CN117337219A - 用于冷却并运送金属粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造金属粉末的方法，该方法包括：(i)将金属颗粒从气体雾化器的腔室排放到输送机中，(ii)同时冷却并运送在输送机中形成的呈流化床形式的金属颗粒。本发明还涉及用于制造金属粉末的设备。

Description

用于冷却并运送金属粉末的方法

技术领域

本发明涉及用于通过气体雾化制造金属粉末、特别是制造用于增材制造的钢粉末的方法。该方法特别地涉及在雾化器中形成的金属粉末的冷却并运送，并且更特别地涉及金属粉末的连续冷却并运送。本发明还涉及用于生产金属粉末的设备，并且特别地涉及用于冷却并运送金属粉末的设备。

背景技术

对用于增材制造的金属粉末的需求越来越大，并且因此必须调整制造方法。

众所周知，使金属材料熔融并将熔融金属倾倒在与雾化器连接的中间包中。熔融金属在受控气氛下被迫通过腔室中的喷嘴，并被气体的射流撞击，这使熔融金属雾化为细小的金属液滴。金属液滴固化成细小的颗粒，这些细小的颗粒落在腔室底部处并在那里积聚，直到熔融金属已经被完全雾化。然后让粉末在雾化器中冷却，直到粉末达到可以与空气接触而不会过快氧化的温度。然后打开雾化器以收集粉末并将粉末运送至该方法的下一步骤。这种冷却是与生产大量金属粉末的需要不兼容的长久过程。运送也必须得到改进。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提供一种用于有效冷却并运送金属粉末的方法来弥补现有技术的设施和方法的缺点。

为此，本发明的第一主题包括一种用于制造金属粉末的方法，该方法包括：

-(i)将金属颗粒从气体雾化器的腔室排放到输送机中，

-(ii)同时冷却并运送在输送机中形成的呈流化床形式的金属颗粒。

根据本发明的方法还可以具有单独考虑或以组合方式考虑的以下列出的可选特征：

-将金属颗粒从气体雾化器的腔室连续地排放，

-将金属颗粒直接从气体雾化器的腔室排放到输送机中，

-将金属颗粒从气体雾化器的多个腔室排放，

-从气体雾化器的腔室排放的金属颗粒的温度低于300℃，

-输送机中的流化床是通过在输送机中喷射空气来形成的，

-输送机中的流化床是通过在输送机的至少一个部段中喷射空气并且在输送机的至少一个另一部段中喷射惰性气体形成的，

-输送机中的流化床是鼓泡流化床，

-将输送机中的金属颗粒冷却成低于150℃，

-在排放步骤之前，通过从腔室的底部喷射气体使金属颗粒在腔室的下部部段中经历第一冷却步骤，以便形成金属颗粒的鼓泡流化床。

本发明的第二主题包括一种设备，该设备包括：

-气体雾化器，该气体雾化器包括腔室，

-输送机，该输送机连接至雾化器的腔室，并且包括用于气体循环的下部管道、用于粉末材料循环的上部管道、基本上在下部管道和上部管道的整个长度上将下部管道和上部管道分隔开的多孔壁、定位在下部管道上的流化气体入口、以及流量调节器，该流量调节器联接至流化气体入口，以用于将待从腔室排放的金属颗粒流化、冷却并运送。

根据本发明的设备还可以具有单独考虑或以组合方式考虑的以下列出的可选特征：

-下部管道包括两个单独的部段，每个部段具有其自己的流化气体入口和流量调节器，

-上部管道具有两个部段，所述两个部段基本上垂直于下部管道的部段定位并且由横向定位在上部管道的上部部分中的气体坝分隔开，

-输送机通过溢流管的下部部分连接至雾化器的腔室，并且其中，上部管道的一个部段包含溢流管的下部部分，

-该设备包括多个气体雾化器以及与多个气体雾化器的腔室连接的一个单个输送机，

-输送机包括多个分支，每个分支连接至气体雾化器的至少一个腔室，

-气体雾化器还包括定位于腔室的底部处的气体喷射器以及流量调节器，该流量调节器联接至气体喷射器，以用于将待积聚在腔室的下部部段中的金属颗粒流化并形成金属颗粒的鼓泡流化床。

如明显的是，本发明基于对用于同时冷却并运送从雾化器腔室排放的粉末的流化床技术的依靠。在将流化床也添加在雾化器的下部部段中的情况下，经流化的粉末可以在不干扰雾化过程的情况下从雾化器中连续地排放，并且然后在不干扰粉末的流化状态的情况下同时冷却并运送。

本发明的其他特征和优点将在以下描述中更详细地描述。

附图说明

参照以下附图，通过阅读以下描述将更好地理解本发明，以下描述仅出于说明的目的而提供并且绝不意在是限制性的：

-图1图示了根据本发明的第一变型的包括两个雾化器和输送机的设备，

-图2图示了根据本发明的第二变型的包括两个雾化器和输送机的设备，

-图3图示了可能的流化状态，

-图4图示了根据本发明的变型的气体雾化器。

具体实施方式

应注意的是，如本申请中使用的术语“下部”、“下方”、“向内的”、“向内地”、“向外的”、“向外地”、“上游”、“下游”……是指当将装置的不同构成元件安装在设备中时，装置的不同构成元件的位置和取向。

