CN116652197A - 一种高效气雾化制备金属粉的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效气雾化制备金属粉的装置及方法，所述装置包括中间包、雾化室、水口、多环气雾化喷盘及离心抛射装置；离心抛射装置由离心抛射盘、转轴及电机组成；多环气雾化喷盘设于雾化室的顶部，多环气雾化喷盘的中心设通孔，多环气雾化喷盘的底部沿径向开设若干环缝；中间包的底部中心处设水口安装孔，水口自中间包的水口安装孔及多环气雾化喷盘上的通孔穿过；离心抛射盘设于水口的正下方，离心抛射盘通过转轴连接电机。通过将金属液离心抛射进入环缝气流最佳冲击区，实现大流量浇注雾化的同时提高了雾化效果；改善了喷盘环缝的工况，有利于提高金属粉质量；可实现连续生产，并大幅度提高了生产效率和产能。

Description

一种高效气雾化制备金属粉的装置及方法

技术领域

本发明涉及金属粉末制备技术领域，尤其涉及一种高效气雾化制备金属粉的装置及方法。

背景技术

铁粉、合金钢粉等金属粉的应用范围包括3D打印、热喷涂、等静压成型等，而气雾化法是金属粉制备的常用方法。随着应用范围的增加及工艺的进步，金属粉的用量显著增加，而现有的气雾化法制备金属粉的生产效率较低，无法满足生产需求。其原因是现有气雾化制粉装置无法处理大流量金属液注流，导致单位时间内制粉量很低，目前已成为制约行业发展的技术瓶颈。因此，研发一种高效的气雾化制备金属粉的装置及方法，成为金属粉制造行业的急需。

申请号为CN201911024959.8的中国专利申请公开了“一种增材制造与修复用铁粉的气雾化制备工艺”包括以下步骤：1)按质量百分比，C:0.12～0.2％，Ni:1.5～2.8％，Si:0.5～1％，Cr:16～17％，B:0.4～1％，V:0.1～0.3％，P:≤0.03％，S:≤0.03％，以及余量为Fe；将镍硼合金、钒铁合金、铁、镍、石墨碳颗粒和铬制备母合金电极棒；2)将母合金电极棒转输进至感应加热室，调整熔炼功率，母合金电极切割感应线圈内的磁感线产生热，熔化母合金电极棒为金属熔液；3)在感应加热室与雾化室之间的压强差的作用下，金属熔液流从感应加热室流入雾化室，通过高压氩气喷口通入氩气进行雾化操作，使得金属熔液流在超音速氩气气流的撞击下破碎成液滴；4)液滴在雾化室中冷却，凝固成球形粉末，筛分后得到增材制造与修复用铁粉。

申请号为CN201821758489.9的中国专利申请公开了“一种雾化钒钛铁粉的生产系统”，包括中频电炉(1)、用于接收中频电炉(1)中钒钛钢水的雾化加料罐(5)、用于对雾化加料罐(5)的漏眼(6)流下的钢水进行雾化的高压水泵(8)，用于控制雾化加料罐(5)中钒钛钢水温度的温度控制系统，所述雾化加料罐(5)的下方设置雾化器(10)，所述漏眼(6)伸入到雾化器(10)中，所述高压水泵(8)的雾化喷嘴(9)伸入到雾化器(10)中，所述雾化器(10)的下方设置有接料斗(11)；所述温度控制系统包括控制器(16)，测温仪(7)及中频加热圈(3)，所述控制器(16)与测温仪(7)电气连接从而将测温仪(7)检测到的温度反馈给控制器(16)；所述雾化加料罐(5)的罐体内衬上设置耐火材料，所述中频加热圈(3)绕罐体外壁设置，中频加热圈(3)连接有电源，所述控制器(16)与电源电气连接从而控制中频加热圈(3)的启动和关闭，进而控制雾化加料罐(5)内温度。

上述装置及方法均能够制备得到金属粉，但是均存在制粉效率低的问题。

发明内容

本发明提供了一种高效气雾化制备金属粉的装置及方法，通过将金属液离心抛射进入环缝气流最佳冲击区，实现大流量浇注雾化的同时提高了雾化效果；改善了喷盘环缝的工况，有利于提高金属粉质量；可实现连续生产，并大幅度提高了生产效率和产能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高效气雾化制备金属粉的装置，包括中间包、雾化室及水口；中间包设于雾化室的顶部；还包括多环气雾化喷盘及离心抛射装置；所述离心抛射装置由离心抛射盘、转轴及电机组成；所述多环气雾化喷盘设于雾化室的顶部，多环气雾化喷盘的中心设通孔，多环气雾化喷盘的底部沿径向开设若干环缝，环缝通过多环气雾化喷盘内的通道与外部的雾化气源管道相连；中间包的底部中心处设水口安装孔，水口自中间包的水口安装孔及多环气雾化喷盘上的通孔穿过；所述离心抛射盘设于水口的正下方，离心抛射盘通过转轴连接设于雾化室底部的电机，电机能够通过转轴带动离心抛射盘旋转。

