[实用新型]制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用高压气流将液态金属及合金熔体破碎成小液滴并凝固成粉末的雾化装置，尤其是在非真空条件下所制备粉末具有低的氧含量、粒度微细、形状为球形特征的雾化装置。

背景技术

气体雾化技术是金属及合金粉末的一种生产方法，其制粉的原理是用高速气流将从导液管流出的液态金属流粉碎成小液滴并在随后的飞行中凝固成粉末的过程。气雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等优点，已成为高性能及特种合金粉末制备的主要方向。发展高球形度、低氧含量的合金粉末的制备装置具有现实意义。

金属熔体经高压气流雾化后变成小液滴，小液滴在往下飞行中不断冷却凝固成粉末。粉末的氧含量与形状在凝固过程中不断变化，当条件允许时，粉末的氧含量可达到较低的水平，形状呈球形。一般情况下，当液滴具有足够的凝固时间时（即凝固前与雾化室的内壁不发生碰撞），在表面能的作用下粉末的形状为球形。但是，当凝固过程受到外因的干扰时，液滴凝固过程中的球化不能完全进行，粉末会呈现非球形结构，如条状、多棱状、片状等。现有研究表明，雾化气氛中氧含量是影响液滴球化的主要因素之一，减少雾化过程中的氧含量是促进粉末球化的一个主要方法。研究表明，雾化粉末的氧含量和形状与雾化装置的结构和功能配置密切相关。

一般认为，高球形度、低氧含量的粉末需要真空条件的雾化装置才能实现，非真空条件下的装置制备上述要求的粉末是十分困难的。但真空雾化制粉装置结构复杂、制造成本高、生产周期长、维护成本高，所生产出的粉末不具有成本优势，限制了此类粉末的推广应用。进一步的研究和实践表明，雾化装置的结构和功能配置对控制粉末的氧含量和形状有密切关系，非真空雾化装置可以实现高球形度、低氧含量的粉末的制备。

金属雾化装置一般由熔炼炉、中间包、雾化室、雾化喷嘴、粉末收集器和旋风分离器等几部分组成。对粉末的氧含量和形状有直接影响的是雾化室的构造的功能配置。尤其是雾化开始前雾化室的气氛控制有着十分重要的影响。国内的非真空气雾化装备基本上是沿用我国六、七十年代的设计思想，雾化室的容积很大，基本上直径在2米左右、高7米以上，这样大容积的雾化室十分不利于气氛控制，对降低粉末的氧含量难以实现。设计这样一个大容积的雾化室的原因是受雾化技术的限制，国内普遍采用非限制性的雾化喷嘴，粉末粒度比较粗，金属液滴的凝固距离长，这样可以避免粉末间的粘连。本发明人之前申请的ZL200910304166.1的雾化喷嘴专利可以实现雾化粉末粒度的微细化，细小的金属液滴表明凝固距离的缩短，这样为设计新型的雾化装置提供了可行性。

采用ZL200910304166.1的雾化喷嘴生产微细金属粉末时，对金属熔体的有效控制是十分必要的，如熔体的温度、流率对雾化过程的稳定性和粉末粒度分布的均匀性均有重要的影响。熔体的控制由中间包和其组合为一体的导液管来完成，而现有雾化装置对熔体的控制不能达到微细粉末制备的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的为了提高在非真空条件下气体雾化粉末的品质,提高粉末的球形度，同时降低粉末的氧含量，而提供一种结构紧凑、功能配置符合高品质粉末生产要求的制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置。本装置适用于熔点1600℃以下所有金属及合金熔体的雾化，尤其高熔点金属及合金微细粉末的制备。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种制备微细球形金属粉末的低成本雾化装置，其包括中频熔炼炉、中间包、雾化喷嘴、雾化室、粉末收集器及旋风分离器；该中间包由中间包发热坩埚和中间包加热炉组成；该雾化室由圆形雾化桶及锥形集粉斗组成，该圆形雾化桶下方通过管道与该旋风分离器连通，其特征在于：所述中间包发热坩埚为石墨坩埚或氧化物坩埚；中间包加热炉采用感应加热炉；所述圆形雾化桶及锥形集粉斗通过法兰密封连接；该圆形雾化桶的内径为φ1000-1500mm，高度为2000-3500mm；该锥形集粉斗的锥度为40-70°，根据圆形雾化桶的内径而定，该锥形集粉斗的出口内径为φ100-200mm；所述连通该旋风分离器与该圆形雾化桶的管道倾斜设置，且与圆形雾化桶的圆心轴成50-70°夹角；所述圆形雾化桶的顶部或上方设有2-6个引入纯化气体的气氛纯化接口，该锥形集粉斗的下方、粉末收集器及旋风分离器均安装有1-3个气氛纯化接口，纯化气体的流量为0.5-2m³。

所述中间包加热炉为超音频或高频感应加热炉，电源功率为30-60kW。

所述纯化气体为高纯氮气，与该气氛纯化接口连通的管道上设有气体流量计。

所述雾化室内设有氧传感器。