参照图1和图2，根据本发明的设备首先包括气体雾化器1和输送机22。

气体雾化器1是一种设计成用于通过用高速气流撞击液态金属流将液态金属流雾化成细小的金属液滴的装置。气体雾化器1主要由保持在保护气氛下的封闭腔室2构成。该腔室具有上部部段、下部部段、顶部和底部。

腔室的上部部段包括孔口、即喷嘴3，该喷嘴3通常定位于腔室顶部的中央部处，熔融金属流被迫通过该喷嘴。喷嘴被用于将气体以高速喷射在液态金属流上的气体喷雾器4包围。气体喷雾器优选地为环形槽，加压气体流过该环形槽。气体喷雾器优选地联接至气体调节器5，该气体调节器5用以在将气体喷射之前控制该气体的流量和/或压力。气体调节器可以是压缩机、风扇、泵、管段减小装置或任何合适的装备。

腔室的下部部段主要是用于对从腔室的上部部段落下的金属颗粒进行收集的接纳部。该接纳部通常被设计成有利于粉末收集以及通过位于腔室底部处的排放开口进行粉末排放。因此，该接纳部通常呈倒锥形或倒截头圆锥形的形式。

输送机构造成使待从腔室排放的金属颗粒流化，并同时冷却并运送流化床24形式的颗粒，该流化床优选地为鼓泡流化床。这种运送和冷却是有利的，因为它需要最小的通风功率，可以防止灰尘排放，并且可以确保连续操作。

如图3中所示，存在若干流化状态。流化是指固体颗粒通过悬浮在气体或液体中而转变为类似流体状态的操作。颗粒的行为根据流体速度而不同。在本发明的气体-固体系统中，随着流速的增加，颗粒床从固定床达到最小流化、鼓泡流化并且再到搅动变得更剧烈且固体运动变得更强烈的腾涌。特别地，随着流速的增加超过最小流化，观察到伴随着气体的鼓泡和沟流的不稳定性。在该阶段，流化床处于鼓泡状态，这是本发明优选的状态，以便具有固体颗粒在床内的改进循环、快速冷却、以及流化床的均匀温度。待被应用于获得流化床的给定状态和所需温度的气体速度取决于若干参数，如所用气体的种类、颗粒的大小和密度、多孔壁提供的气体压降、或者输送机的大小。这可以由本领域的技术人员容易地管理。此外，在鼓泡状态下，床不会膨胀超过固体体积太多，这有助于将设备保持在合理的尺寸。鼓泡流化床的概念在由Daizo Kunii和Octave Levenspiel于1991年的第二版的“Fluidization Engineering(流化工程)”中、特别是在引言的第1页和第2页中有所定义。

由于鼓泡流化床，金属颗粒被非常迅速且非常有效地冷却至流化床的工作温度，同时保持床内的颗粒大小的均匀分布。

为了形成流化床，输送机22包括用于流化气体循环的下部管道25、用于粉末循环的上部管道26、以及基本上在下部管道和上部管道的整个长度上将下部管道和上部管道分隔开的多孔壁27。

多孔壁使流化气体通过该多孔壁。这种多孔壁设计成使得气体随着通过该多孔壁而具有足够的气体压降，以确保气体在上部管道的整个横截面上均匀分布。多孔壁可以是多层帆布织物或多孔耐火物质。

下部管道通过与流量调节器28联接的流化气体入口29供应流化气体。流化气体入口可以是流化气体入口导管的形式，并且流量调节器可以是风扇的形式。由于多孔壁的表面是已知的，因此流量调节器控制在下部管道中喷射的气体的流量并且因此控制上部管道中气体的速度。因此气体流量可以调节成使得上部管道中的金属颗粒被流化。当流量调节器是风扇时，调节风扇的速度以控制在下部管道中喷射的流化气体的流量。流量调节器与气体源连接。气体源可以是设计成让新鲜气体进入的气体入口和/或提供再循环气体的导管。

由于气体在上部管道的整个横截面上的这种均匀分布，仅一个风扇28可以用于整个输送机。这简化了安装和维护。

输送机22优选地包括位于上部管道26的顶部处的至少一个压力阀30，使得可以有效地调节上部管道中的流化气体的压力。压力阀优选地通过定位于旋流器箱32中的旋流器31来连接至上部管道。这样，通过压力阀离开上部管道的流化气体被过滤，即，因流化气体的流动而被拖动的床的颗粒与气体分离并落回流化床中。旋流器箱优选地定位在上部管道顶部的水平面上方，以使颗粒在旋流器中的拖动最小化。

优选地，输送机22包括沿着上部管道的长度分布的多个压力阀30。这限制了流化气体在流化床上方的水平循环，并且因此还使流化床稳定。更优选地，多个压力阀与气体坝33结合。每个坝横向地定位在上部管道的上部部分中并且位于两个连续的压力阀30之间。这些气体坝还限制了流化气体在流化床上方的水平循环。

