CN218080405U - 一种水气联合雾化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了应用于粉末冶金领域的一种水气联合雾化系统，该系统包括雾化室、雾化前室、雾化塔、收粉罐、旋流分离器、排气装置等。所述雾化室顶部密封安装双腔结构的雾化喷盘，底部通过雾化前室连通雾化塔，雾化塔的底部通过控制阀连接收粉罐。所述雾化前室通过出气管连通排气装置。在雾化塔上部设置有防爆口，下部设置有进气口和放水口。出气口设置在雾化塔上部或雾化前室，通过吸气管连通旋流分离器。旋流分离器的外壁喷水冷却，顶部通过喷盘进气管连通雾化喷盘的气腔。本实用新型利用双腔水气雾化喷盘，用氮气辅助雾化，引流水蒸气，降低金属液滴碰撞几率，抑制卫星颗粒发生。采用系统氮气自循环，降低了雾化氮气成本。

Description

一种水气联合雾化系统

技术领域

本实用新型应用于金属粉末制造领域，涉及粉末制造的一种水气联合雾化系统。

背景技术

金属粉末制备多采用雾化法，利用高压水或惰性气体击碎金属液而成。按雾化介质分为气雾化和水雾化。水雾化适用于对氧不敏感的合金，水雾化金属粉末圆整度不好，形状为不规则状，但具有良好的压缩性和成型性。气雾化适用于对氧化敏感的合金，气雾化金属粉末圆整度好，填充流动性好，具有超高纯净度（含氧量低、非金属夹杂物含量极少），粉末冶金质量高，但生产成本也较高。

针对水雾化和气雾化的优缺点，研发出了水气联合雾化。公布号CN111957981A公开了一种水气联合雾化制备铜合金粉末设备及其使用方法，喷盘采用高压水雾化，向雾化室中通入惰性气体，通过惰性气体实现金属液滴的第二次雾化，从而实现水气联合雾化，同时惰性气体能够防止金属液滴氧化和团聚成大颗粒。公布号CN112276105A提供了一种水气联合雾化制粉工艺，雾化采用高压惰性气体，冷却水放置在能够摆动并自转的旋转罐中，主要控制雾化与旋转罐的角度。公布号CN114523115A公开了一种新型水气联合雾化制粉设备，采用水雾化喷盘，氮气和钢液一起经喷盘的中间通道下落，由高压水雾化成粉，除去水蒸气的氮气返回气夹套与送入的氮气一起再次和钢液一起经中间通道下落。公告号CN205165881U公开了一种预合金粉水气联合雾化装置，气管喷射气流，使金属液通过进液管到雾化筒中，喷嘴喷出雾化水气，进行冷却成型。公告号CN207013685U公开了一种超高压水气组合雾化制粉装置，喷盘分为上下两层，上盘为气雾化，下盘为高压水雾化。

上述的水气联合雾化，或是水雾化，气体起到保护作用；或是气雾化，水起到冷却作用；或水气一起雾化。本实用新型提供一种水气联合雾化系统，以水雾化为主，气体辅助雾化，气体既起到保护作用，也起到雾化作用。可降低金属粉末中的氧含量，消除氢气爆炸隐患，还可以改善颗粒形状，消除卫星颗粒。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：提供一种水气联合雾化系统，利用惰性气体自循环，改善雾化水蒸气的分布，提高颗粒质量。

本实用新型所采用的技术方案是：水气联合雾化系统包括熔化炉、雾化室、雾化前室、雾化塔、收粉罐、旋流分离器、排气装置等。所述雾化室顶部密封安装雾化喷盘，底部通过雾化前室连通雾化塔，雾化塔的底部通过控制阀连接收粉罐。所述雾化前室通过出气管连通排气装置。在雾化塔的下部设置有进气口和放水口，上部设置有防爆口和出气口，该出气口通过吸气管连通旋流分离器。旋流分离器采用双层水冷机构，以冷却流入旋流分离器中的水蒸气，旋流分离器的顶部通过喷盘进气管连通雾化喷盘的气腔。

进一步，为增加氮气的自循环，所述出气口不安装在雾化塔上部，宜安装在雾化前室，以缩短氮气循环路径。

进一步，雾化喷盘为双腔结构，包括喷盘上盖、喷盘基和喷盘下盖，所述喷盘上盖和喷盘基之间设有环形水腔，所述喷盘基与喷盘下盖之间形成环形气腔。喷盘上盖中心设计向下的圆锥形凸起，该凸起内设计有导流管转接口，在喷盘基中心设计有上大下小的圆锥口，该圆锥口的内圆锥面与上述圆锥形凸起的外圆锥面形成拉瓦尔结构的环缝喷嘴，该环缝喷嘴与导流管转接口同心，并连通水腔。所述喷盘下盖中部是斜向上的喇叭形或钟形锥体，外侧是与喷盘基配合的环形平面，所述锥体及平面上，加工有环形均布的出气孔。

