CN219616698U - 一种金属液流雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种金属液流雾化喷嘴，包括壳体，在壳体内部设有环形的高压气流流道，高压气流流道的底壁上设有环形的狭缝构成高压喷气流道；高压喷气流道的入口一端与高压气流流道连通；高压喷气流道的出口一端的直径沿气流方向逐渐变小形成锥形收缩口；在高压气流流道的内环侧的壳体上贯穿设置有金属液流流道；锥形收缩口的延长线相交且交点位于金属液流流道的中心轴线上；高压喷气流道自其入口一端至其出口一端呈先收缩后扩张设置；高压喷气流道的横截面呈椭圆环形，且高压喷气流道的椭圆环离心率控制在0.24～0.45。本实用新型的喷嘴能够改善喷嘴芯部液流破碎不完全的问题，提高破碎后的粉末尺寸稳定性。

Description

一种金属液流雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及金属加工领域，尤其涉及一种金属液流雾化喷嘴。

背景技术

气体雾化法被广泛用于金属粉末（包括纯金属粉末以及合金粉末）的制备，其原理是利用高速运动的气流击碎金属液流形成雾状粉末，经过冷却及筛选后获得金属及合金粉末。在液态金属不断被击碎成细小的液滴时，高速气流的动能转变为金属液滴增大总表面积的表面能。雾化气流一般采用同金属液流互成夹角的射流方式来雾化金属液流。

目前，关于金属粉末的气雾化制备装置的研究主要集中在如何获得更细的金属粉末（例如申请公布号为CN 110508826A的专利）上，鲜有涉及如何提升金属粉末的均一性。

并且，申请公布号为CN 110508826A的专利通过两次雾化的方式实现获得超细金属粉末的目的，气体用量加倍，带来成本激增；并且，金属液流通道由垂直通道变为环形通道，同样液体流量的情况，环形通道的宽度较垂直通道要更窄，同时，金属液流通道的内表面面积增加，金属液流在流经所述金属液流通道过程中热量损失会更多，金属液流易发生结晶，金属液流通道变窄和金属结晶的产生均会加剧金属液流通道的堵塞。

现有的金属粉末的气雾化制备装置普遍存在以下缺陷：（1）所制得金属粉末的粒度均一性差，粉末粒度分布区间大，而且，粉末形状不稳定，若需要一定目数范围的粉末颗粒时，则采用现有的金属液流雾化喷嘴制得的金属粉末的合格率低；（2）仅在气体流道内设加热装置，只能对流经气体流道的高压惰性气体进行加热，而无法对流经金属液流道的金属液进行加热和保温，导致金属液在流经金属液流道的过程中由于其周围环境温度低于自身温度而发生快速散热、冷却，甚至结晶，导致金属液流道堵塞。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种金属液流雾化喷嘴，其能够改善喷嘴芯部液流破碎不完全的问题，提高破碎后的粉末尺寸稳定性。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种金属液流雾化喷嘴，包括壳体，在所述壳体内部设有环形的高压气流流道，所述高压气流流道的底壁上设有环形的狭缝构成高压喷气流道；所述高压喷气流道的入口一端与所述高压气流流道连通；所述高压喷气流道的出口一端的直径沿气流方向逐渐变小形成锥形收缩口；在所述高压气流流道的内环侧的所述壳体上贯穿设置有金属液流流道；所述锥形收缩口的延长线相交且交点位于所述金属液流流道的中心轴线上；所述高压喷气流道自其入口一端至其出口一端呈先收缩后扩张设置（即拉瓦尔型结构）；所述高压喷气流道的横截面呈椭圆环形，且所述高压喷气流道的椭圆环离心率控制在0.24～0.45。