输送机22在其末端中的一个末端处包括输送机溢流管34，该输送机溢流管34用于将粉末排放在筛分站23和/或装袋站中。输送机溢流管可以设置在上部管道的端部部段中，如图1所示。在这种情况下，一旦流化床的水平面达到输送机溢流管的水平面，粉末就流入筛分站和/或装袋站中。输送机溢流管也可以定位于输送机末端上方，如图2所示。在这种情况下，输送机溢流管通过向上的管35连接至上部管道。在这种情况下，粉末从输送机中排放的方式将在后面描述。这种构型非常方便地为可以不是完全定位于输送机下方的筛分站和/或装袋站进行进给。

为了操作输送机22，流化气体以给定的流速被引入多孔壁27下方，其中，多孔壁27将输送机的下部管道25和上部管道26分隔开。

流化气体流过多孔壁，并且然后在下述颗粒之间通过：这些颗粒从雾化器排放并铺设在上部管道中并且形成待流化的层。一旦存在于颗粒之间的间隙空间中的流化气体的速度足够高，颗粒就动起来并且然后被提升，每个颗粒都失去了其与相邻颗粒的永久接触点。这样，在上部管道中形成了流化床24。

由于金属颗粒的流化床表现得像流体，所以其在上部管道中保持水平，并且通过将输送机溢流管34处的流化床从输送机排放至筛分站和/或装袋站而沿着输送机产生连续的粉末流。在输送机溢流管设置于上部管道的端部部段中的情况下，一旦流化床的水平达到输送机溢流管的水平，就获得连续流动。在输送机溢流管通过向上的管35连接至上部管道的情况下，上部管道中的流化气体的压力被设定为略高于大气压，使得流化床在向上的管中上升，直至输送机溢流管。例如，在钢颗粒的情况下，相对于大气压力的过压可以设定为每米向上的管在200毫巴与600毫巴之间。

如果停止从雾化器供应粉末，则流化床的水平面将在输送机中降低，直至其达到输送机溢流管的水平面。此时，通过输送机溢流管的流动停止。相反，如果由于某种原因必须暂时关闭输送机溢流管，则流化床的水平面将在输送机中增加。在这种情况下，只有当流化床的水平达到上部管道的顶部时，才可以必须停止从雾化器供应粉末。

此外，使用该输送机可以很容易地打开和关闭粉末运送。流化气体的入口只需打开和关闭。

输送机22以优选地远离输送机溢流管的方式连接至雾化器1的腔室2。

该腔室可以是雾化腔室、即其中熔融金属流与高速气流撞击的腔室。该腔室也可以是气体雾化器的适合于收集在雾化腔室中形成的金属颗粒的任何其它腔室。

输送机可以直接连接至雾化器的腔室。在这种情况下，金属颗粒直接从腔室流入输送机中。替代性地，输送机可以间接地连接至雾化器的腔室。在这种情况下，金属颗粒在从雾化器运送至输送机时通过其他装备和/或容器。

根据图1和图2所示的本发明变型，雾化器设计成用于使待积聚在腔室的下部部段中的金属颗粒流化，从而形成金属颗粒的鼓泡流化床，并将金属颗粒连续排放到输送机中。

如图4所示，气体雾化器包括气体喷射器6，该气体喷射器6定位在腔室的底部处并能够使待积聚在腔室的下部部段中的金属颗粒流化，并且能够产生金属颗粒的鼓泡流化床。由于这种流化床，金属颗粒可以通过强烈的气体到颗粒的热传递有效地经历第一冷却步骤以使其温度低于其氧化窗口。积聚在腔室的下部部段中的金属颗粒保持在流化床的工作温度，并且从腔室顶部落下的热颗粒在流化床中非常迅速地混合并冷却至工作温度。此外，由于该第一冷却步骤是在保持于保护气氛下的腔室内直接进行的，因此金属颗粒在该第一冷却期间不会氧化。

由于鼓泡流化床，金属颗粒被非常迅速且非常有效地冷却至流化床的工作温度，同时保持床内颗粒尺寸的均匀分布。

在本发明的上下文中，“定位在腔室的底部处”意指气体喷射器6在腔室的下部部段中充分靠近腔室的底部7定位，使得在雾化器中形成的基本上所有的颗粒都被流化。由初始未雾化的金属流和/或粗颗粒产生的固化飞溅物可能不会被流化，并且可能落在气体喷射器下方、即流化床下方。腔室底部与气体喷射器之间的距离优选地短于10cm，更优选地短于4cm，甚至更优选地在1cm与3cm之间。

