用于冷床熔炼式气雾化制粉装置的液流控制装置及气雾化制粉装置的制作方法

本实用新型涉及气雾化金属粉末制备领域，具体而言涉及一种用于冷床熔炼式气雾化制粉的液流控制装置。

背景技术：

目前，气雾化金属粉末制备中常用的制粉设备采用单炉次雾化制粉，生产效率低，反复开炉加料抽真空，也浪费能源，提高了生产成本。国内外通过扩大装炉量方式来减少反复加料的次数，例如扩大到500kg装炉量的雾化制粉设备。

现有技术中第cn201810464138.5号专利申请提出一种冷床熔炼式气雾化粉末制备方法与装置，该方法采用等离子枪作为热源熔炼合金原材料，采用冷床熔炼的方法对金属合金液进行精炼，精炼后的金属液靠导流和自身重力的作用下连续流入雾化喷嘴处，来实现金属粉末雾化的连续性。由于该方法采用冷床式熔炼，能够显著的去除原料中的杂质，得到净度较高的球形粉末。在连续性方面，该方法通过控制合金溶液的过热度，降低合金溶液的粘度，来防止导流管堵塞，实现金属粉末连续化生产。但是采用这种方法，在控制金属液流的过程中不易控制溢流到导流嘴处的金属液过热度，温度过高不利于金属液的气雾化，而温度过低容易造成堵塞。一旦温度控制不当造成导流口堵塞，需要停下整个流程进行疏通溢流口，因而造成雾化中断，降低生产效率。

因此，如何控制冷床坩埚溢流口处金属液过热度，以及如何快速疏通溢流口，已成为金属粉末连续气雾化需解决的关键性技术问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种用于冷床熔炼式气雾化制粉的液流控制装置，能够抑制金属液流在溢流口的堵塞，并在堵塞发生时可快速有效解决在冷床熔炼式连续气雾化过程中溢流口堵塞疏通，保证金属液流能够连续雾化。

为达成上述目的，本实用新型提出的冷床熔炼式气雾化制粉装置，包括：

炉体；

位于炉体内的冷床，所述冷床设置有溢流口；

在炉体的一侧设置的、用于从外部向冷床的一端送料的进料口；

设置在冷床上方的至少一个等离子加热枪；

在炉体底部设置的液流出口，与所述溢流口连通；以及

设在液流出口位置的雾化器；

其中，还包括设置在所述溢流口上方位置的至少一个激光器，被设置成受控地朝着溢流口方向发射激光束；

与所述至少一个激光器连接的控制器，用于控制所述至少一个激光器的工作参数。

优选地，所述至少一个激光器通过连接法兰安装炉体上。

优选地，所述至少一个激光器经由水冷套包裹后通过连接法兰固定在炉体上。

优选地，所述至少一个激光器安装在溢流口的正上方。

优选地，所述至少一个激光器发射的激光束在溢流口位置形成2-6mm的光斑。

优选地，所述至少一个激光器的工作参数被设置为：

脉冲能量为1.0-3.0j，脉冲个数为100-150个，脉冲宽度为1.0-2.0ms，脉冲重复频率为20-30hz。

优选地，根据本实用新型的改进，还提出一种用于冷床熔炼式气雾化制粉装置的液流控制装置，包括：

在冷床熔炼式气雾化制粉装置的金属液流的溢流口上方位置设置的至少一个激光器，被设置成受控地朝着溢流口方向发射激光束；所述溢流口为在冷床的一端设置供金属液流流出的通道口；

与所述至少一个激光器连接的控制器，用于控制所述至少一个激光器的工作参数。

优选地，所述至少一个激光器通过连接法兰固定到冷床熔炼式气雾化制粉装置的炉体上。

优选地，所述至少一个激光器位于溢流口的正上方。

优选地，所述至少一个激光器发射的激光束在溢流口位置形成2-6mm的光斑

由以上本实用新型的技术方案可知，本实用新型的显著优点在于：

本实用新型的液流控制装置通过在冷床的溢流口上方设置至少一个激光器，如此在激光器工作过程中，可以对溢流口的金属液流进行补热，并且在液流趋于凝结堵塞时，可通过激光器的激光光斑进行激光打孔、疏通工作，保证金属粉末的连续气雾化。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的冷床熔炼式气雾化制粉装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是应为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1所示，根据本实用新型公开的实施例的冷床熔炼式气雾化制粉装置，设置有基于激光器的液流控制装置，以抑制金属液流在溢流口的堵塞，并在堵塞发生时可快速有效解决在冷床熔炼式连续气雾化过程中溢流口堵塞疏通，保证金属液流能够连续雾化。

在另一些实施例中，还可以通过设置激光器参数如脉冲能量、脉冲个数、脉冲重复频率等，控制溢流口处金属液的过热度，以进一步抑制溢流口堵塞的形成。

下面结合附图1所示的示例，对本实用新型提出的冷床熔炼式气雾化制粉装置的实现进行更加具体的说明。

图1中，冷床熔炼式气雾化制粉装置包括等离子枪(21、22)、激光器3、连接法兰4、溢流口5、雾化器6、冷床8以及炉体9。

冷床8优选为一体式冷床，位于炉体9内。炉体9具有内部的空腔，构成为炉室。本实施例中，优选地，炉体结构为双层水冷结构，内层厚10mm，外层厚8mm，中间水层厚度为30mm。

可选地，冷床8具有熔池7、溢流口5和内部冷却水道。冷床8设置在炉室底部。熔池底部与水平面夹角3°，坩埚溢流口上部直径为13mm，下部直径为3mm。坩埚溢流口优选为上部大、下部小的结构，斜度为25°，溢流口下部直段长度为40mm。

