CN117733161A - 一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，包括：熔炼炉，用于将金属物料融化为液态金属；雾化炉，用于将液态金属雾化并冷却形成金属粉末；导流结构，用于将液态金属从熔炼室喷射入雾化室；第一雾化机构和第二雾化机构，沿液态金属喷射方向上为上下游关系，所述第一雾化机构用于将雾化介质形成湍流并和液态金属接触，所述第二雾化机构用于将雾化介质形成涡流并和液态金属接触。本发明的有益效果在于，结构设计巧妙且合理，使得金属粉末在粒度均匀性更高。

Description

一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器

技术领域

本发明涉及一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，属于金属粉末制备技术领域。

背景技术

目前，在金属粉末的制备技术领域中，比较常用的制备方法是使用雾化介质对金属液滴形成的射流打散、雾化并冷却凝固成金属粉末。采用这种方法所获得的金属粉末球形度较好，物理性能较为优异。

例如现有技术公开号为CN107262730B的发明专利公开了一种微细球形金属粉末的气体雾化制备方法及其设备，在该发明专利中，导流嘴下端被一环缝或环孔雾化器环绕，金属液体由导流嘴下端喷射而出并形成金属液体射流，雾化器喷射出高速气流对金属液体射流进行雾化并冷却形成金属粉末。

该发明专利存下以下缺陷：金属液体射流和雾化介质（高速气流）的接触效率较低，使得雾化介质无法充分地对金属液体射流进行冲击和打散，雾化形成的金属液滴的粒度均匀性较低，导致最终获得的金属粉末的粒度均匀性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，结构设计巧妙且合理，使得金属粉末在粒度均匀性更高。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，包括：

熔炼炉，用于将金属物料融化为液态金属；

雾化炉，用于将液态金属雾化并冷却形成金属粉末；

导流结构，用于将液态金属从熔炼室喷射入雾化室；

第一雾化机构和第二雾化机构，沿液态金属喷射方向上为上下游关系，所述第一雾化机构用于将雾化介质形成湍流并和液态金属接触，所述第二雾化机构用于将雾化介质形成涡流并和液态金属接触。

作为本发明的进一步改进，所述导流结构具有多个呈环形分布并且连通所述熔化炉和所述雾化炉的导流孔，或者，具有呈环形并且连通所述熔化炉和所述雾化炉的导流槽，使得液态金属从熔炼室喷射入雾化室并形成金属液体射流带。

作为本发明的进一步改进，所述第一雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带内围的第一喷射单元、多个环绕在金属液体射流带外围的第二喷射单元；所述第二雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带内围的第三喷射单元、多个环绕在金属液体射流带外围的第四喷射单元。

作为本发明的进一步改进，所述第一喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第一雾化介质涡流，所述第二喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第二雾化介质涡流，第一雾化介质涡流和第二雾化介质涡流的旋转方向相反；所述第三喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第三雾化介质涡流，所述第四喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第四雾化介质涡流，第三雾化介质涡流和第四雾化介质涡流的旋转方向相同。

作为本发明的进一步改进，所述第一喷射单元、所述第二喷射单元、所述第三喷射单元、所述第四喷射单元的喷射方向均正交分解为沿着液态金属喷射方向的第一喷射方向和形成涡流的第二喷射方向。

作为本发明的进一步改进，所述雾化炉内设置有内筒体、中筒体、外筒体；所述内筒体和所述中筒体之间的空间形成了用于雾化金属液体射流带的雾化空间；所述内筒体内的空间、所述中筒体和所述外筒体之间的空间用于输送雾化介质；所述第一喷射单元、所述第三喷射单元设置在所述内筒体的外壁上，所述第二喷射单元、所述第四喷射单元设置在所述中筒体的内壁上。

作为本发明的进一步改进，所述内筒体连接有提供雾化介质的第一输送管，所述内筒体上形成多个内外贯通的通孔，所述通孔形成了所述第一喷射单元、所述第三喷射单元；所述外筒体连接有提供雾化介质的第二输送管，所述中筒体上形成多个内外贯通的通孔，所述通孔形成了所述第二喷射单元、所述第四喷射单元。

作为本发明的进一步改进，所述中筒体和所述外筒体之间设置有隔层，将空间分隔为第一空间和第二空间；所述第二喷射单元对应所述第一空间，所述第四喷射单元对应所述第二空间；所述第一空间内设置有加热雾化介质的加热结构，所述第二空间内设置有冷却雾化介质的冷却结构；所述第二输送管形成有分支管，分别连通第一空间和第二空间。