气体喷射器6从腔室的底部向腔室的顶部喷射气体，使得腔室底部的颗粒被提升并且形成流化床。

气体喷射器可以包括位于腔室的底壁中的开口。可以通过这些开口喷射气体以使粉末床流化。

气体喷射器可以包括穿过腔室的侧壁的管8。如图1中图示的示例中所示的，气体喷射器的定位于腔室内部的部分可以在近距离处遵循底壁的形状。

气体喷射器可以包括多孔金属板、烧结金属板或帆布。气体喷射器优选地包括分布器，分布器是穿透有许多小孔以使喷射气体分散的部件、比如管。对于气体速度高于10cm/s的情况，分布器是优选的，因为它们提供了足够的压力损失。分布器更优选地为多孔分布器。这种类型的分布器通过数千个微孔确保气体在金属颗粒床中的分布。

每个分布器可以包括垫圈密封件(压缩配件)，该垫圈密封件允许在雾化器操作时将分布器插入并从雾化器移除。

气体喷射器联接至流量调节器9。流量调节器对通过气体喷射器喷射的气体的流量进行控制，并且因此控制气体在腔室中的速度，因为腔室的截面是已知的。因此，气体流量可以调节成使得金属颗粒被流化并且所获得的流化床保持处于鼓泡状态。气体调节器可以采用风扇的形式。调节风扇速度以控制通过气体喷射器喷射的气体的流量。流量调节器与气体源连接。气体源可以是如下所述的设计成让新鲜气体进入的气体入口10和/或提供再循环气体的气体抽取器。

气体雾化器1优选地包括气体抽取器11，该气体抽取器用以补偿通过气体喷射器6和气体喷雾器4的气体喷射。气体抽取器优选地位于腔室的上部部段中，使得气体抽取器不干扰流化床并且/或者使得由于气泡飞溅而在流化床上方的颗粒在到达将其夹带在气体抽取器中的高气体速度区域之前通过重力落回到床中。气体抽取器可以是一个管或多个管的形式，所述一个管或多个管在一侧连接至腔室并且在另一侧连接至除尘装置12。除尘是指从抽取的气体中去除最细的颗粒。它们可以包括电过滤器、袋式过滤器或旋风分离器。旋风分离器是优选的，因为它具有相对较低的压降并且没有移动部件。

优选地，气体抽取器11被设计为使得喷射到腔室中并通过气体抽取器抽取的气体可以再循环。因此，气体消耗被最小化。因此，气体抽取器优选地连接至气体喷射器6、气体喷雾器4，或者连接至气体喷射器和气体喷雾器两者。特别地，在一侧与腔室连接的除尘装置12在另一侧连接至与气体喷雾器4联接的气体调节器5，或者连接至与气体喷射器6联接的流量调节器9，或者连接至气体调节器和流量调节器两者。

在图4所示的示例中，呈旋风分离器形式的一个除尘装置12连接至气体调节器5，以用于将气体喷射到金属流上，使得喷射到腔室中使金属雾化的气体进行再循环。呈旋风分离器形式的另一除尘装置12连接至气体调节器5，以用于将气体喷射在腔室的底部处，使得用于将粉末床流化的气体进行再循环。在这两种情况下，都可以添加过滤器来清洁待再循环的气体。当然，气体再循环的其他设计也是可能的。

气体抽取器11与气体喷射器6之间的连接优选地包括热交换器13。因此，在连接中的热损失不足以使气体回到所需温度并且/或者如果需要热回收的情况下，气体可以被冷却至其必须被喷射到腔室中的温度。

气体抽取器11与气体喷射器6之间的连接还可以包括气体入口10，以防必须在系统中引入一些新鲜气体、特别是为了补偿气体损失。

气体抽取器11与气体喷雾器4之间的连接优选地包括热交换器13。因此，在连接中的热损失不足以使气体回到所需温度并且/或者如果需要热回收的情况下，气体可以被冷却至其必须被喷射到熔融金属流上的温度。

气体抽取器11与气体喷雾器4之间的连接还可以包括气体入口10，以防必须在系统中引入一些新鲜气体、特别是为了补偿气体损失。

根据本发明的一个变型，气体雾化器还包括热交换器14，热交换器14定位在腔室的下部部段中。该热交换器定位成使得与该腔室一起形成的鼓泡流化床15与热交换器接触。热交换器可以至少部分地定位在腔室内，或者热交换器可以是围绕腔室的下部部段的冷却套。通过气体喷射器6喷射气体而保持运动的固体颗粒与热交换器接触，在热交换器处，固体颗粒将捕获的热量释放到其中循环的传递介质。可以调节热交换器内部的介质的流速以控制冷却速率。这样的热交换器有利于颗粒在流化床中的第一冷却步骤并且有利于颗粒保持在所需温度。热交换器还可以减少将颗粒冷却或保持在期望温度所需的气体流量。

根据本发明的一个变型，气体雾化器1还包括位于腔室底部下方的粗颗粒收集器16。如上所述，由初始未雾化的金属流和/或粗颗粒产生的固化飞溅物可能不会被流化，并且可能在腔室的底部处落于气体喷射器下方、即流化床下方。粗颗粒收集器允许在不干扰雾化的情况下将这些不期望的颗粒从雾化器中排放。粗颗粒收集器优选地包括阀17和收集腔室18。收集腔室可以通过第二阀连接至可移动腔室。通过这种方式，可以在不损害腔室中的压力的情况下更换该可移动腔室。

