一种智能气雾化制粉装置的制作方法

本发明涉及金属雾化制粉设备技术领域，具体涉及的是一种智能气雾化制粉装置。

背景技术：

金属(如铁、不锈钢、铜及铜合金、镍、锡和铅等)粉末是粉末冶金工业的基础原料，也是汽车、化工、电子元件等产业的主要原料之一，金属粉末技术性能指标的一致性将直接影响以其为原材料的工业产品的最终质量。目前，雾化法制备金属粉末是当前金属细粉末制造的主要方法之一，主要包括水雾化和气雾化两大类，在众多雾化方法(如二流雾化法、离心雾化法、双辊雾化法、电流体动力雾化法)中，应用最为广泛的是二流雾化法，其实质是一个通过雾化喷嘴产生的高速、高压介质将金属熔体粉碎成细小的熔滴，随后经过球化、冷却和凝固成为金属粉末的过程。在金属熔体不断被破碎成细小熔滴时，高速雾化介质的动能转化为金属熔滴的表面能，雾化介质一般为水和气体，相应的成为水雾化和气雾化。水雾化制备的粉末大多不规则、氧含量高，气雾化制粉具有粉末球形度高及氧含量低等特点。

目前，气雾化制粉设备多为手动人工控制设备，或自动化程度较低的半自动化控制设备，金属粉末的质量受操作人员的人为因素影响较大，很难长期连续生产出性能一致的高质量金属粉末，并且设备的产能较低，因此，市场亟需一款智能化程度高的气雾化制粉设备，满足对金属粉末的质量要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能气雾化制粉装置，智能化程度高，能够保证长期生产出高性能的金属粉末，提高了生产效率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种智能气雾化制粉装置，包括用于熔炼金属的熔炼室，设置在所述熔炼室下部的雾化室以及与所述雾化室连通的旋风分离器，所述雾化室的底部设置有第一收粉罐，所述旋风分离器的底部设置有第二收粉罐，所述熔炼室内设置有熔炼包和中间包，所述中间包位于所述熔炼包的下方，所述雾化室的顶部内设置有雾化器，所述中间包的底部连接有与所述雾化器连接的导流管，还包括自动开盖系统、自动翻转系统、真空控制系统、温度控制系统、压力控制系统、粒径控制系统以及智能控制系统，所述自动开盖系统包括至少一个用于推开所述熔炼室的上盖的伸缩气缸、用于水平转动所述熔炼室的上盖的旋转臂和与所述旋转臂连接的旋转电机，所述自动翻转系统包括用于在竖直面上翻转所述熔炼包的翻转轴、与所述翻转轴连接的翻转电机和与所述翻转电机连接的变频器，所述真空控制系统包括依次串联的机械泵、罗茨泵、扩散泵以及管路总成，所述真空控制系统通过所述管路总成分别与所述熔炼室和所述雾化室连接，所述温度控制系统包括熔炼加热装置、中间包加热装置、第一温度检测仪以及第二温度检测仪，所述熔炼加热装置设置在所述熔炼包内，所述中间包加热装置设置在所述中间包外，所述第一温度检测仪设置在所述熔炼室对应所述熔炼包的位置，所述第二温度检测仪设置在所述熔炼室对应所述中间包的位置，所述压力控制系统包括至少一根与所述雾化器连通的进气管、设置在所述进气管上的进气阀以及气体流量控制仪，所述粒径控制系统包括第一图像采集器和第二图像采集器，所述第一图像采集器设置在所述熔炼室的上盖内，所述第二图像采集器设置在所述雾化室靠近所述雾化器的侧壁上，所述自动开盖系统、自动翻转系统、真空控制系统、温度控制系统、压力控制系统、粒径控制系统分别与所述智能控制系统相连接。

所述伸缩气缸为两个，各个所述伸缩气缸竖向对称设置在所述熔炼室的外侧壁上，各个所述伸缩气缸的伸缩杆分别与所述熔炼室的上盖连接，所述旋转臂的一端与所述熔炼室的上盖连接，所述旋转臂的另一端与所述旋转电机的输出轴连接，各个所述伸缩气缸、所述旋转电机分别与所述智能控制系统相连接。

所述翻转轴的一端穿过所述熔炼室并与所述熔炼包连接，所述翻转轴的另一端与所述翻转电机的输出轴连接，使得在所述翻转电机的转动下，所述熔炼包的出料口能够向下翻转至与所述中间包对应的位置，所述翻转电机、所述变频器分别与所述智能控制系统相连接。

