悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
悬浮熔炼气雾化装置及制备金属粉体的方法
本专利技术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。
技术介绍
材料技术中，粉末技术是一个重要分支，在许多
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。
技术实现思路
本专利技术为解决悬浮熔炼-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，本专利技术提供如下技术方案：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，所述水冷铜坩埚上密封扣合有坩埚盖；坩埚盖上设置有两端开口且中空的连接杆，连接杆一端与水冷铜坩埚连接，另一端沿坩埚盖的轴向延伸至真空炉外部，连接杆延伸至真空炉外部的一端连接有与水冷铜坩埚内部连通的充气管，连接杆与真空炉之间通过动密封密封连接；所述泄流孔内设置有延伸至水冷铜坩埚下方的导流管，导流管的一端与水冷铜坩埚内连通，另一端与真空炉内连通，导流管延伸出水冷铜坩埚的部分对应设置有用于对其加热的加热装置；所述导流管与真空炉连通的一端端口处环绕设置有多个雾化喷嘴；所述雾化塔内设有喷吹管，用于减小雾化塔内液滴的下降速度或增加雾化塔内液滴的降落行程。进一步地，本专利技术中提供了多种喷吹管的设置形式：所述喷吹管位于雾化塔下部待雾化液滴覆盖区域，喷吹管的喷吹方向竖直向上，通过对液滴施加向上的作用力，抵消液滴的部分重力，降低液滴在雾化塔中的下落速度，使得在不增加雾化塔高度的情况下，使液滴更加充分的凝固和冷却。或者，所述喷吹管位于雾化塔侧面，喷吹管的喷吹方向朝向雾化塔横截面切向，形成以切向为主偏向中心的气流，使液滴产生涡旋，液滴具有更大的行程，尤其是喷吹管若同时倾斜向上，使涡旋带有向上的分量，对于降低雾化塔的设计高度作用更加明显。或者，所述喷吹管部分位于雾化塔下部待雾化液滴覆盖区域，部分位于雾化塔侧面，位于雾化塔下部待雾化液滴覆盖区域的喷吹管喷吹方向竖直向上，位于雾化塔侧面的喷吹管喷吹方向朝向雾化塔横截面切向，采用两种方式结合的形式设置喷吹管，结合两种方式的优势，更加有利于雾化塔设计高度的降低。进一步地，坩埚盖的材质也可以有多种选择，可根据实际生产加工需要进行相应选择，本专利技术中给出了两种优选方案：所述坩埚盖的材质为耐热陶瓷；或者，所述坩埚盖包括多个交替布置的金属区和耐热绝缘区；所述金属区为熔点高于熔池温度的金属材料，且各金属区内均设有冷却管；所述耐热绝缘区为熔点高于熔池温度的耐热绝缘材料。进一步地，所述导流管的外部包裹有耐热保温材料，有效减少了导流管内液流的热量散失。进一步地，若所述加热装置采用电阻加热器，相应的，所述导流管的材质为熔点高于待熔炼材料的耐热陶瓷，或熔点高于待熔炼材料的金属。若所述加热装置为环绕导流管设置的第二电磁感应圈，即采用电磁感应加热器，所述导流管的材质为熔点高于待熔炼材料的耐热陶瓷；或者，所述导流管的材质为熔点高于待熔炼材料的金属，导流管的侧壁上沿其轴向开设有切缝；或者，所述导流管的材质为熔点高于待熔炼材料的陶瓷和金属复合材料，导流管的侧壁上沿其轴向开设有切缝，切缝的设置便于电磁场能够进入导流管内部，对导流管内部的液流产生作用。进一步地，所述第二电磁感应圈的供电频率高于水冷铜坩埚外环绕的第一电磁感应圈的供电频率，以便于减小相互间的干扰；另外，为了进一步消除相互间干扰，所述第一电磁感应圈与第二电磁感应圈之间设置有电磁屏蔽环。进一步地，所述导流管的内径为2mm-30mm，但仅为一种优选方案，实际实施时，可根据加工参数进行适当调整。同时，本专利技术还提供了一种采用上述悬浮熔炼气雾化装置制备金属粉末的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：S1，熔炼向第一电磁感应圈通电，采用悬浮熔炼的方法对水冷铜坩埚中的待熔炼材料进行熔炼，形成金属液；S2，初步雾化S2.1，通过连接杆将坩埚盖密封扣合于水冷铜坩埚上；S2.2，通过充气管向水冷铜坩埚内充入保护气体，同时，启动加热装置，熔炼后的金属液由泄流孔经导流管流出，形成液流；S2.3，启动雾化喷嘴，使经导流管流出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.悬浮熔炼气雾化装置，包括密封连接的真空炉（1）和雾化塔（2），以及设置在真空炉（1）内的水冷铜坩埚（3）；所述水冷铜坩埚（3）外环绕设置有第一电磁感应圈（5），水冷铜坩埚（3）的底部开设有泄流孔（8）；其特征在于：/n所述水冷铜坩埚（3）上密封扣合有坩埚盖（4）；坩埚盖（4）上设置有两端开口且中空的连接杆（6），连接杆（6）一端与水冷铜坩埚（3）连接，另一端延伸至真空炉（1）外部，连接杆（6）延伸至真空炉（1）外部的一端连接有与水冷铜坩埚（3）内部连通的充气管（7），连接杆（6）与真空炉（1）之间通过动密封连接；/n所述泄流孔（8）内设置有延伸至水冷铜坩埚（3）下方的导流管（9），导流管（9）的一端与水冷铜坩埚（3）内连通，另一端与真空炉（1）内连通，导流管（9）延伸出水冷铜坩埚（3）的部分对应设置有用于对其加热的加热装置（13）；/n所述导流管（9）与真空炉（1）连通的一端端口处环绕设置有多个雾化喷嘴（10）；/n所述雾化塔（2）内设有喷吹管（11），用于减小雾化塔（2）内液滴的下降速度或增加雾化塔（2）内液滴的降落行程。/n