根据本发明的一个变型，一旦金属颗粒已经产生并已经在流化床中可选地经历第一冷却步骤，金属颗粒就通过定位于腔室底部处的排放开口排放。根据排放开口的技术，这可以在一旦一批熔融金属已经被雾化后就进行，或者在不干扰雾化的情况下进行。

根据本发明的另一变型，气体雾化器包括位于腔室的下部部段中的溢流管19。溢流管的目的是将粉末从腔室2中排放。特别地，一旦流化床的水平面到达溢流管19的顶部，腔室的下部部段中的流化粉末就可以以连续模式从气体雾化器中排放。因此，雾化器可以连续地运行。

溢流管19优选地至少部分地在腔室的下部部段中延伸并且穿过腔室的底壁7。溢流管可以是降液管的形式。溢流管更优选地是管。溢流管的截面优选地适于待从腔室排放的粉末流。特别地，溢流管的截面适于熔融金属流离开喷嘴，使得粉末随着时间的推移不在腔室的下部部段中积聚。在雾化器中形成的较粗颗粒将被收集于腔室底部处的情况下，溢流管的截面优选地适于熔融金属流离开喷嘴，较粗颗粒被搁置在一边。管的截面优选地是恒定的、即沿着管或在其上端没有减少，以利于金属粉末的均匀排放并避免堵塞。在本发明的一个变型中，如果适用的话，溢流管或管包括用于对待从腔室排放的粉末流进行调节的阀。在本发明的一个变型中，溢流管的下端具有减小的截面，其用以进一步限制气体从输送机回流至雾化器。

溢流管的高度限定为溢流管的顶部与腔室底部之间的竖向距离，即限定为溢流管的在腔室中延伸的部分的竖向长度。溢流管的高度优选地设定为使得流化床的容积足够大以将金属粉末冷却在期望温度处。流化床的容积实际上大致由腔室的下部部段的截面和溢流管的高度限定。如果溢流管高度较短，则流化床的容积较低，并且颗粒在流化床中的停留时间较短。因此，所排放的颗粒仍然是热的。如果溢流管高度很长，流化床的容积就大，并且颗粒在流化床中的停留时间很长。因此，所排放的颗粒是冷的。基于这些原理，本领域技术人员可以根据腔室的尺寸和所排放颗粒的期望温度来选择溢流管的高度。在本发明的一个变型中，如果适用的话，溢流管或管包括高度调节装置，使得溢流管的高度可以被动态调节，特别是调节粉末的冷却并且因此调节从腔室排放的粉末的温度。

由于溢流管，无论颗粒大小，颗粒在流化床中的停留时间都是均匀的，这与如位于腔室底部处的阀或管之类的其他解决方案相反，对于溢流管，首先将较粗的颗粒排放，并且在较粗的颗粒已经被冷却到流化床的工作温度之前将较粗的颗粒排放。此外，由于通过溢流管离开腔室的气体量较低，所以喷射气体的主要部分用于使床流化，这有助于非常稳定的流化床。另外，溢流管不是由颗粒限制其磨损的机械部件。

根据本发明的一个变型，溢流管19由帽状件20悬置。因此，防止了从腔室的上部部段落下的热金属粉末直接进入溢流管。帽状件在溢流管顶部上方定位得足够高，使得帽状件不会干扰通过溢流管排放的粉末流。

根据本发明的一个变型，溢流管19以及优选地溢流管的位于腔室外部的部分还包括气体入口21。因此，气体以及优选地用于使腔室内部的粉末流化的气体可以在溢流管中喷射。这有助于使所排放的粉末保持处于流化形式，并防止溢流管下游的大气进入腔室。

金属颗粒通过定位于输送机的上部管道26中的装载孔口从雾化器排放在输送机中。在图1和图2所示的变型中，装载孔口只是下述开口：该开口设计成使雾化器的溢流管19进入输送机。特别地，溢流管下端部进入上部管道26。输送机可以连接至多个溢流管，并且因此连接至多个雾化器。在这种情况下，溢流管沿着输送机的整个长度分布。在设置有多个压力阀的情况下，所述多个压力阀优选地定位在溢流管之间，并且潜在的气体坝优选地定位成邻近溢流管并且位于溢流管的上游。

输送机22优选地是封闭的装置，就涉及粉末而言，该封闭的装置仅通过装载孔口和输送机溢流管34与外部连通，并且就涉及流化气体而言，该封闭的装置仅通过流化气体入口29和压力阀30与外部连通。

输送机22优选地是水平的。输送机也可以由不同的部分制成。输送机还可以包括多个分支，每个分支连接至气体雾化器的至少一个腔室。这些部分和/或分支可以处于不同的水平。因此，运送可以很容易地适应现场的地形。

参照图5，呈现了输送机22的另一变型。该变型与图1和图2所呈现的变型的不同之处在于，输送机设计成与两种不同的流化气体一起工作。因此，从雾化器排放的金属颗粒可以首先在惰性气氛中冷却以避免金属颗粒的氧化，并且然后与空气一起运送。

