CN206912253U - 一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其包括气雾化制粉装置，所述气雾化制粉装置包括支撑架、气雾化坩埚，所述支撑架上设有用于收集合金粉末的石英管，所述石英管的一端连接有通入保护气体的刚玉管；所述支撑架上设有感应线圈，所述气雾化坩埚设在感应线圈内，所述气雾化坩埚的底部设有喷嘴，所述喷嘴的开口朝着石英管的内部，所述气雾化坩埚的喷嘴的轴线与石英管的轴线垂直；所述刚玉管的开口朝着喷嘴的出口处；所述石英管的开口端通过塞子密封。此装置结构简单、占地面积小、组装容易，制粉过程中不会出现液体堵塞喷嘴现象，同时可以改变通入气体的流量，来改变制备粉末的粒径分布比。

Description

一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置

技术领域

本实用新型涉及一种气雾化制粉设备，尤其是涉及一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置。

背景技术

气雾化法制粉技术是生产金属及合金粉末的主要方法，其制粉的原理是用高速气流将从导液管流出的液态金属流粉碎成小液滴并在随后的飞行中凝固成粉末的过程。气雾化粉末具有粉末粒度可控、氧含量低、适用于多种金属及合金粉末的生产等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备的主要方向。随着粉末冶金新工艺新材料的出现以及粉末材料在化工、电子器件制备、表面工程及军事等工业中的应用，对于粉末在纯度、细小、球形度等方面的要求不断提高，从而进一步推动粉末气雾化法制备技术的发展。

金属熔体经高压气流雾化后变成小液滴，小液滴在往下飞行中不断冷却凝固成粉末。粉末的氧含量与形状在凝固过程中不断变化，当条件允许时，粉末的氧含量可达到较低的水平，形状呈球形。一般认为高球形度，氧含量低的粉末需要在真空条件下制备，非真空条件下制备一般较困难。但真空雾化制粉装置结构复杂，制造和维护成本高，所生产的粉末不具备成本优势。进一步的研究和实践表明，雾化装置的结构和功能配置对控制粉末的氧含量和形状有密切关系，非真空雾化装置可以实现高球形度、低氧含量的粉末的制备。

目前，传统的气雾化制粉设备熔炼与限流浇注系统分离，造成在粉末制备过程中，与氧气会有一定接触，使得制备粉末氧含量高或者易氧化金属完全氧化，降低粉末使用性能。也有一些气雾化制粉设备是熔炼与浇注一体式结构，但其设备大多真空性要求高，结构过于复杂，操作麻烦，维修困难，并且价格昂贵，对于非真空性要求的气雾化装置，其雾化室容积一般又较大，不利于气氛控制。同时，目前国内普遍采用非限制性雾化喷嘴，制备粉末粒径细小化困难，也有一些特殊喷嘴的设计，但结构相对复杂。气雾化过程中大多采用高压气体将金属溶体从雾化室喷射出形成粉末颗粒，喷嘴易堵塞。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置，结构简单、占地面积小、组装容易且气雾化压力低的保护性气氛下的熔炼气雾化制粉设备，制粉过程中不会出现液体堵塞喷嘴现象，同时可以改变通入气体的流量，来改变制备粉末的粒径分布比。

对此，本实用新型采用的技术方案为：

一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其包括气雾化制粉装置，所述气雾化制粉装置包括支撑架、气雾化坩埚，所述支撑架上设有用于收集合金粉末的石英管，所述石英管的一端连接有通入保护气体的刚玉管；所述支撑架上设有感应线圈，所述气雾化坩埚设在感应线圈内，所述气雾化坩埚的底部设有喷嘴，所述喷嘴的开口朝着石英管的内部，所述气雾化坩埚的喷嘴的轴线与石英管的轴线垂直；所述刚玉管的开口朝着喷嘴的出口处；所述石英管的开口端通过塞子密封；所述气雾化坩埚设有与外界气瓶相连的进气口。

采用此技术方案，带有喷嘴及进气口的气雾化坩埚实现合金液体的滴入，两端开口端通过塞子密封的石英管实现雾化粉末的收集，所述保持熔融金属小坩埚与石英管紧密相连，雾化室和初步筛分室均在石英管内，采用垂直雾化的设计进行粉末气雾化制备。气雾化坩埚的喷嘴的轴线垂直于石英管轴线，实现垂直雾化，这是为了让雾化后的粉末作平抛运动，可以实现让粒径较大的球形粉末离喷嘴较近而让粒径较小的球形粉末离喷嘴较远以实现对粉末的初步筛选。

