一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的装置及方法与流程

本发明涉及生产硅酸锆喷丸微珠技术领域，特别是涉及一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的装置及方法。

背景技术

硅酸锆喷丸微珠现主要采用电弧炉熔融，再倾倒入中间保温包，由包内将熔体逐渐流出，通过压缩气体雾化成微珠。虽然电弧炉熔融温度高，速度快，但是其生产不连续，能耗浪费多，熔体工艺参数控制难，所得微珠尺寸范围难控制，成品率低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有生产硅酸锆喷丸微珠的方法生产不连续，能耗浪费多，熔体工艺参数控制难，所得微珠尺寸范围难控制，成品率低。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的装置，包括气氛保护电阻炉，所述气氛保护电阻炉包括炉体和炉盖，所述炉体内腔设有用于将陶瓷原料熔化成陶瓷溶体的钨坩埚，所述钨坩埚底部设有漏嘴，所述炉体底部对应漏嘴设有替换装接的闷塞组件及环形喷嘴，所述炉盖上设有贯穿通过炉盖并伸入钨坩埚底部控制所述漏嘴密封或开启的钨塞杆，所述炉盖上设有贯穿通过炉盖并伸入钨坩埚的加料管，所述钨坩埚外侧设有连接电源的发热体，所述加料管的加料口设有电磁阀以及与电磁阀连通的定量加料装置，所述炉盖位于炉体内部的一侧固定有垂直向下的钨针，所述电磁阀的关闭或打开与所述钨针与钨杆塞能否形成闭环电路联动；当所述钨针浸入炉体内部的熔体上部时，其与所述钨杆塞形成闭环电路，所述电磁阀关闭；当炉体内部的熔体下降至不与所述钨针接触时电路断开，所述电磁阀打开，通过所述定量加料装置将陶瓷原料加入钨坩埚内至闭环电路通电，电磁阀关闭，如此循环，实现自动加料。

技术效果：本发明采用上部加料，下部出料的方式，可以实现连续生产，气氛保护电阻炉采用石墨发热元件加热，高温气氛保护，对陶瓷原料进行熔融，气氛保护电阻炉的发热体参数可以通过电源精确控制，使熔体参数稳定，不似电弧熔融时需中间包，而中间包内熔体参数多变无法控制，因此本发明雾化所得微珠品质一致，成品率高；且本发明的气氛保护电阻炉可使整个生产过程处于密闭状态，工作环境洁净，且增加保温性能，大量减少散热，节约能耗，此外，本发明利用陶瓷熔体可导电的性能，设计一钨针浸入熔体上部，与钨杆塞形成闭环电路，当陶瓷熔体下降至不与钨针接触时电路断开，并将此信号输给上部定量加料系统，打开电磁阀定量加入一定量料，至闭环电路通电，如此循环，可以实现自动加料，一方面上料方便，可达到精确控制，另一方面在加料时无需打开气氛保护电阻炉，可使气氛保护电阻炉整个生产过程中处于密闭状态，进一步提高工作环境的洁净度，且可以减少热量的损失。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，所述环缝喷嘴为由上盖和下盖组装构成的出气缝隙宽度可调的喷嘴，且上盖通过第一螺栓固定在炉体的炉底，且下盖通过第二螺栓及密封垫片固定在上盖上并与上盖形成环缝状的喷嘴。

进一步的，所述发热体为石墨发热元件。

进一步的，当所述炉盖闭合时，所述钨针的最低端位于钨坩埚高度的70%处。

进一步的，所述炉体上设有贯通至炉体内腔的气压调节管。

一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的方法，包括以下步骤：

t1、将配好的陶瓷原料滚动成型为球形颗粒，并将球形颗粒烘干至水分含量小于球形颗粒总质量的0.5%，将球形颗粒装入钨坩埚内，球形颗粒占钨坩埚容积的75%-85%，利用橡胶垫封闭环缝喷嘴下端，先对气氛保护电阻炉抽真空，再向气氛保护电阻炉内充入n2或氩气，保持正压，并防止空气进入炉内，逐渐升温至1900~2100℃，保温2-3h，使球形颗粒充分熔融；

t2、打开环缝喷嘴的喷嘴吹出高压空气，使环缝喷嘴上部产生负压吸力，不会使空气上吹至炉内；

t3、提起钨杆塞，将熔体从钨坩埚的下孔缓缓下滴，钨坩埚下孔孔径为8-20mm，流入下部的环缝喷嘴，用压缩气体将熔体雾化成微珠，喷气气体压力为2-5mpa；

t4、采用集料桶对微珠进行收集；

t5、当炉体内部的熔体下降至不与所述钨针接触时电路断开，所述电磁阀打开，并通过所述定量加料装置将陶瓷原料加入钨坩埚内至闭环电路通电，电磁阀关闭，如此循环，实现自动加料。

