制備微細球形金屬粉末的低成本霧化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及一種利用高壓氣流將液態(tài)金屬及合金熔體破碎成小液滴并凝固成粉末的霧化裝置，尤其是在非真空條件下所制備粉末具有低的氧含量、粒度微細、形狀為球形特征的霧化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體霧化技術(shù)是金屬及合金粉末的一種生產(chǎn)方法，其制粉的原理是用高速氣流將從導液管流出的液態(tài)金屬流粉碎成小液滴并在隨后的飛行中凝固成粉末的過程。氣霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等優(yōu)點，已成為高性能及特種合金粉末制備的主要方向。發(fā)展高球形度、低氧含量的合金粉末的制備裝置具有現(xiàn)實意義。
[0003]金屬熔體經(jīng)高壓氣流霧化后變成小液滴，小液滴在往下飛行中不斷冷卻凝固成粉末。粉末的氧含量與形狀在凝固過程中不斷變化，當條件允許時，粉末的氧含量可達到較低的水平，形狀呈球形。一般情況下，當液滴具有足夠的凝固時間時(即凝固前與霧化室的內(nèi)壁不發(fā)生碰撞)，在表面能的作用下粉末的形狀為球形。但是，當凝固過程受到外因的干擾時，液滴凝固過程中的球化不能完全進行，粉末會呈現(xiàn)非球形結(jié)構(gòu)，如條狀、多棱狀、片狀等?，F(xiàn)有研究表明，霧化氣氛中氧含量是影響液滴球化的主要因素之一，減少霧化過程中的氧含量是促進粉末球化的一個主要方法。研究表明，霧化粉末的氧含量和形狀與霧化裝置的結(jié)構(gòu)和功能配置密切相關(guān)。
[0004]—般認為，高球形度、低氧含量的粉末需要真空條件的霧化裝置才能實現(xiàn)，非真空條件下的裝置制備上述要求的粉末是十分困難的。但真空霧化制粉裝置結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高、生產(chǎn)周期長、維護成本高，所生產(chǎn)出的粉末不具有成本優(yōu)勢，限制了此類粉末的推廣應(yīng)用。進一步的研究和實踐表明，霧化裝置的結(jié)構(gòu)和功能配置對控制粉末的氧含量和形狀有密切關(guān)系，非真空霧化裝置可以實現(xiàn)高球形度、低氧含量的粉末的制備。
[0005]金屬霧化裝置一般由熔煉爐、中間包、霧化室、霧化噴嘴、粉末收集器和旋風分離器等幾部分組成。對粉末的氧含量和形狀有直接影響的是霧化室的構(gòu)造的功能配置。尤其是霧化開始前霧化室的氣氛控制有著十分重要的影響。國內(nèi)的非真空氣霧化裝備基本上是沿用我國六、七十年代的設(shè)計思想，霧化室的容積很大，基本上直徑在2米左右、高7米以上，這樣大容積的霧化室十分不利于氣氛控制，對降低粉末的氧含量難以實現(xiàn)。設(shè)計這樣一個大容積的霧化室的原因是受霧化技術(shù)的限制，國內(nèi)普遍采用非限制性的霧化噴嘴，粉末粒度比較粗，金屬液滴的凝固距離長，這樣可以避免粉末間的粘連。本發(fā)明人之前申請的ZL200910304166.1的霧化噴嘴專利可以實現(xiàn)霧化粉末粒度的微細化，細小的金屬液滴表明凝固距離的縮短，這樣為設(shè)計新型的霧化裝置提供了可行性。
[0006]采用ZL200910304166.1的霧化噴嘴生產(chǎn)微細金屬粉末時，對金屬熔體的有效控制是十分必要的，如熔體的溫度、流率對霧化過程的穩(wěn)定性和粉末粒度分布的均勻性均有重要的影響。熔體的控制由中間包和其組合為一體的導液管來完成，而現(xiàn)有霧化裝置對熔體的控制不能達到微細粉末制備的要求?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0007]本實用新型的目的為了提高在非真空條件下氣體霧化粉末的品質(zhì)，提高粉末的球形度，同時降低粉末的氧含量，而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、功能配置符合高品質(zhì)粉末生產(chǎn)要求的制備微細球形金屬粉末的低成本霧化裝置。本裝置適用于熔點1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化，尤其高熔點金屬及合金微細粉末的制備。
