括隔热套筒190，隔热套筒190设于坩埚本体110的外周侧。该隔热套筒190能够降低金属熔液在中间包坩埚100内的热损失。
本实施例还提供一种金属粉末气雾化装置，该金属粉末气雾化装置包括上述中间包坩埚100、熔炼坩埚200、熔炼室300和雾化喷嘴400，熔炼坩埚200和中间包坩埚100均设置在熔炼室300内，雾化喷嘴400安装在熔炼室300上并与导液管130的出口相连通。熔炼坩埚200用于熔炼金属，将熔炼坩埚200内熔化的金属熔液倒入中间包坩埚100内，金属熔液通过雾化喷嘴400进行金属粉末气雾化。
金属粉末气雾化装置还包括隔热垫板700，隔热垫板700设置在中间包坩埚100和熔炼室300内壁之间。隔热垫板700能够降低中间包坩埚100与雾化喷嘴400之间的热量传输。
通过移动密封件120能够密封导液管130的入口，在加热中间包坩埚100内的金属时，避免金属熔液进入导液管130内导致导液管130被堵塞。将底板分为第一部分140和第二部分150，第二部分150能够抬高中间包坩埚100内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管130相连的雾化喷嘴400的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴400发生热变形。通过设置第二部分150可相应减小第一部分140的厚度，从而缩短了导液管130在第一部分140内的长度，进而缩短导液管130的入口与雾化喷嘴400的距离，避免金属熔液在导液管130流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴400后有足够的过热度。
通过限定导液管130上端面低于第二部分150的上端面，使得中间包坩埚100内的金属熔液能够全部流入导液管130内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管130伸入中间包坩埚100内，避免温度过高使导液管130发生热变形；中间包坩埚100内金属熔液实时接触到导液管130的上端面并将热量传输至导液管130的其他部分，从而对导液管130的整体进行预热，防止金属熔液在导液管130处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管130的预热可以防止导液管130温度过低导致金属熔液冷凝在导液管130的管壁上堵塞导液管130，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管130相连的雾化喷嘴400中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
在其他实施例中，在同一熔炼室300内设置多个熔炼坩埚200，能够在同一时间段内提供更多的达到雾化条件的金属熔液。根据雾化喷嘴400的雾化速度调整熔炼坩埚200向中间包坩埚100内投入金属熔液的速度，可以实现金属粉末的连续气雾化，提高金属粉末气雾化的效率。
金属粉末气雾化装置还包括第二感应线圈210和电磁屏蔽套筒500，第二感应线圈210设于熔炼坩埚200的外周侧，电磁屏蔽套筒500设于中间包坩埚100的外周侧。熔炼坩埚200的外周侧设置的第二感应线圈210用于熔化熔炼坩埚200内的金属并使金属熔液达到雾化所需的过热度。在中间包坩埚100的外周侧设置电磁屏蔽套筒500，防止第一感应线圈170和第二感应线圈210之间产生干扰影响加热效率，增加熔炼坩埚200和中间包坩埚100内的金属熔化达到过热度的时间，影响雾化效率，增加生产成本。电磁屏蔽套筒500具体可以是外圈硅钢片套筒，其具有电磁屏蔽作用，避免在熔炼坩埚200电磁感性线圈与中间包熔炼感应线圈同时因相互干扰引起电火花或电源功率波动等问题，增强熔炼过程中的稳定性。
在其他实施例中，电磁屏蔽套筒500设于熔炼坩埚200的外周侧。在其他实施例中，熔炼坩埚200和中间包坩埚100的外周侧均设有电磁屏蔽套筒500。
