制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种利用高压气流将液态金属及合金熔体破碎成小液滴并凝固成粉末的雾化装置，尤其是在非真空条件下所制备粉末具有低的氧含量、粒度微细、形状为球形特征的雾化装置。
【背景技术】
[0002]气体雾化技术是金属及合金粉末的一种生产方法，其制粉的原理是用高速气流将从导液管流出的液态金属流粉碎成小液滴并在随后的飞行中凝固成粉末的过程。气雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备的主要方向。发展高球形度、低氧含量的合金粉末的制备装置具有现实意义。
[0003]金属熔体经高压气流雾化后变成小液滴，小液滴在往下飞行中不断冷却凝固成粉末。粉末的氧含量与形状在凝固过程中不断变化，当条件允许时，粉末的氧含量可达到较低的水平，形状呈球形。一般情况下，当液滴具有足够的凝固时间时(即凝固前与雾化室的内壁不发生碰撞)，在表面能的作用下粉末的形状为球形。但是，当凝固过程受到外因的干扰时，液滴凝固过程中的球化不能完全进行，粉末会呈现非球形结构，如条状、多棱状、片状等。现有研究表明，雾化气氛中氧含量是影响液滴球化的主要因素之一，减少雾化过程中的氧含量是促进粉末球化的一个主要方法。研究表明，雾化粉末的氧含量和形状与雾化装置的结构和功能配置密切相关。
[0004]—般认为，高球形度、低氧含量的粉末需要真空条件的雾化装置才能实现，非真空条件下的装置制备上述要求的粉末是十分困难的。但真空雾化制粉装置结构复杂、制造成本高、生产周期长、维护成本高，所生产出的粉末不具有成本优势，限制了此类粉末的推广应用。进一步的研究和实践表明，雾化装置的结构和功能配置对控制粉末的氧含量和形状有密切关系，非真空雾化装置可以实现高球形度、低氧含量的粉末的制备。
[0005]金属雾化装置一般由熔炼炉、中间包、雾化室、雾化喷嘴、粉末收集器和旋风分离器等几部分组成。对粉末的氧含量和形状有直接影响的是雾化室的构造的功能配置。尤其是雾化开始前雾化室的气氛控制有着十分重要的影响。国内的非真空气雾化装备基本上是沿用我国六、七十年代的设计思想，雾化室的容积很大，基本上直径在2米左右、高7米以上，这样大容积的雾化室十分不利于气氛控制，对降低粉末的氧含量难以实现。设计这样一个大容积的雾化室的原因是受雾化技术的限制，国内普遍采用非限制性的雾化喷嘴，粉末粒度比较粗，金属液滴的凝固距离长，这样可以避免粉末间的粘连。本发明人之前申请的ZL200910304166.1的雾化喷嘴专利可以实现雾化粉末粒度的微细化，细小的金属液滴表明凝固距离的缩短，这样为设计新型的雾化装置提供了可行性。
[0006]采用ZL200910304166.1的雾化喷嘴生产微细金属粉末时，对金属熔体的有效控制是十分必要的，如熔体的温度、流率对雾化过程的稳定性和粉末粒度分布的均匀性均有重要的影响。熔体的控制由中间包和其组合为一体的导液管来完成，而现有雾化装置对熔体的控制不能达到微细粉末制备的要求。【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的为了提高在非真空条件下气体雾化粉末的品质，提高粉末的球形度，同时降低粉末的氧含量，而提供一种结构紧凑、功能配置符合高品质粉末生产要求的制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置。本装置适用于熔点1600°C以下所有金属及合金熔体的雾化，尤其高熔点金属及合金微细粉末的制备。
[0008]为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置，其包括中频熔炼炉、中间包、雾化喷嘴、雾化室、粉末收集器及旋风分离器;该中间包由中间包发热坩祸和中间包加热炉组成；该雾化室由圆形雾化桶及锥形集粉斗组成，该圆形雾化桶下方通过管道与该旋风分离器连通，其特征在于:所述中间包发热坩祸为石墨坩祸或氧化物坩祸；中间包加热炉采用感应加热炉;所述圆形雾化桶及锥形集粉斗通过法兰密封连接;该圆形雾化桶的内径为Φ 1000-1500mm，高度为2000-3500mm;该锥形集粉斗的锥度为40-70°，根据圆形雾化桶的内径而定，该锥形集粉斗的出口内径为Φ 100-200mm;所述连通该旋风分离器与该圆形雾化桶的管道倾斜设置，且与圆形雾化桶的圆心轴成50-70°夹角;所述圆形雾化桶的顶部或上方设有2-6个引入纯化气体的气氛纯化接口，该锥形集粉斗的下方、粉末收集器及旋风分离器均安装有1-3个气氛纯化接口，纯化气体的流量为 0.5-2m3。