进一步的，所述中间包自内而外依次设有中间包包衬、中包绝热层及中间包钢壳；中间包底部的水口安装孔为上口大、下口小的锥形孔。

进一步的，所述水口由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；水口为轴对称结构，中心设有金属液通道，金属液通道的直径为2～300mm。

进一步的，所述多环气雾化喷盘安装在雾化室的顶部，多环气雾化喷盘底部的环缝数量为1～10环。

进一步的，所述多环气雾化喷盘与雾化室之间通过连接板及螺栓可拆卸地连接。

进一步的，所述多环气雾化喷盘上设置环缝的直径范围为8～4000mm，环缝的宽度为0.1～30mm。

进一步的，所述离心抛射盘由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；电机为直流调速电机。

进一步的，所述离心抛射盘的直径为5～1200mm，厚度为5～100mm。

一种高效气雾化制备金属粉的方法，包括如下步骤：

1)将高效气雾化制备金属粉的装置组装好；

2)用塞棒封堵水口上的金属液通道；

3)烘烤中间包包衬；

4)开启真空系统，使雾化室处于负压状态，压强为5～10Pa；

5)启动电机，转轴带动离心抛射盘转动，调节离心抛射盘的转速；

6)向中间包内注入金属液；

7)向多环气雾化喷盘中输入雾化气体，雾化气体的压强为0.1～50MPa，雾化气体从环缝中向下喷射；

8)提起塞棒，金属液流从水口的金属液通道流出进入雾化室，落在高速旋转的离心抛射盘上，被离心力向四周抛射并进入雾化区，从环缝中喷射出来的雾化气体将进入雾化区的金属液击碎成为细小的液滴，向下方或斜下方飞落，在飞落的过程中迅速凝固成为金属粉落入收集器内；收集器内的金属粉经冷却、筛分后即获得成品金属粉。

进一步的，所述离心抛射盘的转速为100～90000r/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)传统的紧耦合气雾化喷盘只能够小流量浇注雾化，与其相比，本发明所述装置的环缝直径远远大于前者，因而雾化区面积显著增大；

2)通过将金属液离心抛射进入环缝气流最佳冲击区，能够实现大流量浇注雾化，并得到极佳的雾化效果；

3)改善了环缝喷盘的工况，提高了雾化过程的稳定性，有利于金属粉质量的提高；

4)喷盘的使用寿命提高，降低了生产成本；

5)利于连续性生产，并可大幅度提高生产效率和产能。

附图说明

图1是本发明所述一种高效气雾化制备金属粉的装置的结构示意图。

图中：1.塞棒 2.中间包包衬 3.中间包钢壳 4.雾化室 5.多环气雾化喷盘6.金属液 7.水口 8.转轴 9.离心抛射盘 10.金属粉 11.中包绝热层

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种高效气雾化制备金属粉的装置，包括中间包、雾化室4及水口7；中间包设于雾化室4的顶部；还包括多环气雾化喷盘5及离心抛射装置；所述离心抛射装置由离心抛射盘9、转轴8及电机组成；所述多环气雾化喷盘5设于雾化室4的顶部，多环气雾化喷盘5的中心设通孔，多环气雾化喷盘5的底部沿径向开设若干环缝，环缝通过多环气雾化喷盘5内的通道与外部的雾化气源管道相连；中间包的底部中心处设水口安装孔，水口7自中间包的水口安装孔及多环气雾化喷盘5上的通孔穿过；所述离心抛射盘9设于水口7的正下方，离心抛射盘9通过转轴8连接设于雾化室4底部的电机，电机能够通过转轴8带动离心抛射盘9旋转。

进一步的，所述中间包自内而外依次设有中间包包衬2、中包绝热层11及中间包钢壳3；中间包底部的水口安装孔为上口大、下口小的锥形孔。

进一步的，所述水口7由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；水口7为轴对称结构，中心设有金属液通道，金属液通道的直径为2～300mm。

