一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置和制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置和制备方法，该装置包括旋转粒化系统、冷却系统和收集分离系统；旋转粒化系统中，熔融金属注入转盘，通过驱动电机的驱动带动转盘转动，使熔融金属粒化；冷却系统将粒化飞溅出来金属颗粒冷却；收集分离系统将冷却水和金属颗粒的混合物收集并筛分；该装置由于不再需要高压喷射介质来击碎金属液体流，因此大大降低了能耗和生产成本。金属颗粒制备方法使用前述设备，根据金属性质控制驱动电机的转速，根据金属颗粒跟冷却水的换热效果，调整冷却系统中的水量，最后利用金属颗粒的余热自行烘干。该方法简单易行，而且能耗低，节约了成本。
【专利说明】
一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置和制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属颗粒制备技术领域，具体涉及一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置和制备方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
【发明内容】
[0006]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，能耗低的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种使用上述采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置制备金属颗粒的方法。
[0008]为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案:一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:包括旋转粒化系统、冷却系统和收集分离系统；
[0009]旋转粒化系统:包括雾化室、转盘、法兰、连接轴和驱动电机；
[0010]所述雾化室的顶部具有熔融金属注入口，底部具有用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口；
[0011 ]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；
[0012]所述连接轴设置在法兰的下方，且其顶部与法兰固定连接；
[0013]所述驱动电机与连接轴连接，驱动连接轴沿其中心轴转动；
[0014]冷却系统:包括冷却水和冷却水喷出件；
[0015]所述冷却水喷出件设置在雾化室内，且固定在雾化室顶壁内侧使其喷出的冷却水沿雾化室竖向侧壁内侧的顶部流下；
[0016]收集分离系统:包括收集器、筛分机、金属颗粒收集器和冷却水收集器；
[0017]所述收集器用于收集从雾化室底部排出的金属颗粒和冷却水的混合物；
[0018]所述筛分机与收集器连通，将金属颗粒和冷却水的混合物进行分离，金属颗粒收集器与筛分机连通用于收集从筛分机筛分出来的金属颗粒，冷却水收集器与筛分机连通用于收集从筛分机筛分出来的冷却水。
[0019]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；
[0020]所述熔融金属注入结构包括耐高温的容器和塞子；
[0021]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；
[0022]所述塞子与所述通过密封滑动配合。
[0023]作为优化，所述雾化室底部用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口为环形结构，且沿雾化室底壁周向设置。
[0024]作为优化，所述转盘为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。
[0025]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。
[0026]作为优化，还包括保护罩;所述保护罩用于将所述连接轴罩住。
[0027]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。
[0028]作为优化，所述却水喷出件为多个喷头，所述多个喷头沿雾化室顶壁内侧周向布设。
[0029]作为优化，还包括水循环装置;水循环装置:包括循环栗和输水管；
[0030]所述输水管的一端与冷却水收集器连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环栗安装在输水管上。
[0031]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，使用上述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置；
[0032]具体制备步骤如下:
[0033]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；
[0034]S2:开启冷却系统，打开冷却水喷出件，冷却水喷出件喷出的冷却水从雾化室竖向侧壁内侧的顶部流下；
[0035]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；
[0036]S4:粒化形成的金属颗粒穿过冷却水，与冷却水发生动能和热量交换，然后打在雾化室竖向侧壁的内侧后，金属颗粒与冷却水混合下流，全部流入收集器中；
[0037]S5:金属颗粒与冷却水的混合物进入筛分机进行筛分，筛分后金属颗粒进入金属颗粒收集器收集，冷却水进入冷却水收集器储存；
[0038]S6:金属颗粒收集器中收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
[0039]相对于现有技术，本发明具有如下优点:
[0040]本发明提供的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置结构简单，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，金属颗粒和冷却水经过收集分离系统后进行分别收集，冷却水可以直接循环使用，无需其他工艺处理，即节能有环保，同时还降低了制作金属颗粒的成本。
【附图说明】
[0041]图1为本发明采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面对本发明作进一步详细说明。
[0043]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。
[0044]实施例一:
[0045]参见图1，一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，包括旋转粒化系统、冷却系统和收集分离系统。
[0046]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和变频器13。
[0047]雾化室9的顶部具有熔融金属注入口，底部具有用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口；
[0048]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；
[0049]熔融金属注入结构包括耐高温的容器2和塞子I;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I与所述通过密封滑动配合，用于阻塞所述通孔。具体实施时，所述塞子I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。
[0050]优先地，雾化室9底部用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口为环形结构，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水和金属颗粒的混合物。所述出口靠近雾化室9的竖直侧壁，这主要是因为金属颗粒经过冷却水冷却后，会打击在雾化室9竖直侧壁的内侧，然后落下，将所述出口设置在靠近雾化室9的竖直侧壁能快速收集冷却水和金属颗粒的混合物。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]为了防止冷却水对连接轴7的腐蚀，还可以增加保护罩8，该保护罩8将整个连接轴7完全罩住，从而防止冷却水与连接轴7接触。实施时，保护罩8上具有连接轴7顶部穿过的通孔，并在保护罩8顶部的通孔与连接轴7之间设置密封圈14，使保护罩8顶部的通孔与连接轴7之间密封可转动配合，从而保证驱动电机12带动连接轴7转动时，保护罩8不转动，同时保证冷却水不会进入保护罩8内。具体实施时，为了方便操作，保护罩8可以同时将连接轴7和驱动电机12—并罩住。
[0054]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。
[0055]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。
[0056]冷却系统:包括冷却水和冷却水喷出件；
[0057]所述冷却水喷出件设置在雾化室9内，且固定在雾化室9顶壁内侧使其喷出的冷却水沿雾化室9竖向侧壁内侧的顶部流下;从而将转盘4顶部飞溅出来的金属颗粒冷却。
[0058]金属颗粒到达雾化室竖向侧壁后，经冷却水流冲刷，一起流下到雾化室底部，不会再雾化室壁上发生粘接。此外，金属颗粒与冷却水混合，持续换热，使金属颗粒降到粘接温度以下，经筛分机筛分以后也不会发生粘接现象。转盘粒化与冷却水流相结合，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冷却水接触，减少了金属颗粒与空气的接触时间，大大降低了金属颗粒表面的氧化程度;转盘粒化与冷却水流相结合，缩短了飞行距离，减小了整个装置的占地面积，节约了土地资源，降低了投资成本;转盘粒化与冷却水流相结合，与直接高压水制取金属粉末工艺相比，所需水量大大减少，既降低了生产成本，又节约了大量的水资源;使用时，可根据金属颗粒跟冷却水的换热效果，调整冷却水的水量大小，即沿雾化室9竖向侧壁内侧的顶部流下的冷却水的厚度。
[0059]收集分离系统:包括收集器11、筛分机10、金属颗粒收集器15和冷却水收集器16;
[0060]所述收集器11用于收集从雾化室9底部排出的金属颗粒和冷却水的混合物;具体实施时，收集器11位于雾化室9的外侧，且位于雾化室9的底部，该收集器11上端的开口与雾化室9的底部的出口相对;收集器11最好为环形结构，其上端的开口与雾化室9底部的环形出口相对，将下落的冷却水和金属颗粒混合物收集在其中。
[0061]所述筛分机10与收集器11连通，将金属颗粒和冷却水的混合物进行分离，金属颗粒收集器15与筛分机10连通用于收集从筛分机10筛分出来的金属颗粒，冷却水收集器16与筛分机10连通用于收集从筛分机10筛分出来的冷却水。
[0062]金属颗粒和冷却水经过筛分机迅速筛分，分离出的金属颗粒，剩余200°C以上的余热，这部分余热可以使颗粒本身达到烘干的效果，无需另外提供热量来烘干金属颗粒，降低了能耗，节约了成本。
[0063]所述却水喷出件为多个喷头，所述多个喷头沿雾化室9顶壁内侧周向布设。具体实施时，可以根据金属的特性，确定雾化室9竖向侧壁内侧顶部流下的冷却水的厚度，从而确定多个喷头沿雾化室9顶壁内侧周向布设的圈数，附图1中，多个喷头沿雾化室9顶壁内侧周向布设的圈数为一圈。
[0064]经过收集分离系统，将冷却水和金属颗粒分别收集，因此循环利用冷却水非常方便，为此，该装置还可以包括水循环装置;水循环装置包括循环栗17和输水管18;输水管18的一端与冷却水收集器16连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环栗17安装在输水管18上。分离后的冷却水可以直接循环使用，无需其他工艺处理，即节能有环保，同时还降低了制作金属颗粒的成本。
[0065]实施例二:
[0066]—种金属颗粒的制备方法，使用实施例一所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置；
