CN204035571U

CN204035571U - 一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置

Info

Publication number: CN204035571U
Application number: CN201420356452.9U
Authority: CN
Inventors: 刘晓平; 王快社; 胡平; 陈强
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2024-06-30

Abstract

本实用新型公开了一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，包括螺旋送粉器、料仓、第一电机、一级罐粉体收集、送粉气体管、绝缘端盖、加热筒体、加热筒体支架、二级粉体收集罐、抽气泵和第二电机，其中：第一电机连接螺旋送粉器为其提供驱动力；料仓连接螺旋送粉器的进料端，螺旋送粉器通过送粉气体管连接加热筒体；加热筒体的上端可拆卸地安装有绝缘端盖；加热筒体安装在一级罐粉体收集上方；加热筒体下端与一级粉体收集罐连通；一级粉体收集罐的出口通过连接管与二级粉体收集罐的入口相连。本实用新型提高了钼粉的球形度，整个流程可以连续、密闭的进行，具有设备简单、易于控制，且反应速度快，生产效率高，适合于大规模加工生产。

Description

一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置

技术领域

本实用新型属于粉末冶金领域，具体涉及一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置。

背景技术

难熔金属钼的球形粉末由于优良的流动性和高松装密度在热喷涂、注射成形、粉末冶金及焊接等领域具有广泛应用。采用球形钼粉制备的多孔钼骨架材料，其孔道连通，可确保钼骨架的熔渗通道畅通，制备出组织均匀的钼铜合金材料，采用球形钼粉制备的钼铜触头材料组织均匀，烧蚀程度基本一致，可防止因为材料组织不均匀而产生局部过渡烧蚀或击穿，改善钼铜合金触头的性能，提高其寿命。球形钼粉因其流动性好、松装密度大，喷涂得到的涂层更均匀、致密而具有良好的耐磨性。因球形钼粉的流动性好、松比大，在粉末冶金钼制品生产中，压坯在烧结时收缩均匀，收缩率小，可实现良好的尺寸控制，获得理想烧结坯体材料，利于烧结坯的后续加工。另外，将球形钼粉应用于近成形工艺，可以制得钼异形件，提高原料的利用率，显著的降低加工成本。

目前，钼粉的球化方法主要有喷雾造粒法、雾化法、旋转电极法等。喷雾造粒法生产的球形钼粉颗粒表面粗糙、流动性差、松比低，另外，制备喷涂料浆过程中引入有机粘结剂，容易对物料形成C、O等元素的污染，引入有机粘结剂，需要后续的排胶、烧结等工艺的衔接，延长了工艺流程，提高了生产成本；水雾化法工艺制备球形粉末易于形成金属氧化物，而气雾化工艺易于形成连体颗粒且颗粒内部有气孔，这些对粉末后续使用都是不利的；用旋转电极法制备球形粉末，因为电极转速的制约，旋转电极工艺所制备的粉末粒度较粗大，一般大于100目，而大颗粒金属粉末在粉末后续使用过程中不易熔融，容易“夹生”，最终影响制品的性能，且雾化设备和等离子设备投资巨大，产量较低，致使产品成本居高不下，影响推广。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置。本实用新型采用如下技术方案：

一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，包括螺旋送粉器、料仓、第一电机、一级罐粉体收集、送粉气体管、绝缘端盖、加热筒体、二级粉体收集罐、抽气泵和第二电机，其中：

所述第一电机连接螺旋送粉器为其提供驱动力；料仓连接螺旋送粉器的进料端，螺旋送粉器通过送粉气体管连接加热筒体；

所述加热筒体的上端可拆卸地安装有绝缘端盖；所述送粉气体管进入绝缘端盖并延伸到加热筒体的中部即进入梯度温度场的上方；加热筒体安装在一级罐粉体收集上方；加热筒体下端与一级粉体收集罐连通；

所述一级粉体收集罐的出口通过连接管与二级粉体收集罐的入口相连；二级粉体收集罐的出口处设置有废气排放口，且该出口连接带有第二电机的抽气泵。

进一步的，所述螺旋送粉器与送粉气体管之间安装有粉体均匀化装置，该粉体均匀化装置带有两个气管；粉体均匀化装置采用一管径比螺旋送粉器的送粉管管径大的圆筒。

进一步的，所述加热筒体的外壁上均匀缠绕有与电气系统相连接的感应线圈。

进一步的，所述连接管沿粉末运动方向向上倾斜一定角度。

进一步的，所述连接管倾斜角度为30°。

进一步的，所述加热筒体外部套装加热筒体支架，并通过加热筒体支架安装在一级粉体收集罐上方。

进一步的，所述一级粉体收集罐为一圆筒，其侧壁为双层不锈钢结构，该双层结构之间形成厚度均匀的空腔，该空腔与一级粉体收集罐下端侧壁上的冷却水入口和其对面侧壁上端的冷却水出口相连通，该空腔用于通入循环水对一级粉体收集罐内的高温粉末快速冷凝球化。