进一步，所述排气装置为水封式，所述出气管插入排气装置内的水中，以管口与水面的高度差控制雾化前室内的气体压力。

进一步，所述旋流分离器的底部通过回水管连通雾化塔，便于金属粉末和水回流集中到雾化塔内。

进一步，所述进气口向雾化塔的内下部倾斜安装，便于在雾化前快速排出雾化塔内的空气。

进一步，所述熔化炉为定点浇注中频炉。

进一步，所述喷盘进气管中安装拉瓦尔喷嘴，有利于加强氮气的辅助雾化，促进氮气的自循环。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用双腔水气雾化喷盘，用氮气辅助雾化，引流水蒸气，降低金属液滴碰撞几率，抑制卫星颗粒发生，改善了颗粒形态。采用系统氮气自循环，降低了雾化氮气成本。

附图说明

图1为实施例1主视结构示意图；

图2为图1左视结构示意图；

图3为图1的局部放大图；

图4为图2的局部放大图；

图5为实施例2结构示意图；

图6为实施例3结构示意图；

附图标记：1-熔化炉、2-中间包、3-雾化喷盘、4-雾化室、5-出气口、6-吸气管、7-雾化塔、8-喷盘进气管、9-旋流分离器、10-回水管、11-控制阀、12-收粉罐、13-进气口、14-放水口、15-防爆口、16-高压泵、17-水管、18-吸气口、19-排气装置、20-溢流管、21-出气管、22-雾化前室、23-拉瓦尔喷嘴、24-进气环管、25-进水环管；

31-导流管转接口、32-气腔、33-水腔、34-喷盘下盖、35-环缝喷嘴、36-出气孔、37-喷盘上盖、38-喷盘基。

具体实施方式

下述上下（顶底）为本实用新型使用状态的上下。下述安装、设置、连接除特殊说明外，均指固定连接，可以是焊接、或紧固件连接、或其他固定连接的方式。

实施例1。

本实施例水气联合雾化系统的结构如附图1-4所示，附图2为附图1的左视图，附图3和附图4分别为附图1和附图2的局部放大示意图。水气联合雾化系统包括熔化炉1、中间包2、雾化室4、雾化前室22、雾化塔7、收粉罐12、旋流分离器9、排气装置19及相关管道等。

熔化炉1为中频炉，可以小批量熔化金属液，进行成分调整。如附图1所示，该熔化炉1的最大特点在于定点浇注，以炉嘴为炉体倾翻的旋转中心，当炉体旋转倾倒金属液时，炉嘴位置相对固定，可实现向中间包2内定点倾倒。

中间包2为底注式，在中间包的包底设置有浇注口，如附图3和附图4所示。金属液在自重的作用下，自包底的浇注口流入雾化室4。在中间包2和雾化室4之间安装雾化喷盘3，雾化喷盘3与雾化室4密封连接。在雾化喷盘3中心，设计有导流管转接口31，导流管转接口31用于安装衔接金属液导流管，以适应限制式、自由式导流接口件衔接要求，并引导金属液进入雾化室雾化。

雾化喷盘3为水气联合雾化喷盘，如附图3和附图4所示。包括喷盘上盖37、喷盘基38和喷盘下盖34，采用两腔结构，即气腔32和水腔33。喷盘上盖37和喷盘基38之间设有环形水腔33，喷盘基38与喷盘下盖34之间形成环形气腔32，喷盘基38上开有进水口和进气口，分别与雾化喷盘的水腔33和气腔32链接，进水口和进气口采用对称双接口，有利于减少压损和保证周向参数一致性。两个进气口分别与气腔32和进气环管24连通，两个进水口分别与水腔33和进水环管25连通。进水环管25与水管17连通，水管17连通高压泵16。喷盘上盖37中心设计向下的圆锥形凸起，该凸起内设计有导流管转接口31。喷盘基38中心设计有上大下小的圆锥口，圆锥形凸起的外圆锥面与圆锥口的内圆锥面形成与导流管转接口31同心的环缝喷嘴35，该环缝喷嘴35直接与水腔33连通，高压水自环缝喷嘴35喷出时，形成40-60°夹角的圆锥面。所述环缝喷嘴35结构为拉瓦尔结构，高压水自高压泵16通过水管17、进水环管25送入水腔33，再由环缝喷嘴35高速喷出，在雾化区会形成负压区。喷盘下盖34中部是斜向上的喇叭形或钟形锥体，外侧是与喷盘基38配合的环形平面。在喇叭形或钟形锥体、以及环形平面上，加工有环形均布的出气孔36。惰性保护气体（如氮气）由进气环管24、进气口进入气腔32，再由出气孔36流出，对雾化的水蒸气有导流作用，破环水蒸气的旋流和紊流，降低金属液滴碰撞几率，抑制卫星颗粒发生。