所述管路总成包括连接所述机械泵与所述罗茨泵的第一管路、连接所述罗茨泵与所述扩散泵的第二管路、连接所述扩散泵与所述熔炼室的第三管路、连接所述扩散泵与所述第二管路的第四管路、连接所述雾化室与所述第二管路的第五管路，所述扩散泵上设置有第一真空阀，所述第二管路连接所述扩散泵的一端至所述第四管路连接第二管路的一端之间设置有第二真空阀，所述第五管路上设置有第三真空阀，所述第四管路上设置有第四真空阀，所述机械泵、所述罗茨泵、所述扩散泵、所述第一真空阀、所述第二真空阀、所述第三真空阀、所述第四真空阀分别与所述智能控制系统相连接。

第一温度检测仪和第二温度检测仪均为红外温度仪，第一温度检测仪以及第二温度检测仪分别与所述智能控制系统连接，所述熔炼室对应所述中间包的上部还设置有用于测量所述中间包内的液面高度的激光测距仪，所述激光测距仪与所述智能控制系统连接，所述温度控制系统还包括导流管加热装置，所述导流管加热装置套设在所述导流管外，所述熔炼加热装置、中间包加热装置和导热管加热装置分别与所述智能控制系统连接。

所述雾化器为喷盘，所述进气管为一条或两条，各条所述进气管的一端穿过所述雾化室的上端并与所述喷盘的进气口连接，各条所述进气管上的所述进气阀以及气体流量控制仪分别与所述智能控制系统连接。

所述第一图像采集器和所述第二图像采集器均为摄像头，所述第一图像采集器和所述第二图像采集器分别与所述智能控制系统连接。

所述旋风分离器上设置有排气阀以及排气流量控制仪，所述排气阀和所述排气流量控制仪分别与所述智能控制系统相连接，所述第一收粉罐和第二收粉罐的出料口分别连接有粉末分选机，所述粉末分选机与所述智能控制系统相连接。

还包括移动设备终端，所述移动设备终端为智能手机或者无线遥控器，所述移动设备终端与所述智能控制系统连接。

所述扩散泵替换为增压泵，所述增压泵与所述智能控制系统相连接。

采用上述结构后，本发明一种智能气雾化制粉装置，通过自动开盖系统实现熔炼室的自动进料，通过自动翻转系统实现炉料在熔炼包和中间包之间的流转，且流速可控，通过真空控制系统实现熔炼室和雾化室的真空度的自动控制，通过温度控制系统实现熔炼室炉料的自动加热，通过压力控制系统实现雾化压力的自动控制，通过粒径控制系统监测雾化过程，从而及时对各个参数进行调整，使得雾化得到的金属粉末性能最佳。因此，本发明一种智能气雾化制粉装置，用自动化代替了传统的人工操作，智能化程度高，能够保证长期生产出高性能的金属粉末，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明一种智能气雾化制粉装置的结构示意图；

图2为本发明一种智能气雾化制粉装置中熔炼室、雾化室和旋风分离器的结构示意图；

图3为本发明一种智能气雾化制粉装置的工作原理示意图；

图4为本发明一种智能气雾化制粉装置制备得到的金属粉末和一般气雾化设备制备得到的金属粉末的电镜图，其中(a)为一般气雾化设备制备得到的金属粉末，(b)为本发明制备得到的金属粉末。

图中：

熔炼室1熔炼包11

中间包12导流管121

雾化室2喷盘21

旋风分离器3排气阀31

排气流量控制仪32第一收粉罐4

第二收粉罐5伸缩气缸6

翻转轴71翻转电机72

机械泵81罗茨泵82

扩散泵83第一真空阀831

第一管路84第二管路85

第二真空阀851第三管路86

第四管路87第四真空阀871

第五管路88第三真空阀881

熔炼加热装置91中间包加热装置92

导热管加热装置93进气管101

第一图像采集器102第二图像采集器103

第一电源柜104第二电源柜105

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

一种智能气雾化制粉装置，如图1-图2所示，包括用于熔炼金属的熔炼室1，设置在熔炼室1下部的雾化室2以及与雾化室2连通的旋风分离器3，雾化室2的底部设置有第一收粉罐4，旋风分离器3的底部设置有第二收粉罐5。

熔炼室1内设置有熔炼包11和中间包12，中间包12设置在熔炼室1的底部，且中间包12位于熔炼包11的下方，熔炼包11用于向中间包12内倒料。雾化室2的顶部开设有通口，中间包12的底部连接有插入通口内的导流管121，使得中间包12与雾化室2连通，雾化室2的通口处设置有喷盘21，导流管121与喷盘21固定连接，喷盘21上设置有进气口和多个喷嘴。

该智能气雾化制粉装置，如图3所示，还包括自动开盖系统、自动翻转系统、真空控制系统、温度控制系统、压力控制系统、粒径控制系统以及智能控制系统，智能控制系统包括控制模块、输入输出模块、数据传输及处理模块和电源模块，其中数据传输及处理模块具有数据传输、处理、模拟和记忆功能，可建立雾化数据信息库，对雾化过程进行模拟演示，计算粉末粒度，实现高效气雾化过程。