炉体的一侧设置有一个进料口，用于从外部向冷床的一端送料。本例中，可支持输送直径为30-80mm的棒料1，例如钛合金棒材或者其他金属棒材、合金棒材。

等离子枪包括熔炼等离子枪21和保温等离子枪22。结合图1所示，本实用新型的实施例中，并列地设置有2个等离子枪，熔炼等离子枪为转移型，保温等离子枪为非转移型，两个等离子枪设置在坩埚熔池上方的炉壁上，通过连接法兰固定到炉体的内部，其在炉体内的安装高度距离坩埚的距离为60-100mm。

结合图1所示，炉体底部设置有液流出口，与溢流口连通。同时，雾化器6设置在液流出口位置，通过高速的惰性气体对流出的液流进行气雾化，制备得到金属或者合金粉末。

如图1，至少一个激光器3通过连接法兰安装在溢流口正上方的炉体上，距离溢流口60-70mm，用于朝着溢流口方向发射激光束，其发射的激光束在溢流口位置形成2-6mm的光斑。至少一个激光器3优选地采用锥形激光透镜。

与至少一个激光器连接的一个控制器10，用于控制所述至少一个激光器的工作参数。

优选地，激光器3通过连接法兰安装炉体上，并且经由水冷套包裹后通过连接法兰固定在炉体上，防止激光器被炉内高温损坏。

优选地，激光器3的工作参数被设置为：

脉冲能量为1.0-3.0j，脉冲个数为100-150个，脉冲宽度为1.0-2.0ms，脉冲重复频率为20-30hz。

下面结合实例来说明本实用新型的冷床熔炼式气雾化制粉装置的液流控制装。

实施例一

首先，通过送料机构将原材料棒料1低速旋转输送到炉室内部，熔炼等离子枪21下方50mm处，以tc4钛合金棒材为例，但并不以此为限制。棒材的尺寸为φ40×800mm，旋转速度为3r/s，保证棒料1受热均匀同时不会出现液体飞溅，给进速度为7mm/s。

开启熔炼等离子枪21，熔炼等离子枪21距离钛合金棒料50mm，功率设置为80kw，当熔池7内有钛合金溶液后开启保温等离子枪22，保温等离子枪22功率设置为100kw，距离液面60mm。

坩埚熔池7内充满钛合金溶液，将流入溢流口5时，开启激光器3，激光器3的功率可以设置为2.5kw，激光器3波长为1064nm，激光器光斑3直径5mm，脉冲能量设置为2.0j，脉冲个数设置为100个，脉冲宽度设置为1.0ms，脉冲重复频率设置为20hz。经激光器补热，从溢流口流出钛合金溶液的温度经测量值为1830℃，钛合金的过热度大约为150℃，能够满足钛合金粉末气雾化所需过热度。

实施例二

首先通过送料机构将原材料棒料1低速旋转输送到炉室内部，熔炼等离子枪21下方50mm处，以tc4钛合金棒材为例，但并不以此为限制。棒材的尺寸为φ40×800mm，旋转速度为3r/s，保证棒料1受热均匀同时不会出现液体飞溅，给进速度为7mm/s。

开启熔炼等离子枪21，熔炼等离子枪21距离钛合金棒料50mm，功率设置为80kw，当熔池7内有钛合金溶液后开启保温等离子枪22，保温等离子枪22功率设置为100kw，距离液面60mm。

坩埚熔池7内充满钛合金溶液即将流入溢流口5时，开启激光器3，激光器3的功率设置为3.0kw，激光器3波长为1064nm，激光器光斑3直径5mm。脉冲能量设置为2.0j，脉冲个数设置为150个，脉冲宽度设置为1.0ms，脉冲重复频率设置为30hz。经激光器补热，从溢流口流出钛合金溶液的温度经测量值为1890℃，钛合金的过热度大约为210℃，能够满足钛合金粉末气雾化所需过热度。

实施例三

首先通过送料机构将原材料棒料1低速旋转输送到炉室内部，熔炼等离子枪21下方50mm处，以tc4钛合金棒材为例，但并不以此为限制。棒材的尺寸为φ40×800mm，旋转速度为3r/s，保证棒料1受热均匀同时不会出现液体飞溅，给进速度为7mm/s。

开启熔炼等离子枪21，熔炼等离子枪21距离钛合金棒料50mm，功率设置为80kw，当熔池7内有钛合金溶液后开启保温等离子枪22，保温等离子枪22功率设置为100kw，距离液面60mm。

坩埚熔池7内充满钛合金溶液即将流入溢流口5时，不开启激光器3，随着钛合金溶液的流入，溢流口5处的钛合金凝壳逐渐加厚，最终将溢流口5堵塞，此时停止送料并开启激光器3，激光器3采用锥形激光透镜，光斑圆环直径为3mm，进行激光打孔，激光器3的功率设置为3.0kw，激光器3波长为1064nm，脉冲能量设置为3.0j，脉冲个数设置为150个，脉冲宽度设置为1.0ms，脉冲重复频率设置为30hz。即可疏通溢流口，最终测得溢流口疏通直径为3mm，保证了钛合金粉末的连续气雾化。

由此可见，本实用新型冷床熔炼式气雾化制粉装置，通过合理设置的基于激光器的金属液流控制，调节设置激光器参数，如脉冲能量、脉冲个数、脉冲重复频率等，控制溢流口处金属液的过热度，防止溢流口堵塞，保证金属粉末连续气雾化。同时，在溢流口堵塞时还可以通过激光器的光斑进行打孔处理，进行有效的疏通。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。