由于现有的金属粉末的气雾化制备装置的高压气流喷嘴的横截面都呈圆环形，高压气体破碎金属液流时的作用点较为集中，金属液流外表面破碎较完全，粉末颗粒度较小，金属液流的芯部破碎不完全，所形成的金属粉末颗粒大小不一，并且，形状不稳定，多为长条形，导致金属粉末粒度分布区间较大。而本实用新型首次提出采用横截面呈椭圆环形的高压喷气流道，所述高压喷气流道的长轴的任一端点至短轴的任一端点之间的曲线上的每一个点距离椭圆中心点的长度都不同，故高压气体经过该横截面呈椭圆环形的高压喷气流道加速后，从所述高压喷气流道的长轴两端点位置处喷出的高压气体的交点与所述金属液流流道的中心轴线的交汇点距离所述金属液流流道最远，为气流冲击金属液流的最远位置；从所述高压喷气流道的短轴两端点位置处喷出的高压气体的交点与所述金属液流流道的中心轴线的交汇点距离所述金属液流流道最近，为气流冲击金属液流的最近位置；从所述高压喷气流道喷出的高压气流能够在金属液流经过自所述气流冲击金属液流的最近位置起至所述气流冲击金属液流的最远位置止的一段路程中不间断的对金属液流进行破碎，使得金属液流自外表面逐渐至芯部实现对所述金属液流进行完全破碎，所形成的金属粉末形状更加稳定、均匀粒度分布区间更小且更集中；并且，圆环的离心率为0，随着离心率的不断增大，其对金属粉末均匀度的提升效果呈现出先增后减的趋势，将离心率控制在0.24～0.45，对金属粉末均匀度的提升达到较佳水平，获得35～325目细金属粉的成品率达到85%以上，相较于现有的圆环形狭缝（35～325目细金属粉的成品率为82%）有了显著提升。

优选的，所述金属液流流道沿所述高压气流流道的中心轴线设置。

优选的，所述高压喷气流道的椭圆环离心率控制在0.24～0.38，对金属粉末均匀度的提升达到最佳水平，获得35～325目细金属粉的成品率进一步提升到87%以上。

优选的，所述高压喷气流道由沿气流方向依次设置的收缩段、喉部结构和扩张段三段组成。高压气体通过该高压喷气流道时，速度达到最大。进一步的，所述扩张段的内外壁构成斜夹角，所述斜夹角为5～10°，该斜夹角的角度不宜过大或过小，角度过小气体无法获得足够的速度，角度过大则会产生一定的能量损失。所述扩张段的两侧斜夹角的角平分线构成的夹角为30～45°，角度过大会产生较大负压，引起液流倒吸，过小亦会带来较大动能损耗。

优选的，所述壳体上设置有导液管组件安装孔，所述导液管组件安装孔内安装有导液管组件，所述导液管组件包括沿所述导液管组件安装孔的长度方向设置的导液管，所述导液管的内腔为所述金属液流流道，在所述导液管的外周壁上布设有加热装置。本实用新型的所述壳体与所述导液管为组装结构，并在所述导液管的外周壁上布设加热装置，对所述导液管进行预热和对所述导液管内的金属液流进行保温，以避免高温的金属液流在与所述导液管接触时发生冷却结晶，有效改善金属液流道堵塞的现象。所述导液管组件安装孔为一垂直孔，所述导液管的上端为金属液流入口、下端为金属液流出口。进一步的，所述导液管的外周壁上还同轴套装有环形的散热套，在所述散热套与所述导液管之间设有用于容置所述加热装置的加热装置容置腔，所述加热装置容置腔为一由所述散热套与所述导液管围合而成的封闭腔体。本实用新型可以通过所述散热套将加热装置产生的热量快速传递至更远位置处，提高热量分布均匀性和加热装置的利用率。进一步优选，所述散热套的上端向上延伸至所述导液管的所述金属液流入口的水平高度位置处，能够将加热装置产生的热量快速传递至所述金属液流入口处。进一步的，所述导热管组件安装孔内设有隔热套，所述隔热套的内周壁与所述散热套的外周壁相贴合；所述隔热套位于所述导热管组件安装孔内靠近所述导热管组件安装孔的上端的位置处，防止热量从上端流失。更进一步的，所述散热套的下边沿低于所述隔热套的下边沿，低于所述隔热套的一圈所述散热套的外周壁与所述导热管组件安装孔的内孔壁相贴合，使得多余的热量能够通过所述导热管组件安装孔的孔壁（即所述壳体）向所述高压气流流道传递，对流经所述高压气流流道的高压气体起到加热作用，提高热量的利用率。所述导液管的下边沿低于所述高压喷气流道的下端出口，低于所述高压喷气流道的一圈所述导液管外同轴套装有一环形的气体导流件，所述气体导流件的外周壁为一上粗下细的锥形面，所述锥形面能够对从所述高压喷气流道喷射出来的气流进行导向。