金属粉末气雾化装置还包括液冷装置600，液冷装置600用于冷却雾化喷嘴400。如图1所示，液冷装置600为设置在熔炼室300内腔的冷却液，冷却液环绕雾化喷嘴400的外周设置。冷却液能够吸收对雾化喷嘴400周围的热量，降低雾化喷嘴400周围的温度，防止雾化喷嘴400的温度过高产生变形，从而影响雾化效率和雾化效果。液冷装置600用于冷却熔炼室300的本体的温度，提高熔炼室300的使用寿命，还能够降低从熔炼室300向外传递的热量，保持较好的工作条件。
如图1所示，雾化喷嘴400嵌设于带有双层水冷壁的熔炼室300的底部；中间包坩埚100包括底部隔热垫板700、隔热套筒190以及顶部的盖板180。液冷装置600(水冷装置)降低了中间包坩埚100的第一感应线圈170对雾化喷嘴400引发的热变形风险，可满足中间包刚更高功率的电磁感应熔炼，缩短中间包坩埚100内金属熔化时间并达到预设温度，最短可缩至20min。在本实施例中，盖板180是由对称的第一盖板181和第二盖板182构成，第一盖板181和第二盖板182各自连接牵引装置，通过牵引装置可以实现盖板180两部分在隔热套筒190上滑动，实现对中间包坩埚100的上端开口的隔断与开放。
本发明的金属粉末气雾化装置的安装方式为：
1、将雾化喷嘴400安装至熔炼室300上；
2、先安装中隔热垫板700，再安装中间包坩埚100使坩埚本体110与雾化喷嘴400的对中；
3、将导液管130从上至下插入中间包坩埚100与雾化喷嘴400，利用导液管130进一步完成中间包坩埚100与雾化喷嘴400的定位；
4、依次安装隔热套筒190、第一感应线圈170、电磁屏蔽套筒500至如图1所示的位置。
传统中间包坩埚100仅能够作为金属熔液过渡装置，依靠电磁感应中间包坩埚100外层的石墨加热中间包坩埚100内的温度，此类技术方案存在中间包坩埚100的内壁温度较低(最高约1300℃)，且中间包坩埚100底部的导液管130处温度更低。即使熔炼坩埚200中金属熔液过热度足够，但导入中间包坩埚100中的金属熔液存在较大热损失，容易引起金属熔液凝固堵塞在中间包坩埚100下端的导液管130中。即使导液管130内不出现不堵包，因金属熔液出现热损失也会降低合金熔液的过热度，最终体现在细粉收得率偏低。本发明的中间包坩埚100可以作为熔炼装置，在中间包坩埚100与熔炼坩埚200都放入金属物料进行熔炼。其中因为中间包坩埚100内部存在金属物料，在第一感应线圈170的作用下，将比传统的石墨感应加热(1300℃)获得更高的温度(最高可获得≥1700℃)，配合中间包的隔热保温装置，可保证中间包整体温度都≥1600℃；且可保证整个中间包坩埚100均匀加热到预设温度，中间包坩埚100内部温差≤±20℃。
本实施例还提供一种金属粉末气雾化的方法，该方法采用如上的金属粉末气雾化装置，包括以下步骤，
S1、驱动密封件120封闭导液管130的入口，将中间包坩埚100内的金属加热至第一预设温度，加热熔化形成的金属熔液流至导液管130的上端面以预热导液管130并保持第一预设时间；
S2、驱动密封件120打开导液管130的入口，使中间包坩埚100内的金属熔液通过导液管130流至雾化喷嘴400进行金属粉末气雾化。
进行金属粉末气雾化之前需要封闭导液管130的入口，并对中间包坩埚100内的金属加热至第一预设温度。加热融化后的金属熔液能够停留在导液管130的上端面并保持第一预设时间，实现对导液管130的预热，从而防止金属熔液在导液管130处产生较多热损失，并使金属熔液能够达到金属粉末雾化需求的过热度。同时，对导液管130的预热能够使金属熔液能够顺畅的流入雾化喷嘴400中，防止导液管130温度过低，使金属熔液冷凝在导液管130的管壁上堵塞导液管130，影响金属粉末雾化效率和雾化效果。中间包坩埚100内的金属熔液达到金属粉末雾化需求的过热度后，驱动密封件120打开导液管130的入口，金属熔液即可通过导液管130流至雾化喷嘴400处雾化得到金属粉末。采用上述金属粉末气雾化的方法获得的金属粉末的细粉收得率大大提升，至少达到85％。