雾化室4向下连通雾化前室22。在雾化前室22上安装有出气口5，出气口5通过出气管21连通排气装置19。如附图2所示，排气装置19为水封式，其上设计有进水管、放水管和溢流管20，使用时关闭放水管，通过溢流管20控制排气装置19内的水面高度。出气管21插入排气装置19内的水中，通过出气管21出气口与水面高度之差控制雾化前室内的气体压力。由于雾化塔内一直通入低压氮气，保持正压状态，所以不会出现通过出气管21反吸水倒流的现象，也可以通过增加出气管21高出水面的高度避免吸水倒流。

雾化前室22向下雾化塔7。雾化塔7的上部设计有防爆口15，高温金属液在雾化室4雾化时，会产生高压水蒸气和氢气，部分高压水蒸气和氢气会通过出气管21和排气装置19排出，如果出气管21和排气装置19出现排气不畅或其他故障，雾化前室22压力增高，可通过防爆口15泄压，保证雾化安全。尤其是雾化前室22发生氢气爆炸时，防爆口15尤为必要，可保证整个系统的安全。

在雾化塔7的上部通过吸气口18安装吸气管6，吸气管6可将雾化塔7内的氮气、雾化后的金属粉末、水蒸气等吸入切线进入旋流分离器9。旋流分离器9采用双层器壁，中腔通冷却水的结构，即双层水冷结构。内层器壁冷却进入旋流分离器9的气体，维持安全温度。水蒸气冷却后变成液滴，与金属粉末一起在离心力的作用下，下落到旋流分离器9的底部。在旋流分离器9的底部，通过回水管10连通雾化塔7，可以通过回水管10将沉积在旋流分离器9的底部的水和金属粉末回流到雾化塔7。在旋流分离器9内，由于水蒸气凝结，使得气体体积减小，相对于雾化塔7内的气体压力而言，形成负压，将雾化塔7内的气体吸入旋流分离器9。旋流分离器9顶部通过喷盘进气管8连通进气环管24。当环缝喷嘴35高速喷水时，由于射流拉瓦尔效应，在雾化区形成负压，该负压有利于维持气流自上而下的流动、有利于金属液的流动、有利于抑制雾化过程中发生返喷。该负压将雾化喷盘气腔32中的氮气吸出，这样，旋流分离器9中的氮气通过喷盘进气管8、进气环管24进入气腔32中，再由出气孔36流出，形成氮气的自循环。

在雾化塔7的下部，安装有进气口13和放水口14。进气口13连通氮气管，用于向雾化塔内通入氮气。进气口13向雾化塔7的内下部倾斜安装，进气口13通入的氮气可直接吹入雾化塔7的底部。吹入的氮气自雾化塔的底部，将雾化塔7内的空气向上通过顶部雾化喷盘的自导流管转接口31排出，这种排气方式，空气排出干净，效率高。雾化前，中间包封堵导流管转接口31，雾化塔内气体压力由排气装置19控制。通常情况下，雾化塔7可储存一次雾化生产的雾化用水量，如果雾化出现断流或故障，使得雾化塔内的水面高度超过上限，可通过放水口14将雾化塔内的水放出，保证雾化生产的持续进行。

在雾化塔7的底部，通过控制阀11连接收粉罐12。一般情况下，收粉罐12的容积大于中间包2体积，保证雾化金属粉末全部落入收粉罐12中。雾化完成后，取出收粉罐12，倒出收粉罐12中的水和金属粉末，进行脱水干燥、筛分等后续处理。

通常情况下，在雾化室4上安装有观察孔，便于观察雾化状态。在雾化塔7上安装有清理孔，便于清理粘附在雾化塔内壁的金属粉末。类似这些常识孔口，本实施例的附图上没有详细显示。