前所述的方法，所述t1中，球形颗粒的粒径为2-3mm。

前所述的方法，所述陶瓷原料的化学组份为zro2：50-60%，sio2：25-35%，al2o：3-5%，余量为mgo和cao。

前所述的方法，所述t3中，钨坩埚下孔孔径为8-20mm。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中气氛保护电阻炉的石墨发热元件参数易于精确控制，使熔体参数稳定，不似电弧熔融时需中间包，而中间包内熔体参数多变无法控制，因此本发明雾化所得微珠品质一致，成品率高；且石墨发热元件损耗少，不像电弧炉会消耗大量石墨电极，本发明大大节约能耗；

（2）本发明中对陶瓷原料进行烘干，使其水分小于球形颗粒总质量的0.5%，可以提高陶瓷原料的纯净度，一方面使其熔融后的陶瓷溶体浓度较高，另一方面在陶瓷原料熔融时，不会在密闭空间内产生大量的蒸汽，减缓对气氛保护电阻炉内部的压力影响，进而减缓对溶体排放速度的影响，且本发明首先将陶瓷原料滚动成型为球形颗粒，一方面便于对陶瓷原料进行效率的烘干，另一方面可以提高陶瓷原料的熔融效率；

（3）本发明中的喷气气体压力控制在2-5mpa范围内，温度控制在1900~2100℃，可使所得微珠颗粒分布在0.045-0.2mm范围内的约71%，分布在0.2-0.4mm范围内的约20%，微珠尺寸分布的较集中，且成品率高，此外本发明熔体工艺参数控制简单，通过调整温度及喷气气体压力即可调整所得微珠尺寸范围；

（4）本发明当炉盖闭合时，使钨针的最低端位于钨坩埚高度的70%处，由于加入球形颗粒后，球形颗粒及部分熔融液体占钨坩埚容积的75%-85%，当球形颗粒完全熔融后，体积收缩较大，会从原80%左右变为50%左右，为了满足钨坩埚内熔融液体充足，把钨针的最低端设置在钨坩埚高度的70%处，当钨坩埚内球形颗粒熔融后，钨针脱离陶瓷液体，会再次启动定量加料装置进行加料，可以保证连续生产。

附图说明

图1为本发明用于体现钨针的结构示意图；

图2为本发明用于体现环缝喷嘴的结构示意图。

其中：1、炉体；11、炉盖；12、钨坩埚；121、漏嘴；13、发热体；14、钨塞杆；2、加料管；21、定量加料装置；22、钨针；3、气压调节管；4、上盖；41、下盖；42、喷嘴；5、进气口；6、闷塞组件。

具体实施方式

本实施例提供的一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的装置及方法，结构如图1和2所示。

一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的装置，包括气氛保护电阻炉，气氛保护电阻炉包括炉体1和炉盖11，包括炉体1内腔设有用于将陶瓷原料熔化成陶瓷溶体的钨坩埚12，钨坩埚12底部设有漏嘴121，钨坩埚12外侧设有接电源的发热体13，发热体13为石墨发热元件，炉盖11上设有贯穿通过炉盖11并伸入钨坩埚12底部控制漏嘴121密封或开启的钨塞杆14，炉盖11上设有贯穿通过炉盖11并伸入钨坩埚12的加料管2。

加料管2的加料口设有电磁阀以及与电磁阀连通的定量加料装置21，炉盖11位于炉体1内部的一侧固定有垂直向下的钨针22，当炉盖11闭合时，钨针22的最低端位于钨坩埚12高度的70%处，电磁阀的关闭或打开与所述钨针与钨杆塞14能否形成闭环电路联动，炉盖11上设有与钨针22电连接的无线发送模块，电磁阀处设有无线接收模块，当炉体1内部的熔体下降至不与钨针22接触时闭环电路断开，促使无线发送模块发送加料信号，无线接收模块响应于加料信号控制电磁阀开启，通过定量加料装置21将陶瓷原料加入钨坩埚12内至闭环电路通电，当钨针22浸入炉体1内部的熔体上部，其与钨杆塞14形成闭环电路，无线发送模块发出停止加料信号，无线接收模块响应于停止加料信号控制电磁阀关闭，此时定量加料装置21无法向钨坩埚12内加料，如此循环，实现自动加料。