该方法还包括以下步骤，
S3、将熔炼坩埚200内的金属加热至高于第一预设温度的第二预设温度，将金属熔液倒入中间包坩埚100内。通过对熔炼坩埚200内金属加热熔炼，并控制熔炼坩埚200内的金属熔液达到第二预设温度，以抵消熔炼坩埚200内金属熔液向中间包坩埚100内倾倒造成的热量损失。
在步骤S3中，将熔炼坩埚200内的金属熔液倒入中间包坩埚100内时，提升中间包坩埚100的加热功率。熔炼坩埚200内金属熔液向中间包坩埚100内倾倒时，提高中间包坩埚100的加热功率，能够对中间包坩埚100内的热量进行补充，金属熔液经过中间包坩埚100进行热量补充，从而保证倒入中间包坩埚100内的金属熔液的温度符合雾化所需的过热度要求。
通过移动密封件120能够密封导液管130的入口，在加热中间包坩埚100内的金属时，避免金属熔液进入导液管130内导致导液管130被堵塞。将底板分为第一部分140和第二部分150，第二部分150能够抬高中间包坩埚100内部金属熔液的高度，增大金属熔液与导液管130相连的雾化喷嘴400的距离，降低金属熔液的热传导以防止雾化喷嘴400发生热变形。通过设置第二部分150可相应减小第一部分140的厚度，从而缩短了导液管130在第一部分140内的长度，进而缩短导液管130的入口与雾化喷嘴400的距离，避免金属熔液在导液管130流动过程中产生较多的热损失，保证金属熔液进入雾化喷嘴400后有足够的过热度。
通过限定导液管130上端面低于第二部分150的上端面，使得中间包坩埚100内的金属熔液能够全部流入导液管130内，不会造成金属熔液的浪费；且能够避免导液管130伸入中间包坩埚100内，避免温度过高使导液管130发生热变形；中间包坩埚100内金属熔液实时接触到导液管130的上端面并将热量传输至导液管130的其他部分，从而对导液管130的整体进行预热，防止金属熔液在导液管130处产生较多热损失，保持金属熔液的过热度；同时，对导液管130的预热可以防止导液管130温度过低导致金属熔液冷凝在导液管130的管壁上堵塞导液管130，使金属熔液能够顺畅的流入与导液管130相连的雾化喷嘴400中，避免影响金属粉末雾化效率和雾化效果。
本发明不仅可以将中间包坩埚100作为金属熔液过渡装置，还可以将其作为熔炼装置。通过在中间包坩埚100中放置金属，配合较大熔炼功率进行熔炼及第一加热线圈，是中间包坩埚100内的温度在极短时间由20-30℃可升温至金属的熔点以上200-300℃(满足金属雾化所需的过热度)，并实现整个中间包坩埚100各位置处温度都能达到高温状态(最高温度≥1700℃)。导液管130与密封件120(可采用塞杆)之间设计有金属熔液流入空间，即中间包坩埚100内的金属熔液是实时接触导液管130，可通过热交换加热导液管130。
金属粉末雾化的操作过程如下：
1、在熔炼坩埚200放料100-300kg(根据熔炼室300实际情况配置相应熔炼坩埚200，熔炼坩埚200的材质为氧化镁或氧化铝等)，中间包坩埚100一般配置为容量为20kg的坩埚(坩埚材质为氧化镁或氧化铝)并放料10-15kg金属物料；
2、先控制中间包坩埚100上端开口至关闭状态；
3、打开熔炼坩埚200的电源，将电源加热功率调整至100-300kw，熔炼坩埚200开始金属熔炼，大约在30-45min后，熔炼坩埚200中金属开始熔化；
4、启动中间包坩埚100第一感应线圈170的电源，设置加热功率设置在30-40kw；
5、在20-30min后，熔炼坩埚200中金属熔液的温度上升至过热度200-300℃(过热度为超过上述金属材料熔点的温度)，此温度由密封件120内温度检测器121(温度检测器121可以是热电偶)直接插入金属熔液中测温；通过控制中间包熔化电源功率，可同时控制中间包坩埚100中熔液温度达到过热度200-300℃；