作为本实用新型的进一步改进，所述喷嘴为倒锥体结构，所述喷嘴的锥体角的角度为75~85°。采用此角度的喷嘴，为了让熔融金属由于表面张力作用能在喷嘴中停留一段时间且当加大通入喷嘴中的气体流量时熔融金属能快速流入雾化室进行雾化。

进一步，所述雾化装置中气雾化坩埚有一圆柱进气口与外界气瓶相连，雾化过程中通入保护性气体。

作为本实用新型的进一步改进，所述喷嘴的锥体角的角度为80°。气雾化坩埚底部喷嘴采用80°锥形设计，角度为80°是为了让熔融金属由于表面张力作用能在喷嘴中停留一段时间且当加大通入喷嘴中的气体流量时熔融金属能快速流入雾化室进行雾化，小坩埚底部与石英管一侧的圆形通孔紧凑相连，且保证小坩埚轴线垂直于石英管轴线，实现垂直雾化，这是为了让雾化后的粉末作平抛运动，可以实现让粒径较大的球形粉末离喷嘴较近而让粒径较小的球形粉末离喷嘴较远以实现对粉末的初步筛选。

进一步的，气雾化坩埚配备有一坩埚盖与坩埚之间为过盈配合，并在配合好的连接处包覆一层橡皮泥，坩埚盖上部有一圆环方便拿取；小坩埚与支撑架线圈采用机械固定，外围只有感应线圈，用于熔化合金。

作为本实用新型的进一步改进，所述刚玉管通过气压阀与气瓶连接；所述气雾化坩埚通过气体流量计与外界气瓶连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述石英管内设有至少两个半圆柱的石英挡片，所述半圆柱的石英挡片之间留有间距。

作为本实用新型的进一步改进，所述石英管里面设有4块半圆柱的石英挡片，调节它们之间的距离可实现对不同球径粉末的初步筛分。

作为本实用新型的进一步改进，所述刚玉管为多孔刚玉管；所述石英管的口部设有打孔实心硅胶塞，所述打孔实心硅胶塞与石英管采用过盈配合。

作为本实用新型的进一步改进，其包括熔炼装置，所述熔炼装置置于感应加热设备内；所述熔炼装置包括第一熔炼容器和熔融容器盖，所述第一熔炼容器内设有第二熔炼容器；所述熔融容器盖上设有保护气体进口和保护气体出口；所述熔炼装置设在感应加热线圈；所述第一熔炼容器内和第二熔炼容器之间设有隔热层，所述隔热层的材质为硅酸铝棉花。所述熔融容器盖上设有保护气体进口和保护气体出口，避免熔炼过程中合金与氧气的接触，减少最终合金粉末的氧含量。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一熔炼容器为石英杯，所述第二熔炼容器为熔炼陶瓷坩埚，所述熔融容器盖为石英盖，所述石英杯与石英盖之间设有O型圈，并通过六角螺栓和螺母进行密封连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述支撑架采用伸缩结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述石英管的开口与喷嘴紧密接触。

作为本实用新型的进一步改进，所述刚玉管对准气雾化坩埚的喷嘴的出口处，用胶带将实心硅胶塞粘牢到石英管。

作为本实用新型的进一步改进，所述熔炼装置的石英杯与石英盖闭合时结合处有一O型圈，同时用六角螺栓和螺母进行紧固，以实现装置的密封。

所述熔炼装置的石英杯和石英盖设有圆柱孔，分别作为熔炼合金时的保护性气体的进、出口，避免熔炼过程中合金与氧气的接触，减少最终合金粉末的氧含量。

进一步，在熔炼陶瓷坩埚外壁和石英管内壁之间采用具有良好隔热效果的硅酸铝棉花层，避免熔炼过程中坩埚温度过高将外层的石英杯融化。

进一步，装置完备的熔炼装置放入感应加热线圈内，通过调节电流大小，可以快速实现合金的熔炼。

进一步，所述雾化装置中石英管两端均塞有中间打口的实心硅胶塞，二者之间采用过盈配合；实心硅胶塞打口处均插入多孔刚玉管，并用密封胶紧固，多孔刚玉管与外围硅胶管用卡箍紧固，实现保护性气体的流入与流出。

进一步，所述雾化装置中气体流量计机械固定在支撑架上，连接在气瓶与雾化装置进气口之间，量化气体流量用以控制雾化合金粉末的粒径比。

进一步，所述雾化装置中的支撑架上设有线圈，可以用于固定气雾化坩埚；有四个一侧具有螺纹口的不锈钢管，可以通过螺栓调节支撑架高度；中间有一凹槽用以固定石英管。

采用上述装置进行气雾化制粉的方法，包括以下步骤：

步骤S1，将一定配比的金属置于熔炼装置内密封，并通入保护气体，开启感应加热设备进行加热，待合金处于完全熔融状态时关闭感应加热设备并冷却到完全凝固状态，如此重复三次，冷却到室温，关闭气体；取出母合金并进行分切；