根据该变型，输送机包括至少两个单独的部段、即惰性部段和空气部段。惰性部段36包含输送机的装载孔口、比如雾化器的溢流管19。空气部段37位于惰性部段36与输送机溢流管34之间。

因此，下部管道25包括两个独立的部分、即惰性部段和空气部段。惰性部段和空气部段被下述壁分隔开：该壁防止在一个部段中喷射的气体进入另一部段。下部管道的惰性部段和空气部段中的每一者都具有其自己的流化气体入口29和流量调节器28。因此，可以在每个部段中喷射不同的气体，并且可以独立地调节每个部段中的流量。根据本发明的一个优选变型，惰性气体被喷射到输送机的惰性部段中，并且空气被喷射到输送机的空气部段中。因此，从雾化器排放的金属颗粒在防止金属颗粒氧化的惰性气氛中开始其冷却。一旦金属颗粒离开惰性部段，金属颗粒就已经被足够冷却，并且可以在空气部段中以用空气流化的床的方式被进一步运送到。

类似地，上部管道26优选地包括两个部段，所述两个部段大致垂直于下部管道的部段定位并且由横向定位在上部管道的上部部分中的气体坝33分隔开。气体坝至少部分地限制流化床上方的流化气体的水平循环，并且因此限制两个部段的气氛的混合。上部管道的惰性部段包含装载孔口、比如雾化器的溢流管19，金属颗粒从雾化器通过其排放。空气部段优选地包括压力阀30和定位在旋流器箱32中的旋流器31，如前所述。将压力阀仅定位在空气部段中防止空气从空气部段吸入惰性部段。

如图5所示，输送机可以包括多个惰性部段和多个空气部段。惰性部段位于雾化器的装载孔口或溢流管19的侧面，并且空气部段定位于惰性部段之间并且定位于一个惰性部段与输送机溢流管34之间。在所示的示例中，每个部段都具有其自己的流化气体入口29和流量调节器28。然而，例如，也可以一方面使所有的惰性部段连接至一个单个流化气体入口29和/或一个单个流量调节器28，并且另一方面使所有的空气部段连接至一个单个流化气体入口29和/或一个单个流量调节器28。

从方法的角度来看，由于一种用于制造金属粉末的方法，使得金属颗粒的有效冷却并运送成为可能，该方法包括下述步骤：

-(i)将金属颗粒从气体雾化器的腔室排放到输送机中，

-(ii)同时冷却并运送在输送机中形成的呈流化床形式的金属颗粒。

优选地，该方法用于连续制造金属粉末，如下面将更详细地描述的。

待雾化的金属可以特别地是钢、铝、铜、镍、锌、铁、合金。钢特别地包括碳钢、合金钢和不锈钢。

金属可以以固态状态提供给雾化器，并在通过喷嘴与雾化器连接的中间包中熔融。金属也可以在先前的步骤熔融并被倾倒在中间包中。

根据本发明的一个变型，待雾化的熔融金属是通过高炉路线获得的钢。在这种情况下，生铁是从高炉中练出的并被运送至转炉(或BOF,Basic Oxygen Furnace、即碱性氧气炉)，可选地在已被送至热金属脱硫站之后被运送至转炉。铁水在转炉中进行精炼以形成熔融钢。来自转炉的熔融钢然后从转炉流出至回收钢包，并且优选地被转移至钢包冶金炉(Ladle Metallurgy Furnace,LMF)。因此，熔融钢可以在LMF中特别地通过脱氧来精炼，并且熔融钢的最初合金化可以通过添加铁合金或硅化物合金或氮化物合金或者纯金属或其混合物来完成。在必须生产要求高的粉末组合物的某些情况下，熔融钢也可以在真空罐脱气器(Vacuum Tank Degasser,VTD)、真空氧气脱碳(Vacuum Oxygen Decarburization,VOD)容器或真空电弧脱气器(Vacuum Arc Degasser,VAD)中进行处理。这些装备特别允许进一步限制氢、氮、硫和/或碳的含量。

然后将精炼的熔融钢倾倒在多个感应炉中。每个感应炉都可以独立于其他感应炉进行操作。当其他感应炉仍在操作时，每个感应炉特别地可以被关闭以进行维护或维修。感应炉还可以被进给铁合金、废料、直接还原铁(Direct Reduced Iron,DRI)、硅化物合金、氮化物合金或纯元素，进给的量因感应炉而异。

感应炉的数目适于来自转炉的熔融钢或来自钢包冶金炉的精炼熔融钢的流动并且/或者适于钢粉末在雾化器底部处的期望流动。

在每个感应炉中，熔融钢的合金化是通过添加铁合金或硅化物合金或氮化物合金或者纯金属或其混合物来进行的，以将钢成分调整为所需的钢粉末的成分。

然后，对于每个感应炉，将所需成分的熔融钢倾倒在与至少一个气体雾化器连接的专用贮存器中。“专用”意指贮存器与给定的感应炉配对。也就是说，多个贮存器可以专用于一个给定的感应炉。为了清楚起见，每个感应炉具有其自己的生产流，该生产流具有与至少一个气体雾化器连接的至少一个贮存器。通过这种平行且独立的生产流，生产钢粉末的方法是通用的并且可以容易地连续生产。