进一步的，所述绝缘端盖包括上盖和下盖两部分；其中，所述上盖为圆形且其中部有圆盘状的凸起，凸起的下部为圆筒状空腔，凸起的中心处设有中心通孔；所述下盖为一带有中孔的圆盘；该圆筒内径与下盖的内径、上盖的内径均相同；上盖与下盖扣合后两者之间形成一工作气体输送筒；上盖的侧壁的同一高度上对称设有两个工作气体入口，由该两个工作气体入口为起点，沿着上述工作气体输送筒的内壁设有两条相平行的螺旋状凹槽作为工作气体输送通道。

进一步的，所述下盖下方设有一圆筒，下盖下半部分的侧壁的同一高度上对称设有两个辅助气体入口；所述圆筒的下端与加热筒体的中心点处于同一高度；圆筒的外壁与加热筒体内壁之间形成一环形空腔；该环形空腔能够使得由辅助气体入口进入加热筒体的辅助气体在加热筒体内壁上形成气帘，以防金属粉粘连在加热筒体的内壁上。

与现有技术相比，本实用新型将感应电磁场作用于加热筒体，并将加热筒体使用循环水冷却，筒体被加热进而在其内部产生的高温温度场，以氢气为工作气体、辅助气体和粉末携带气体，将氧化钼原料粉末送入筒体内部，氧化钼粉体在梯度温度场的作用下，瞬间裂解、气化为超细粉，并被氢气还原为钼粉颗粒，钼粉颗粒在梯度温度场作用下继续收缩，并经快速冷凝球化得到球形钼微粉或超微粉，其粒度范围为0.1～100μm。该方法克服了目前球形钼粉制备方法的不足，简化了生产流程，实现一步法制取球形钼粉，降低了生产成本，为球形钼粉推广奠定了坚实的基础。

综上所述，本实用新型工艺采用梯度温度场和快速冷凝相结合，在完全氢气气氛下，本实用新型构思精巧、结构紧凑，试验表明，其运行稳定、产能大、成本低，是生产球形钼粉理想的装置。

附图说明

图1为本实用新型的剖面示意图。

图2为绝缘端盖的结构示意图。其中，图2(a)为绝缘盖体的整体结构示意图；图2(b)为上盖的示意图；图2(c)为下盖的示意图。

图3为绝缘端盖中工作气体入口的示意图。

图4为原料氧化钼电镜照片。

图5为球化处理后得到的钼粉。

图中各标记名称：1、粉体均匀化装置，2、气管，3、螺旋送粉器，4、料仓，5、第一电机，6、冷却水入口，7、冷却水出口，8、梯度温度场，9、辅助气体，10、工作气体，11、送粉气体管，12、工作气体入口，13、绝缘端盖，14、辅助气体入口，15、加热筒体，16、冷却水入口，17、冷却水出口，18、连接管，19、二级粉体收集罐、20、抽气泵，21、废气排放口，22、第二电机，23，金属过滤柱，24、上盖，25、下盖，26、凸起，27、中心通孔，28、工作气体输送通道，29、圆筒，30、粉体携带气体。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步解释说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，包括粉体均匀化装置1、气管2、螺旋送粉器3、料仓4、第一电机5、一级罐粉体收集7、送粉气体管11、绝缘端盖13、加热筒体15、加热筒体支架16、二级粉体收集罐19、抽气泵20和第二电机22，其中：

第一电机5连接螺旋送粉器3为其提供驱动力；料仓4连接螺旋送粉器3的进料端，螺旋送粉器3通过送粉气体管11连接加热筒体15。

加热筒体15的外壁上均匀缠绕有与电气系统相连接的感应线圈，感应线圈用于在通电后使加热筒体15内部产生一个温度呈梯度变化的梯度温度场8；加热筒体15的上端可拆卸地安装有绝缘端盖13；加热筒体15外部套装加热筒体支架16，并通过加热筒体支架16安装在一级罐粉体收集7上方；加热筒体15下端与一级粉体收集罐7连通。