优选的，所述壳体包括上下连接设置的上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体均呈环形；所述上壳体的中心腔与所述下壳体的中心腔上下连通在一起形成所述导液管组件安装孔；在所述上壳体的底面上开设有环形槽，所述环形槽与所述下壳体的上表面一起围合形成所述高压气流流道；所述下壳体由内壳板和外壳板组成，所述内壳板的外周壁与所述外壳板的内周壁一起围合形成所述高压喷气流道，所述内壳板和所述外壳板分别与所述上壳体固定连接，安装方便，且所述狭缝的内表面形状易于加工。进一步，所述内壳板的内缘沿所述上壳体的内周壁垂直向上延伸形成一内包边，所述内包边的上端延伸至所述隔热套的下端，所述内包边能够增加所述内壳板与所述上壳体之间的接触面积，提高密封性。

附图说明

图1是本实用新型的金属液流雾化喷嘴的俯视结构示意图，其中的点划线为所述金属液流流道的中心轴线，实心箭头指示的方向为高压气流的流动方向，空心箭头指示的方向为金属液流的流动方向；

图2是本实用新型的金属液流雾化喷嘴沿图1中Ⅰ-Ⅰ线的剖视结构示意图；

图3是本实用新型的金属液流雾化喷嘴沿图2中Ⅱ-Ⅱ线的剖视结构示意图；

图4是图2中C部分的放大图；

图5是本实用新型的从高压喷气流道（即横截面呈椭圆环形的狭缝）喷出的气流对金属液流的破碎过程示意图，其中的点划线为所述金属液流流道的中心轴线。

实施方式

下面结合附图对本实用新型的金属液流雾化喷嘴的具体实施方式作详细的说明：

结合1～图3和图5，一种金属液流雾化喷嘴，包括壳体10，在所述壳体10内部设有环形的高压气流流道20，所述高压气流流道20的底壁上设有环形的狭缝构成高压喷气流道40，所述高压喷气流道40的入口一端41与所述高压气流流道20连通，所述高压喷气流道40的出口一端42的直径沿气流方向逐渐变小形成锥形收缩口；在所述高压气流流道20的内环侧的所述壳体10上贯穿设置有金属液流流道30，所述锥形收缩口的延长线相交且交点位于所述金属液流流道30的中心轴线上，所述狭缝40自其入口一端至其出口一端呈先收缩后扩张设置（即拉瓦尔型结构）；所述狭缝40的横截面呈椭圆环形，且所述狭缝的椭圆环离心率控制在0.24～0.45。

如图5所示，本实用新型采用横截面呈椭圆环形的高压喷气流道40，所述高压喷气流道40的长轴a的任一端点至短轴b的任一端点之间的曲线上的每一个点距离椭圆中心点o的长度都不同，故高压气体经过该横截面呈椭圆环形的高压喷气流道40加速后，从所述高压喷气流道40的长轴a两端点位置处喷出的高压气体的交点与所述金属液流流道30的中心轴线的交汇点x距离所述金属液流流道30最远，为气流冲击金属液流的最远位置x；从所述高压喷气流道40的短轴b两端点位置处喷出的高压气体的交点与所述金属液流流道的中心轴线的交汇点x’距离所述金属液流流道30最近，为气流冲击金属液流的最近位置x’；从所述高压喷气流道40喷出的高压气流能够在金属液流经过自所述气流冲击金属液流的最近位置x’起至所述气流冲击金属液流的最远位置x止的一段路程中不间断的对金属液流进行破碎，使得金属液流自外表面逐渐至芯部实现对所述金属液流进行完全破碎，所形成的金属粉末形状更加稳定、均匀粒度分布区间更小且更集中。

