CN216828647U - 一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统 - Google Patents

一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统 Download PDF

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CN216828647U CN202123018624.0U CN202123018624U CN216828647U CN 216828647 U CN216828647 U CN 216828647U CN 202123018624 U CN202123018624 U CN 202123018624U CN 216828647 U CN216828647 U CN 216828647U
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吴剑骅
李如龙
邓玥
万玲
王佳丽
张铭
杨启炜
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Quzhou Research Institute of Zhejiang University
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Abstract

本实用新型公开了一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统,包括:反应系统,包括依次连接的原料仓、送料装置、磁旋转弧等离子体炬发生装置、球化室;淬冷气循环系统,包括依次循环连接的球化室、旋风分离器、过滤除尘装置、换热器、气体缓冲罐、风机;旋风分离器的固体物料出口与第一成品料仓连接;过滤除尘装置的固体物料出口与第二成品料仓连接。本实用新型的磁旋转弧等离子体球化工艺系统具有以下特点:1、可分级收获成品;2、可实现淬冷气的循环利用;3、对工况突发变化的适应能力强。

Description

一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统
技术领域
本实用新型涉及等离子球化领域,具体涉及一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统。
背景技术
目前利用等离子体进行球形粉体的制备已有多种文献及专利报道,例如:
CN103084579B公开采用旋转电极制造球形粉末的设备及工艺,等离子旋转电极雾化采用等离子轰击高速旋转的棒材,熔融的液滴在离心力的作用下形成小液滴,冷凝球化成分,适用于多种球形粉体的制造,但球形粉体的粒度分布主要受限于转速,细粉(小于100μm)收率较低,难以满足3D打印的需求,同时等离子体旋转电极雾化法对制备的材料有导电性的要求,难以满足诸如氧化铝等绝缘材料的微球制备。
US005707419A公开了一种等离子体雾化生产球形粉末的方法,其将金属丝材送入3支对称分布的等离子炬所释放的等离子体火焰的交汇点,利用高速等离子体火焰熔融丝材并雾化破碎成小液滴进行制粉,但火焰交汇点已远离电弧,能量利用较低,主要用于制备钛及钛合金球形粉体。
“朱海龙,叶高英,程昌明,杨发展,童洪辉.射频热等离子体球化氧化铝粉末的实验,稀有金属材料与工程,2014,43(11):2810-2813”采用射频等离子体实现氧化铝粉末的球化处理。
目前加拿大TEKNA公司的射频等离子体球化系统已经能够实现钨、钼、铌、铜等金属粉末及二氧化硅、氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷粉末的球化处理。然而射频系统昂贵、电热转化效率低、大功率(MW级)射频等离子体设备研究罕见,限制了其大规模工业化应用。
实用新型内容
针对现有技术中存在的等离子球化效果不佳、难以放大等问题,本实用新型提供了一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统。采取本实用新型能够有效强化粉末的球化效果,能够实现不同种类的球型粉体的大规模工业化生产。
本实用新型的磁旋转弧等离子体球化工艺系统具有以下特点:
1、可分级收获成品;
2、可实现淬冷气的循环利用;
3、对工况突发变化的适应能力强。
具体技术方案如下:
一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统,包括:
反应系统,包括依次连接的原料仓、送料装置、磁旋转弧等离子体炬发生装置、球化室;
淬冷气循环系统,包括依次循环连接的球化室、旋风分离器、过滤除尘装置、换热器、气体缓冲罐、风机;
旋风分离器的固体物料出口与第一成品料仓连接;
过滤除尘装置的固体物料出口与第二成品料仓连接。
上述磁旋转弧等离子体球化工艺系统在使用时,原料仓的原料进入送料装置,送料装置将原料送到磁旋转弧等离子体炬发生装置,在磁旋转弧等离子体炬的高温作用下熔融形成液滴后进入球化室,在球化室内通过淬冷气快速冷却、凝固形成球形粉体。球形粉体在气流带动下进入旋风分离器,气固分离后,固体进入第一成品料仓,气体进入过滤除尘装置进行进一步气固分离,过滤除尘装置中分离的固体进入第二成品料仓,气体进入换热器,在换热器内进行降温后进入气体缓冲罐,气体缓冲罐也可外接气源,可以调节气体缓冲罐内气压,从而可以更好地应对工况突发变化,起到缓冲效果。在风机的作用下,气体缓冲罐内的气体作为淬冷气回用到球化室。经过换热器降温的气体一方面不会对后续的风机造成高温损坏,另一方面可以在球化室有效起到淬冷效果。
在一优选例中,所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,送料装置与磁旋转弧等离子体炬发生装置的顶部连接,磁旋转弧等离子体炬发生装置的顶部还设有载气入口。载气携带原料自上而下通过磁旋转弧等离子体炬,可充分受热。