[0067]具体制备步骤如下:
[0068]SI: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；
[0069]S2:开启冷却系统，打开冷却水喷出件，冷却水喷出件喷出的冷却水从雾化室9竖向侧壁内侧的顶部流下；
[0070]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；
[0071]S4:粒化形成的金属颗粒穿过冷却水，与冷却水发生动能和热量交换，然后打在雾化室9竖向侧壁的内侧后，金属颗粒与冷却水混合下流，全部流入收集器11中；
[0072]S5:金属颗粒与冷却水的混合物进入筛分机10进行筛分，筛分后金属颗粒进入金属颗粒收集器15收集，冷却水进入冷却水收集器16储存；
[0073]S6:金属颗粒收集器15中的收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
[0074]收集到的金属颗粒至少有200°C以上的余热，这部分余热可以使颗粒本身达到烘干的效果，无需另外提供热量来烘干金属颗粒，降低了能耗，节约了成本。
[0075]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。
【主权项】
1.一种采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:包括旋转粒化系统、冷却系统和收集分离系统； 旋转粒化系统:包括雾化室(9)、转盘(4)、法兰(5)、连接轴(7)和驱动电机(12); 所述雾化室(9)的顶部具有熔融金属注入口，底部具有用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口； 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； 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； 冷却系统:包括冷却水和冷却水喷出件； 所述冷却水喷出件设置在雾化室(9)内，且固定在雾化室(9)顶壁内侧使其喷出的冷却水沿雾化室(9)竖向侧壁内侧的顶部流下； 收集分离系统:包括收集器(U)、筛分机(10)、金属颗粒收集器(15)和冷却水收集器(16)； 所述收集器(11)用于收集从雾化室(9)底部排出的金属颗粒和冷却水的混合物； 所述筛分机(10)与收集器(11)连通，将金属颗粒和冷却水的混合物进行分离，金属颗粒收集器(15)与筛分机(10)连通用于收集从筛分机(10)筛分出来的金属颗粒，冷却水收集器(16)与筛分机(10)连通用于收集从筛分机(10)筛分出来的冷却水。2.如权利要求1所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:还包括设置在雾化室(9)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(2)和塞子(I); 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(I)与所述通过密封滑动配合。3.如权利要求2所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:所述雾化室(9)底部用于排出冷却水和金属颗粒混合物的出口为环形结构，且沿雾化室(9)底壁周向设置。4.如权利要求3所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:所述转盘(4)为顶部直径大于底部直径喇叭状结构。5.如权利要求4所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:所述转盘(4)底部的外侧具有一圈裙边，裙边上具有多个安装孔。6.如权利要求5所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:还包括保护罩(8);所述保护罩(8)用于将所述连接轴(7)罩住。7.如权利要求6所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:所述旋转粒化系统还包括变频器(13)，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。8.如权利要求7所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:所述却水喷出件为多个喷头，所述多个喷头沿雾化室(9)顶壁内侧周向布设。9.如权利要求1-8任一项所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置，其特征在于:还包括水循环装置； 水循环装置:包括循环栗(17)和输水管(18); 所述输水管(18)的一端与冷却水收集器(16)连通，另一端与冷却水喷出件连通，所述循环栗(17)安装在输水管(18)上。10.一种金属颗粒的制备方法，其特征在于:使用权利要求9所述的采用常压水冷方式制备金属颗粒的装置； 具体制备步骤如下: SI: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:开启冷却系统，打开冷却水喷出件，冷却水喷出件喷出的冷却水从雾化室(9)竖向侧壁内侧的顶部流下； 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穿过冷却水，与冷却水发生动能和热量交换，然后打在雾化室(9)竖向侧壁的内侧后，金属颗粒与冷却水混合下流，全部流入收集器(11)中； S5:金属颗粒与冷却水的混合物进入筛分机(10)进行筛分，筛分后金属颗粒进入金属颗粒收集器(15)收集，冷却水进入冷却水收集器(16)储存； S6:金属颗粒收集器(15)中收集的金属颗粒由其自身的余热烘干。
【文档编号】B22F9/10GK106001592SQ201610657062
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月11日
【发明人】吕学伟, 贺文超, 邱杰, 张颖异, 党杰, 白晨光
【申请人】重庆大学, 攀钢集团钛业有限责任公司