优选的，所述金属液流流道30沿所述高压气流流道20的中心轴线设置。

结合图2和图4，所述高压喷气流道40由沿气流方向依次设置的收缩段31、喉部结构32和扩张段33三段组成。高压气体通过该拉瓦尔结构的狭缝（即所述高压喷气流道40）时，速度v达到最大。进一步的，所述扩张段33的内外壁构成斜夹角α，所述斜夹角α为5～10°，该斜夹角角度不宜过大或过小，角度过小气体无法获得足够的速度，角度过大则会产生一定的能量损失。所述扩张段33的两侧斜夹角的角平分线构成的夹角β为30～45°，角度过大会产生较大负压，引起液流倒吸，过小亦会带来较大动能损耗。

在具体实施过程中，如图1、图2所示，所述高压气流流道20上连接设置有一高压气体进气管50。

本实用新型人针对本实用新型的高压喷气流道40的椭圆环离心率对获得35～325目细金属粉的成品率的影响进行了测试，同时，还以采用“横截面呈圆环形”的高压喷气流道结构作为对比例，具体测试结果如下表1中所示。

表1

经实验，使用本实用新型的金属液流雾化喷嘴相比工业上常见喷嘴该目数区间的成品率均有所提高；特别是：当本实用新型的所述高压喷气流道40的椭圆环离心率控制在0.24～0.45范围内时，获得35～325目之间细粉的成品率在85%以上，所述高压喷气流道40的椭圆环离心率控制在0.24～0.38范围内时，获得35～325目之间细粉的成品率在87%以上，相比工业上常见喷嘴该目数区间的成品率最多能够提高10%。

优选的，结合图1、图2，所述壳体10上设置有导液管组件安装孔100，所述导液管组件安装孔100内安装有导液管组件60，所述导液管组件60包括沿所述导液管组件安装孔100的长度方向设置的导液管61，所述导液管61的内腔为所述金属液流流道30，在所述导液管61的外周壁上布设有加热装置62。本实用新型的所述壳体10与所述导液管61为组装结构，并在所述导液管61的外周壁上布设加热装置62，对所述导液管61进行预热和对所述导液管61内的金属液流进行保温，以避免高温的金属液流在与所述导液管61接触时发生冷却结晶，有效改善金属液流道堵塞的现象。如图2所示，所述导液管组件安装孔100为一垂直孔，所述导液管61的上端为金属液流入口、下端为金属液流出口。进一步的，结合图1和图2，所述导液管61的外周壁上还同轴套装有环形的散热套63，在所述散热套63与所述导液管61之间设有用于容置所述加热装置62的加热装置容置腔64，所述加热装置容置腔64为一由所述散热套63与所述导液管61围合而成的封闭腔体。本实用新型可以通过所述散热套63将加热装置产生的热量快速传递至更远位置处，提高热量分布均匀性和加热装置的利用率。进一步优选，如图2所示，所述散热套63的上端向上延伸至所述导液管61的所述金属液流入口的水平高度位置处，能够将加热装置62产生的热量快速传递至所述金属液流入口处。进一步的，结合图1、图2，所述导热管组件安装孔100内设有隔热套65，所述隔热套65的内周壁与所述散热套63的外周壁相贴合；所述隔热套63位于所述导热管组件安装孔100内靠近所述导热管组件安装孔100的上端的位置处，防止热量从上端流失。更进一步的，如图2所示，所述散热套63的下边沿低于所述隔热套65的下边沿，低于所述隔热套65的一圈所述散热套63的外周壁与所述导热管组件安装孔100的内孔壁相贴合，使得多余的热量能够通过所述导热管组件安装孔100的孔壁（即所述壳体）向所述高压气流流道20传递，对流经所述高压气流流道20的高压气体起到加热作用，提高热量的利用率。结合图2和图3所示，所述导液管61的下边沿低于所述高压喷气流道40的下端出口，低于所述高压喷气流道40的一圈所述导液管61外同轴套装有一环形的气体导流件70，所述气体导流件70的外周壁为一上粗下细的锥形面71，所述锥形面71能够对从所述高压喷气流道40喷射出来的气流进行导向。当然，本实用新型的金属液流流道可以限于附图中的具体结构，也可以采用“直接在所述壳体10上开设所述金属液流流道30”的金属液流流道结构。