作为本发明的进一步改进，所述加热结构设置为盘绕布置在第一空间内的电加热丝。

作为本发明的进一步改进，所述冷却结构设置为盘绕布置在第二空间内的冷媒管。

本发明的有益效果：

液态金属在其流动行程中，首先遇到第一雾化机构输出的并且由雾化介质所形成的湍流，再遇到第二雾化机构输出的并且由雾化介质形成的涡流，液态金属在湍流的作用下能够受到充分地冲击和打散雾化，形成金属液滴，从而能够提高和雾化介质接触并且雾散化的效率，湍流还可以对较大粒径的金属液滴进行重复打散，而且也增加了金属液滴之间相互撞击的频率，使其形成更小粒径的金属液滴，这些金属液滴逐渐冷却形成金属粉末，使得最终获得的金属粉末不仅在粒度均匀性上更高，而且粒度可以达到更小值。经过湍流作用下形成的高均匀度和小粒度的金属液滴再由涡流进行作用，涡流能够相对地降低金属液滴之间相互碰撞的频次，增加和雾化介质接触的频次，能够加快金属液滴冷却凝固成金属粉末的速率。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施案例，以助于理解本发明的目的和优点，其中：

图1为雾化器在正视视角下的剖视图；

图2为第一雾化机构在俯视视角下的剖视图；

图3为第二雾化机构在俯视视角下的剖视图；

图4为图1的局部放大示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施案例对本发明作进一步详细说明。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

参照图1-图4，一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，包括熔化炉1、雾化炉2、导流结构3、第一雾化机构、第二雾化机构。

其中，熔化炉1用于将金属物料融化为液态金属，储存液态金属并对其保温使其始终处于液态，可以由用于融化金属物料的熔化坩埚、用于储存液态金属的保温坩埚、连接熔化坩埚和保温坩埚的耐高温管道组成，保温坩埚可以设置加热线圈，来提高保温效果。

雾化炉2提供了一个空间，使得液态金属在这个空间内被雾化成金属液滴，并且逐渐冷却凝固形成最终的产品金属粉末。

导流结构3连通了熔化炉1和雾化炉2，使得熔化炉1中的液态金属通过导流结构3向雾化炉2内喷射，并在雾化炉2内进行雾化和冷却凝固。

第一雾化机构和第二雾化机构设置在雾化炉2内，并且两者沿液态金属喷射方向上为上下游关系，一般情况下，熔化炉1设置在雾化炉2的上方，导流结构3的导流方向为竖直方向，即液态金属的喷射方向是竖直向下的，也就是说，第一雾化机构和第二雾化机构为上下位置关系。

第一雾化机构用于将雾化介质形成湍流，并且和液态金属接触，第二雾化机构用于将雾化介质形成湍流，并且和液态金属接触。

在本实施案例中，液态金属在其流动行程中，首先遇到第一雾化机构输出的并且由雾化介质所形成的湍流，再遇到第二雾化机构输出的并且由雾化介质形成的涡流，液态金属在湍流的作用下能够受到充分地冲击和打散雾化，形成金属液滴，从而能够提高和雾化介质接触并且雾散化的效率，需要注意的是，液态金属在湍流中不仅具有充分被打散的优异效果，而且湍流还可以对较大粒径的金属液滴进行重复打散，而且也增加了金属液滴之间相互撞击的频率，使其形成更小粒径的金属液滴，这些金属液滴逐渐冷却形成金属粉末，使得最终获得的金属粉末不仅在粒度均匀性上更高，而且粒度可以达到更小值。经过湍流作用下形成的高均匀度和小粒度的金属液滴再由涡流进行作用，涡流能够相对地降低金属液滴之间相互碰撞的频次，增加和雾化介质接触的频次，能够加快金属液滴冷却凝固成金属粉末的速率。

本实施案例的雾化器，通过在液态金属的流动行程中依次形成湍流和涡流，可以对金属液体颗粒进行充分击碎，从而获得粒度相对更加均匀的金属粉末，而且所获得的金属粉末的粒度可以更小。

在本实施案例中，导流结构3具有多个呈环形分布并且连通熔化炉1和雾化炉2的导流孔31，或者，具有呈环形并且连通熔化炉1和雾化炉2的导流槽，使得液态金属从熔炼室喷射入雾化室并形成金属液体射流带p。若导流结构3设置导流孔31，则金属液体射流带p由多股呈环形分布并且相邻极小间隙的液态射流构成；若导流结构3设置导流槽，则金属液体射流带p则在形态上可以是呈现为幕布状并且整体为环形的连续流动液体，这两种设置方式在效果上基本相同。