炉体1底部对应漏嘴121设有替换装接的闷塞组件6及环形喷嘴6，环缝喷嘴为由上盖4和下盖41组装构成的出气缝隙宽度可调的喷嘴42，且上盖4通过第一螺栓固定在炉体1的炉底，且下盖41通过第二螺栓及密封垫片固定在上盖4上并与上盖4形成环缝状的喷嘴42,其具体实施方式见专利申请号为201510052602.6的专利，在此不再赘述。

一种连续法陶瓷熔体雾化生产硅酸锆喷丸的方法，包括以下步骤：

t1、将配好的陶瓷原料滚动成型为球形颗粒，并将球形颗粒烘干至水分含量小于球形颗粒总质量的0.5%，将球形颗粒装入钨坩埚12内，球形颗粒占钨坩埚12容积的75%-85%，利用橡胶垫封闭环缝喷嘴下端，先对气氛保护电阻炉抽真空，再向气氛保护电阻炉内充入n2或氩气，保持正压，并防止空气进入炉内，逐渐升温至1900~2100℃，保温2-3h，使球形颗粒充分熔融；将配好的陶瓷原料滚动成型为球形颗粒，并将球形颗粒烘干至水分<0.5%，置于气氛保护电阻炉的钨坩埚12内充分熔融；

t2、打开环缝喷嘴的喷嘴42吹出高压空气，使环缝喷嘴上部产生负压吸力，不会使空气上吹至炉内；

t3、提起钨杆塞，将熔体从钨坩埚12下孔缓缓下滴，流入下部的环缝喷嘴，用压缩气体将熔体雾化成微珠，喷气气体压力为2-5mpa；

t4、采用集料桶对微珠进行收集；

t5、当炉体1内部的熔体下降至不与所述钨针22接触时电路断开，所述电磁阀打开，并通过所述定量加料装置21将陶瓷原料加入钨坩埚12内至闭环电路通电，电磁阀关闭，如此循环，实现自动加料。

以上步骤的喷气气体压力控制在2-5mpa范围内，温度控制在1900~2100℃，可使所得微珠颗粒分布在0.045-0.2mm范围内的约71%，分布在0.2-0.4mm范围内的约20%，微珠尺寸分布的较集中，且成品率高，此外本发明熔体工艺参数控制简单，通过调整温度及喷气气体压力即可调整所得微珠尺寸范围，可满足工业需求。

其中，t1中，球形颗粒的粒径为2-3mm，t3中，钨坩埚12下孔孔径为8-20mm，陶瓷原料的化学组份为zro2：50-60%，sio2：25-35%，al2o：3-5%，余量为mgo和cao。

本发明采用上部加料，下部出料的方式，可以实现连续生产，气氛保护电阻炉采用石墨发热元件加热，高温气氛保护，对陶瓷原料进行熔融，气氛保护电阻炉的发热体13参数可以通过电源精确控制，使熔体参数稳定，不似电弧熔融时需中间包，而中间包内熔体参数多变无法控制，因此本发明雾化所得微珠品质一致，成品率高；且本发明的气氛保护电阻炉可使整个生产过程处于密闭状态，工作环境洁净，且增加保温性能，大量减少散热，节约能耗，此外，本发明利用陶瓷熔体可导电的性能，设计一钨针22浸入熔体上部，与钨塞杆14形成闭环电路，当陶瓷熔体下降至不与钨针22接触时电路断开，并通过无线发送模块将加料信号传输至无线接收模块，控制电磁阀打开，向钨坩埚12内加入一定量料，至闭环电路通电，无线发送模块发出停止加料信号，无线接收模块响应于停止加料信号控制电磁阀关闭，此时定量加料装置21无法向钨坩埚12内加料，如此循环，实现自动加料，一方面上料方便，可达到精确控制，另一方面在加料时无需打开气氛保护电阻炉，可使气氛保护电阻炉整个生产过程中处于密闭状态，进一步提高工作环境的洁净度，且可以减少热量的损失。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。