CN117505864B - 一种气雾化设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种气雾化设备，通过设置环型导流管的内流道为环型流道，可以大幅度降低环型导流管堵塞的风险，且出口段的出口截面的总面积相较于现有的导流管出口截面（圆形）的总面积要大，可以大幅度提高气雾化设备在单位时间内雾化的金属熔体流量，也即提高了气雾化设备的生产效率，并且在环型导流管的中心通孔的下端同轴设置旋流喷盘，旋转射流一方面能够将环型导流管流出的环型液流进行扩散形成薄液膜，从而方便被雾化喷盘喷出的雾化气流高效雾化，另一方面同时向雾化气流进行补气，降低超音速雾化气流控制的回流区的波动范围，有效地避免金属熔体返喷环型导流管或雾化喷盘，从而有利于提高雾化过程的稳定性。

Description

一种气雾化设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种气雾化设备。

背景技术

现有的金属粉末气雾化设备是通过单通道圆形截面的导流管形成圆柱型的金属熔体液流，并在导流管下方通过雾化喷盘喷出超音速雾化气体形成回流区，圆柱型金属熔体液流在回流区上升气流作用下沿径向铺展成伞状液膜，随后伞状液膜被超音速雾化气体冲击而雾化，最终实现金属粉末的生产，由于回流区由超音速雾化气流控制，回流区内气流压力及速度稳定性较低，极端情况下金属熔体返喷导流管和雾化喷盘，导致导流管堵塞和雾化喷盘损坏。

针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气雾化设备，大幅度降低环型导流管的堵塞风险，极大降低金属熔体返喷环型导流管或雾化喷盘的可能性，同时有效提高单位时间内的雾化效率。

本申请提供了一种气雾化设备，包括熔炼室、雾化室、环型导流管、旋流喷盘、雾化喷盘、第一供气装置和第二供气装置；

所述雾化室设置在所述熔炼室的下方，所述熔炼室内设置有中间包，所述中间包的下方设置有所述环型导流管，所述环型导流管延伸至所述雾化室内，所述环型导流管具有中心通孔和围绕所述中心通孔设置的内流道，所述内流道为环型流道，所述环型导流管包括从上至下依次连接的进口段、储液池段和出口段，所述出口段的内流道的内径比所述进口段的内流道的外径大，所述旋流喷盘同轴设置在所述中心通孔的下端，所述环型导流管用于将所述中间包的金属熔体从所述中间包的下方引流形成环型液流，所述第一供气装置用于向所述旋流喷盘输气以使所述旋流喷盘喷出旋转射流，所述旋转射流将从所述环型导流管流出的所述环型液流进行径向扩散形成薄液膜；

所述雾化喷盘同轴套设在所述环型导流管上，所述雾化喷盘的喷射方向向下且朝向所述环型导流管的中心轴线倾斜，所述第二供气装置用于向所述雾化喷盘输气以使所述雾化喷盘喷出雾化气流，以将所述薄液膜雾化。

通过上述设置，既可以大幅度降低环型导流管的堵塞风险，并且提高气雾化设备在单位时间内雾化的金属熔体流量，也即提高了气雾化设备的生产效率，又可以有效地避免金属熔体返喷环型导流管或雾化喷盘，有利于提高雾化过程的稳定性。

可选地，所述出口段的内流道靠近所述环型导流管的中轴线一侧的内侧壁面的母线相对于所述环型导流管中轴线倾斜，所述出口段的内流道靠近所述环型导流管的中轴线一侧的内侧壁面的母线与所述环型导流管的中轴线具有第一夹角，所述出口段的内流道靠近所述环型导流管的中轴线一侧的内侧壁面的母线从上往下逐渐远离所述环型导流管中轴线。

通过上述设置，有利于旋转射流把环型液流扩散至雾化气流中，同时防止雾化气流产生的回流区的气流将环型液流吹向环型导流管的中心。

可选地，所述出口段的内流道靠近所述环型导流管的中轴线一侧的内侧壁面与远离所述环型导流管的中轴线一侧的内侧壁面之间的距离从上至下逐渐变小。

通过上述设置，同样有利于旋转射流把环型液流扩散至雾化气流中，同时防止雾化气流产生的回流区的气流将环型液流吹向环型导流管的中心。

可选地，所述出口段的内流道的宽度不变。

可选地，所述储液池段沿所述进口段的径向方向朝外延伸，所述储液池段的高度为所述出口段的出口宽度的4倍-8倍。

通过上述设置，使从出口段流出的环型液流在周向上均具有相同的流速和流量，有利于提高雾化过程的稳定性。

可选地，所述雾化喷盘的出口横截面的法线与所述环型导流管的中轴线具有第二夹角，所述第二夹角为0°-45°。

可选地，所述旋流喷盘包括从上至下依次连接的进气室、旋流发生器和出风段，所述第一供气装置与所述进气室连接，所述旋流发生器用于将所述第一供气装置输入的气体转变为所述旋转射流，所述出风段为喇叭状结构且所述出风段的开口从上到下逐渐增大，所述旋转射流从所述出风段喷出。