进一步的，所述多环气雾化喷盘5可拆卸地安装在雾化室4的顶部，多环气雾化喷盘5底部的环缝数量为1～10环。

进一步的，所述多环气雾化喷盘5与雾化室4之间通过连接板及螺栓可拆卸地连接。

进一步的，所述多环气雾化喷盘5上设置环缝的直径范围为8～4000mm，环缝的宽度为0.1～30mm。

进一步的，所述离心抛射盘9由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；电机为直流调速电机。

进一步的，所述离心抛射盘9的直径为5～1200mm，厚度为5～100mm。

本发明所述一种高效气雾化制备金属粉的方法，包括如下步骤：

1)将高效气雾化制备金属粉的装置组装好；

2)用塞棒1封堵水口7上的金属液通道；

3)烘烤中间包包衬2；

4)开启真空系统，使雾化室4处于负压状态，压强为5～10Pa；

5)启动电机，转轴8带动离心抛射盘9转动，调节离心抛射盘9的转速；

6)向中间包内注入金属液；

7)向多环气雾化喷盘5中输入雾化气体，雾化气体的压强为0.1～50MPa，雾化气体从环缝中向下喷射；

8)提起塞棒1，金属液流从水口7的金属液通道流出进入雾化室4，落在高速旋转的离心抛射盘9上，被离心力向四周抛射并进入雾化区，从环缝中喷射出来的雾化气体将进入雾化区的金属液击碎成为细小的液滴，向下方及斜下方飞落，在飞落的过程中迅速凝固成为金属粉落入收集器内；收集器内的金属粉经冷却、筛分后即获得成品金属粉。

进一步的，所述离心抛射盘9的转速为100～90000r/min。

本发明所述一种高效气雾化制备金属粉的装置由中间包、雾化室4、多环气雾化喷盘5、水口7、转轴8、离心抛射盘9、电机等组成。

水口7可由氮化硼、氧化镁等耐材制成，其为轴对称结构，中心开通孔即为金属液通道，金属液通道的直径范围为2～300mm。

中包绝热层11和中间包包衬2自内而外设于中间包钢壳3内组成中间包，中间包的底部中心开设锥形圆孔用于安装水口。

多环气雾化喷盘5安装在雾化室4的顶部，底面设有环缝，环缝的数量为1～10环(图1所示环缝为2条)，中心设有通孔。水口7安装时分别穿过中间包底部的锥形圆孔及多环气雾化喷盘5中心的通孔。多环气雾化喷盘5底部设置环缝的直径范围为8～4000mm，环缝的宽度范围为0.1～30mm。本发明所述装置中，雾化区的圆周半径远大于常规的雾化喷盘，所以能够实现大流量金属液的雾化。

自多环气雾化喷盘5的环缝中喷射出的雾化气体为氩气等惰性气体，雾化气体的压强为0.1～50MPa。

离心抛射盘9的材质为氮化硼、氧化镁等耐材，安装在转轴8的顶端，位于水口7的正下方，转轴8的下端连接直流调速电机。离心抛射盘9的直径范围为5～1200mm，厚度范围为5～100mm。离心抛射盘9的转速范围为100～90000r/min。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例1】

本实施例中，采用本发明所述装置及方法制备304不锈钢粉。具体步骤如下：

1、制作装置各部件并进行装配，组成高效气雾化制备金属粉的装置。本实施例采用氮化硼制作水口7，金属液通道的直径为10mm。多环气雾化喷盘5的底部设2道环缝，其中内侧环缝的直径为260mm，外侧环缝的直径为290mm，2道环缝的宽度均0.6mm。离心抛射盘9的材质为氮化硼，直径为120mm，厚度为20mm。

2、冶炼304不锈钢1000公斤；

3、下降塞棒1，使其落到水口7上并堵住水口7的金属液通道；用火焰烘烤中间包包衬；

4、开启真空系统，使雾化室4处于负压状态，本实施例压强为8Pa；

5、启动电机，转轴带动离心抛射盘转动，调节转速为1500r/min；

6、向中间包内注入冶炼好的304不锈钢液；

7、向多环气雾化喷盘5内通入氩气作为雾化气体，压强为15MPa。雾化气体从环缝中喷射出来。此时提起塞棒1，金属液流从水口7的金属液通道流出进入雾化室4，落在高速旋转的离心抛射盘9上，并向四周抛射，从环缝喷射出来雾化气体将金属液击碎成为细小的液滴，向下方及斜下方飞落，在飞落的过程中迅速凝固成为金属粉，落入收集器内；

8、收集器内的金属粉进一步冷却后，经筛分获得成品金属粉。

本实施例获得成品304不锈钢粉919.6公斤，收得率为92.0％。本实施例304不锈钢金属液雾化的过程中，金属液的流量为103kg/min，远大于常规金属液雾化时的流量(最大值为25kg/min)。