6、当熔炼坩埚200与中间包坩埚100中金属熔液温度都达到预设过热度，通过控制中间包坩埚100上端的升降机构160，带动拔动密封件120，使中间包坩埚100中金属熔液能够由导液管130中流下，当观察到金属熔液留出导液管130，打开雾化气体，进行金属粉末气雾化制粉实验(此实验为现有技术，因此不做赘述)；
7、在拔动密封件120的同时，打开中间包坩埚100上部的盖板180，启动熔炼坩埚200旋转；
8、密封件120底部在短时(＜10s)抬升至中间包坩埚100坩埚上部时，中间包上部盖板180完全打开，熔炼坩埚200内金属熔液同时或稍延后倾倒入中间包坩埚100中，实现金属熔液补充；
9、提升中间包坩埚100的第一感应线圈170的加热功率至40-60kw，保证中间包坩埚100内新倒入金属熔液热量提升，保证熔液过热度≥200℃。
其中，上述步骤1-5中熔炼坩埚200和中间包坩埚100的操作顺序可以根据实际工况进行调整。
综上，通过以上方式，实现整个量产级制粉过程中，金属熔液过热度保证在较高温度，液体粘度保持在较低状态(熔液粘度受温度影响，温度越高，熔液的粘度越低)，同样条件下，将提升10-30％细粉收得率。此方式还适用于多个熔炼坩埚200，当一个熔炼坩埚200向中间包坩埚100内浇铸时，另外一个或多个熔炼坩埚200保持熔炼，先浇铸完成的可重新投料及熔炼，实现多个熔炼坩埚200之间循环“投料-熔化-浇铸”，实现更大规模及更高效率的高过热度金属粉末气雾化制粉。且可保证雾化前的金属熔液在雾化前都达到设计的过热度，金属熔液粘度较小，在同等情况下，金属粉末气雾化制粉的细粉收得率(＜53μm)粒度段占比可提高10-45％。
下面通过两个具体的实施例来对本发明的效果进行阐述：
以304L不锈钢作为金属粉末气雾化的原料为例，熔炼坩埚200内投料量为150kg，中间包坩埚100内投料量为10kg，金属粉末气雾化过程具体如下：
1、将10kg合金放入中间包内的预设位置(合金规格必须预留陶瓷塞杆位置，常见为大直径带中孔规格或小直径棒料)；
2、控制升降机构160带动密封件120移向与导液管130的入口并密封导液管130的入口；
3、移动盖板180封闭中间包坩埚100的上端开口；
4、向熔炼坩埚200内投入150kg合金。
5、关闭熔炼室300，完成整套设备抽真空及惰性气体填充步骤(此项技术为现有技术，因此不需要在本申请内赘述)。
6、启动熔炼坩埚200的第二感应线圈210的电源，采用120-150kw功率进行合金熔炼，40min后，熔炼坩埚200内温度升至1390℃，合金开始熔化；同时启动中间包坩埚100的第一感应线圈170的电源，采用35kw的加热功率进行合金熔炼。30min后，熔炼坩埚200内合金熔液温度为1700℃，中间包坩埚100内合金熔液温度1650℃。
7、启动升降机构160使密封件120与导液管130分离，中间包坩埚100内的合金熔液流入导液管130中，在雾化室看到导液管130中的合金熔液流出后，采用氩气2-5MPa雾化压力进行雾化实验，通过现有技术预设气流场，控制合金液流量为3-5kg/min。在启动升降机构160的同时驱动盖板180从中间包坩埚100的顶部移开露出中间包坩埚100的上端开口。10s后，升降机构160将密封件120底部抬升至熔炼坩埚200顶部以上。确保密封件120与盖板180均不干扰向中间包坩埚100内倒入熔炼坩埚200内的合金熔液后，熔炼坩埚200在转动机构带动下向中间包坩埚100倒入合金熔液。当熔炼坩埚200中的合金熔液进入中间包坩埚100时，将第一感应线圈170的加热功率提升至55kw。
8、在雾化过程中，调整熔炼坩埚200转动度控制合金熔液流入中间包坩埚100的流量与雾化喷嘴400的雾化液流量大约一致，稳定雾化过程直至雾化结束。
通过上述过程，160kg的304L不锈钢合金熔炼雾化实际获得158.5kg通粉，其中合金粉末中细粉收得率(＜53μm)达到85％，相比传统雾化制粉提升35％。
以GH3536合金作为金属粉末气雾化的原料为例，熔炼坩埚200内投料量为200kg，中间包坩埚100内投料量为15kg，金属粉末气雾化过程具体如下：
