一种塔式金属雾化制粉设备的制作方法

本实用新型涉及一种粉末冶金设备，尤其是涉及一种塔式金属雾化制粉设备。

背景技术：

近年来的“3D打印”等增材制造方法备受人们关注，它无需通过锻造、车铣刨磨等工序便可直接生产出金属制品，大大降低了能耗，节约了材料。而金属注射成形力一法、选择性激光熔化方法和选择性激光烧结方法都属于增材制造，适宜于形状复杂的粉末冶金小零件的生产。这些方法对金属粉末的形貌、粒度分布、氧含量等均有较高的要求，而气雾化方法生产的金属粉末能够满足这些要求。由于气雾化制粉特定的反应条件，故，用于金属雾化制粉的设备对其结构和材质具有特殊要求。

CN 204818071 U 公开了一种制备增材制造用金属球形粉末的装置，包括：真空熔炼室，用于在预设真空度下对原料进行熔炼，获得金属溶液；高压雾化室，与真空熔炼室连接，且位于真空熔炼室下部，用于对金属溶液进行雾化，获得雾化粉末；冷却塔，与高压雾化室连接，且位于高压雾化室下部，用于对雾化粉末进行冷却，获得增材制造用金属球形粉末；气流分级室，与冷却塔连接，用于对增材制造用金属球形粉末进行筛分。该装置的空间占有率偏高，且其高压雾化室的结构及其使用材质没有公开，其耐高温和气密性的性能不能判断是否满足金属雾化反应的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，制作成本低、耐高温且气密性良好、设备空间占有率低的塔式金属雾化制粉设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种塔式金属雾化制粉设备，包括金属熔炼室、等离子雾化装置、高温化合塔室、冷却塔室、粉末分级收集装置、抽真空系统、冷却水循环装置、控制柜和塔式安装平台支架；所述金属熔炼室安装在等离子雾化装置上方，且与金属送料机构连接，固定在塔式安装平台支架的顶部；等离子雾化装置安装在高温化合塔室顶部，用于将经金属熔炼室熔炼后的金属液雾化，并送入高温化合塔室进行化合反应；所述高温化合塔室的上端与安装在塔式安装平台支架底层的抽真空系统连接，其下端与冷却塔室，通过塔式安装平台支架中的移动支架进行固定；所述冷却塔室的中部、底端均与粉末分级收集装置连接；所述粉末分级收集装置安装在塔式安装平台支架的下方；所述控制柜安装在塔式安装平台支架的不同设备安装平台上，并与其相应的控制设备连接；所述冷却水循环装置与金属熔炼室、高温化合塔室和冷却塔室连接。

进一步，所述高温化合塔室包括化合塔壳体、保温组件、加热组件和化合反应腔室；所述化合塔壳体为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头，其底部设有与化合反应腔室内部连通的输气管；所述保温组件包括由保温筒体、保温上盖、保温下盖组成，所述保温筒体的内部填充有保温材料；所述加热组件包括加热元件、加热元件固定柱和加热元件导电柱；所述加热元件安装在保温筒体和化合反应腔室之间，通过加热元件固定柱固定；加热元件固定柱固定在保温筒体外侧的加固隔板上；所述加热元件导电柱与加热元件电连接，固定在加固隔板上并穿过化合塔壳体；所述化合反应腔室的上下两端突出保温腔体并分别与等离子雾化装置、冷却塔室连接。

进一步，所述化合反应腔室由外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，化合反应腔室的顶端设有与等离子雾化装置连接的连接腔室，其底部设有下漏管；下漏管外侧还设有连通输气管的进气支管，进气支管的出气口位于下漏管上方，且朝向下漏管；所述连接腔室与化合反应腔室的连接处设有排气嘴，化合反应腔室的侧壁设有扶正组件，所述扶正组件固定在加固隔板和化合塔壳体上。

进一步，进气支管的出气口的中心线与化合反应腔室下椎体侧壁之间的夹角≤15°，优选，进气支管的出气口的中心线与化合反应腔室下椎体的侧壁平行。

进一步，所述碳-碳复合材料的耐温性≥2000℃，优选，碳-碳复合材料的耐温性≥2500℃。

进一步，所述高温防氧化涂层采用可在温度≥1700℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为2~5mm。

