[发明专利]一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置

权利要求书

1.一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，其特征在于：所述装置包括送粉器、气体储罐、进给机构、熔化加热设备、熔化室、雾化喷嘴、球化延时感应线圈组件、雾化塔、支撑架以及粉体收集器；

雾化塔安装在支撑架上，熔化室安装在雾化塔上部，雾化喷嘴的熔液入口端位于熔化室内，雾化喷嘴的雾化出口端位于雾化塔内；进给机构安装在熔化室上，用于将待熔化的金属棒材输送至熔化室中；熔化加热设备安装在熔化室内部，用于加热金属棒材使其熔化；作为雾化介质的固体颗粒装入送粉器中，作为雾化介质的气体储存在气体储罐中，送粉器和气体储罐分别与雾化喷嘴连接；球化延时感应线圈组件安装在雾化塔内部，且位于雾化喷嘴的雾化出口端下部，并使由雾化喷嘴喷出形成的锥形雾化区域位于球化延时感应线圈组件的内部；粉体收集器安装在雾化塔的下部，用于收集经过雾化塔雾化、冷凝后的粉体；

熔化加热设备选用感应加热器，感应加热器中的感应加热线圈的几何结构设计为锥形，锥形的母线与其中心轴线的夹角为28°～35°，感应加热线圈中的线圈匝数为4～6匝，感应加热线圈小端的内径比金属棒材的直径大1.0mm～3.0mm，感应加热器的电源功率采用公式(1)进行计算以及最佳电流频率采用公式(2)进行计算：

p＝(0.3～0.4)CρπD²v(T₂-T₁) (1)

其中，

式中，p为电源功率，C为金属棒材的比热容，ρ为金属棒材的密度，D为金属棒材的直径，v为金属棒材的进给速度，T₂为金属棒材加热后的温度，T₁为金属棒 材加热前的温度，δ为电流渗入深度，ρ_E为电阻率，μ_r为相对磁导率；

作为雾化介质的固体颗粒的粒径为100μm～1000μm，储气罐向送粉器输出的气体压力为0.5MPa～5MPa以及储气罐向雾化喷嘴输出的气体压力为0.5MPa～5MPa；

球化延时感应线圈组件中的感应线圈的几何结构设计为锥形，锥形的母线与其中心轴线的夹角与锥形雾化区域对应夹角的差值为0°～5°，感应线圈中的线圈匝数为4～6匝，感应线圈小端的内径比锥形雾化区域相对应位置处的直径大2.0mm～6.0mm。

2.根据权利要求1所述的一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，其特征在于：送粉器包括粉体罐、搅拌仓、粉体导管、气体导管、气体加速管以及搅拌轮；

粉体罐上部加工有进气口，下部加工有粉体出口；

搅拌仓下部加工粉体出口和搅拌气入口，上部加工有加速气入口和粉体入口，内部加工有用于搅拌粉体的空腔；

粉体罐安装在搅拌仓上部，粉体罐的粉体出口和搅拌仓的粉体入口通过粉体导管连通，粉体罐的进气口通过输送管路与气体储罐连接；搅拌仓的粉体出口通过输送管路与雾化喷嘴连接，搅拌仓的搅拌气入口和加速气入口均通过输送管路与气体储罐连接，气体加速管的两端分别与加速气入口、粉体出口一一对应连接，气体导管的一端与搅拌气入口连接，气体导管的另一端位于搅拌轮下方；搅拌轮安装在搅拌仓内部用于搅拌空腔中的粉体，粉体导管的一端位于空腔中，气体加速管与空腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，其特征在于：作为雾化介质的固体颗粒选用具有磁性或水溶性的固体颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种基于气固耦合雾化制备金属粉的装置，其特征在于：通过CFD流体动力学仿真求解雾化过程中的温度场分布，选择在喷嘴下方温度梯度变化较大区域处安装球化延时感应线圈组件。