CN1486806A - 采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的装置 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种采用喷射雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的装置。该装置包括低压惰性气体进气总成，含给料机构、加热器及石墨炉管在内的炉体，含束流管、内外喷嘴、高压惰性气体供气机构、雾化成形桶在内的喷射式雾化成形总成，以及水冷却循环机构。该装置由于通过将原料粉在惰性气体保护下熔化后的熔液在高压惰性气体气流的作用下喷射雾化成球状粉末，而具有结构紧凑，设备生产及使用成本低；用以生产球状WC粉工艺流程短、生产率高、产品质量稳定、球化效果好、粒度均匀、硬度高，能耗及生产成本低，产品使用效果好等特点。克服了背景技术存在的或生产成本高、产品质量、球化效果及使用性能差；或工艺难度大、生产率低等弊病。

Description

采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的装置
技术领域
本发明属于一种生产硬质合金粉料的设备，特别是一种采用喷射式雾化成形生产球状铸造碳化钨(WC)粉的装置。该装置尤其适合用于生产粒度为40～400目的球状铸造碳化钨粉。
背景技术
球状铸造碳化钨(WC)粉末因其熔点高(2600℃)、硬度高和优良的耐磨性、良好的流动性及填充性等，可有效强化金属零部件的机械性能，因而被广泛地应用于石油、地质、工程机械及轧辊等对耐磨性能要求较高的零部件金属表面的补强，以有效提高其工作效率和使用寿命。传统的铸造WC粉末是采用石墨管炉或可倾式熔炼炉将WC和W(钨)粉混合熔化，在石墨熔铸模中冷却成细树枝状的合金块——WC·W2C的共晶体后，再通过球磨机等机械方法将其磨成粉末，此种方法生产的铸造WC粉末存在生产成本高、产品质量稳定性差、产品的硬度与WC·W2C的理论值相差甚远，加之微粒形状不规则，流动性和填充性差又影响其喷焊或堆焊时的使用性能。针对上述缺陷，有人设计了一种将WC原料制成自耗性旋转式电极(阳极)，与不熔性阴极在轴线方向正对，工作时高速旋转的WC阳极在电弧的作用下熔化并在离心力的作用下抛离电极，抛离电极的WC液滴、液片在表面张力的作用下最终形成球状粉末。该方法生产的铸造WC粉末虽然具有纯度较高、无夹渣、粉末的成球性好等特点，但却存在设备成本高，WC自耗电极的制造较复杂，铸造WC粉末生产率低，生产成本高，难以实现规模化生产等弊病；此外当WC熔液过热度不够时亦存在因球化前凝固而影响其成球性的弊病。
而在EP0687650A1的专利文献中，公开了一种通过等离子火焰在坩锅中将WC+W熔化，然后将熔液以一定的熔液流束倾倒于一个快速旋转的冷却板上，在惰性气体保护下制得WC球形粉末。此种方法虽然具有工艺流程较短、产品成份稳定、晶粒细，硬度较高，流动生较好，在进行喷焊及堆焊时有较好的使用性能；其综合性能明显优于按传统方法生产的铸造WC粉；但却存在冷却板的材质及旋转速度对产品的质量影响较大、亦难以有效地调节、控制，球化效率较低，产品粒度的均匀性较差且难以生产200目以下的细粉等缺陷。
因此，上述背景技术存在或生产成本高、产品质量及稳定性差、使用性能差；或冷却板材质要求高、工艺控制难度大、球化率较低、产品粒度的均匀性较差且难以生产200目以下的细粉等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用喷射雾化成形生产球状铸造碳化钨的装置，以达到简化生产工艺和生产设备(装置)的结构，实现连续产业化作业，操作、控制方便、可靠，能有效提高生产率和产品质量及球化效果，降低设备的生产和使用成本等目的。
本发明的解决方案是采用石墨材质的管式炉作为熔炼炉，在炉管下部设一喷射式雾化成形总成；而在炉体顶部则设一低压惰性气体进气总成。炉体上部的给料机将原料粉送入炉管熔炼腔、在惰性气体保护下自由落下的同时被熔化，其熔液经束流孔、管进入喷嘴，在喷口高压惰性气流作用下被雾化成球形粉末，从而实现其目的。因此，本发明包括含炉壳及炉管、加热器和给料机构在内的炉体，水冷却系统，球化成形机构；关键在于在炉体顶部还设有一低压惰性气体进气总成；而球化成形机构为含束流管、内外喷嘴、高压惰性气体供气腔、雾化成形桶在内的喷射式雾化成形机构总成；低压气体进气总成通过其进气腔与炉体进料道紧固密封连接，而喷射式雾化成形机构总成则通过其喷头尾端的束流管与炉管熔炼腔下部接通并紧固连接成一体。上述低压惰性气体进气总成包括进气管及其控制阀、安全阀、测温计以及将上述各部件紧固密封连接成一体的带四通进气腔的座体；该座体通过法兰盘紧固密封连接于炉体进料道顶部。而所述喷射式雾化成形机构总成，在该总成的喷头外环面还设有一冷却水腔及其进、出水管；在雾化成形桶上侧方还设有一排气孔；而在其底部则设有一带阀门的出料口。而所述加热器既可为中频感应炉，亦可为直流石墨管电阻炉；加料装置则为螺旋给料机。所述外喷嘴既可以是环形(缝)喷嘴，亦可以是环形多孔喷嘴或单孔喷嘴组。
本发明由于采用全密封结构，并在惰性(防氧化)气体保护下加热熔化及喷雾成形，而且在原料粉一经熔化后即在高压惰性气体气流冲击作用下雾化成球形粉末。因而具有整个装置结构设计简单、紧凑，生产成本较低，使用寿命长；用于生产球状铸造碳化钨粉工艺流程短，生产效率高，产品质量稳定、硬度高，粒度均匀性及球化效果好，能耗及生产成本低等特点。
附图及附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为喷射式雾化成形机构总成结构及与炉体连接关系局部放大示意图；
图3为低压惰性气体进气总成结构及与炉体进料系统连接关系示意图。
图中：1、料机构，2、低压惰性气体进气总成，2～1、进气管，2～2、进气阀，2～3、测温计，2～4、安全阀；3、料道，4、壳体，4～1、冷却水腔，5～1、5～2：电源及冷却水管接头组，6、熔炼腔，7～1、7～2：喷嘴冷却水进、出水管，8～1、8～2：高压惰性气体进、出气管，9、雾化成形桶，9～1、阀门，9～2、出料口，9～3、排气孔，9～4、排气小孔，9～5、挡板，9～6、冷却水腔；10、喷嘴冷却水腔，11、高压气腔，12、喷头，12～1、内喷嘴，12～2、外喷嘴，13、束流管，13～1、束流孔，14、石墨炉管，15、钢玉炉管，16、加热器(感应线圈)，16～1、线圈冷却水腔。
实施例
本实施例以生产能力为350kg/h球状铸造碳化钨粉的装置为例：总高6710mm，其中：炉体高1957mm；雾化成形桶9高4430mm，直径1400mm。
进料机构1为直径φ45的螺旋给料机；低压惰性气体进气管2～1直径φ14mm，气阀2～2为DN15针型阀，氩气压力0.10MPa；测温计2～3采用光学测温计；壳体4为夹层，高1715mm，直径φ648mm，夹层中间4～1为冷却水腔；石墨炉管14长(高)1548mm，熔炼腔6直径φ35mm；下端束流管13长250mm，内径φ40mm，束流孔13～1直径φ10mm，孔长30mm；加热器16为双中频感应加热器，频率1800HZ，功率300KW；内喷嘴12～1内径φ30mm，外喷嘴12～2本实施例采用环形(缝)喷嘴，内径φ35mm，外径φ36mm；高压隋性气体本实施例亦采用氩气(Ar)，高压气进气管8～1内径φ10mm，氩气量0.2kg/s，压力2.0MPa；喷嘴冷却水进、出水管7～1、7～2直径均为φ6mm；排气孔9～3直径φ200mm，排气小孔9～4直径φ2.0mm，遍布挡板9～5与桶内壁之间的环面。
本实施例工作时，首先将炉管14加热到3000℃，然后开启低压惰性气体进气阀2～2及螺旋给料机1，在惰性气体保护下向炉管熔炼腔6匀速送料，粉料经熔化后其高温熔液经束流孔13～1、束流管13的内腔至内喷嘴12～1喷(流)出，与此同时高压惰性气体经外喷嘴12～2喷出并使喷嘴外形成一负压涡流区，高温WC液流束在高速紊流冲击及负压作用下，在雾化成形桶9内被雾化成球状细粉；冷却后沉积于桶底。定时开启阀门(板)9～1，粉料经出料口9～2输出经筛分即得目的物；桶内惰性气体则经排气孔9～3进入粉尘分离器净化后循环使用，而分离出的球状细粉，作为目的物并入相应粒度的成品中。