当高温防氧化涂层的厚度小于2mm时，其对化合反应腔室的主体制作材料的碳-碳复合材料的防氧化性能较差，导致化合反应腔室的主体易被气化反应气体氧化而被损坏，缩短其使用寿命；当高温防氧化涂层的厚度大于5mm时，其对化合反应腔室的主体制作材料的碳-碳复合材料的防氧化性能趋于稳定，且随着涂层厚度的增加，化合反应腔室的制作成本相应增大。

进一步，所述连接腔室呈圆锥台状。

进一步，所述扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作。

进一步，所述化合反应腔室底部还设有用于固定的支撑件，支撑件的底部设有限位圈。

进一步，所述进气支管处设有由陶瓷纤维浸入石墨乳液，经特殊工艺处理的不锈钢增强浸石墨陶瓷纤维制作的密封螺钉。

进一步，所述下漏管和进气支管采用细颗粒石墨制作，排气嘴采用高纯石墨制作。

进一步，所述加热元件为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。

进一步，所述加固隔板为不锈钢孔板。

进一步，所述化合塔壳体的侧壁设有耳式支座，便于将化合塔壳体安放在设备安装平台上；化合塔壳体上设有防爆口。

进一步，所述塔式安装平台支架包括支撑立柱、设备安装平台组、护栏、楼梯和移动支撑架；所述设备安装平台组包括数层呈金字塔式分布的设备安装平台，设备安装平台通过支撑立柱固定在地面或下层的设备安装平台上；所述移动支撑架嵌入式安装在设备安装平台组的一侧，用于支撑并移动金属雾化制粉设备组件；所述设备安装平台的一侧设有楼梯，其周边设有护栏。

进一步，所述设备安装平台组包括从下至上依次安装的第一设备安装平台、第二设备安装平台和第三设备安装平台；所述第一设备安装平台呈“凹”字形；第一设备安装平台还设有安装抽真空系统的第四设备安装平台；第二设备安装平台呈L型，且其短边朝向第一设备安装平台内凹一侧，用于固定金属雾化高温化合塔室和雾化制粉冷却塔室；第三设备安装平台位于第二设备安装平台上，用于放置控制箱、金属熔炼室、等离子雾化器、冷却装置等金属雾化制粉设备；对应第一设备安装平台的内凹处还设有用于固定安装金属雾化高温化合塔室的设备穿孔。

进一步，所述移动支撑架包括高温化合塔室底架、提升支撑架、维修轨道、提升组件和冷却塔室活动支架；所述提升支撑架包括竖向支撑架、横向架体和加固侧杆；所述提升组件包括分别安装在竖向支撑架的底端和顶端的活动滑轮组件和固定滑轮组件，以及位于竖向支撑架中、用于带动横向架体升降的升降轨道；所述升降轨道的升降传送带安装在活动滑轮组件、固定滑轮组件之间，并通过提升驱动机构驱动其升降；加固侧杆一端与竖向支撑架中上端连接，其另一端固定在地面，所述加固侧杆之间设有维修轨道；所述高温化合塔室底架放置在横向架体上；所述冷却塔室活动支架，所述冷却塔室活动支架放置在维修轨道上，且能沿维修轨道滑移。