可选地，所述出风段的侧壁的母线与所述旋流喷盘的中轴线之间具有第三夹角，所述第三夹角满足以下关系：

；

式中，为所述第二夹角，/>为所述第三夹角。

可选地，还包括第一收粉罐、第二收粉罐、第三收粉罐、旋风分离器、除尘器和引风机；

所述第一收粉罐设置在所述雾化室的出口的下方且与所述雾化室出口连通，所述雾化室的下方通过第一管道与所述旋风分离器连通，所述旋风分离器的下方设置有第二收粉罐，所述旋风分离器的上方通过第二管道与所述除尘器连通，所述第三收粉罐设置在所述除尘器的下方，所述除尘器的上方设置有第一开口与所述引风机连通；

所述第一收粉罐用于收集所述雾化室中的颗粒，所述第二收粉罐用于收集所述旋风分离器中的粉末，所述第三收粉罐用于收集所述除尘器中的粉末，所述引风机用于对所述雾化室的排气提供流动的抽吸力。

可选地，所述第一供气装置为升压机，所述升压机与所述除尘器连通，所述升压机用于将所述除尘器排出的气体进行升压，并通过第三管道与所述旋流喷盘连通。

有益效果：本申请提供的一种气雾化设备，通过设置环型导流管的内流道为环型流道，可以大幅度降低环型导流管堵塞的风险，且出口段的出口截面的总面积相较于现有的导流管出口截面（圆形）的总面积要大，可以大幅度提高气雾化设备在单位时间内雾化的金属熔体流量，也即提高了气雾化设备的生产效率，并且通过在中心通孔的下端同轴设置旋流喷盘，旋转射流一方面能够将环型导流管流出的环型液流进行径向扩散形成薄液膜，以实现环型液流在被超音速雾化气流雾化前的厚度减薄和预破碎，从而方便其被雾化喷盘喷出的雾化气流雾化，另一方面同时向雾化气流进行补气，降低超音速雾化气流控制的回流区的波动范围，有效地避免金属熔体返喷环型导流管或雾化喷盘，从而有利于提高雾化过程的稳定性。

附图说明

图1为本申请提供的气雾化设备的整体结构示意图。

图2为本申请提供的雾化喷盘、环型导流管和旋流喷盘的位置示意图。

图3为本申请提供的环型导流管的结构示意图。

图4为本申请提供的旋流喷盘的结构示意图。

图5为本申请提供的环型导流管和旋流喷盘的位置示意图。

图6为本申请提供的雾化喷盘的结构示意图。

标号说明：11、熔炼室；12、雾化室；13、雾化喷盘；14、环型导流管；141、进口段；142、储液池段；143、出口段；15、旋流喷盘；151、进气室；152、旋流发生器；153、出风段；16、第一收粉罐；17、第二收粉罐；18、第三收粉罐；19、旋风分离器；20、除尘器；21、引风机；22、升压机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1-图6，图1是本申请实施例中的一种气雾化设备的整体结构示意图，既可以大幅度降低环型导流管14的堵塞风险，并且提高气雾化设备在单位时间内雾化的金属熔体流量，也即提高了气雾化设备的生产效率，又可以有效地避免金属熔体返喷环型导流管14或雾化喷盘13，有利于提高雾化过程的稳定性。

本申请提供了一种气雾化设备，包括熔炼室11、雾化室12、环型导流管14、旋流喷盘15、雾化喷盘13、第一供气装置和第二供气装置；

雾化室12设置在熔炼室11的下方，熔炼室11内设置有中间包，中间包的下方设置有环型导流管14，环型导流管14延伸至雾化室12内，环型导流管14具有中心通孔和围绕中心通孔设置的内流道，内流道为环型流道，环型导流管14包括从上至下依次连接的进口段141、储液池段142和出口段143，出口段143的内流道的内径比进口段141的内流道的外径大，旋流喷盘15同轴设置在中心通孔的下端，环型导流管14用于将中间包的金属熔体从中间包的下方引流形成环型液流，第一供气装置用于向旋流喷盘15输气以使旋流喷盘15喷出旋转射流，旋转射流将从环型导流管14流出的环型液流进行径向扩散形成薄液膜；

