[发明专利]一种用于真空气雾化制粉过程中的粉末收集冷却自动控制系统

说明书

本发明针对真空气雾化制粉过程中的粉末收集冷却环节，给出一套自动化控制系统设计方法。根据真空气雾化工艺单元的自动控制要求，设计自动控制系统。确保高温金属粉末依次经过冷却腔体、过渡料仓、粉末收集罐时更少地与氧气接触，保证产品的质量。作为真空气雾化制粉的中间环节，装置通过建立冷却温度与冷却液流量的相关模型，可以根据整个生产过程的批次密度，来调整冷却速度以适应不同的工况，根据筛分环节的运行状态暂存一个批次的粉末，从而合理调度生产，沟通制粉环节和筛分罐装环节，保障生产过程的平稳安全。经过调试确保装置在低能耗下稳定运行，金属粉末成品满足设计要求。

技术领域

本发明涉及金属粉末制备与工业自动化技术的交叉领域，具体涉及3D打印用钛合金金属粉末真空气雾化制粉过程的自动控制系统设计。

背景技术

金属粉末作为金属3D打印设备的原材料，对成形零件质量影响较大。在真空气雾化制粉生产过程中，金属料棒经过加热熔炼，满足气雾化条件后，雾化成为高温金属粉末，经过收集，再输送到振动筛、气流分级机进行筛分罐装制成成品。收集冷却环节在雾化环节和筛分环节之间，此环节中将高温金属粉末在隔绝氧气的条件下降低到室温，输送到粉末收集装置，这一过程反应缓慢影响整个工艺生产的连续性，为提高生产效率快速将高温金属粉末在不影响品质的情况下快速降低到室温成为该工艺过程实践中亟待解决的问题。

在真空气雾化制金属粉末领域，很少有专利专门针对粉末收集冷却这个中间环节做优化，在实际生产过程中该环节冷却速度缓慢，自动化程度不高，是制约金属粉末生产效率的一个难题。

发明内容

本发明针对真空气雾化制粉过程中的粉末收集冷却环节，给出一套自动控制系统设计方案，首先阐述工艺流程：

上一级经过真空气雾化制成的高温金属粉末沿管线输送到粉末收集冷却装置，直接进入冷却腔体进行冷却，达到设定温度时，开启阀门，使冷却完成的粉末进入过渡料仓，过渡料仓中的料位传感器检测到粉料完全进入过渡料仓后，开启阀门，使粉料进入粉末收集罐，完成整个过程。

本发明通过检测冷却腔体的温度、气体压力、上一级制粉环节的批次密度、过渡料仓的料位、下一级筛分环节的工况等参数，通过PLC设计程序控制电磁阀(14、16、18、19)、插板阀(4、5、18、20)、变频器(12)、水泵(13)、罗茨泵(21)等执行机构，实现对冷却液流量、冷却腔体气体压力、粉料流动的控制。

粉料流动通过第一、第二气动插板阀控制回路实现控制。第一气动插板阀回路中温度传感器检测高温金属粉末的温度，记录实时温度轨迹，当第一次检测到高于500°的高温时，系统将这一时刻记录为高温金属粉末进料的开始时间，随着冷却的进行，粉料温度逐渐降低，当粉料降低到设定温度时，系统记录这一时刻为金属粉末冷却完成时间。金属粉末冷却完成，气动插板阀打开，粉料由冷却腔体进入过渡料仓，计时器经过一段时间，插板阀关闭；第二气动插板阀回路中料位传感器检测金属粉末进入过渡料仓后，在下一级筛分环节处于等待工作状态时，气动插板阀打开，粉料由过渡料仓进入粉末收集罐，当下一级筛分关节处于工作状态时，过渡料仓暂存一个批次的粉料，待筛分环节工作完毕后，打开气动插板阀，计时器经过一段时间，插板阀关闭。

冷却液流量通过冷却液流量控制回路实现控制。检测上一级制粉环节的批次投入密度，当批次密度提高时，控制水泵，增大冷却液的流量，提高冷却效率，出料速度，当批次密度降低时，降低冷却液流量，节省能量。