进一步，相邻的支撑立柱之间设有加强侧杆，加强侧杆呈交叉式或平行固定在支撑立柱上。

进一步，所述高温化合塔室底架和横向架体之间设有缓冲组件，缓冲组件的顶部固定在高温化合塔室底架上。所述缓冲组件为弹簧。

进一步，所述高温化合塔室底架包括方形架体、支撑杆和滚轮，所述滚轮安装在方形架体上，所述支撑杆与方形架体上端连接，用于卡合固定高温化合塔室。

进一步，所述粉末分级收集装置包括一级粉末分离筛网、一级粉末收集器、粉末分离吸取机构、旋风分离器、二级粉末收集器、脉冲除尘器和三级粉末收集器；所述一级粉末分离筛网安装在冷却塔室下椎体内，一级粉末收集器与冷却塔室下椎体的排粉管连接；所述粉末分离吸取机构的进料端与冷却塔室中下部连通，其出料端与旋风分离器的进料口连通；粉末分离吸取机构进料端朝向冷却塔室下椎体顶端，且与冷却塔室侧壁呈60~75°夹角固定连接；所述二级粉末收集器与旋风分离器下方的旋风料包连通，所述旋风分离器的出风口通过管道与脉冲除尘器连接，脉冲除尘器下方设有三级粉末收集器。

进一步，所述一级粉末分离筛网下方设有与惰性气体储罐或气氛纯化气体储罐的导气盘，所述导气盘的底部还设有与第二气管连通的储气凹槽，其上端开设有若干个用于将储气凹槽内气体输出的喷嘴。

本实用新型一种塔式金属雾化制粉设备的工作原理及使用方法是：金属经金属熔炼室熔化成液体后，经等离子雾化装置雾化，然后进入高温化合塔室的化合反应腔室；从进气支管向化合反应腔室内充入金属雾化制粉所需的气化反应气体或惰性气体（如O₂、CO₂或N₂），气体从下至上逐步与从化合反应腔室顶部下降的金属雾化粉末发生气化反应，将经等离子雾化后的金属粉末氧化或碳化或氮化成所需的特定金属粉末，同时，对雾化化合反应后的金属粉末起到预冷却的作用，然后，充分反应形成稳定的金属氧化物或金属碳化物或金属氮化物，并经下漏管进入冷却系统冷却，而反应后的气体依次经化合反应腔室下方的冷却塔室、旋风分离器、脉冲除尘器的龙骨布袋后被风机抽走，当化合反应腔室内的压力超过设定的最高压力时，化合反应腔室顶部的排气嘴打开进行泄压。

经冷却塔室冷却后的金属雾化粉末经粉末一级分离筛网筛选后下降至一级粉末收集器内，被粉末一级分离筛网拦截的金属雾化粉末被粉末吸取机构抽吸至旋风分离器内分离，而沉积在一级粉末分离筛网上的粒径较大的金属雾化粉末被其下方导气盘上喷吹出的气体吹散，同时在旋风分离器引风的作用下，经粉末分离吸取机构进入旋风分离器，然后下降至二级粉末收集器内，而粒径偏小的金属雾化粉末随旋风分离器气流进入脉冲除尘器内，金属雾化粉末被收集在龙骨布袋内，然后在脉冲管内的脉冲作用下，龙骨布袋内的粉末进入三级粉末收集器内，进而实现金属雾化粉末的分级分离。脉冲除尘器顶部的出气管的气体通过管道进入气氛纯化气回收储罐，以便循环利用。

导气盘喷吹出的气体对冷却塔室内的金属雾化粉末还起冷却作用。

为了保证金属雾化粉末的纯度和粉末粒径大小的要求，金属雾化化合反应需要在高温、高真空度下进行，化合反应塔室采用耐高温的化合反应腔室可以满足化合反应对温度、密封性等反应环境的高要求；且采用碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒等加热元件，既能确保化合反应腔室处于化合反应所需的高温环境中，及加热元件的耐高温性能；加热元件外侧的保温组件，起到隔热保温的作用，有利于加热元件对化合反应腔室的加热，及化合反应腔室反应温度的维持，同时，避免了化合反应腔室内的高温快速热散失而导致化合塔壳体的温度偏高；化合塔壳体内嵌设的夹层冷却套，进一步降低了保温层散失热量对化合塔壳体的影响。

与现有的金属雾化制粉设备相比，将进气支管设置在化合反应腔室底部，气体在化合反应腔室内先向下后向上运行，与雾化后的金属粉末相对运行，有利于气体与化合反应腔室内沉降的粉末充分接触，并与雾化后的金属粉末进行化合反应。