1、将15kg合金放入中间包内的预设位置(合金规格必须预留陶瓷塞杆位置，常见为大直径带中孔规格或小直径棒料)；
2、控制升降机构160带动密封件120移向与导液管130的入口并密封导液管130的入口；
3、移动盖板180封闭中间包坩埚100的上端开口；
4、向熔炼坩埚200内投入200kg合金。
5、关闭熔炼室300，完成整套设备抽真空及惰性气体填充步骤(此项技术为现有技术，因此不需要在本申请内赘述)。
6、启动熔炼坩埚200的第二感应线圈210的电源，采用180-220kw功率进行合金熔炼，40min后，熔炼坩埚200内温度升至1290℃，合金开始熔化；同时启动中间包坩埚100的第一感应线圈170的电源，采用35kw功率进行合金熔炼。30min后，熔炼坩埚200内合金熔液温度为1610℃，中间包坩埚100内合金熔液温度1580℃。
7、启动升降机构160使密封件120与导液管130分离，中间包坩埚100内的合金熔液流入导液管130中，在雾化室看到导液管130中的合金熔液流出后，采用氩气2-5MPa雾化压力进行雾化实验，通过现有技术预设气流场，控制合金液流量为3-5kg/min。在启动升降机构160的同时驱动盖板180从中间包坩埚100的顶部移开露出中间包坩埚100的上端开口。10s后，升降机构160将密封件120底部抬升至熔炼坩埚200顶部以上。确保密封件120与盖板180均不干扰向中间包坩埚100内倒入熔炼坩埚200内的合金熔液后，熔炼坩埚200在转动机构带动下向中间包坩埚100倒入合金熔液。当熔炼坩埚200中的合金熔液进入中间包坩埚100时，将第一感应线圈170的加热功率提升至55kw。
8、在雾化过程中，调整熔炼坩埚200转动度控制合金熔液流入中间包坩埚100的流量与雾化喷嘴400的雾化液流量大约一致，稳定雾化过程直至雾化结束。
通过上述过程，215kg的GH3536合金雾化实际获得213.8kg通粉，其中合金粉末中细粉收得率(＜53μ m)达到89％，相比传统雾化制粉提升39％。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种中间包坩埚，其特征在于，所述中间包坩埚包括坩埚本体、密封件和导液管，所述导液管设置在所述坩埚本体的底板上，所述导液管与所述坩埚本体的内腔相连通，所述密封件被设置成能移动至所述导液管内并封闭所述导液管的入口；
所述底板包括第一部分和设于所述第一部分上方的第二部分，所述第一部分上开设有第一通孔，所述第二部分上开设有第二通孔，所述第一通孔的孔径小于所述第二通孔的孔径，所述导液管的上端面低于所述第二部分的上端面。
2.如权利要求1所述的中间包坩埚，其特征在于，所述导液管具有位于所述第一通孔内的第一段和位于所述第二通孔内的第二段，所述第一段的外周面与所述第一通孔的内壁相贴合，所述第二段的外周面与所述第二通孔的内壁相贴合。
3.如权利要求2所述的中间包坩埚，其特征在于，所述导液管位于所述第二段的内腔呈锥形；
和/或，所述第二通孔位于所述导液管的上端面上方的开口呈锥形。
4.如权利要求1所述的中间包坩埚，其特征在于，
所述密封件内设有温度检测器；
和/或，所述坩埚本体的上方设有升降机构，所述升降机构用于带动所述密封件移动以打开或封闭所述导液管的入口；
和/或，所述第二部分为陶瓷镁砂和液体硅酸钠的混合物。
5.如权利要求1所述的中间包坩埚，其特征在于，所述中间包坩埚还包括盖板，所述盖板用于封闭所述坩埚本体的上端开口，所述盖板包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和/或所述第二盖板被设置成沿垂直所述坩埚本体的轴线方向移动；
和/或，所述中间包坩埚还包括第一感应线圈，所述第一感应线圈设于所述坩埚本体的外周侧；
和/或，所述中间包坩埚还包括隔热套筒，所述隔热套筒设于所述坩埚本体的外周侧。
6.一种金属粉末气雾化装置，其特征在于，所述金属粉末气雾化装置包括：
如权利要求1-5中任一项所述中间包坩埚；
