[发明专利]悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法

说明书

本发明涉及优质金属粉制备设备及方法，为解决悬浮熔炼‑气雾化技术中液流的稳定性和流速难以保证，以及为保证液滴完全凝固和冷却，熔炼设备下连接的雾化塔必须具有很大高度，使应用气雾化技术较为困难的问题，提供一种悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法。装置中坩埚上扣合有坩埚盖，坩埚盖上设置有连接杆，连接杆内套设安装充气管；泄流孔内设置延伸至外部的导流管，导流管延伸出坩埚的部分对应设置加热装置；雾化塔内设有喷吹管，用于减小雾化塔内液滴下降速度或增加雾化塔内液滴的降落行程。方法是基于上述装置，熔炼时通过充气管向坩埚内充入保护气体，控制熔炼后经泄流孔处导流管流出的液流的流速，在雾化塔中凝固冷却时，增加喷吹。

技术领域

本发明涉及优质金属粉制备设备及方法，具体涉及一种悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法。

背景技术

材料技术中，粉末技术是一个重要分支，在许多技术领域都有重要应用。3D打印技术是粉末技术的重要应用领域，这种技术对粉体的质量提出了较高要求，气雾化技术作为制备优质粉体的一种技术，通过某种熔炼技术获得液态金属束流，再用高压气流将液流击碎形成微细液滴。

如图1，在各种气雾化技术中，VIGA（真空感应熔炼气雾化制粉系统）是采用较多的技术。在这种技术中，感应电源09为电磁感应圈07供能，电磁感应圈07环绕设置在坩埚01外围，通过真空系统06调节真空炉08内的真空度，通过气体系统05向真空炉08内充入保护气体，坩埚01内的金属经中频感应熔炼得到金属液，金属液从坩埚01中倾倒到中间包02，开启中间包02的底铸口011，使金属液从中间包的底铸口011泄出形成液流，环绕液流的喷嘴03射出高压气体，将液流击碎形成微细液滴，雾化气体一般采用氮气或氩气，液滴在雾化塔04中凝固和冷却硬化形成粉体。其中，液流的直径和流速是获得优质粉末的关键因素之一，可以通过底铸口011的设计进行控制。在该类技术中，坩埚01、中间包02和底铸口011均呈热态，因此，控制液流的难度并不高。

但用中频感应熔炼技术熔炼活泼金属、高纯金属和难熔金属等材料有很大的困难，无法获得优质的成品，熔炼这些材料需要采用悬浮熔炼技术。为了获得这些材料的的优质粉体，需要将VIGA中的中频感应熔炼设备替换为悬浮熔炼设备，即设计悬浮熔炼与气雾化相结合的技术(VIGA-CC)，其结构如图2所示。但是，VIGA-CC技术还有一些新的技术困难，最突出的是难以保证液流的稳定性，以及难以控制液流的流速。悬浮熔炼技术的特征是用水冷铜坩埚代替中频感应熔炼中的陶瓷坩埚，目的是排除坩埚01材料对熔池产生的污染。如果要通过倾转坩埚01泄出液体，则必须通过快速倾转坩埚01完成泄出过程，否则会有大量液体凝固在冷却的坩埚01内壁上，所以，这种技术只能让液流从坩埚01底部的泄流孔010泄出。由于坩埚01整体，包括它的泄流孔010都是被冷却的，而且泄流孔010的直径一般只有几毫米，所以，液流在经过泄流孔010时很难保持稳定并得到有效的控制。如果按照VIGA工艺也使用陶瓷材料的中间包02，就会对液态金属造成二次污染，使其丧失了悬浮熔炼的作用。若中间包02也使用水冷铜坩埚，就同样存在泄流问题。

气雾化技术需要在熔炼设备下面接雾化塔04，雾化塔04的用途是容纳液流形成的液滴在下降行程中凝固。雾化塔04必须有很大的高度，以便使液滴在降落到塔底之前完全凝固和冷却，形成球形粉体，防止液滴和刚凝固还没有硬化的粉体颗粒直接撞击塔底的底面。一般情况下，雾化塔04的高度要大于10米，对应用气雾化技术带来了相当大的困难。

发明内容

本发明为解决悬浮熔炼-气雾化技术中液流的稳定性和流速难以保证，以及为保证液滴完全凝固和冷却，熔炼设备下连接的雾化塔必须具有很大的高度，使应用气雾化技术较为困难的技术问题，提供一种悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

悬浮熔炼气雾化装置，包括密封连接的真空炉、雾化塔，以及设置在真空炉内的水冷铜坩埚；所述水冷铜坩埚外环绕设有第一电磁感应圈，水冷铜坩埚的底部开设有泄流孔；其特殊之处在于，