由于进气支管的出气口朝向下漏管，进气支管内的气体对沉积在化合反应腔室下端的化合反应后的金属雾化粉末还具有吹扫作用，可避免金属雾化粉末沉积成团，并加快其进入冷却塔室冷却，且对参与化合反应后的金属雾化粉末还有预冷却的作用。

化合反应腔室采用外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，使化合反应腔室能满足金属雾化制粉过程中气粉化合反应的高温要求，且其表面的高温防氧化涂层高效避免了化合反应腔室内用于金属粉末气化反应所需气体（尤其气化反应气体为氧气时）对化合反应腔室制作材料中碳-碳复合材料的氧化，延长了化合反应腔室的使用寿命，且化合反应腔室可耐受2500℃以上的高温，能满足金属雾化制粉气化反应的高温要求，且其表层的防氧化涂层加强了化合反应腔室的整体密封性能，能进一步确保化合反应腔室内反应后得到高纯度的金属粉末。

扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作，满足了对化合反应腔室的支撑强度，且能耐受化合反应强度的高温，且其的隔热性能较好，降低了高温对反应塔壳体的损坏，延长了设备的使用寿命。

本实用新型一种塔式金属雾化制粉设备的有益效果：结构简单，制作成本低，空间占有率低；采用多种材质复合制作的化学反应腔室，其耐高温高压性能良好；扶正组件采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作；其耐高温和隔热性能良好，其下漏管和进气支管采用细颗粒石墨制作，排气嘴采用高纯石墨制作，确保了化合反应腔室的气密性良好。

附图说明

图1—为一种塔式金属雾化制粉设备的立体结构示意图；

图2—为图1中等离子雾化装置的立体结构示意图；

图3—为图2中A-A截面剖视图；

图4—为图1中高温化合塔室的正视图；

图5—为图1中高温化合塔室的侧视图；

图6—为图4中B-B截面剖视图；

图7—为图5中C-C截面剖视图；

图8—为图4中化合反应腔室的立体示意图；

图9—为图8中D-D截面剖视图；

图10—为图1中粉末分级收集装置的结构示意图；

图11—为图1中移动支撑架的立体结构示意图；

图12—为实施例2中一种塔式金属雾化制粉设备中粉末分级收集装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

参照图1~11：一种塔式金属雾化制粉设备，包括金属熔炼室3、等离子雾化装置5、高温化合塔室6、冷却塔室7、粉末分级收集装置8、抽真空系统9、冷却水循环装置3、控制柜2和塔式安装平台支架1；所述金属熔炼室3安装在等离子雾化装置5上方，且与金属送料机构连接，固定在塔式安装平台支架1的顶部；等离子雾化装置5安装在高温化合塔室6顶部，用于将经金属熔炼室3熔炼后的金属液雾化，并送入高温化合塔室6进行化合反应；所述高温化合塔室6的上端与安装在塔式安装平台支架1底层的抽真空系统9连接，其下端与冷却塔室7，通过塔式安装平台支架1中的移动支架进行固定；所述冷却塔室7的中部、底端均与粉末分级收集装置8连接；所述粉末分级收集装置8安装在塔式安装平台支架1的下方；所述控制柜2安装在塔式安装平台支架1的不同设备安装平台上，并与其相应的控制设备连接；所述冷却水循环装置3与金属熔炼室3、高温化合塔室6和冷却塔室7连接。

参照图4~7，所述高温化合塔室6包括化合塔壳体61、保温组件64、加热组件62和化合反应腔室63；所述化合塔壳体61为嵌设有夹层冷却套的筒体，筒体上端设有与真空系统的连接接头615，其底部设有与化合反应腔室63内部连通的输气管611；所述保温组件64包括由保温筒体642、保温上盖641、保温下盖643组成，所述保温筒体642的内部填充有保温材料；所述加热组件62包括加热元件623、加热元件固定柱622和加热元件导电柱621；所述加热元件623安装在保温筒体642和化合反应腔室63之间，通过加热元件固定柱622固定；加热元件固定柱622固定在保温筒体642外侧的加固隔板上；所述加热元件导电柱621与加热元件623电连接，固定在加固隔板上并穿过化合塔壳体61；所述化合反应腔室63的上下两端突出保温腔体并分别与等离子雾化装置5、冷却塔室7连接。