熔炼坩埚；
熔炼室，所述熔炼坩埚和所述中间包坩埚均设置在所述熔炼室内；
雾化喷嘴，所述雾化喷嘴安装在所述熔炼室上并与所述导液管的出口相连通。
7.如权利要求6所述的金属粉末气雾化装置，其特征在于，所述金属粉末气雾化装置还包括第二感应线圈和电磁屏蔽套筒，所述第二感应线圈设于所述熔炼坩埚的外周侧，所述电磁屏蔽套筒设于所述中间包坩埚和/或所述熔炼坩埚的外周侧；
和/或，所述金属粉末气雾化装置还包括液冷装置，所述液冷装置用于冷却所述熔炼室和/或所述雾化喷嘴。
8.一种金属粉末气雾化的方法，所述金属粉末气雾化方法采用如权利要求6或7所述的金属粉末气雾化装置，其特征在于，包括以下步骤，
S1、驱动所述密封件封闭所述导液管的入口，将所述中间包坩埚内的金属加热至第一预设温度，加热熔化形成的金属熔液流至所述导液管的上端面以预热所述导液管并保持第一预设时间；
S2、驱动所述密封件打开所述导液管的入口，使所述中间包坩埚内的金属熔液通过所述导液管流至所述雾化喷嘴进行金属粉末气雾化。
9.如权利要求8所述的金属粉末气雾化方法，其特征在于，所述金属粉末气雾化方法还包括以下步骤，
S3、将所述熔炼坩埚内的金属加热至高于所述第一预设温度的第二预设温度，将金属熔液倒入所述中间包坩埚内。
10.如权利要求9所述的金属粉末气雾化方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述熔炼坩埚内的金属熔液倒入所述中间包坩埚内时，提升所述中间包坩埚的加热功率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310438465.4A CN116422892A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310438465.4A CN116422892A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116422892A true CN116422892A (zh) | 2023-07-14 |
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ID=87079538
Family Applications (1)
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| CN202310438465.4A Pending CN116422892A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 中间包坩埚、金属粉末气雾化装置和金属粉末气雾化方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN116422892A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117259767A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 苏州德普润新材料科技有限公司 | 一种精确调节粉末粒度的气雾化制粉系统 |
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2023
- 2023-04-21 CN CN202310438465.4A patent/CN116422892A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117259767A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 苏州德普润新材料科技有限公司 | 一种精确调节粉末粒度的气雾化制粉系统 |
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