优选的，结合图1、图2，所述壳体10包括上下连接设置的上壳体11和下壳体12，所述上壳体11和所述下壳体12均呈环形；所述上壳体11的中心腔与所述下壳体12的中心腔上下连通在一起形成所述导液管组件安装孔100；在所述上壳体11的底面上开设有环形槽，所述环形槽与所述下壳体12的上表面一起围合形成所述高压气流流道20；所述下壳体12由内壳板121和外壳板122组成，所述内壳板121的外周壁与所述外壳板122的内周壁一起围合形成所述高压喷气流道40，所述内壳板121和所述外壳板122分别与所述上壳体11固定连接，安装方便，且所述高压喷气流道40的内表面形状易于加工。进一步，结合图2、图3，所述内壳板121的内缘沿所述上壳体11的内周壁垂直向上延伸形成一内包边1210，所述内包边1210的上端延伸至所述隔热套65的下端，所述内包边1210能够增加所述内壳板121与所述上壳体11之间的接触面积，提高密封性。当然，本实用新型的壳体10可以但不限于附图中的具体结构，其可以采用现有的金属液流雾化喷嘴的壳体结构。

本实用新型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)

1.一种金属液流雾化喷嘴，包括壳体，在所述壳体内部设有环形的高压气流流道，所述高压气流流道的底壁上设有环形的狭缝构成高压喷气流道；所述高压喷气流道的入口一端与所述高压气流流道连通；所述高压喷气流道的出口一端的直径沿气流方向逐渐变小形成锥形收缩口；在所述高压气流流道的内环侧的所述壳体上贯穿设置有金属液流流道；所述锥形收缩口的延长线相交且交点位于所述金属液流流道的中心轴线上；所述高压喷气流道自其入口一端至其出口一端呈先收缩后扩张设置；其特征在于：所述高压喷气流道的横截面呈椭圆环形，且所述高压喷气流道的椭圆环离心率控制在0.24～0.45。

2.根据权利要求1所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述金属液流流道沿所述高压气流流道的中心轴线设置。

3.根据权利要求1所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述高压喷气流道的椭圆环离心率控制在0.24～0.38。

4.根据权利要求1所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述高压喷气流道由沿气流方向依次设置的收缩段、喉部结构和扩张段三段组成。

5.根据权利要求4所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述扩张段的内外壁构成斜夹角，所述斜夹角为5～10°。

6.根据权利要求4所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述扩张段的两侧斜夹角的角平分线构成的夹角为30～45°。

7.根据权利要求1所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述壳体上设置有导液管组件安装孔，所述导液管组件安装孔内安装有导液管组件，所述导液管组件包括沿所述导液管组件安装孔的长度方向设置的导液管，所述导液管的内腔为所述金属液流流道，在所述导液管的外周壁上布设有加热装置。

8.根据权利要求7所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述导液管的外周壁上还同轴套装有环形的散热套，在所述散热套与所述导液管之间设有用于容置所述加热装置的加热装置容置腔，所述加热装置容置腔为一由所述散热套与所述导液管围合而成的封闭腔体。

9.根据权利要求7所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述导液管组件安装孔为一垂直孔，所述导液管的上端为金属液流入口、下端为金属液流出口；所述导液管的下边沿低于所述高压喷气流道的下端出口，低于所述高压喷气流道的一圈所述导液管外同轴套装有一环形的气体导流件，所述气体导流件的外周壁为一上粗下细的锥形面。

10.根据权利要求7所述的金属液流雾化喷嘴，其特征在于：所述壳体包括上下连接设置的上壳体和下壳体，所述上壳体和所述下壳体均呈环形；所述上壳体的中心腔与所述下壳体的中心腔上下连通在一起形成所述导液管组件安装孔；在所述上壳体的底面上开设有环形槽，所述环形槽与所述下壳体的上表面一起围合形成所述高压气流流道；所述下壳体由内壳板和外壳板组成，所述内壳板的外周壁与所述外壳板的内周壁一起围合形成所述高压喷气流道。