雾化喷盘13同轴套设在环型导流管14上，雾化喷盘13的喷射方向向下且朝向环型导流管14的中心轴线倾斜，第二供气装置用于向雾化喷盘13输气以使雾化喷盘13喷出雾化气流，以将液膜雾化。

其中，环型导流管14和雾化喷盘13均为回转体结构,第一供气装置和第二供气装置为现有技术，此处不作具体限制。

具体地，如图1-3所示，根据雾化工艺要求，为了保证雾化出来的粉末粒度较小，从环型导流管14流出的熔体特征尺度（即是出口段143的内流道的出口宽度或者现有的导流管的圆形出口的直径）不能太大，因此，本申请在保证内流道的宽度与现有的导流管的圆形出口的直径相当的情况下，通过设置环型导流管14的内流道为环型流道，可以大幅度降低环型导流管14堵塞的风险，且出口段143的内流道的内径比进口段141的内流道的外径大，从而使出口段143的出口截面的总面积相较于现有的导流管出口截面（圆形）的总面积要大，也就是可以大幅度提高气雾化设备在单位时间内雾化的金属熔体流量，也即提高了气雾化设备的生产效率，并且通过在中心通孔的下端同轴设置旋流喷盘15（如图2和图5所示），由于旋流喷盘15喷出的旋转射流不仅具有纵向速度，而且还有径向和切向分速，因此，旋转射流一方面能够将环型导流管14流出的环型液流（旋流喷盘15在环型液流的中心位置）进行径向扩散形成薄液膜，还可以实现环型液流在被超音速雾化气流雾化前的预破碎，从而方便其被雾化喷盘13喷出的雾化气流雾化，另一方面同时向雾化气流进行补气，降低超音速雾化气流控制的回流区的波动范围，有效地避免金属熔体返喷环型导流管14或雾化喷盘13，从而有利于提高雾化过程的稳定性。

其中，雾化喷盘13采用LAVAL型环缝流道，LAVAL型环缝流道的喉部的宽度处于0.2mm-1mm之间，雾化气压为0.8MPa-6Mpa。

其中，环型导流管14的进口段141的内流道的内径D₁为40mm-100mm，进口段141的内流道的宽度W₁为10mm -20mm。

其中，出口段143的出口宽度W为0.5mm-3mm。

例如，在实际应用中，出口段的出口内径取60mm（即内流道的内圆半径R₁为30mm），出口段的出口宽度取2mm（即内流道的外圆半径R₂为32mm），那么出口段环形出口截面积是S₁=π*R₂ ²-π*R₁ ²=124πmm²，一般导流嘴的圆形出口直径d取6mm已经属于大口径，但该圆形出口面积S₂=π*d²/4=9πmm²，S₂远小于S₁，π为圆周率。

在一些优选的实施方式中，出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线相对于环型导流管14中轴线倾斜，出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线与环型导流管14的中轴线具有第一夹角A，出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线从上往下逐渐远离环型导流管14中轴线。

具体地，通过设置出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线相对于环型导流管14中轴线倾斜，使出口段143流出的环型液流的流向朝外倾斜，此时的环型液流不仅有竖直方向速度，也有水平方向速度，有利于旋转射流把环型液流径向扩散至雾化气流中，同时防止雾化气流产生回流区的气流将环型液流吹向环型导流管14的中心（不利于环型液流的雾化），其中，第一夹角A的范围大于0°且小于或等于45°。

在一些优选的实施方式中，出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面与远离环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面之间的距离从上至下逐渐变小。

具体地，如图3所示，为了使出口段143流出的环型液流加速，通过设置出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面与远离环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面之间的距离从上至下逐渐变小，使金属熔体在出口段143的内流道流出的过程中收缩，同样有利于旋转射流把环型液流径向扩散至雾化气流中，同时防止雾化气流产生的回流区的气流将环型液流吹向环型导流管的中心。

在另一些实施方式中，出口段143的内流道的宽度不变。

具体地，通过设置出口段143的内流道的宽度不变，同样可以实现雾化效果，为了保持出口段143的内流道的宽度不变，当出口段143的内流道靠近环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线相对于环型导流管14中轴线倾斜时，出口段143的内流道远离环型导流管14的中轴线一侧的内侧壁面的母线也相对于环型导流管14中轴线倾斜，且两者的倾斜角度相同。