贮存器主要是能够在气压上被控制、能够加热熔融钢并能够被加压的储存罐。

专用贮存器中的每个贮存器中的气氛优选地为氩气、氮气或其混合物以避免熔融钢的氧化。

倾倒在每个贮存器中的钢组合物被加热到高于其液相线温度并保持在该温度。由于这种过热，防止了雾化器喷嘴3的堵塞。此外，熔融组合物粘度的降低有助于获得具有高球度、没有附属物、具有适当颗粒大小分布的粉末。

最后，当专用贮存器被加压时，熔融钢可以从贮存器流动至与贮存器连接的气体雾化器中的至少一个气体雾化器。

根据本发明的另一变型，待雾化的金属是通过电弧炉路线获得的钢。在这种情况下，将诸如废料、金属矿物和/或金属粉末之类的原材料进给到电弧炉(Electric ArcFurnace,EAF)中，并在受控温度下将原材料熔融成加热的液态金属，其中，杂质和夹杂物作为单独的液态炉渣层被移除。将加热的液态金属从EAF移除到钢包中，优选地移除到能够被动加热的钢包中，并移动至精炼站，在精炼站中，优选地将液态金属放置在感应加热式精炼保持容器中。在精炼站中进行精炼步骤、比如真空氧气脱碳，以从液态金属中去除碳、氢、氧、氮和其他不期望的杂质。然后，带有精炼液态金属的钢包可以在受控的真空和惰性气氛下被转移到封闭腔室上方，并且包含有雾化器的加热的中间包。钢包连接至进给导管，并且然后加热的中间包通过进给导管进给经精炼的液态金属。

替代性地，通过气体雾化器的经加热的中间包，在受控的真空和惰性气氛下将具有精炼液态金属的钢包从精炼站转移至位于雾化器站的门处的另一感应加热式雾化保持器容器，该雾化保持器容器包含倾倒区域。然后将感应加热式雾化保持器容器引入接纳区域中，在该接纳区域中，真空和气氛被调节至倾倒区域中的一个倾倒区域。然后，将容器引入倾倒区域中，并将液态金属以可控的速率倾倒到经加热的中间包中，并用雾化器对液态金属进行雾化。

在这两种变型中，熔融金属在中间包中保持处于雾化温度，直至熔融金属在受控气氛下被迫通过腔室2中的喷嘴3，并且被气体射流撞击，该气体射流将熔融金属雾化成细小的金属液滴。

通过气体喷雾器4喷射以将金属流雾化的气体优选地为氩气或氮气。氩气或氮气都比其他气体、例如氦气更缓慢地增加熔体粘度，这促进形成更小的颗粒尺寸。氩气或氮气还控制化学物质的纯度，避免不期望的杂质，并在粉末的良好形态方面起作用。使用氩气可以比使用氮气获得更细小的颗粒，因为与氩气的摩尔重量39.95g/mol相比，氮气的摩尔重量为14.01g/mol。另一方面，与氩气的比热容0.52J/(gK)相比，氮气的比热容为1.04J/(gK)。因此，氮气增加了颗粒的冷却速度。

气体流量影响金属粉末的颗粒大小分布和微观结构。特别地，流量越高，冷却速率就越高。因此，气体与金属的比率——定义为气体流量(以m³/h为单位)与金属流量(以Kg/h为单位)之间的比率——优选地保持在1与5之间，更优选地保持在1.5与3之间。

一旦已经从熔融金属在腔室中的雾化获得金属颗粒，金属颗粒可以在雾化器中经历第一冷却步骤，特别地通过从腔室底部喷射气体使金属颗粒在腔室的下部部段中经历第一冷却步骤，以便形成金属颗粒的鼓泡流化床15。该步骤优选地与雾化步骤同时进行。更优选地，该步骤与雾化步骤同时且连续地进行。以这种方式，雾化器就可以连续工作。

在该第一冷却步骤期间，优选地将金属颗粒冷却成低于其氧化窗口。在钢粉末的情况下，优选地将金属颗粒冷却成低于300℃，更优选地冷却成低于260℃，甚至更优选地冷却在150℃与260℃之间。通过这样的第一冷却步骤，然后可以在接下来的方法步骤中于空气中操纵粉末。根据钢成分对氧化的敏感性和/或气体的纯度，可以调节冷却。优选地不要将粉末冷却过度、例如低于150℃，以限制在雾化器中将粉末冷却所需的气体流量。在连续模式中，将气体流量调节成使得流化床保持在恒定温度，同时颗粒中的一部分颗粒从腔室连续排放，并将新的热颗粒连续添加至该床。在这种情况下，将流化床保持成低于300℃，更优选地低于260℃，甚至更优选地在150℃与260℃之间。