参照图8和9，所述化合反应腔室63由外表面涂覆有高温防氧化涂层的碳-碳复合材料制作，化合反应腔室63的顶端设有与等离子雾化装置5连接的连接腔室632，其底部设有下漏管633；下漏管633外侧还设有连通输气管611的进气支管634，进气支管634的出气口位于下漏管633上方，且朝向下漏管633；所述连接腔室632与化合反应腔室63的连接处设有排气嘴635，化合反应腔室63的侧壁设有扶正组件631，所述扶正组件631固定在加固隔板和化合塔壳体61上。

进气支管634的出气口的中心线与化合反应腔室63下椎体的侧壁平行。

所述碳-碳复合材料的耐温性≥2000℃；所述高温防氧化涂层采用可在温度≥1700℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为3mm。

所述连接腔室632呈圆锥台状。

所述扶正组件631采用由外至内依次为石墨、陶瓷和不锈钢的复合材料制作。

所述化合反应腔室63底部还设有用于固定的支撑件636，支撑件636的底部设有限位圈637。

所述进气支管634处设有由陶瓷纤维浸入石墨乳液，经特殊工艺处理的不锈钢增强浸石墨陶瓷纤维制作的密封螺钉。

所述下漏管633和进气支管634采用细颗粒石墨制作，排气嘴635采用高纯石墨制作。

所述加热元件623为碳棒、镍棒、硅钼棒或硅碳棒中的一种。

所述加固隔板为不锈钢孔板。

所述化合塔壳体61的侧壁设有耳式支座612，便于将化合塔壳体61安放在设备安装平台上；化合塔壳体61上设有防爆口614、测温热电偶613。

所述等离子雾化装置5包括主导流管51、导流管组件52、副导流管55、3组等离子枪组件53和喷盘支架54，所述主导流管51通过导流管组件52安装在喷盘支架54中央，其靠近喷盘支架54的一端还设有副导流管55，副导流管55嵌设在喷盘支架中央；所述等离子枪组件53呈圆周式均布在喷盘支架54上，其喷射出的等离子在主导流管51下端的中心处汇合。

所述控制柜2包括综合控制柜21、等离子电源控制柜22、金属熔炼控制柜23、综合电器柜24和化合控制柜25。

所述塔式安装平台支架1包括支撑立柱11、设备安装平台组、护栏17、楼梯16和移动支撑架18；所述设备安装平台组包括数层呈金字塔式分布的设备安装平台，设备安装平台通过支撑立柱11固定在地面或下层的设备安装平台上；所述移动支撑架18嵌入式安装在设备安装平台组的一侧，用于支撑并移动金属雾化制粉设备组件；所述设备安装平台的一侧设有楼梯16，其周边设有护栏17。

所述设备安装平台组包括从下至上依次安装的第一设备安装平台13、第二设备安装平台14和第三设备安装平台15；所述第一设备安装平台13呈“凹”字形；第一设备安装平台13还设有安装抽真空系统9的第四设备安装平台；第二设备安装平台14呈L型，且其短边朝向第一设备安装平台13内凹一侧，用于固定金属雾化高温化合塔室6和雾化制粉冷却塔室7；第三设备安装平台15位于第二设备安装平台14上，用于放置控制箱、金属熔炼室3、等离子雾化器、冷却装置等金属雾化制粉设备；对应第一设备安装平台13的内凹处还设有用于固定安装金属雾化高温化合塔室6的设备穿孔。

参照图11，所述移动支撑架18包括高温化合塔室底架、提升支撑架、维修轨道181、提升组件和冷却塔室7活动支架；所述提升支撑架包括竖向支撑架185、横向架体189和加固侧杆184；所述提升组件包括分别安装在竖向支撑架185的底端和顶端的活动滑轮组件183和固定滑轮组件186，以及位于竖向支撑架185中、用于带动横向架体189升降的升降轨道；所述升降轨道的升降传送带安装在活动滑轮组件183、固定滑轮组件186之间，并通过提升驱动机构182驱动其升降；加固侧杆184一端与竖向支撑架185中上端连接，其另一端固定在地面，所述加固侧杆184之间设有维修轨道181；所述高温化合塔室底架放置在横向架体189上；所述冷却塔室7活动支架，所述冷却塔室7活动支架放置在维修轨道181上，且能沿维修轨道181滑移。

