一种采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置和方法与流程

本发明涉及金属颗粒制备技术领域，具体涉及一种采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置和方法。

背景技术：

现今，金属颗粒的用途越来越广泛，如铁粉颗粒可以用来做还原剂，镍及其合金颗粒可用来生产不锈钢。

目前，金属颗粒的制备方法应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。其中，电解法仅用于生产高纯度及要求特殊性能的金属颗粒。矿石还原法制取金属颗粒，应用较为广泛，但生产流程相对复杂。以矿石还原法生产铁粉为例，需要经过两次还原过程，固体碳还原制取海绵铁过程和二次精还原过程，总共十几道工序，生产流程相对复杂。与前两种方法比较，雾化法最大的优点是生产效率高、产量大和成本低。

雾化法制取粉末的原理是,借助于具有一定动能(高速)的流体将金属流喷散微粒,其细化的程度决定于流体的动能(流速、流量、气体性质等)以及流体流速与金属液流量的比值大小。

雾化法主要是用高压空气、氩气、氮气等(气雾化)和高压水(水雾化)作为喷射介质来击碎金属液体流。气雾化法进行生产时，由于冷却缓慢,金属颗粒在高温中停留时间长、颗粒表面氧化严重，而且颗粒越细越显著。此外，用高压空气作喷射介质进行雾化，由于换热效果相对较差，在雾化室底部热金属颗粒容易发生粘接，虽然粘接程度疏松，但仍需要一次粉碎工序。用高压水作喷射介质进行雾化，冷却速度快，颗粒表面氧化程度低，得到的金属颗粒球形度好。然而，无论是水雾化还是气雾化得到金属颗粒，都需要在高压条件下，能耗较大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种结构简单，能耗低的采用采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置。

为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：一种采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置，包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统；

旋转粒化系统：包括雾化室、转盘、法兰、连接轴和驱动电机；

所述雾化室具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室的底部；

所述转盘和法兰位于雾化室内部，转盘固定在法兰的上方，转盘与熔融金属注入口相对设置；

所述连接轴设置在法兰的下方，且其顶部与法兰固定连接；

所述驱动电机与连接轴连接，驱动连接轴沿其中心轴转动；

空气冷却系统：包括空气压缩机、气瓶、多个空气喷嘴和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机的气体出口通过管道与气瓶的气体入口连通，气瓶的压缩气体出口通过气管与空气喷嘴的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架和布风板；

所述安装架设置在法兰的外周；

所述布风板固定在安装架的顶部，所述布风板为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔，所述多个空气喷嘴安装孔沿布风板周向布设，且多个空气喷嘴安装孔的圆心所在圆位于转盘顶部边缘外侧；

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器；

所述第一金属颗粒收集器用于收集从雾化室底部排出的金属颗粒；

气体收集系统：包括除尘器、热空气的收集器和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器的气体入口通过管道与雾化室上的空气出口连通，除尘器的气体出口与热空气的收集器的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器连接，用于收集除尘器除尘产生的金属颗粒。

作为优化，还包括设置在雾化室顶壁外侧的熔融金属注入结构；

所述熔融金属注入结构包括耐高温的容器和塞子；

所述容器的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；

所述塞子与所述通过密封滑动配合。

作为优化，所述金属颗粒出口为环形结构，且沿雾化室底壁周向设置。

作为优化，所述第一金属颗粒收集器为环形结构，设置在雾化室的外侧，且位于雾化室的底部，第一金属颗粒收集器上端的开口与雾化室底部的金属颗粒出口相对。

作为优化，所述转盘为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。

作为优化，所述转盘底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。

作为优化，所述旋转粒化系统还包括变频器，所述变频器与驱动电机连接，用于控制驱动电机的转速。

为实现上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：一种金属颗粒的制备方法，使用上述的采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置；