步骤S2，将步骤S1得到的合金放入到气雾化坩埚内，并盖上气雾化坩埚盖，控制进入气雾化坩埚的气体流量保护母合金熔化过程中不被氧化，并控制进入刚玉管的气压使其达到气雾化压力值；

步骤S3，给感应线圈通电进行加热，母合金在气雾化坩埚熔化，待5~10 s后加大进入气雾化坩埚的气体流量，实现雾化制粉。

上述技术方案，可以改变通入气体的流量，来改变制备粉末的粒径分布比。

进一步的，所述石英管内设有半圆柱石英挡片，所述半圆柱石英挡片之间设有间距；还包括以下步骤：

步骤S4，雾化结束，关闭感应加热开关，关闭气体，取走气雾化坩埚，打开石英管右侧硅胶塞，将石英管中的粉末倒入大于800目的标准样筛中，筛选3次以上，即得到最细所需粉末；再取下离喷嘴最远的一块半圆柱石英挡片，将粉末倒入400-800目的标准样筛中，筛选3次以上，即得到较细所需粉末；随后依次取下距离喷嘴越来越近的半圆柱石英挡片，将粉末倒入相应较小目数的标准筛，对球径较大的粉末依次筛选。

进一步，所述雾化装置中的石英管里面放置4块半圆柱的石英挡片，调节它们之间的距离可实现对不同球径粉末的初步筛分。

进一步，连续雾化时，打开气雾化坩埚盖后重复步骤S2和步骤S3。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，采用本实用新型的技术方案，结构简单轻盈，适于搬运，使用寿命长，雾化压力低，拆装方便，占地面积小，采用感应加热低能耗环保，并且制造成本低廉、制粉效果好，非常适用于研发实验探索应用，降低实验阶段经费；该装置实现对不同球径粉末的初步筛分，实现保持熔融合金小坩埚、雾化室和收集室的一体化。

第二，采用本实用新型的技术方案，该装置只需通入保护性气体（如氮气）便可使用，相对于一些设备严苛保证真空条件使用条件更加宽松；该装置通过加入气体流量计，可以通过调节气体流量控制制备粉末的粒径分布。

第三，采用本实用新型的技术方案，该装置采用80°锥形喷嘴，并且采用垂直雾化的设计，降低气雾化压力，增强合金液滴的分散，避免喷嘴堵塞，制备粉末细小均匀，同时能提高冷却速度，可实现合金粉末及非晶合金粉末的高效制备。

第四，采用本实用新型的技术方案，该装置所用各部件获取方便，相互之间连接简单，应用过程中任何地方出现故障，无需专业人员，很快便可进行调试或者相关零部件的更换，大大降低维修时间，提高制粉效率。

附图说明

图1为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中感应熔炼装置正视图。

图2为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中感应熔炼装置俯视图。

图3为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中气雾化制粉装置正视图。

图4为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中气雾化制粉装置俯视图。

图5为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中气雾化制粉装置左视图。

图6为本实用新型一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置中气雾化制粉装置中小坩埚及坩埚盖剖视图。

附图标记包括： 1-六角螺栓，2-六角螺母，3-熔炼石英盖，4-熔炼石英杯，5-O型圈，6-硅酸铝棉花，7-熔炼坩埚，8-气雾化小坩埚盖，9-气雾化小坩埚，10-刚玉管，11-硅胶塞，12-石英管，13-支撑架，14-螺钉，15-气体流量计，16-半圆柱石英挡片，17-喷嘴，18-圆柱进气口。

具体实施方式

下面对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其包括感应熔炼装置和气雾化制粉装置。

参照图1~图2，所述感应熔炼装置包括熔炼石英杯4和熔炼石英盖3，两者通过O型圈5、六角螺栓1和六角螺母2实现密封组合，熔炼坩埚7置于熔炼石英杯4中，通过硅酸铝棉花6与熔炼石英杯4内壁隔开，在熔炼石英杯4外壁包覆感应线圈，对合金加热熔炼。