[0008]為達上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種制備微細球形金屬粉末的低成本霧化裝置，其包括中頻熔煉爐、中間包、霧化噴嘴、霧化室、粉末收集器及旋風分離器;該中間包由中間包發(fā)熱坩禍和中間包加熱爐組成；該霧化室由圓形霧化桶及錐形集粉斗組成，該圓形霧化桶下方通過管道與該旋風分離器連通，其特征在于:所述中間包發(fā)熱坩禍為石墨坩禍或氧化物坩禍；中間包加熱爐采用感應(yīng)加熱爐;所述圓形霧化桶及錐形集粉斗通過法蘭密封連接;該圓形霧化桶的內(nèi)徑為Φ 1000-1500mm，高度為2000-3500mm;該錐形集粉斗的錐度為40-70°，根據(jù)圓形霧化桶的內(nèi)徑而定，該錐形集粉斗的出口內(nèi)徑為Φ 100-200mm;所述連通該旋風分離器與該圓形霧化桶的管道傾斜設(shè)置，且與圓形霧化桶的圓心軸成50-70°夾角;所述圓形霧化桶的頂部或上方設(shè)有2-6個引入純化氣體的氣氛純化接口，該錐形集粉斗的下方、粉末收集器及旋風分離器均安裝有1-3個氣氛純化接口，純化氣體的流量為 0.5-2m3。
[0009]所述中間包加熱爐為超音頻或高頻感應(yīng)加熱爐，電源功率為30_60kW。
[0010]所述純化氣體為高純氮氣，與該氣氛純化接口連通的管道上設(shè)有氣體流量計。
[0011 ]所述霧化室內(nèi)設(shè)有氧傳感器。
[0012]所述霧化裝置安裝于具有三層工作平臺的鋼制框架中，從下往上依次為置設(shè)粉末收集器的第一層工作平臺、置設(shè)霧化噴嘴、霧化室和旋風分離器的第二層工作平臺、以及置設(shè)中頻熔煉爐和中間包的第三層工作平臺。所述鋼制框架的長為4-7m、寬為4-6m，高度由霧化室的高度而定。
[0013]本霧化裝置具有緊湊的結(jié)構(gòu)和合理的功能配置，達到制備微細粉末的要求，在霧化開始前對霧化室的氣氛進行純化，可以使熔體的霧化過程在無氧或少氧的環(huán)境下進行，因此粉末具有高球形度和低的氧含量。本裝置裝備高效率噴嘴，能提高霧化效率，大幅度增加微細粉末的產(chǎn)率，所生產(chǎn)的粉末粒度細小、球形度高，-325目粉末的收得率大于60%，氧含量小于lOOOppm;所采用的中間包加熱方式可以實現(xiàn)熔點在1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化，為絕大多數(shù)的氣體霧化粉末，尤其是高熔點、低氧含量、高球形度、粒度微細的金屬和合金粉末，如不銹鋼、鎳基合金粉末的制備提供了新的解決方案。
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型霧化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是采用本裝置霧化的Fe-6.5wt%Si鐵合金粉末形貌圖。
[0017]圖3是采用本裝置霧化的316不銹鋼粉末形貌圖。
[0018]圖4是采用本裝置霧化的17_4ph不銹鋼粉末形貌圖。
【具體實施方式】
[0019]參見圖1，本實用新型為一種制備微細球形金屬粉末的低成本霧化裝置，其包括中頻熔煉爐1、中間包2、霧化噴嘴3、霧化室4、粉末收集器5及旋風分離器6。該中間包2置于霧化噴嘴3上方，并由中間包發(fā)熱坩禍21和中間包加熱爐22組成；該霧化噴嘴3采用ZL200910304166.1的霧化噴嘴，該霧化室4由圓形霧化桶41及錐形集粉斗42組成，該圓形霧化桶41上設(shè)有照明窗口 44、霧化觀察窗45及清理口 46，且該圓形霧化桶41下方通過管道47與該旋風分離器6連通，該粉末收集器5與該錐形集粉斗42底部連通，前述提及的霧化裝置的各部件皆為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述，以下僅就本實用新型的改進之處作出說明。
[0020]該中間包2的中間包發(fā)熱坩禍21可以是石墨材質(zhì)或氧化物材質(zhì)，如石墨坩禍，容量為1-3L;中間包加熱爐22采用感應(yīng)加熱，如超音頻或高頻感應(yīng)加熱爐，電源功率為30-60kW。此種加熱方式具有加熱速度快、溫度高、石墨坩禍價格低可重復利用等優(yōu)點，有利于熔點高于1600°C的金屬熔體的控制和霧化過程的穩(wěn)定。
[0021]該霧化室4的圓形霧化桶41及錐形集粉斗42通過法蘭43密封連接。該圓形霧化桶41的內(nèi)徑為Φ 1000-1500mm，高度為2000-3500mm;該錐形集粉斗42的錐度為β，取值為40-70°，根據(jù)圓形霧化桶41的內(nèi)徑而定，該錐形集粉斗42的出口內(nèi)徑為Φ 100-200mm。
[0022]連通該旋風分離器6與該圓形霧化桶41的管道47傾斜設(shè)置，且與圓形霧化桶41的圓心軸48成一角度α，α的取值范圍為50-70°。旋風分離器6依據(jù)微細粉末的分離要求進行裝設(shè)，其分離效果可以達到99%以上，在一般情況下，旋風分離器僅安裝一個，對于價值較高的金屬粉末，可以安裝兩個或三個，以減少金屬的損耗量。