参见图2a，绝缘端盖13包括上盖24和下盖25两部分。其中，如图2b所示，上盖24为圆形且其中部有圆盘状的凸起26，凸起26的下部为圆筒状空腔，凸起26的中心处设有中心通孔27；如图2c所示，下盖25为一带有中孔的圆盘，且下盖25下方设有一圆筒29；该圆筒29内径与下盖25的内径、上盖24的内径均相同；上盖24与下盖25扣合后两者之间形成一工作气体输送筒；上盖24的侧壁的同一高度上对称设有两个工作气体入口12，由该两个工作气体入口12为起点，沿着上述工作气体输送筒的内壁设有两条相平行的螺旋状凹槽作为工作气体输送通道28；工作气体输送通道28用于在粉体制备过程中向加热筒体15内喷吹工作气体10，形成螺旋状的气体分布场，约束原料粉体在梯度温度场8的滞留时间，使粉体吸收温度场最大的热焓，实现粉体的热力学还原和形貌的微观变化，最终得到球形钼微粉或超微粉。下盖25下半部分的侧壁的同一高度上对称设有两个辅助气体入口14。

圆筒29的下端与加热筒体15的中心点处于同一高度；圆筒29的外壁与加热筒体15内壁之间形成一环形空腔；该环形空腔能够使得由辅助气体入口14进入加热筒体15的辅助气体9在加热筒体15内壁上形成气帘，以防金属粉粘连在加热筒体15的内壁上；

送粉气体管11由上盖24的中心通孔27进入绝缘端盖13并延伸到加热筒体15的中部即进入梯度温度场8的上方；

为了将螺旋送粉器3送来的脉冲式流量的粉体混合均匀，实现粉体以均匀的流量输送到加热筒体15内部，在螺旋送粉器3与送粉气体管11之间安装有粉体均匀化装置1，该粉体均匀化装置1带有两个气管2；气管2用于向粉体均匀化装置1中通入粉体携带气体30，粉体携带气体30采用氢气，其不仅用于携带粉体，且用于将由螺旋送粉器3进入粉体均匀化装置1的粉体吹成弥散状态；粉体均匀化装置1采用一管径比螺旋送粉器3的送粉管管径大的圆筒。

一级粉体收集罐7为一圆筒，其侧壁为双层不锈钢结构，该双层结构之间形成厚度均匀的空腔，该空腔与一级粉体收集罐7下端侧壁上的冷却水入口6和其对面侧壁上端的冷却水出口17相连通，该空腔用于通入循环水对一级粉体收集罐7内的高温粉末快速冷凝球化。二级粉体收集罐里19采用滤筒，其内设有金属过滤柱23，与现有产品的相同。

一级粉体收集罐7的出口通过连接管18与二级粉体收集罐19的入口相连，且连接管18沿粉末运动方向向上倾斜一定角度，目的是为了在一级粉体收集罐7排至连接管8的较大颗粒粉末由于自身重力可沿连接管18回到一级粉体收集罐；本实用新型中该角度大于30°；二级粉体收集罐19的出口处设置有废气排放口21，且该出口连接带有第二电机22的抽气泵20，用于将二级粉体收集罐19中的气体抽出后由废气排放口21排出。

加热筒体15输出的较大尺寸的球形钼粉在一级粉体收集罐7内完成收集，较细小的钼粉颗粒随气流经连接管18至二级粉体收集罐19，粘附于金属过滤柱23，随着粘附量的增加，降落于二级粉体收集罐19底部实现收集，废气经废气排放口21排出。

绝缘端盖13的材质为氮化硅或类似绝缘材料；加热筒体15的材质为铬基、镍基合金材料或类似材料；加热筒体支架16的材质为陶瓷。

使用本实用新型的制备装置进行金属钼球形微粉或超微粉的制备的步骤如下：

1)对本实用新型的装置进行气体置换，使其内原有气体完全排出；具体是利用抽气泵粉体收集20将装置内抽真空使其内形成负压，然后从气管粉体收集2、辅助气体入口和工作气体入口同时通入一段时间的氢气实现气体置换；然后通过爆鸣测试确保装置内部为氢气气氛，以避免原料钼粉与空气接触；

2)经绝缘端盖粉体收集13向加热筒体粉体收集15内送入工作气体和辅助气体，工作气体的流量为6～9m³/h，辅助气体的流量为2～3m³/h；工作气体和辅助气体均采用氢气；