在本实施案例中，通过导流结构3使得喷射向雾化炉2中的液态金属形成了金属液体射流带p，相比现有技术中液态金属的喷射方式，通过导流结构3喷射出的金属液体射流带p在整体上具有更大的表面积，从而可以实现和雾化介质更为彻底和充分的接触，使得雾化介质对金属液体射流带p的冲击和击碎效果和效率更佳，从大前提上就能够在一定程度上解决由于雾化作用的不充分而导致金属粉末粒度均匀性较低的问题。

在本实施案例中，第一雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带p内围的第一喷射单元a、多个环绕在金属液体射流带p外围的第二喷射单元b，第一喷射单元a由金属液体射流带p的外围向内喷射雾化介质，第二喷射单元b由金属液体射流带p的内围向外喷射雾化介质。第二雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带p内围的第三喷射单元c、多个环绕在金属液体射流带p外围的第四喷射单元d，第三喷射单元c由金属液体射流带p的外围向内喷射雾化介质，第四喷射单元d由金属液体射流带p的内围向外喷射雾化介质。

第一雾化机构和第二雾化机构均是在金属液体射流带p的内围和外围设置多个喷射单元，对金属液体射流带p的内外两面进行喷射雾化介质，从而充分利用了金属液体射流带p的大表面积的优势，能够使得金属液体充分地受到双向的雾化介质的冲击作用和剪切作用，从而产生细小且均匀的金属液滴。

在本实施案例中，第一喷射单元a的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第一雾化介质涡流，第二喷射单元b的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第二雾化介质涡流，第一雾化介质涡流和第二雾化介质涡流的旋转方向相反，各个第一喷射单元a的喷射方向关于金属液体射流带p的中轴线对称设置，各个第二喷射单元b的喷射方向关于金属液体射流带p的中轴线对称设置。第三喷射单元c的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第三雾化介质涡流，第四喷射单元d的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第四雾化介质涡流，第三雾化介质涡流和第四雾化介质涡流的旋转方向相同，各个第三喷射单元c的喷射方向关于金属液体射流带p的中轴线对称设置，各个第四喷射单元d的喷射方向关于金属液体射流带p的中轴线对称设置。

在本实施案例中，第一喷射单元a、第二喷射单元b、第三喷射单元c、第四喷射单元d的喷射方向r均正交分解为沿着液态金属喷射方向的第一喷射方向r1和形成涡流的第二喷射方向r2，第一喷射方向r1使得湍流和涡流在对金属液体射流带p作用的同时，还能够起到辅助推进金属液体射流带p流动的作用，从而来提高整体的雾化效率。对于第二喷射方向r2，如图2、3所示，第一喷射单元a的第二喷射方向r2为顺时针方向，第二喷射单元b的第二喷射方向r2为逆时针方向，两者方向相反，从而能够形成湍流，需要注意的是，第一喷射单元a的总体喷射强度和第二喷射单元b的总体喷射强度大体相同，以平衡所形成的湍流。第三喷射单元c的第二喷射方向r2为顺时针方向，第四喷射单元d的第二喷射方向r2为顺时针方向，两者方向相同，从而能够形成涡流，需要注意的是，第三喷射单元c的总体喷射强度和第四喷射单元d的总体喷射强度大体相同，以平衡所形成的涡流。

对于雾化炉2内的结构构成，更为具体地，雾化炉2内设置有内筒体21、中筒体22、外筒体23，内筒体21和中筒体22之间的空间形成了用于雾化金属液体射流带p的雾化空间s，内筒体21内的空间、中筒体22和外筒体23之间的空间用于输送雾化介质，第一喷射单元a、第三喷射单元c设置在内筒体21的外壁上，第二喷射单元b、第四喷射单元d设置在中筒体22的内壁上。

由于金属液体射流带p被限制在雾化空间s内进行雾化，可以避免金属粉末的向外扩散，不仅能够便于收集，而且也避免收集雾化炉2内部其他位置淤积的金属粉末。此外，由于雾化空间s内形成有湍流和涡流，即雾化空间s内的气体流动性较强，金属粉末也不易黏附在内筒体21的外壁和中筒体22的内壁上。

对于第一喷射单元a、第二喷射单元b、第三喷射单元c、第四喷射单元d，设置为喷嘴或者通孔来喷射雾化介质均能起到基本相同的效果。

基于降低产品成本以及简化组装的考虑，内筒体21连接有提供雾化介质的第一输送管41，内筒体21上形成多个内外贯通的通孔，位置靠上的通孔形成了第一喷射单元a，位置靠下的通孔形成了第三喷射单元c，外筒体23连接有提供雾化介质的第二输送管42，中筒体22上形成多个内外贯通的通孔，位置靠上的通孔形成了第二喷射单元b，位置靠下的通孔形成了第四喷射单元d。