[0009]所述中间包加热炉为超音频或高频感应加热炉，电源功率为30_60kW。
[0010]所述纯化气体为高纯氮气，与该气氛纯化接口连通的管道上设有气体流量计。
[0011 ]所述雾化室内设有氧传感器。
[0012]所述雾化装置安装于具有三层工作平台的钢制框架中，从下往上依次为置设粉末收集器的第一层工作平台、置设雾化喷嘴、雾化室和旋风分离器的第二层工作平台、以及置设中频熔炼炉和中间包的第三层工作平台。所述钢制框架的长为4-7m、宽为4-6m，高度由雾化室的高度而定。
[0013]本雾化装置具有紧凑的结构和合理的功能配置，达到制备微细粉末的要求，在雾化开始前对雾化室的气氛进行纯化，可以使熔体的雾化过程在无氧或少氧的环境下进行，因此粉末具有高球形度和低的氧含量。本装置装备高效率喷嘴，能提高雾化效率，大幅度增加微细粉末的产率，所生产的粉末粒度细小、球形度高，-325目粉末的收得率大于60%，氧含量小于lOOOppm;所采用的中间包加热方式可以实现熔点在1600°C以下所有金属及合金熔体的雾化，为绝大多数的气体雾化粉末，尤其是高熔点、低氧含量、高球形度、粒度微细的金属和合金粉末，如不锈钢、镍基合金粉末的制备提供了新的解决方案。
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型雾化装置的结构示意图。
[0016]图2是采用本装置雾化的Fe-6.5wt%Si铁合金粉末形貌图。
[0017]图3是采用本装置雾化的316不锈钢粉末形貌图。
[0018]图4是采用本装置雾化的17_4ph不锈钢粉末形貌图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1，本实用新型为一种制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置，其包括中频熔炼炉1、中间包2、雾化喷嘴3、雾化室4、粉末收集器5及旋风分离器6。该中间包2置于雾化喷嘴3上方，并由中间包发热坩祸21和中间包加热炉22组成；该雾化喷嘴3采用ZL200910304166.1的雾化喷嘴，该雾化室4由圆形雾化桶41及锥形集粉斗42组成，该圆形雾化桶41上设有照明窗口 44、雾化观察窗45及清理口 46，且该圆形雾化桶41下方通过管道47与该旋风分离器6连通，该粉末收集器5与该锥形集粉斗42底部连通，前述提及的雾化装置的各部件皆为现有技术，在此不再赘述，以下仅就本实用新型的改进之处作出说明。
[0020]该中间包2的中间包发热坩祸21可以是石墨材质或氧化物材质，如石墨坩祸，容量为1-3L;中间包加热炉22采用感应加热，如超音频或高频感应加热炉，电源功率为30-60kW。此种加热方式具有加热速度快、温度高、石墨坩祸价格低可重复利用等优点，有利于熔点高于1600°C的金属熔体的控制和雾化过程的稳定。
[0021]该雾化室4的圆形雾化桶41及锥形集粉斗42通过法兰43密封连接。该圆形雾化桶41的内径为Φ 1000-1500mm，高度为2000-3500mm;该锥形集粉斗42的锥度为β，取值为40-70°，根据圆形雾化桶41的内径而定，该锥形集粉斗42的出口内径为Φ 100-200mm。
[0022]连通该旋风分离器6与该圆形雾化桶41的管道47倾斜设置，且与圆形雾化桶41的圆心轴48成一角度α，α的取值范围为50-70°。旋风分离器6依据微细粉末的分离要求进行装设，其分离效果可以达到99%以上，在一般情况下，旋风分离器仅安装一个，对于价值较高的金属粉末，可以安装两个或三个，以减少金属的损耗量。