在一优选例中,所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,送料装置采用螺杆送料。
在一优选例中,所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,风机为罗茨风机。
在一优选例中,所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,风机与球化室的淬冷气喷嘴连接。
在一优选例中,所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,磁旋转弧等离子体炬发生装置的阳极外侧设有励磁线圈。电弧能在励磁线圈产生的磁场作用下高速旋转,形成均匀的等离子体。
本实用新型的等离子炬采用的是磁旋转弧等离子炬,待处理的物料粉末在输送气体携带下从高速旋转电弧的上方通入,利用高速旋转的电弧进行加热,能够将物料直接穿过电弧进行加热,保证物料充分加热。加热后的粉末进入球化室,在极高的温度梯度下冷却固化,获得球型粉体。采用本实用新型能够提高物料粉末的球化效率及球化质量,降低能耗,适用于大规模工业化生产球型粉体。
本实用新型与现有技术相比,主要优点包括:
1)物料从电弧上方穿过高速旋转的电弧进行加热,能够使物料得到重复加热,提高球化质量及球化率,同时降低能耗。
2)系统设有过滤除尘和罗茨风机,能够将淬冷气循环使用,降低了原料气的使用,节约资源,降低成本。
3)球化系统生产过程连续、能耗低,能够实现工业化连续生产。
附图说明
图1为实施例的磁旋转弧等离子体球化工艺系统连接示意图;
图中:
1-原料仓 2-送料装置 3-磁旋转弧等离子体炬发生装置
4-球化室 5-旋风分离器 6-第一成品料仓
7-过滤除尘装置 8-第二成品料仓 9-换热器
10-气体缓冲罐 11-风机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例,进一步阐述本实用新型。应理解,这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法,通常按照常规条件。
如图1所示,本实施例的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,包括反应系统和淬冷气循环系统。
反应系统包括依次连接的原料仓1、送料装置2、磁旋转弧等离子体炬发生装置3、球化室4。
送料装置2采用螺杆送料,其出口与磁旋转弧等离子体炬发生装置3 的顶部连接,磁旋转弧等离子体炬发生装置3的顶部还设有载气入口。磁旋转弧等离子体炬发生装置3的阳极外侧设有励磁线圈。电弧能在励磁线圈产生的磁场作用下高速旋转,形成均匀的等离子体。载气携带原料自上而下通过磁旋转弧等离子体炬,可充分受热。
淬冷气循环系统包括依次循环连接的球化室4、旋风分离器5、过滤除尘装置7、换热器9、气体缓冲罐10、风机11(具体为罗茨风机)。风机11与球化室4的淬冷气喷嘴连接。
旋风分离器5的固体物料出口与第一成品料仓6连接。
过滤除尘装置7的固体物料出口与第二成品料仓8连接。
本实施例的磁旋转弧等离子体球化工艺系统在使用时,原料仓1的原料进入送料装置2,送料装置2将原料在载气的携带下送到磁旋转弧等离子体炬发生装置3,在磁旋转弧等离子体炬的高温作用下熔融形成液滴后进入球化室4,在球化室4内通过淬冷气快速冷却、凝固形成球形粉体。球形粉体在气流带动下进入旋风分离器5,气固分离后,固体进入第一成品料仓6,气体进入过滤除尘装置7(具体可以为布袋除尘器等)进行进一步气固分离,过滤除尘装置7中分离的固体进入第二成品料仓8,气体进入换热器9,在换热器9内进行降温后进入气体缓冲罐10,气体缓冲罐 10也可外接气源,可以调节气体缓冲罐10内气压,从而可以更好地应对工况突发变化,起到缓冲效果。在风机11的作用下,气体缓冲罐10内的气体作为淬冷气回用到球化室4,通过气体循环可降低气体使用量的90%以上。经过换热器9降温的气体一方面不会对后续的风机11造成高温损坏,另一方面可以在球化室4有效起到淬冷效果。
原料仓1内的原料可选择不规则的金属、合金或者陶瓷材料的粉体。
磁旋转弧等离子炬功率依据处理量及工艺需求可设计为200~2000 kW。
此外应理解,在阅读了本实用新型的上述描述内容之后,本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,包括:
反应系统,包括依次连接的原料仓(1)、送料装置(2)、磁旋转弧等离子体炬发生装置(3)、球化室(4);
淬冷气循环系统,包括依次循环连接的球化室(4)、旋风分离器(5)、过滤除尘装置(7)、换热器(9)、气体缓冲罐(10)、风机(11);
旋风分离器(5)的固体物料出口与第一成品料仓(6)连接;
过滤除尘装置(7)的固体物料出口与第二成品料仓(8)连接。
2.根据权利要求1所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,送料装置(2)与磁旋转弧等离子体炬发生装置(3)的顶部连接,磁旋转弧等离子体炬发生装置(3)的顶部还设有载气入口。
3.根据权利要求1所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,送料装置(2)采用螺杆送料。
4.根据权利要求1所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,风机(11)为罗茨风机。
5.根据权利要求1所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,风机(11)与球化室(4)的淬冷气喷嘴连接。
6.根据权利要求1所述的磁旋转弧等离子体球化工艺系统,其特征在于,磁旋转弧等离子体炬发生装置(3)的阳极外侧设有励磁线圈。
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