[发明专利]一种旋流式钛及钛合金熔液超细雾化喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷嘴，具体涉及一种金属粉末雾化喷嘴。

背景技术

常用的超细金属粉末的制备方法有机械法(如球磨法和气流磨粉碎法)、物理法(如离子旋转电极法和气体雾化法)以及物理－化学法，而气体雾化法则又分为传统雾化技术(主要包括超声雾化技术、紧耦合雾化技术和高压气体雾化技术)和新型雾化技术(主要有层流雾化技术、超声紧耦合雾化技术和热气体雾化技术，目前多处于研究阶段)。其中，机械法只适合脆性金属及合金的破碎制粉，而物理－化学法难以应用于大规模工业生产，所以目前研究多集中在气体雾化法。

具有代表性的喷嘴结构主要有三大类：超声雾化技术；紧耦合(close-coupled)雾化技术和高压气体雾化技术：

超声雾化技术由拉伐尔喷嘴和哈特曼振动管组合在一起，在产生2～2.5马赫数超声速气流的同时，产生80-100kHz的脉冲频率；该技术只能在金属液流直径小于5mm的情况下才具有较好效果，因此适用于铝等低熔点金属粉末的生产。

紧耦合雾化技术的主要思想是增加气体动能至金属液流的传输效率，改进限制式喷嘴的机构，使气流自出口至液流的距离最短，因此目前已成为大多雾化设备的首选；然而在紧耦合雾化技术中，包含许多物理和化学过程，存在着气体的动能和液体的热能等传输过程，情况十分复杂，气流与液流的作用机理至今没有完全研究清楚，同时，需要精确控制才能避免雾化过程的堵嘴等不稳定现象。

高压气体雾化技术将紧耦合喷嘴的环缝出口改为20～24个单一喷孔，通过提高气压(最高可达到17MPa)和改变导液管出口处的形状设计，克服紧耦合喷嘴中存在的气流激波(这是紧耦合喷嘴中产生上述不稳定现象的原因)，使气流呈超声速层流状态，并在导液管出口处形成有效的负压；高压气体雾化技术不足的地方一是细粉末的出产率低(小于20％)，二是气体消耗量大，生产成本高。

为此，由上世纪90年代至今，国外对雾化技术的研究在以下三方面取得了新的进展：

层流雾化技术对喷嘴进行重大改进，提出了层流超声雾化的概念，使气流在喷嘴中呈层流状态，同时金属液流也呈层流状态，气流不再以某一角度冲击液态金属流，而是平行于液态金属流，在这里液态金属流依靠气流在液流表面产生的剪切力和挤压而变形，液流直径不断减小，发生层流纤维化，这一过程在一个稳定的气流和金属流场中进行。但该雾化技术控制难度大，雾化过程不稳定，且产量小(金属质量流率小于lkg/min)，不利于工业化生产。

超声紧耦合雾化技术对紧耦合环缝式喷嘴进行结构优化，一是使气流的出口速度超过声速，从而在较小的雾化压力下获得高速气流，二是增加金属液流的体积流率。目前仍处于实验室阶段。

热气体雾化技术是用提高雾化介质温度的方法来增加其动能，进而提高雾化效率和节省通气量。但热气体雾化技术由于受到气体加热系统和喷嘴的限制，对其雾化机理、喷嘴的设计、粉末性能、组织结构以及气体消耗量还很少有研究报告。

以上喷嘴的设计具有一个共同点，就是喷嘴出流方向和喷嘴出口环形平面呈直角并指向环的中心，从而在喷嘴下方较短距离内互撞，引起气流的强烈剪切，从而使环形中心流出的金属液面撕裂，终至雾化，同时出流由于强烈互撞，也形成了强湍流，不利于流动的控制和雾化颗粒的均匀分布。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种气流稳定均匀、雾化冷却效果好的旋流式钛及钛合金熔液超细雾化喷嘴。

技术方案：本发明所述的一种旋流式钛及钛合金熔液超细雾化喷嘴，包括喷嘴外套和钛液导流管，所述钛液导流管沿轴线贯穿有钛液通道，所述喷嘴外套固定在所述钛液导流管的一端使钛液导流管外壁和喷嘴外套内壁之间形成设有高压气源入口的高压气源室，所述钛液导流管的另一端与所述钛液导流管之间形成拉伐尔喷管，在所述拉伐尔喷管的扩张段内安装一组连接所述喷嘴外套的内壁和所述钛液导流管的外壁的导流片，所述导流片相互间隔的排列在喷嘴外套和钛液导流管之间形成通道使喷管出口处超音速流呈旋流状态。