相邻的支撑立柱11之间设有加强侧杆12，加强侧杆12呈交叉式或平行固定在支撑立柱11上。

所述高温化合塔室底架和横向架体189之间设有缓冲组件188，缓冲组件188的顶部固定在高温化合塔室底架上。所述缓冲组件188为弹簧。

所述高温化合塔室底架包括方形架体187、支撑杆1810和滚轮1811，所述滚轮1811安装在方形架体187上，所述支撑杆1810与方形架体187上端连接，用于卡合固定高温化合塔室6。

参照图10，所述粉末分级收集装置8包括一级粉末分离筛网85、一级粉末收集器81、粉末分离吸取机构86、旋风分离器87、二级粉末收集器82、脉冲除尘器和三级粉末收集器83；所述一级粉末分离筛网85安装在冷却塔室7下椎体内，一级粉末收集器81与冷却塔室7下椎体的排粉管连接；所述粉末分离吸取机构86的进料端861与冷却塔室7中下部连通，其出料端与旋风分离器87的进料口连通；粉末分离吸取机构86进料端朝向冷却塔室7下椎体顶端，且与冷却塔室7侧壁呈60~75°夹角固定连接；所述二级粉末收集器82与旋风分离器87下方的旋风料包88连通，所述旋风分离器87的出风口通过管道与脉冲除尘器连接，脉冲除尘器下方设有三级粉末收集器83。

靠近旋风分离器87一端的粉末分离吸取机构86设有旁路支管862。

所述化合塔壳体61的侧壁设有耳式支座612，便于将化合塔壳体61安放在设备安装平台上；化合塔壳体61上设有防爆口614。

所述冷却塔室下椎体和旋风料包88的侧壁上安装有气动敲击锤89。

所述一级粉末收集器81、二级粉末收集器82和三级粉末收集器83呈水滴形或倒漏斗形。

所述脉冲除尘器包括脉冲筒体810、脉冲管和脉冲下锥斗812；所述脉冲筒体810的一侧设有进气管，所述进气管与安装在脉冲筒体810内部的龙骨布袋底部连通，龙骨布袋上方设有脉冲管，脉冲管上设有脉冲阀811，脉冲筒体810顶部的出气管排空或与气氛纯化气回收储罐连通。

所述一级粉末收集器81、二级粉末收集器82和三级粉末收集器83上方的连接管道上设有控制阀84，便于一级粉末收集器81、二级粉末收集器82和三级粉末收集器83的更换。

实施例2

参照图12，与实施例1相比，本实施例一种塔式金属雾化制粉设备存在以下不同：

进气支管634的出气口的中心线与化合反应腔室63下椎体侧壁之间的夹角为10°。

所述碳-碳复合材料的耐温性≥2500℃。

所述高温防氧化涂层采用可在温度≥2000℃下使用的石墨高温防氧化涂料涂覆而成，其厚度为5mm。

参照图12，所述一级粉末分离筛网85下方设有与惰性气体储罐或气氛纯化气体储罐的导气盘813，所述导气盘813的底部还设有与第二气管连通的储气凹槽，其上端开设有若干个用于将储气凹槽内气体输出的喷嘴。

所述喷嘴的出气口朝向粉末分离吸取机构与冷却塔室的连接处。导气盘813的结构也可以采用CN 103949633A中公开的导气盘结构。

本实用新型一种塔式金属雾化制粉设备，根据金属雾化制粉工艺所需的气化反应条件，所述高温防氧化涂层的厚度还可以为2mm、2.5mm、4mm或4.5mm；以上技术特征的改变，本领域的技术人员通过文字描述可以理解并实施，故不再另作附图加以说明。