自动开盖系统包括两个用于推开熔炼室1的上盖的伸缩气缸6、用于水平转动熔炼室1的上盖的旋转臂和与旋转臂连接的旋转电机，各个伸缩气缸6竖向对称设置在熔炼室1的外侧壁上，各个伸缩气缸6的伸缩杆分别与熔炼室1的上盖连接，各个伸缩气缸6分别与智能控制系统的控制模块连接。旋转臂的一端与熔炼室1的上盖连接，旋转臂的另一端与旋转电机的输出轴连接，使得旋转臂能够在水平面上旋转一定角度，旋转电机也与智能控制系统的控制模块连接。旋转电机套固在一滑杆上，可随着上盖上下移动。通过智能控制系统分别控制伸缩气缸6和旋转电机工作，实现熔炼室1上盖的自动开启和关闭。

自动翻转系统包括用于在竖直面上翻转熔炼包11的翻转轴71、与翻转轴71连接的翻转电机72和与翻转电机72连接的变频器，翻转轴71的一端穿过熔炼室1并与熔炼包11的一侧连接，翻转轴71的另一端与翻转电机72的输出轴连接，使得在翻转电机72的转动下，熔炼包11的出料口能够向下翻转至与中间包12对应的位置，翻转电机72、变频器分别与智能控制系统的控制模块相连接。通过智能控制系统控制翻转电机72工作，可实现熔炼包11的自动注料，控制熔炼包11倾斜的角度可实现炉料流量的调节。

真空控制系统包括依次串联的机械泵81、罗茨泵82、扩散泵83以及管路总成，真空控制系统通过管路总成分别与熔炼室1和雾化室2连接，管路总成包括连接机械泵81与罗茨泵82的第一管路84、连接罗茨泵82与扩散泵83的第二管路85、连接扩散泵83与熔炼室1的第三管路86、连接扩散泵83与第二管路85的第四管路87、连接雾化室2与第二管路85的第五管路88，扩散泵83上设置有第一真空阀831，第二管路85连接扩散泵83的一端至第四管路87连接第二管路85的一端之间设置有第二真空阀851，第五管路88上设置有第三真空阀881，第四管路87上设置有第四真空阀871，机械泵81、罗茨泵82、扩散泵83、第一真空阀831、第二真空阀851、第三真空阀881、第四真空阀871分别与智能控制系统的控制模块相连接，通过智能控制系统控制各个真空阀工作，实现熔炼室1和雾化室2的自动抽真空。

温度控制系统包括熔炼加热装置91、中间包加热装置92、导热管加热装置93、第一温度检测仪以及第二温度检测仪，熔炼加热装置91、中间包加热装置92和导热管加热装置93均为加热线圈，熔炼加热装置91设置在熔炼包11内，中间包加热装置92套设在中间包12外，导热管加热装置93套设在导热管121外，熔炼加热装置91、中间包加热装置92和导热管加热装置93分别与智能控制系统的控制模块连接。第一温度检测仪和第二温度检测仪均为红外温度仪，第一温度检测仪设置在熔炼室1对应熔炼包11的位置，第二温度检测仪设置在熔炼室1对应中间包12的位置，第一温度检测仪以及第二温度检测仪分别与智能控制系统的控制模块相连接，通过智能控制系统控制各个加热装置及温度检测仪工作，实现熔炼包11和中间包12的自动加热，且温度可控。

熔炼室1对应中间包12的上部还设置有用于测量中间包12内的液面高度的激光测距仪，激光测距仪与智能控制系统的控制模块相连接，用于监控中间包12内的液面，当中间包12内的液面过高时，激光测距仪将数据传送给智能控制系统，数据经过处理后，智能控制系统控制翻转电机72工作，调节熔炼包11的倾斜角度，减慢炉料的倾倒或者停止倾倒，防止溢料。

压力控制系统包括两条进气管101、设置在各条进气管101上的进气阀以及气体流量控制仪，各条进气管101的一端穿过雾化室2的上端并与喷盘21的进气口连接，各条进气管101上的进气阀以及气体流量控制仪分别与智能控制系统的控制模块连接，通过智能控制系统控制各个进气阀以及气体流量控制仪工作，可实现喷盘21雾化压力的自动控制。