在一些优选的实施方式中，储液池段142沿进口段141的径向方向朝外延伸，储液池段142的高度H为出口段143的出口宽度的4倍-8倍。

具体地，如图3所示，通过设置储液池段142，可以防止环型导流管14的进口段141的环型流道在周向上某一部分发生堵塞而导致出口段143的出口处的环型液流沿周向上的流量不均匀，因此，即使进口段141的内流道的某一处发生堵塞，进口段141的其它不堵塞的内流道依然会使中间包的金属熔体继续流向储液池段142，由于储液池段142的截面面积远大于出口段143的出口截面面积，储液池段142内的同一水平高度上的金属熔体的压强均相同，则出口段143的出口处的金属熔体在周向上均具有相同的驱动动力，从而使从出口段143流出的环型液流在周向上均具有相同的流速和流量，有利于提高雾化过程的稳定性。

在一些优选的实施方式中，雾化喷盘13的出口横截面的法线与环型导流管14的中轴线具有第二夹角B（如图6所示），第二夹角B（也即是气流冲角）为0°-45°。从而实现较好的雾化效果。

在一些优选的实施方式中，旋流喷盘15包括从上至下依次连接的进气室151、旋流发生器152和出风段153，第一供气装置与进气室151连接，旋流发生器152用于将第一供气装置输入的气体转变为旋转射流，出风段153为喇叭状结构且出风段153的开口从上到下逐渐增大，旋转射流从出风段153喷出。

其中，第一供气装置提供的气体的气压不超过0.6Mpa，旋流发生器152可通过导叶、螺旋流道或切向进气口等方式将气体转变为旋转射流。

具体地，如图4所示，通过设置旋流发生器152，由旋流发生器152将第一供气装置输入的低压气体转变为强旋流（即旋转射流），强旋流从旋流发生器152喷出后进入出风段153，最终在出风段153处形成具有较大周向旋转速度和径向扩展速度的旋转射流，环型导流管14下方流出的环型液流在该旋转射流的旋转剪切力和旋流径向冲击的作用下减薄厚度，还可以实现环型液流在被超音速雾化气流雾化前的预破碎。

在一些优选的实施方式中，出风段153的侧壁的母线与旋流喷盘15的中轴线之间具有第三夹角C，第三夹角C满足以下关系：

；

式中，为第二夹角，/>为第三夹角。

具体地，通过设置第三夹角C的角度，使旋转射流更好地把液膜送至雾化气流中。

在一些优选的实施方式中，还包括第一收粉罐16、第二收粉罐17、第三收粉罐18、旋风分离器19、除尘器20和引风机21；

第一收粉罐16设置在雾化室12的出口的下方且与雾化室12出口连通，雾化室12的下方通过第一管道与旋风分离器19连通，旋风分离器19的下方设置有第二收粉罐17，旋风分离器19的上方通过第二管道与除尘器20连通，第三收粉罐18设置在除尘器20的下方，除尘器20的上方设置有第一开口与引风机21连通；

第一收粉罐16用于收集雾化室12中的颗粒，第二收粉罐17用于收集旋风分离器19中的粉末，第三收粉罐18用于收集除尘器20中的粉末，引风机21用于对雾化室12的排气提供流动的抽吸力。

具体地，如图1所示，雾化室12内的颗粒会落入第一收粉罐16中，在引风机21的抽吸力作用下，雾化室12内的气流（伴随一些粉末）通过第一管道进入旋风分离器19内，旋风分离器19下方的第二收粉罐17会收集一些相对较大的粉末，还有一部分相对比较细的粉末继续随气流通过第二管道离开旋风分离器19，随后进入除尘器20中，除尘器20通过过滤芯拦截气流中不能排放到大气环境的粉末，并落入除尘器20下方的第三收粉罐18中。

在一些优选的实施方式中，第一供气装置为升压机22，升压机22与除尘器20连通，升压机22用于将除尘器20排出的气体进行升压，并通过第三管道与旋流喷盘15连通。

具体地，除尘器20中除去粉末后的气流会有一部分直接通过升压机22进行升压后通过第三管道向旋流喷盘15提供气体，该气体的温度较高，因此，将较高温度的气体循环使用，一方面可以防止旋流喷盘15产生的旋转射流对环型液流产生较大温降影响雾化效果，另一方面，无需额外加热第一供气装置提供的气体，有利于降低生产成本。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气雾化设备，其特征在于，包括熔炼室（11）、雾化室（12）、环型导流管（14）、旋流喷盘（15）、雾化喷盘（13）、第一供气装置和第二供气装置；

