一种防反喷环缝式雾化器的制作方法

本实用新型涉及合金粉体雾化技术领域，特别是指一种防反喷环缝式雾化器。

背景技术：

先进的粉体制备技术与装备是现代粉末冶金产业的基础，也是相关新兴产业发展的先导。气体雾化和水雾化(统称二流雾化)制粉技术因其生产高效、成本低廉、环保以及制粉优质而获得广泛应用，生产的合金粉体广泛应用于粉末冶金、表面涂层及增材制造等众多工业及国防领域，现已成为生产金属与合金粉末的主要方法和高性能与特种合金粉末制备技术的主要发展方向。由于雾化制粉具有粉末球形度高，杂质含量低等特点，越来越多地得到应用和重视。

早期的金属粉末雾化技术使用的是非限制式(也称自由落体式)雾化器，这种雾化器的特点是雾化介质出口与合金熔体流之间有一段较长的距离，自由落体式喷嘴设计简单，但雾化能力较差，只适合粒度较大的合金粉末生产。在非限制喷嘴的基础上，随后发展出限制式雾化喷嘴(紧耦合式)，这种喷嘴的最大特点是结构紧凑，大大缩短了雾化介质与熔体之间的作用距离，减小了雾化介质的动能损失，能够得到更为细小且粒度分布窄的粉末，熔滴冷却速度快，雾化效率显著提高，是目前雾化器的主流结构形式。但是这种喷嘴设计较为复杂，其中使用较多的环缝式雾化喷嘴存在反喷及导流管堵塞等问题。

在雾化开始时，系统过程将随着合金熔体注入与雾化介质的接触而发生瞬态改变，并随着雾化过程的持续进行逐渐达成稳定，相关参数也接近常数。雾化开始时，雾化介质的回流将产生一个向上的压力。如果该向上的压力足够大，将对从导流管末端流出的合金熔体流向下的流动产生阻力并使熔体流温度快速下降甚至凝固，造成导流管末端的堵塞；不稳定熔滴向上飞溅还会造成雾化器喷口的阻塞，最终导致雾化过程被迫终止，提高雾化成本甚至发生危险；另外，反压的存在还会使粉体粒度变粗，反喷造成的开仓清理以及重熔过程会提高粉末中杂质含量，影响粉末质量。

技术实现要素：

本实用新型在分析二流雾化过程特点、雾化器结构及主要参数的基础上，提供一种防反喷环缝式雾化器。

该雾化器包括双级雾化介质流动通道，即在传统环缝式喷嘴特别是限制式或紧耦合环缝式雾化器基础上增设了近平行于合金熔体流方向的一级引流通道，具体为传统环缝式雾化器雾化通道作为二级常规雾化通道，在金属液流和二级常规雾化通道之间设置一级引流气体通道，一级引流气体通道紧贴导流管，金属液流位于导流管中，一级引流气体通道与金属液流方向接近平行。

其中，一级引流气体通道角度α为0-10°，二级常规雾化通道角度β为25-35°。

导流管外壁直径为15-30mm，内壁直径为6-10mm，呈40-50°直倒角过渡。

导流管伸出长度为2-4mm。

首先雾化介质进入接近平行于熔体流动方向的一级引流气体通道时制造一个负压环境以防止产生反压和反喷，使熔体流尽快达到稳定状态；然后转换雾化介质进入常规的大角度二级常规雾化通道，以充分保证雾化质量和效率。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，双级雾化介质通道设计适用于环缝式雾化制粉工艺，旨在减小和避免回流区产生、抑制合金熔体反喷和熔滴飞溅堵塞导液管和雾化器喷口等问题，使过程参数更易于稳定控制，进而更有利于优化雾化制粉工艺参数，提高制备粉体的质量与生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的防反喷环缝式雾化器结构示意图；

图2为本实用新型实施例中现有的限制式或紧耦合环缝式雾化器在气雾化时产生的回流区示意图。

其中：1-金属液流；2-一级引流气体通道；3-二级常规雾化通道；4-导流管；5-金属液膜；6-气体回流区。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种防反喷环缝式雾化器。

如图1所示，该雾化器包括双级雾化介质流动通道，传统环缝式雾化器雾化通道作为二级常规雾化通道3，在金属液流1和二级常规雾化通道3之间设置一级引流气体通道2，一级引流气体通道2紧贴导流管4，金属液流1位于导流管4中，一级引流气体通道2与金属液流1方向接近平行。

本实用新型设计的思路如下：

雾化器结构上喷射角度是一个重要几何参数；雾化器喷口多采用环形结构设计，环形雾化介质流冲击自上而下流出的合金熔体流而形成液膜，最终破碎成细小熔滴。当喷射角度过大或气流、水流方向过于接近水平，雾化锥就会过宽，作用在合金熔体流的反压力就会过大，从而阻止金属液膜5的形成甚至引起反流回，气体回流区6的产生如图2所示。相反，较小的喷射角度对应着较窄的雾化锥和较低的反压力，有利于液膜的形成和引流作用。但此时雾化介质到达熔体流的距离加长，导致不稳定性增加，雾化质量和效率变差。因此，较小的雾化角度有利于避免反喷，较大的雾化角度有利于雾化质量与效率，在实际生产中这一对矛盾难以平衡，为保证雾化粉末的细粉收得率，只能根据雾化材料的要求使雾化角度在一定范围调整。另外，回流区强度也受流体压力的影响，合金熔体液面高度随雾化过程的不断变化也将导致过程参数的不稳定性。只有较大的流体压力才能避免回流区，而且回流区强度和结构并不是随着雾化压力的增加而单调增加，这无形中增加了雾化消耗与加工成本。

为了克服上述矛盾，提高雾化质量并预防反喷现象，我们设计一种双级环缝式雾化器结构。增设了接近平行于合金熔体流方向的一级引流气体通道2。首先雾化介质进入一级引流气体通道2，制造一个负压环境以防止产生反压和反喷，起到引流作用，使合金熔体流尽快达到稳定状态；然后转换雾化介质进入常规的大角度二级常规雾化通道3，以充分保证雾化质量和效率，如图1所示。

在具体设计过程中，在金属熔体被倒入中间包之前，打开一级引流气体通道2，缓缓倒入金属熔体，当金属液流1稳定之后，切换至二级常规雾化通道3直至雾化过程结束。由于一级引流气体通道2雾化区压力较低，破碎力量不足，只起到引流作用，避免反喷现象的发生。

经过计算与模拟研究，以50Kg级环缝式气雾化喷嘴为例，确定雾化器一级引流气体通道2角度范围为0-10°，二级常规雾化通道3角度为30°。导流管4外壁直径为16mm，内壁直径为8mm，45°直倒角过渡。导流管4伸出长度为4mm。模拟结果以显示，环缝式雾化器的气体入口压力为1.9MPa,当保持导流管4伸出长度为4mm时，随着气体通道倾斜角度的增加，导流出口处压力快速提高。对雾化区域进行了理想气体韦伯数(Weber number)分析，发现引流通道的破碎能力处于纤维状区域(Fiber type region)，会产生不完全破碎的金属亮片，这些金属片可以在粉末筛分过程中去除。实验通过压缩空气作为雾化介质，在导流管处连接u型管从而测试导流出口处压力。实验表明，引流通道可以有效避免反喷现象，当切换至原有雾化通道可以顺利进行正常雾化。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。