【实施例2】

本实施例中，采用本发明所述装置及方法制备纯铁粉。具体步骤如下：

1、制作装置各部件并进行装配，组成高效气雾化制备金属粉的装置。本实施例采用氮化硼制作水口7，金属液通道的直径为12mm。多环气雾化喷盘5的底部设2道环缝，其中内侧环缝的直径为265mm，外侧环缝的直径为290mm，2道环缝的宽度均0.6mm。离心抛射盘9的材质为氮化硼，直径为125mm，厚度为21mm。

2、冶炼纯铁1300公斤；

3、下降塞棒1，使其落到水口7上并堵住水口7的金属液通道；用火焰烘烤中间包包衬；

4、开启真空系统，使雾化室4处于负压状态，本实施例压强为5Pa；

5、启动电机，转轴带动离心抛射盘转动，调节转速为1650r/min；

6、向中间包内注入冶炼好的纯铁液；

7、向多环气雾化喷盘5内通入氩气作为雾化气体，压强为15MPa。雾化气体从环缝中喷射出来。此时提起塞棒1，金属液流从水口7的金属液通道流出进入雾化室4，落在高速旋转的离心抛射盘9上，并向四周抛射，从环缝喷射出来雾化气体将金属液击碎成为细小的液滴，向下方及斜下方飞落，在飞落的过程中迅速凝固成为金属粉，落入收集器内；

8、收集器内的金属粉进一步冷却后，经筛分获得成品金属粉。

本实施例获得成品纯铁粉1205.5公斤，收得率为92.7％。本实施例纯铁液雾化的过程中，金属液的流量为120kg/min，远大于常规金属液雾化时的流量(最大值为27kg/min)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效气雾化制备金属粉的装置，包括中间包、雾化室及水口；中间包设于雾化室的顶部；其特征在于，还包括多环气雾化喷盘及离心抛射装置；所述离心抛射装置由离心抛射盘、转轴及电机组成；所述多环气雾化喷盘设于雾化室的顶部，多环气雾化喷盘的中心设通孔，多环气雾化喷盘的底部沿径向开设若干环缝，环缝通过多环气雾化喷盘内的通道与外部的雾化气源管道相连；中间包的底部中心处设水口安装孔，水口自中间包的水口安装孔及多环气雾化喷盘上的通孔穿过；所述离心抛射盘设于水口的正下方，离心抛射盘通过转轴连接设于雾化室底部的电机，电机能够通过转轴带动离心抛射盘旋转。

2.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述中间包自内而外依次设有中间包包衬、中包绝热层及中间包钢壳；中间包底部的水口安装孔为上口大、下口小的锥形孔。

3.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述水口由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；水口为轴对称结构，中心设有金属液通道，金属液通道的直径为2～300mm。

4.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述多环气雾化喷盘安装在雾化室的顶部，多环气雾化喷盘底部的环缝数量为1～10环。

5.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述多环气雾化喷盘与雾化室之间通过连接板及螺栓可拆卸地连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述多环气雾化喷盘上设置环缝的直径范围为8～4000mm，环缝的宽度为0.1～30mm。

7.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述离心抛射盘由氮化硼、氧化镁或其他耐火材料制成；电机为直流调速电机。

8.根据权利要求1所述的一种高效气雾化制备金属粉的装置，其特征在于，所述离心抛射盘的直径为5～1200mm，厚度为5～100mm。

9.基于权利要求1～8任意一种所述装置的高效气雾化制备金属粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将高效气雾化制备金属粉的装置组装好；

2)用塞棒封堵水口上的金属液通道；

3)烘烤中间包包衬；

4)开启真空系统，使雾化室处于负压状态，压强为5～10Pa；

5)启动电机，转轴带动离心抛射盘转动，调节离心抛射盘的转速；

6)向中间包内注入金属液；

7)向多环气雾化喷盘中输入雾化气体，雾化气体的压强为0.1～50MPa，雾化气体从环缝中向下喷射；

8)提起塞棒，金属液流从水口的金属液通道流出进入雾化室，落在高速旋转的离心抛射盘上，被离心力向四周抛射并进入雾化区，从环缝中喷射出来的雾化气体将进入雾化区的金属液击碎成为细小的液滴，向下方或斜下方飞落，在飞落的过程中迅速凝固成为金属粉落入收集器内；收集器内的金属粉经冷却、筛分后即获得成品金属粉。

10.根据权利要求9所述的一种高效气雾化制备金属粉的方法，其特征在于，所述离心抛射盘的转速为100～90000r/min。