具体制备步骤如下：

S1：启动旋转粒化系统中的驱动电机，调整转盘的转速，使其达到目标转速；

S2：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴，空气喷嘴喷出的向上的空气流；

S3：向旋转粒化系统中注入熔融金属，熔融金属流入转盘，开始粒化；

S4：粒化形成的金属颗粒在雾化室内碰到喷嘴喷出的气流，金属颗粒跟气流发生动能跟热量交换，金属颗粒的温度降到粘接温度以下，下落在雾化室底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

S5：经过换热的空气，沿着雾化室上空气出口先进入除尘器中进行除尘，最后到达热空气的收集器，由收集器对经过换热的空气进行收集，第二金属颗粒收集器将除尘器在除尘过程中得到的金属颗粒进行收集。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明提供的采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置结构简单，设计巧妙；其与现有的高压雾化相比，由于在熔融金属粒化和金属颗粒冷却过程中都不需要高压，从而大大降低了能耗；另外，另外采用空气作为冷却介质，原料更容易获得，从而同时还降低了制作金属颗粒的成本。收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值。回收、利用气体余热，节约成本。

附图说明

图1为本发明采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置的结构示意图。

图2为法兰的布风板的示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一：

参见图1和图2，一种采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置，包括旋转粒化系统、空气冷却系统、金属颗粒收集结构和气体收集系统。

旋转粒化系统：包括雾化室9、转盘4、法兰5、连接轴7、驱动电机12和和变频器13。

雾化室9具有熔融金属注入口、金属颗粒出口和空气出口，所述熔融金属注入口设置在雾化室9的顶部，金属颗粒出口设置在雾化室9的底部；

为了方便注入熔融金属和控制熔融金属的注入速度和流量，还可以包括设置在雾化室9顶壁外侧的熔融金属注入结构；

熔融金属注入结构包括耐高温的容器2和塞子1；所述容器2的底部具有通孔，所述通孔与熔融金属注入口同轴设置；所述塞子1与所述通过密封滑动配合，用于控制所述通孔的畅通与阻塞。具体实施时，所述塞子1由手持部和阻塞部两部分组成，为了方便手持，拔动和塞紧塞子，该手持部的直径大于阻塞部，另外还可以在手持部上设置防滑纹，便于拔动塞子时，塞子脱手。

优先地，金属颗粒出口设计为环形结构，且沿雾化室9底壁周向设置。这种结构更有利于快速收集冷却后的金属颗粒。环形的金属颗粒出口靠近雾化室9的竖直侧壁，这主要是因为金属颗粒经过冷却后，会打击在雾化室9竖直侧壁的内侧，然后落下，将金属颗粒出口设置在靠近雾化室9的竖直侧壁能快速对金属颗粒进行收集。

所述转盘4和法兰5位于雾化室9内部，转盘4固定在法兰5的上方，转盘4与熔融金属注入口相对设置；优选地，转盘4为顶部直径大于底部直径喇叭状结构，方便位于转盘4内的熔融金属从转盘顶部开口飞出，通过转盘粒化金属液体得到的金属颗粒，颗粒均匀，球形度好，另外，通过转盘粒化金属液体制备金属颗粒，可以通过调节金属液体流量、转盘直径以及转速大小来控制颗粒的尺寸，满足生产需要。

该转盘4底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。裙边和安装孔的设置主要是为了更好、更稳固地将转盘固定在法兰上，尽可能地防止转盘和法兰发生相对转动或移动。

所述连接轴7设置在法兰5的下方，且其顶部与法兰5固定连接；所述驱动电机12与连接轴7连接，驱动连接轴7沿其中心轴转动。

所述变频器13与驱动电机12连接，用于控制驱动电机12的转速。变频器13的设置主要是为了更加方便调节驱动电机12的转速，从而可以根据不同的金属特征，调整转盘的转速，增加了该装置的适用性。

