钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法与流程

本发明涉及钛合金粉末制造，尤其涉及一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法。

背景技术：

1、现今，工业发展迅速，制造业作为工业发展的重要组成部分显得尤为重要，而增材制造技术因研发周期短、无新增耗材及能制造复杂零部件等诸多优点发展最为迅猛，尤其金属3d打印技术成为争相研究的焦点。其中，钛合金打印件因其高的比强度及优异的生物兼容性等优点逐渐地应用于航空航天、医疗及称重结构件，并在实践中实现了成功应用。金属3d打印的原材料为一定粒径段的金属粉末，要求其化学成分纯净、氧含量低、球形度高、流动性好及松装密度满足一定要求。在无坩埚感应熔炼气雾化技术领域，存在钛合金、钴铬合金、铝合金等金属粉末产量低、成本高及批次稳定性较差的问题。

2、当前，主要通过工艺研发提升细粉收得率以降低制造成本，但是由于气雾化过程是固液发生强烈交互作用的过程，其中夹杂各种声、光、热的能量转化。传统的方法主要通过修改零件尺寸或工艺参数进行雾化试验，通过试验数据进行优化改善。制粉行业中可用于激光选取熔化(slm技术)的15～53μm钛合金粉末的收得率一般为30％～40％；0～15μm的粉末占比一般为5％～8％，可用于激光注射成型领域；53～150μm的粉末占比一般为50％～60％，该粒径段的粉末目前仍旧未找到合适的应用领域。占比过高的粗粉由于无法以高价值产品销售，直接拉高了制粉的整体成本，同时也造成了资源的极大浪费。基于此，如何实现钛合金粗粉循环利用，以降低钛合金粉末制造成本是目前增材制造行业急需解决的重点问题。

3、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法，在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化，实现了粗粉的循环利用，从而极大地降低了制造成本。

2、本发明的目的是这样实现的，一种钛合金粗粉循环利用的气雾化装置，包括，

3、加料系统，包括能转动的加料转盘，所述加料转盘上连接多个第一集粉罐，各所述第一集粉罐能与第一中转罐连通，所述第一中转罐高于所述第一集粉罐设置；各所述第一集粉罐的下方设置第二中转罐，各所述第一集粉罐的底端能与所述第二中转罐密封连通，所述第二中转罐的底端设置电磁给料器和出粉管；

4、熔炼系统，包括熔炼室，所述出粉管的底端密封插入所述熔炼室，所述熔炼室内自出粉管出口向下间隔设置一级加热区、二级加热区和三级加热区，所述一级加热区通过高温加热来自出粉管的固体粉末以使其形成熔滴，所述二级加热区通过电磁感应加热熔化后的熔滴以使其产生涡流并发热，所述三级加热区通过电磁感应继续加热熔滴至设定过热度；

5、雾化系统，包括雾化室，所述雾化室的入口设置喷盘，所述喷盘能喷出高压惰性气体击碎来自所述熔炼室的熔滴，所述雾化室为击碎的熔滴提供飞行冷却空间；所述雾化室和所述第二中转罐上连通有真空泵；

6、分级收料及循环系统，包括顺序连接于雾化室的第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋和第二引风机，所述第一分级机的底端连通第三中转罐，所述第三中转罐的出口连通所述第一中转罐以形成粗粉循环回路；所述第二分级机的底端连通设置收料用的第二集粉罐。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述熔炼室内位于出粉管出口的位置处设置多个加热器，构成所述一级加热区；所述熔炼室内位于各所述加热器的下方设置第一熔炼线圈，构成所述二级加热区；所述熔炼室内位于各第一熔炼线圈的下方设置第二熔炼线圈，构成所述三级加热区。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一熔炼线圈的直径为φ40～φ80mm，匝数为5～50匝，整体长度为100～800mm，功率为20～100kw。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述第二熔炼线圈呈锥形结构设置，所述第二熔炼线圈的直径从上到下呈渐缩设置，所述第二熔炼线圈的顶端直径为φ60～φ80mm，所述第二熔炼线圈的底端直径为φ30～φ50mm，匝数为3～6匝，整体长度为50～100mm，功率为40～120kw。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述加热器采用等离子束或电子束或火焰枪加热方式。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述加料转盘上通过传动结构连接电机；所述传动结构包括啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮连接于电机的输出端，所述加料转盘上穿设转盘主轴，所述第二齿轮连接于所述转盘主轴上。

12、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一集粉罐的底端设置第一气动阀；所述第一中转罐的底端设置第二气动阀，所述第一中转罐的顶端设置第三气动阀；所述第二中转罐的顶端设置第四气动阀，所述第二中转罐的底端设置第五气动阀；所述真空泵与所述第二中转罐之间设置第六气动阀，所述真空泵与所述雾化室之间设置第七气动阀。

13、在本发明的一较佳实施方式中，所述第三中转罐的出口连通设置第一引风机，所述第一引风机通过回粉管道连通所述第一中转罐。

14、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一分级机的分级频率为8～25hz，所述第二分级机的分级频率为30～50hz；第三中转罐收集经第一分级机分离的53～150μm的粗粉，第二集粉罐收集大于等于15μm且小于53μm的钛合金粉末。

15、本发明的目的还可以这样实现，一种钛合金粗粉循环利用的气雾化方法，包括以下步骤：

16、步骤a、组装完成前述的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置；加料转盘上连接多个装有钛合金粗粉的第一集粉罐；

17、步骤b、开启真空泵对装置整体抽真空；

18、步骤c、将一个第一集粉罐与第二中转罐连通，钛合金粗粉进入第二中转罐；第二中转罐内钛合金粗粉在电磁给料器作用下经出粉管进入熔炼室；

19、步骤d、依次开启加热器、第一熔炼线圈和第二熔炼线圈，对钛合金粗粉进行三级逐步熔炼形成熔滴；

20、步骤e、熔滴开始从熔炼室滴落向喷盘时，依次开启第二引风机、第一分级机、第二分级机；喷盘喷出高压惰性气体将熔滴击碎为微小液滴，微小液滴在雾化室飞行冷却为固体颗粒；

21、步骤f、连通第三中转罐、第一中转罐和前述的第一集粉罐，第一分级机落下的粗粉输送至第一中转罐、第一集粉罐进行循环利用；

22、步骤g、待前述的第一集粉罐中钛合金粗粉原料雾化完毕，依次关闭第二熔炼线圈、第一熔炼线圈、加热器，关闭第二引风机、第二分级机、第一分级机；

23、步骤h、加料转盘转动，另一第一集粉罐与第二中转罐连通；循环步骤b～步骤g，直至加料转盘上的各第一集粉罐内钛合金粗粉原料全部雾化完毕。

24、由上所述，本发明的钛合金粗粉循环利用的气雾化装置及方法具有如下有益效果：

25、本发明通过加料转盘循环加料，实现粗粉的自动化给料；合理调控电磁给料器参数可实现连续均匀给料，自动化水平高，省时省力；熔炼系统采用三级逐步熔炼方式，将钛合金粗粉加热形成熔滴，并加热至设定过热度且保温后落下雾化；

26、分级收料及循环系统采用双分级结构，一部分转化为成品粉末，实现产品一次成型，减少后续筛分中额外的人力劳动，同时减少了粉末氧化的风险；另一部分粗粉通过第三中转罐传输至第一中转罐，第一中转罐与第一集粉罐对接，在雾化收粉的同时将粗粉进行重新雾化，实现了粗粉的循环利用，从而极大地降低了制造成本。