粒径控制系统包括第一图像采集器102和第二图像采集器103，第一图像采集器102和第二图像采集器103均为摄像头，第一图像采集器102设置在熔炼室1的上盖内，第二图像采集器103设置在雾化室2靠近喷盘21的内侧壁上，第一图像采集器102和第二图像采集器103外设置有透明保护罩，第一图像采集器102和第二图像采集器103分别与智能控制系统的控制模块相连接。通过智能控制系统控制第一图像采集器102和第二图像采集器103工作，第一图像采集器102用于观察熔炼室1内熔炼包11和中间包12的工作情况，第二图像采集器103用于观察雾化后的金属粉末情况，并将数据传送给智能控制系统，由智能控制系统的数据传输及处理模块处理分析，得到粒径分析结果(如粒度分布、平均粒径、比表面积等)，根据粒径分析结果，可自动对雾化参数(如雾化压力、炉料流速等)进行调整，保证得到高质量的金属粉末。

旋风分离器3上设置有排气阀31以及排气流量控制仪32，旋风风分离器3的电机、排气阀31和排气流量控制仪32分别与智能控制系统的控制模块相连接，通过智能控制系统控制排气阀31以及排气流量控制仪32工作，可实现排气压力的自动控制。第一收粉罐和第二收粉罐的出料口分别连接有粉末分选机，粉末分选机与智能控制系统相连接，可实现粉末粒度的自动筛分和检测。

该智能气雾化制粉装置，还包括为熔炼室1供电的第一电源柜104以及为雾化室2供电的第二电源柜105以及移动设备终端，第一电源柜104和第二电源柜105的电源由智能控制系统的电源模块控制，移动设备终端为智能手机或者无线遥控器，移动设备终端与智能控制系统的输入输出模块连接，从而实现雾化过程的远程监控。

采用上述结构后，本发明一种智能气雾化制粉装置，工作过程如下：在智能控制系统的控制下，首先，伸缩气缸6的伸缩杆伸出将熔炼室1的上盖向上打开，之后旋转电机带动旋转臂旋转，熔炼室1的上盖水平转动，炉料可输送至熔炼室1内的熔炼包11内，真空控制系统工作，对熔炼室1和雾化室2进行抽真空，当真空度达到设定值时，真空控制系统停止工作，第一图像采集器102和第二图像采集器103打开，熔炼加热装置91工作，炉料融化，然后翻转电机72工作，带动熔炼包11翻转一定角度，使得融化后的炉料倒入中间包12中，同时中间包加热装置92和导热管加热装置93工作，分别对中间包12和导热管121进行加热，防止炉料冷却凝固，然后各条进气管101上的进气阀及气体流量控制仪打开，通入气体介质，对从导流管121流入喷盘21内的炉料进行雾化，雾化后形成的金属粉末落入第一收粉罐4内，旋风分离器3工作，排气，并对被带出的金属粉末进行二次回收，回收的金属粉末落入第二收粉罐5内，完成气雾化制粉过程。

以下列举几个例子对该智能气雾化制粉装置的智能化程度进行说明：

1、把50～70公斤不锈钢原料(如不锈钢棒材、边角料)由机械臂或输送带自动投料至熔炼包内，智能控制系统根据出料要求选定雾化条件，装置自动加热至超过熔点150～250℃，然后自动雾化成粉，自动筛分后检测，如图4所示，发现得到的金属粉末的球形度大于98％，粒径在15微米至60微米间的金属粉末的得率超过70％，明显高于一般气雾化装置。

2、把磁性原料(比如铁、钴等)由机械臂投料至熔炼包内，智能控制系统根据出料要求自动优化雾化条件，进行智能气雾化，得粉后经分析，多次试验的粒度d50偏差不超过1％，球形度偏差不超过2％，指标稳定性好。

3、对智能控制系统提出制粉要求，制造粒度d50在20微米的铜锡合金粉末，智能控制系统根据之前记忆的雾化条件，自动选定雾化条件，把铜锡原材料按比例投料至熔炼包内，进行智能气雾化过程，得到铜锡合金粉末，经测试其d50在19.7微米±0.3微米，符合要求。

本发明一种智能气雾化制粉装置，具有以下有益效果：

1、通过自动开盖系统完成熔炼室1的自动打开和关闭

2、通过自动翻转系统完成中间包12的自动加料，且通过激光测距仪和第一图像采集器102，可对熔炼室1的熔炼情况进行监控，防止出错；

3、通过温度控制系统、压力控制系统实现雾化参数的自动调节，通过第二图像采集器103监控金属粉末的粒径数据，数据由智能控制系统记忆，保证能够重复雾化得到粒径一致的金属粉末；

4、可实现金属粉末的自动筛分。

因此，本发明一种智能气雾化制粉装置，用自动化代替了传统的人工操作，智能化程度高，能够保证长期生产出高性能的金属粉末，提高了生产效率。

本发明中，智能控制系统为本领域的公知控制系统，比如选用plc控制系统。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。