空气冷却系统：包括空气压缩机20、气瓶15、多个空气喷嘴17和空气喷嘴安装结构；

所述空气压缩机20的气体出口通过管道与气瓶15的气体入口连通，气瓶15的压缩气体出口通过气管16与空气喷嘴17的气体入口连通；

所述空气喷嘴安装结构包括安装架8和布风板3；所述安装架8设置在法兰5的外周；所述布风板3固定在安装架8的顶部，所述布风板3为环形结构，且具有多个空气喷嘴安装孔3-1，所述多个空气喷嘴安装孔3-1沿布风板3周向布设，且多个空气喷嘴安装孔3-1的圆心所在圆位于转盘4顶部边缘外侧，通过喷出的压缩气体将从转盘4顶部飞溅出来的金属颗粒冷却。

为了避免空气喷嘴17喷出的气流过大，将粒化出来的颗粒吹到雾化室9的顶壁上，空气喷嘴17可以倾斜设置，空气喷嘴17与倾斜角可以根据实际情况确定。具体地，空气喷嘴17可以与转盘4侧壁平行，即空气喷嘴17与倾斜角与转盘4侧壁与倾斜角相等，从而从空气喷嘴17喷出的气流是斜向上的。实施时，可根据金属颗粒跟空气的换热效果，调整空气喷嘴的数量以及空气气流量。

金属颗粒从转盘边缘以非常高的速度飞离转盘，与空气流接触，改变飞行轨迹，使金属颗粒到达雾化室底部的飞行时间变长，金属颗粒换热充分，温度降到粘接温度以下，不会发生粘接现象；转盘粒化与冷却空气相结合，与直接高压气体制取金属颗粒工艺相比，所需空气无需高压，可以降低了生产成本；转盘粒化与冷却空气相结合，金属颗粒从转盘边缘以非常高的速度飞离转盘，并在极短的时间内与空气流接触，可以在一定程度上减小金属颗粒表面的氧化程度。

金属颗粒收集结构：包括第一金属颗粒收集器10；所述第一金属颗粒收集器10用于收集从雾化室9底部排出的金属颗粒，具体实施时，可以将第一金属颗粒收集器设置在雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该第一金属颗粒收集器10上端的开口与金属颗粒出口相对；第一金属颗粒收集器10为环形结构，其上端的开口与环形的金属颗粒出口相对，将下落的金属颗粒收集在其中。

采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置还包括气体收集系统；

所述气体收集系统包括除尘器18、热空气的收集器19和第二金属颗粒收集器；

所述除尘器18的气体入口通过管道与雾化室9上的空气出口连通，除尘器18的气体出口与热空气的收集器19的热空气入口连通；

所述第二金属颗粒收集器与除尘器18连接，用于收集除尘器18除尘产生的金属颗粒。由于从雾化室9输出的热空气中会带有金属颗粒，除尘器18对该热空气进行除尘，其实就是将热空气携带的少量金属颗粒和空气进行分离，因此第二金属颗粒收集器将除尘器18分离后金属颗粒进行收集，进一步提高了金属颗粒的产量，减少能源的浪费，同时收集的热空气也可以进行再利用。收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值，回收、利用气体余热，节约成本。

实施例二：

一种金属颗粒的制备方法，使用实施例一所述的采用循环空气为介质制备金属颗粒并回收热量的装置；

具体制备步骤如下：

S1：启动旋转粒化系统中的驱动电机12，调整转盘4的转速，使其达到目标转速；

S2：开启空气冷却系统，打开空气喷嘴17，空气喷嘴17喷出的向上的空气流；

S3：向旋转粒化系统中注入熔融金属，熔融金属流入转盘4，开始粒化；

S4：粒化形成的金属颗粒在雾化室9内碰到喷嘴17喷出的气流，金属颗粒跟气流发生动能跟热量交换，金属颗粒的温度降到粘接温度以下，下落在雾化室9底部后，被第一金属颗粒收集器收集；

S5：经过换热的空气，沿着雾化室9上空气出口先进入除尘器18中进行除尘，最后到达热空气的收集器19，由收集器19对经过换热的空气进行收集，其收集到的热空气温度可以达到400℃以上，具有很高的利用价值。回收、利用气体余热，节约成本。第二金属颗粒收集器将除尘器18在除尘过程中得到的金属颗粒进行收集。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。