通过气体喷射器6喷射以将粉末床流化并冷却的气体优选地为氩气或氮气，并且更优选地与用于将熔融金属流雾化的气体是相同的气体。优选地以在1cm/s与80cm/s之间的速度喷射气体，这需要低的通风功率并因此减少能量消耗。优选地由流量调节器9、比如风扇来调节气体流量。

优选地从腔室抽取喷射的气体，以使腔室中保持恒定压力。相应地调节气体抽取器11中的气体流量。优选地将腔室2中的压力设置在5毫巴与100毫巴之间。喷射的气体优选地是再循环的。在这种情况下，更优选地，喷射的气体在从腔室中抽取之后进行冷却。

一旦金属颗粒已经形成，并且已经可选地经历了第一冷却步骤，就将金属颗粒从雾化器中排放(步骤i)。该步骤优选地与雾化步骤且与可选的第一冷却步骤同时进行。如前所述，可以通过溢流管19进行连续排放。

如前所述，输送机可以直接或间接地连接至雾化器的腔室。因此，金属颗粒可以从气体雾化器的腔室直接或间接地排放到输送机中。

另外，由于输送机可以连接至多个雾化器，所以金属颗粒可以从气体雾化器的多个腔室排放。

在第二步骤(步骤ii)中，将从雾化器排放的金属颗粒同时冷却，并由输送机以流化床的形式运送。该第二步骤优选地与排放步骤(步骤i)同时进行并且/或者与雾化步骤且与可选的第一冷却步骤同时进行。

如果粉末已经在雾化器中经历了第一冷却步骤并且在与空气接触时将不会氧化，则流化气体可以是空气。如果需要保护粉末不受气氛影响，流化可以是惰性气体、如氩气或氮气。在这种情况下，惰性气体优选地是再循环的。在图5所示的变型中，在冷却并运送步骤的第一阶段中，使用惰性气体来冷却并运送金属颗粒，并且在冷却并运送步骤的第二阶段中，使用空气来运送并且可选地使用空气进一步冷却金属颗粒。

优选地，将用于使输送机中的床流化的一种或多种气体的温度和流量调节成使得到达输送机出口或分级站入口的金属粉末已经被冷却成低于150℃。因此，与耐高温装备相反，可以使用普通的筛分装备。

Claims (17)

1.一种用于制造金属粉末的方法，所述方法包括：

-(i)将金属颗粒从气体雾化器(1)的腔室(2)排放到输送机(22)中，

-(ii)同时冷却并运送在所述输送机中形成的呈流化床(24)形式的所述金属颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述金属颗粒从所述气体雾化器的所述腔室连续地排放。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中，将所述金属颗粒从所述气体雾化器的所述腔室直接排放到所述输送机中。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将所述金属颗粒从气体雾化器的多个腔室排放。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，从所述气体雾化器的所述腔室排放的所述金属颗粒的温度低于300℃。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述输送机中的所述流化床是通过在所述输送机中喷射空气来形成。

7.根据权利要求1或5中的任一项所述的方法，其中，所述输送机中的所述流化床是通过在所述输送机的至少一个部段(37)中喷射空气并且在所述输送机的至少一个另一部段(36)中喷射惰性气体来形成的。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述输送机中的所述流化床是鼓泡流化床。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将所述输送机中的所述金属颗粒冷却成低于150℃。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述排放步骤之前，通过从所述腔室的底部喷射气体使所述金属颗粒在所述腔室的下部部段中经历第一冷却步骤，以便形成金属颗粒的鼓泡流化床(15)。

11.一种设备，包括：

-气体雾化器(1)，所述气体雾化器(1)包括腔室(2)，

-输送机(22)，所述输送机连接至所述雾化器的所述腔室并且包括用于气体循环的下部管道(25)、用于粉末材料循环的上部管道(26)、基本上在所述下部管道和所述上部管道的整个长度上将所述下部管道和所述上部管道分隔开的多孔壁(27)、定位在所述下部管道上的流化气体入口(29)、以及流量调节器(28)，所述流量调节器(28)联接至所述流化气体入口，以用于将待从所述腔室排放的金属颗粒流化、冷却并运送。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述下部管道包括两个单独的部段，每个部段具有所述部段自己的流化气体入口(29)和流量调节器(28)。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述上部管道(26)具有两个部段，所述两个部段基本上垂直于所述下部管道的所述部段定位，并且由横向定位在所述上部管道的上部部分中的气体坝(33)分隔开。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述输送机通过溢流管(19)的下部部分连接至所述雾化器的所述腔室(2)，并且其中，上部管道(26)的一个部段包含所述溢流管的所述下部部分。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的设备，包括多个气体雾化器(1)以及与多个所述气体雾化器的所述腔室(2)连接的一个单个输送机(22)。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述输送机包括多个分支，每个分支连接至气体雾化器的至少一个腔室。

17.根据权利要求11至16中的任一项所述的设备，其中，所述气体雾化器(1)还包括定位于所述腔室的底部(7)处的气体喷射器(6)以及流量调节器(9)，所述流量调节器(9)联接至所述气体喷射器，以用于将待积聚在所述腔室的下部部段中的所述金属颗粒流化并形成金属颗粒的鼓泡流化床(15)。