Claims (5)

1、一种采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的装置；包括含炉壳及炉管、加热器和给料机构在内的炉体，水冷却系统，球化成形机构；其特征在于在炉体顶部还设有一低压惰性气体进气总成；而球化成形机构为含束管、内、外喷嘴、高压惰性气体供气腔、雾化成形桶在内的喷射式雾化成形机构总成；低压气体进气总成通过其进气腔与炉体进料道紧固密封连接，而喷射式雾化成形机械总成则通过其喷头尾端的束流管与炉管熔炼腔下部接通并紧固连接成一体。
2、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨粉的装置；其特征在于所述低压惰性气体进气总成包括进气管及其控制阀、安全阀、测温计以及将上述各部件紧固密封连接成一体的带四通进气腔的座体；该座体通过法兰盘紧固密封连接于炉体进料道顶端。
3、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨粉的装置；其特征在于所述喷射式雾化成形机构总成，在该总成的喷头外环面还设有一冷却水腔及其进、出水管；在雾化成形桶上侧方还设有一排气孔；而在其底部则设有一带阀门的出料口。
4、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨粉的装置；其特征在于所述加热器既可为中频感应炉，亦可为直流石墨管电阻炉；加料装置则为螺旋给料机。
5、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨粉的装置；其特征在于所述外喷嘴既可以是环形喷嘴，亦可以是环形多孔喷嘴或单孔喷嘴组。
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