所述雾化室（12）设置在所述熔炼室（11）的下方，所述熔炼室（11）内设置有中间包，所述中间包的下方设置有所述环型导流管（14），所述环型导流管（14）延伸至所述雾化室（12）内，所述环型导流管（14）具有中心通孔和围绕所述中心通孔设置的内流道，所述内流道为环型流道，所述环型导流管（14）包括从上至下依次连接的进口段（141）、储液池段（142）和出口段（143），所述出口段（143）的内流道的内径比所述进口段（141）的内流道的外径大，所述旋流喷盘（15）同轴设置在所述中心通孔的下端，所述环型导流管（14）用于将所述中间包的金属熔体从所述中间包的下方引流形成环型液流，所述第一供气装置用于向所述旋流喷盘（15）输气以使所述旋流喷盘（15）喷出旋转射流，所述旋转射流将从所述环型导流管（14）流出的所述环型液流进行径向扩散形成薄液膜；

所述雾化喷盘（13）同轴套设在所述环型导流管（14）上，所述雾化喷盘（13）的喷射方向向下且朝向所述环型导流管（14）的中心轴线倾斜，所述第二供气装置用于向所述雾化喷盘（13）输气以使所述雾化喷盘（13）喷出雾化气流，以将所述薄液膜雾化；

所述储液池段（142）沿所述进口段（141）的径向方向朝外延伸，所述储液池段（142）的高度为所述出口段（143）的出口宽度的4倍-8倍。

2.根据权利要求1所述的气雾化设备，其特征在于，所述出口段（143）的内流道靠近所述环型导流管（14）的中轴线一侧的内侧壁面的母线相对于所述环型导流管（14）中轴线倾斜，所述出口段（143）的内流道的内侧壁面的母线与所述环型导流管（14）的中轴线具有第一夹角，所述出口段（143）的内流道的内侧壁面的母线从上往下逐渐远离所述环型导流管（14）中轴线。

3.根据权利要求2所述的气雾化设备，其特征在于，所述出口段（143）的内流道靠近所述环型导流管（14）的中轴线一侧的内侧壁面与远离所述环型导流管（14）的中轴线一侧的内侧壁面之间的距离从上至下逐渐变小。

4.根据权利要求1所述的气雾化设备，其特征在于，所述出口段（143）的内流道的宽度不变。

5.根据权利要求1所述的气雾化设备，其特征在于，所述雾化喷盘（13）的出口横截面的法线与所述环型导流管（14）的中轴线具有第二夹角，所述第二夹角为0°-45°。

6.根据权利要求5所述的气雾化设备，其特征在于，所述旋流喷盘（15）包括从上至下依次连接的进气室（151）、旋流发生器（152）和出风段（153），所述第一供气装置与所述进气室（151）连接，所述旋流发生器（152）用于将所述第一供气装置输入的气体转变为所述旋转射流，所述出风段（153）为喇叭状结构且所述出风段（153）的开口从上到下逐渐增大，所述旋转射流从所述出风段（153）喷出。

7.根据权利要求6所述的气雾化设备，其特征在于，所述出风段（153）的侧壁的母线与所述旋流喷盘（15）的中轴线之间具有第三夹角，所述第三夹角满足以下关系：

；

式中，为所述第二夹角，/>为所述第三夹角。

8.根据权利要求1所述的气雾化设备，其特征在于，还包括第一收粉罐（16）、第二收粉罐（17）、第三收粉罐（18）、旋风分离器（19）、除尘器（20）和引风机（21）；

所述第一收粉罐（16）设置在所述雾化室（12）的出口的下方且与所述雾化室（12）出口连通，所述雾化室（12）的下方通过第一管道与所述旋风分离器（19）连通，所述旋风分离器（19）的下方设置有第二收粉罐（17），所述旋风分离器（19）的上方通过第二管道与所述除尘器（20）连通，所述第三收粉罐（18）设置在所述除尘器（20）的下方，所述除尘器（20）的上方设置有第一开口与所述引风机（21）连通；

所述第一收粉罐（16）用于收集所述雾化室（12）中的颗粒，所述第二收粉罐（17）用于收集所述旋风分离器（19）中的粉末，所述第三收粉罐（18）用于收集所述除尘器（20）中的粉末，所述引风机（21）用于对所述雾化室（12）的排气提供流动的抽吸力。

9.根据权利要求8所述的气雾化设备，其特征在于，所述第一供气装置为升压机（22），所述升压机（22）与所述除尘器（20）连通，所述升压机（22）用于将所述除尘器（20）排出的气体进行升压，并通过第三管道与所述旋流喷盘（15）连通。