【技术特征摘要】
1.悬浮熔炼气雾化装置，包括密封连接的真空炉（1）和雾化塔（2），以及设置在真空炉（1）内的水冷铜坩埚（3）；所述水冷铜坩埚（3）外环绕设置有第一电磁感应圈（5），水冷铜坩埚（3）的底部开设有泄流孔（8）；其特征在于：
所述水冷铜坩埚（3）上密封扣合有坩埚盖（4）；坩埚盖（4）上设置有两端开口且中空的连接杆（6），连接杆（6）一端与水冷铜坩埚（3）连接，另一端延伸至真空炉（1）外部，连接杆（6）延伸至真空炉（1）外部的一端连接有与水冷铜坩埚（3）内部连通的充气管（7），连接杆（6）与真空炉（1）之间通过动密封连接；
所述泄流孔（8）内设置有延伸至水冷铜坩埚（3）下方的导流管（9），导流管（9）的一端与水冷铜坩埚（3）内连通，另一端与真空炉（1）内连通，导流管（9）延伸出水冷铜坩埚（3）的部分对应设置有用于对其加热的加热装置（13）；
所述导流管（9）与真空炉（1）连通的一端端口处环绕设置有多个雾化喷嘴（10）；
所述雾化塔（2）内设有喷吹管（11），用于减小雾化塔（2）内液滴的下降速度或增加雾化塔（2）内液滴的降落行程。


2.如权利要求1所述悬浮熔炼气雾化装置，其特征在于：
所述喷吹管（11）位于雾化塔（2）下部待雾化液滴覆盖区域，喷吹管（11）的喷吹方向竖直向上；
或者，所述喷吹管（11）位于雾化塔（2）侧面，喷吹管（11）的喷吹方向朝向雾化塔（2）横截面切向；
或者，所述喷吹管（11）部分位于雾化塔（2）下部待雾化液滴覆盖区域，部分位于雾化塔（2）侧面，位于雾化塔（2）下部待雾化液滴覆盖区域的喷吹管（11）喷吹方向竖直向上，位于雾化塔（2）侧面的喷吹管（11）喷吹方向朝向雾化塔（2）横截面切向。


3.如权利要求1或2所述悬浮熔炼气雾化装置，其特征在于：
所述坩埚盖（4）的材质为耐热陶瓷；
或者，所述坩埚盖（4）包括多个交替布置的金属区和耐热绝缘区（12）；所述金属区为熔点高于熔池温度的金属材料，且各金属区内均设有冷却管（15）；所述耐热绝缘区（12）为熔点高于熔池温度的耐热绝缘材料。


4.如权利要求3所述悬浮熔炼气雾化装置，其特征在于：所述导流管（9）的外部包裹有耐热保温材料。

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，李庚，
申请(专利权)人：西安索斯动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61