参照图3~图6，所述气雾化制粉装置包括支撑架13，支撑架13高度通过内部钢管伸缩并配合螺钉14进行调节；两端采用过盈配合塞有打孔实心硅胶塞11的石英管12置于支撑架的凹槽内，用于收集合金粉末；硅胶塞11两端打孔处插入刚玉管10并用密封胶紧固，通过刚玉管10可与外部气瓶的胶管相连，实现保护性气体的流通；气体流量计15机械固定在支撑架13上，调节通入气体流量；气雾化小坩埚9机械固定在支撑架13左上方的线圈内，外围包覆一层感应线圈，加热内部合金，气雾化小坩埚盖8采用过盈配合的方式与气雾化小坩埚9连接，实际应用中在连接处包一层橡皮泥，保证良好气密性；气雾化小坩埚9的底部喷嘴17插入石英管12左端开口处，并保证坩埚轴线与石英管12轴线垂直实现垂直雾化；石英管12内部每隔一定距离放置一块半圆柱石英挡片16以实现对不同球径粉末进行初步筛分。

参照图3~图6，所述气雾化制粉装置中气雾化小坩埚9有一圆柱进气口18与外界气瓶相连，雾化过程中通入保护性气体；如图6所示，气雾化小坩埚9底部喷嘴17采用80°锥形设计。对于喷嘴17的角度也进行了比较，当角度为85°时，熔融金属在喷嘴中的停留时间不可控，熔化后通入喷嘴17的气体压力未完全施加便较快流出喷嘴，使得制备的粉末球形度较差，无法满足要求，当角度为75°时，相同体积下熔融金属与上方气体表面接触面积增大，降低了施加气体的压强，熔融金属在喷嘴中停留时间增长，加大了被氧化的风险，同时需要喷嘴17中通入较大的气流量才能使熔融金属流入雾化室，增加了生产投入，雾化效果和效率都不够理想。选用角度为80°时，熔融金属由于表面张力、气体压力、自身重力的综合作用能在喷嘴17中停留一段时间且当加大通入喷嘴17中的气体流量时熔融金属能快速流入雾化室进行雾化，很好满足实际应用，气雾化小坩埚9底部与石英管一侧的圆形通孔紧凑相连，且保证气雾化小坩埚9轴线垂直于石英管12的轴线，实现垂直雾化，这是为了让雾化后的粉末作平抛运动，可以实现让粒径较大的球形粉末离喷嘴17较近而让粒径较小的球形粉末离喷嘴17较远以实现对粉末的初步筛选；气雾化小坩埚9配备有一坩埚盖与坩埚之间为过盈配合，并在配合好的连接处包覆一层橡皮泥，坩埚盖上部有一圆环方便拿取；气雾化小坩埚9与支撑架线圈采用机械固定，外围只有感应线圈，用于熔化合金。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：其包括气雾化制粉装置，所述气雾化制粉装置包括支撑架、气雾化坩埚，所述支撑架上设有用于收集合金粉末的石英管，所述石英管的一端连接有通入保护气体的刚玉管；所述支撑架上设有感应线圈，所述气雾化坩埚设在感应线圈内，所述气雾化坩埚的底部设有喷嘴，所述喷嘴的开口朝着石英管的内部，所述气雾化坩埚的喷嘴的轴线与石英管的轴线垂直；所述刚玉管的开口朝着喷嘴的出口处；所述石英管的开口端通过塞子密封；所述气雾化坩埚设有与外界气瓶相连的进气口。

2.根据权利要求1所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述喷嘴为倒锥体结构，所述喷嘴的锥体角的角度为75~85°。

3.根据权利要求2所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述喷嘴的锥体角的角度为80°。

4.根据权利要求1所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述刚玉管通过气压阀与气瓶连接；所述气雾化坩埚通过气体流量计与外界气瓶连接。

5.根据权利要求1所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述石英管内设有至少两个半圆柱的石英挡片，所述半圆柱的石英挡片之间留有间距。

6.根据权利要求5所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述石英管里面设有4块半圆柱的石英挡片。

7.根据权利要求1所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述刚玉管为多孔刚玉管；所述石英管的口部设有打孔实心硅胶塞，所述打孔实心硅胶塞与石英管采用过盈配合。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：其包括熔炼装置，所述熔炼装置置于感应加热设备内；所述熔炼装置包括第一熔炼容器和熔融容器盖，所述第一熔炼容器内设有第二熔炼容器；所述熔融容器盖上设有保护气体进口和保护气体出口。

9.根据权利要求8所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述第一熔炼容器内和第二熔炼容器之间设有隔热层，所述隔热层的材质为硅酸铝棉花。

10.根据权利要求8所述的一体式感应熔炼气雾化制粉装置，其特征在于：所述第一熔炼容器为石英杯，所述第二熔炼容器为熔炼陶瓷坩埚，所述熔融容器盖为石英盖，所述石英杯与石英盖之间设有O型圈，并通过六角螺栓和螺母进行密封连接。