3)开启电气系统使感应线圈通电，在加热筒体粉体收集15内部形成梯度温度场8，感应线圈上加载的高压电为6kV～9kV，电气系统输入功率为20～100kW；上述梯度温度场的温度为1500～2000℃；

4)向一级粉体收集罐粉体收集7通入循环水，同时向螺旋送粉器粉体收集3加入氧化钼粉体，开启第一电机粉体收集5驱动螺旋送粉器粉体收集3运行，加入的氧化钼粉体的粒径为50～200μm，氧化钼粉末加入速度控制为1.0～3kg/h；从气管粉体收集2通入粉体携带气体粉体收集30，粉体携带气体粉体收集30采用氢气，其流量为0.3～1.5m³/h；粉体携带气体粉体收集30用于携带由螺旋送粉器粉体收集3输出的片状及不规则多面体的氧化钼粉体，依次经粉体均匀化装置粉体收集1、送粉气体管粉体收集11，输送到加热筒体粉体收集15内的梯度温度场粉体收集8；

氧化钼粉体在梯度温度场粉体收集8的作用下，瞬间裂解、气化为超细粉，并被氢气还原为钼粉颗粒，钼粉颗粒在梯度温度场粉体收集8作用下继续收缩，并经一级粉体收集罐粉体收集7得到快速冷凝球化得到球形钼微粉或超微粉，其粒度范围为0.1～100μm，其中，较大尺寸的球形钼粉在一级粉体收集罐粉体收集7完成收集，较细小的钼粉颗粒随气流到达二级粉体收集罐粉体收集19内被收集。

5)制备任务量完成时，先关闭第一电机粉体收集5以停止输送氧化钼粉末，然后关闭与加热筒体粉体收集15的感应线圈相连接的电气系统，最后切断粉末携带气体30、辅助气体9及工作气体10的供给。

为了验证本发明的装置在制备金属钼粉的效果，发明人给出以下几个制备实验：

制备实验1：

原料氧化钼粉末的平均粒度50μm，进行球化处理，工艺如下：工作气体、辅助气体、粉体携带气体均为氢气，它们的流量依次为6m³/h、2m³/h、0.3m³/h，送粉速度1.0kg/h；加热筒体温度为1500℃，装置的球化输入功率20kW。最终所得产品钼粉球化率为98％，一级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为20～35μm，二级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为0.1～20μm。由ASTMB212-99标准对原料氧化钼、球形钼粉进行检测，松装密度从1.0g/cm³提高到3.9g/cm³，流速从50s/50g提高为21s/50g。

制备实验2：

原料氧化钼平均粒度79μm，进行球化处理，工艺如下：工作气体、辅助气体、粉体携带气体均为氢气，它们的流量依次为7.5m³/h、2.3m³/h、0.5m³/h，送粉速度1.5kg/h；加热筒体温度为1750℃，装置的球化输出功率50kW。最终所得产品钼粉球化率为91％，一级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为25～50μm，二级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为0.1～25μm。由ASTMB212-99标准对原料氧化钼、球形钼粉进行检测，松装密度从1.08g/cm³提高到4.2g/cm³，流速从46s/50g提高为19s/50g。

制备实验3：

原料氧化钼平均粒度100μm，进行球化处理，工艺如下：工作气体、辅助气体、粉体携带气体均为氢气，它们的流量依次为8m³/h、2.5m³/h、0.8m³/h，送粉速度2kg/h；加热筒体温度为1850℃，装置的球化输出功率50kW。最终所得产品钼粉球化率为93％，一级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为25～50μm，二级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为0.1～25μm。由ASTMB212-99标准对原料氧化钼、球形钼粉进行检测，松装密度从1.1g/cm³提高到5.1g/cm³，流速从41s/50g提高为16s/50g。

制备实验4：

原料氧化钼平均粒度156μm，进行球化处理，工艺如下：工作气体、辅助气体、粉体携带气体均为氢气，它们的流量依次为8.5m³/h、2.8m³/h、1.2m³/h，送粉速度2.5kg/h；加热筒体温度为1950℃，装置的球化输入功率85kW。最终所得产品钼粉球化率为93％，一级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为25～100μm，二级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为0.1～25μm。由ASTMB212-99标准对原料氧化钼、球形钼粉进行检测，松装密度从0.9g/cm³提高到4.5g/cm³，流速从45s/50g提高为18s/50g。