实施例2。

本实施例与实施例1的区别在于吸气管6安装的位置不同，如附图5所示，本实施例将出气口5和吸气管6安装在雾化前室22上。雾化前室22水蒸气压力大，与实施例1相比，进入旋流分离器9的水蒸气增加，旋流分离器9内由于水蒸气凝结而产生的负压差增加，氮气进入旋流分离器9更为顺畅。另外，氮气自循环的路径由雾化前室22进入雾化喷盘3，使得路径缩短，更有利于氮气的自循环。

实施例3。

本实施例是在实施例1的基础上，为增加氮气的自循环，在喷盘进气管8中增加氮气拉瓦尔喷嘴23，如附图6所示。拉瓦尔喷嘴23送入氮气的方向与喷盘进气管8中氮气的流向一致。

本实施例在雾化前，采用雾化塔7底部的进气口13通入氮气，排空雾化塔7、雾化室4、及雾化前室22内的空气，放置中间包2之后，关闭进气口13的氮气，在启动高压泵16的同时，开启拉瓦尔喷嘴23的氮气，使得金属液自雾化开始就有氮气的辅助雾化，避免了上述两个实施例在雾化开始后才有氮气的辅助雾化。同时拉瓦尔喷嘴23在喷盘进气管8中建立负压，可增加旋流分离器9中氮气的吸力，促进氮气的自循环，还可以在雾化喷盘的气腔内建立微正压，促进氮气的辅助雾化。只是需要在喷盘进气管8上安装检修口，便于拉瓦尔喷嘴23的维修和更换，增加了喷盘进气管8的漏点。

本实用新型水气联合雾化系统利用双腔喷盘，以高压水为主雾化，以氮气为辅助雾化，用氮气引流水蒸气，改善水蒸气的紊流和旋流，降低金属液滴碰撞几率，抑制卫星颗粒发生，改善了颗粒形态。采用系统氮气自循环，通入少量氮气，保持雾化塔内的压力即可，降低了雾化成本。整个雾化过程在氮气环境下进行，既避免了氢气爆炸的安全隐患，又大大降低了金属粉末中的氧含量，提高了颗粒质量。

本实用新型已经生产多台，销售给不同用户，并为用户调试成功，金属粉末的质量及运行成本均超出用户预期，目前无不良反馈。

Claims (9)

1.一种水气联合雾化系统，包括熔化炉（1）和雾化室（4），其特征在于：还包括雾化前室（22）、雾化塔（7）、旋流分离器（9）、排气装置（19）；所述雾化室（4）顶部密封安装双腔结构的雾化喷盘（3），底部通过雾化前室（22）连通雾化塔（7）；所述雾化前室（22）通过出气管（21）连通排气装置（19）；所述雾化塔（7）的下部设置有进气口（13）和放水口（14），上部设置有防爆口（15）和出气口（5），所述出气口（5）通过吸气管（6）连通旋流分离器（9）；所述旋流分离器（9）顶部通过喷盘进气管（8）连通雾化喷盘（3）的气腔（32）。

2.根据权利要求1所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述出气口（5）安装在雾化前室（22）。

3.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述雾化喷盘（3）包括喷盘上盖（37）、喷盘基（38）和喷盘下盖（34），所述喷盘上盖（37）和喷盘基（38）之间设有环形水腔（33），所述喷盘基（38）与喷盘下盖（34）之间形成环形气腔（32）；所述喷盘上盖（37）中心设计向下的圆锥形凸起，该凸起内设计有导流管转接口（31），所述喷盘基（38）中心设计有上大下小的圆锥口，该圆锥口的内圆锥面与上述圆锥形凸起的外圆锥面形成拉瓦尔结构的环缝喷嘴（35），该环缝喷嘴（35）与导流管转接口（31）同心，并连通水腔（33）；所述喷盘下盖（34）中部是斜向上的喇叭形或钟形锥体，外侧是与喷盘基（38）配合的环形平面，所述锥体及平面上，加工有环形均布的出气孔（36）。

4.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述排气装置（19）为水封式，所述出气管（21）插入排气装置（19）内的水中。

5.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述旋流分离器（9）的底部通过回水管（10）连通雾化塔（7）。

6.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述进气口（13）向雾化塔（7）的内下部倾斜安装。

7.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述熔化炉（1）为定点浇注中频炉。

8.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述喷盘进气管（8）中安装拉瓦尔喷嘴（23）。

9.根据权利要求1或2所述的一种水气联合雾化系统，其特征在于：所述旋流分离器（9）采用双层水冷机构。

Images