需要注意的是，中筒体22和外筒体23之间设置有隔层24，将空间分隔为第一空间s1和第二空间s2，第二喷射单元b对应第一空间s1，第四喷射单元d对应第二空间s2；第一空间s1内设置有加热雾化介质的加热结构51，第二空间s2内设置有冷却雾化介质的冷却结构52，第二输送管42形成有分支管，分别连通第一空间s1和第二空间s2。

通过设置加热结构51，对第二喷射单元b所喷射的雾化介质进行加热，使得金属液体射流带p在湍流的作用下，金属液滴不会冷却凝固成固态颗粒，而是保持液态颗粒的状态，从而使得金属液滴的粒度均匀性更高，粒度较小。通过设置冷却机构，对第四喷射单元d所喷射的雾化介质进行冷却，使得均匀度较高、粒度较小的金属液滴在涡流的作用下逐渐冷却凝固成为金属粉末，避免形成大颗粒外附卫星颗粒的情况。

在本实施案例中，加热结构51设置为盘绕布置在第一空间s1内的电加热丝，电机热丝需尽可能地覆盖到整个第一空间s1，以提高加热效果。

在本实施案例中，冷却结构52设置为盘绕布置在第二空间s2内的冷媒管，冷媒管内流通冷却媒介，冷却媒介可以为气态媒介也可以为液态媒介，冷媒管需尽可能地覆盖到整个第二空间s2，以提高冷却效果。

最后应说明的是：以上实施案例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施案例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施案例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，包括：

熔炼炉，用于将金属物料融化为液态金属；

雾化炉，用于将液态金属雾化并冷却形成金属粉末；

导流结构，用于将液态金属从熔炼室喷射入雾化室；

第一雾化机构和第二雾化机构，沿液态金属喷射方向上为上下游关系，所述第一雾化机构用于将雾化介质形成湍流并和液态金属接触，所述第二雾化机构用于将雾化介质形成涡流并和液态金属接触。

2.根据权利要求1所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述导流结构具有多个呈环形分布并且连通所述熔化炉和所述雾化炉的导流孔，或者，具有呈环形并且连通所述熔化炉和所述雾化炉的导流槽，使得液态金属从熔炼室喷射入雾化室并形成金属液体射流带。

3.根据权利要求2所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述第一雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带内围的第一喷射单元、多个环绕在金属液体射流带外围的第二喷射单元；所述第二雾化机构包括多个环绕在金属液体射流带内围的第三喷射单元、多个环绕在金属液体射流带外围的第四喷射单元。

4.根据权利要求3所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述第一喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第一雾化介质涡流，所述第二喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第二雾化介质涡流，第一雾化介质涡流和第二雾化介质涡流的旋转方向相反；所述第三喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第三雾化介质涡流，所述第四喷射单元的喷射方向适于使得喷射出的雾化介质形成第四雾化介质涡流，第三雾化介质涡流和第四雾化介质涡流的旋转方向相同。

5.根据权利要求4所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述第一喷射单元、所述第二喷射单元、所述第三喷射单元、所述第四喷射单元的喷射方向均正交分解为沿着液态金属喷射方向的第一喷射方向和形成涡流的第二喷射方向。

6.根据权利要求4或5所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述雾化炉内设置有内筒体、中筒体、外筒体；所述内筒体和所述中筒体之间的空间形成了用于雾化金属液体射流带的雾化空间；所述内筒体内的空间、所述中筒体和所述外筒体之间的空间用于输送雾化介质；所述第一喷射单元、所述第三喷射单元设置在所述内筒体的外壁上，所述第二喷射单元、所述第四喷射单元设置在所述中筒体的内壁上。

7.根据权利要求6所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述内筒体连接有提供雾化介质的第一输送管，所述内筒体上形成多个内外贯通的通孔，所述通孔形成了所述第一喷射单元、所述第三喷射单元；所述外筒体连接有提供雾化介质的第二输送管，所述中筒体上形成多个内外贯通的通孔，所述通孔形成了所述第二喷射单元、所述第四喷射单元。

8.根据权利要求7所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述中筒体和所述外筒体之间设置有隔层，将空间分隔为第一空间和第二空间；所述第二喷射单元对应所述第一空间，所述第四喷射单元对应所述第二空间；所述第一空间内设置有加热雾化介质的加热结构，所述第二空间内设置有冷却雾化介质的冷却结构；所述第二输送管形成有分支管，分别连通第一空间和第二空间。

9.根据权利要求8所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述加热结构设置为盘绕布置在第一空间内的电加热丝。

10.根据权利要求8所述的提高金属粉末粒度均匀性的雾化器，其特征在于，所述冷却结构设置为盘绕布置在第二空间内的冷媒管。