制备实验5：

原料氧化钼平均粒度200μm，进行球化处理，工艺如下：工作气体、辅助气体、粉体携带气体均为氢气，它们的流量依次为9m³/h、3m³/h、1.5m³/h，送粉速度3kg/h；加热筒体温度为2000℃，装置的球化输入功率100kW。最终所得产品钼粉球化率为95％，一级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为25～120μm，二级粉体收集罐内收集的钼粉粒径范围为0.1～25μm。由ASTMB212-99标准对原料氧化钼、球形钼粉进行检测，松装密度从0.8g/cm³提高到3.5g/cm³，流速从52s/50g提高为24s/50g。

图2为原料氧化钼电镜照片，从图中可以看出，原料氧化钼为不规则的颗粒团聚块体，表面粗糙。图3为球化处理后得到的钼粉，从图中可以看出钼粉均得以球化，因为在温度场吸收热量不一致，所得球形钼粉颗粒致密度有所差别。

Claims

1.一种制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，包括螺旋送粉器（3）、料仓（4）、第一电机（5）、一级罐粉体收集（7）、送粉气体管（11）、绝缘端盖（13）、加热筒体（15）、二级粉体收集罐（19）、抽气泵（20）和第二电机（22），其中：

所述第一电机（5）连接螺旋送粉器（3）为其提供驱动力；料仓（4）连接螺旋送粉器（3）的进料端，螺旋送粉器（3）通过送粉气体管（11）连接加热筒体（15）；

所述加热筒体（15）的上端可拆卸地安装有绝缘端盖（13）；所述送粉气体管（11）进入绝缘端盖（13）并延伸到加热筒体（15）的中部即进入梯度温度场（8）的上方；加热筒体（15）安装在一级罐粉体收集（7）上方；加热筒体（15）下端与一级粉体收集罐（7）连通；

所述一级粉体收集罐（7）的出口通过连接管（18）与二级粉体收集罐（19）的入口相连；二级粉体收集罐（19）的出口处设置有废气排放口（21），且该出口连接带有第二电机（22）的抽气泵（20）。

2.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述螺旋送粉器（3）与送粉气体管（11）之间安装有粉体均匀化装置（1），该粉体均匀化装置（1）带有两个气管（2）；粉体均匀化装置（1）采用一管径比螺旋送粉器（3）的送粉管管径大的圆筒。

3.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述加热筒体（15）的外壁上均匀缠绕有与电气系统相连接的感应线圈。

4.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述连接管（18）沿粉末运动方向向上倾斜一定角度。

5.如权利要求4所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述连接管（18）倾斜角度为30°。

6.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述加热筒体（15）外部套装加热筒体支架（16），并通过加热筒体支架（16）安装在一级罐粉体收集（7）上方。

7.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述一级粉体收集罐（7）为一圆筒，其侧壁为双层不锈钢结构，该双层结构之间形成厚度均匀的空腔，该空腔与一级粉体收集罐（7）下端侧壁上的冷却水入口（6）和其对面侧壁上端的冷却水出口（17）相连通，该空腔用于通入循环水对一级粉体收集罐（7）内的高温粉末快速冷凝球化。

8.如权利要求1所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述绝缘端盖（13）包括上盖（24）和下盖（25）两部分；其中，所述上盖（24）为圆形且其中部有圆盘状的凸起（26），凸起（26）的下部为圆筒状空腔，凸起（26）的中心处设有中心通孔（27）；所述下盖（25）为一带有中孔的圆盘；该圆筒（29）内径与下盖（25）的内径、上盖（24）的内径均相同；上盖（24）与下盖（25）扣合后两者之间形成一工作气体输送筒；上盖（24）的侧壁的同一高度上对称设有两个工作气体入口（12），由该两个工作气体入口（12）为起点，沿着上述工作气体输送筒的内壁设有两条相平行的螺旋状凹槽作为工作气体输送通道（28）。

9.如权利要求8所述的制备金属钼球形微粉或超微粉的装置，其特征在于，所述下盖（25）下方设有一圆筒（29），下盖（25）下半部分的侧壁的同一高度上对称设有两个辅助气体入口（14）；所述圆筒（29）的下端与加热筒体（15）的中心点处于同一高度；圆筒（29）的外壁与加热筒体（15）内壁之间形成一环形空腔；该环形空腔能够使得由辅助气体入口（14）进入加热筒体（15）的辅助气体（9）在加热筒体（15）内壁上形成气帘，以防金属粉粘连在加热筒体（15）的内壁上。