一种快速反应调节熔体流量的控制装置、控制方法及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种快速反应调节熔体流量的控制装置、控制方法及其应用，包括：熔炼模块，雾化系统及雾化仓，所述雾化系统及雾化仓设置于熔炼模块下方，所述雾化系统用以对熔体进行雾化制粉，所述雾化仓用以提供雾化制粉的封闭环境；监控系统，包括流量传感器或高度传感器和测压传感器一；测压及排风系统，包括测压传感器二，排风通道及排风扇，所述测压传感器二位于所述雾化仓室内壁或排风通道内；控制系统，所述控制系统与所述监控系统，测压及排风系统通信连接，所述控制系统接收监控系统的监控数据，测量雾化仓内压力并控制排风扇功率使得熔体流量稳定。该方法可以对微小流速波动进行有效控制，提高金属粉末的细粉收得率，降低粒度分布标准差。粒度分布标准差。粒度分布标准差。

【技术实现步骤摘要】
一种快速反应调节熔体流量的控制装置、控制方法及其应用


[0001]本专利技术属于涉及粉末冶金
，特别涉及一种快速反应调节熔体流量的控制装置，控制方法及其应用。

技术介绍

[0002]雾化是指使用惰性气体或高压水射流作为雾化介质，利用高速气体/水射流冲击金属液并使其快速冷却凝固而获得微细金属基粉末的一种工业制粉技术。
[0003]在雾化粉末制备过程中，由于倾注/底注设备限制，喷盘上方的金属液液位波动或降低，导致钢水静压力随之变化，难以维持金属液稳定浇注，甚至出现反气与钢液回溅现象，严重影响雾化顺行与安全生产。
[0004]基础研究表明，稳定的金属液质量流速有利于雾化粉末的一致性，而直接影响金属液质量流速的因素主要包括导液管直径与雾化气压(改变雾化仓内压力分布)，但是在生产过程中导液管直径无法改变，而调整雾化气压则会大幅度改变雾化仓内流场分布并产生其他影响，因此通过其他途径在雾化生产过程中快速反应调节雾化金属液质量流速至关重要。
[0005]现有技术中存在基于压力去控制金属液质量流速的技术方案，但存在以下几个问题：1，高温对测压传感器产生较大影响，温度的升高使得压力传感器膜片的力学性能产生影响，进而影响测压传感器使用寿命和测量精度；2，位于导液管下端处，熔体被雾化成小液滴还未完全凝固，处于熔化或半凝固状态，此时小液滴容易聚集附着于传感器上，影响传感器的测量精度，且时常会出现在生产过程中信号的丢失以及由于测量数据的误差使得熔体流量控制不够精确的问题；3、控制精度差，当熔炼室内的压力一定时，由于导液管下端的压强与熔体流量相关，基于流量恒定去控制导液管下端压力，使得要达到目标流量的压力可调范围较小，控制系统很难精确对排风扇的功率进行控制从而达到所需的导液管下端压力值。
[0006]综上所述，一种在雾化生产过程中可实时调整雾化仓内负压程度并保证金属液质量流速稳定的方法对于提高雾化生产效率具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种快速反应调节熔体流量的控制装置、控制方法及其应用，通过将测压传感器设置在特定位置，并结合本专利技术提供的控制方法，可以对微小流速波动进行有效控制，提高金属粉末的细粉收得率，降低粒度分布标准差。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]一方面，本专利技术提供一种快速反应调节熔体流量的控制装置，包括：
[0010]熔炼模块，所述熔炼模块包括熔炼室，以及设置于所述熔炼室内的坩埚，所述坩埚下方设置有导液管，用以将所述熔体输送至雾化系统及雾化仓；雾化系统及雾化仓，所述雾化系统及雾化仓设置于熔炼模块下方，所述雾化系统用以对熔体进行雾化制粉，所述雾化
仓用以提供雾化制粉的封闭环境；监控系统，包括流量传感器或高度传感器和测压传感器一，所述流量传感器用以检测所述熔体质量，所述高度传感器设置于所述熔炼室内用以检测所述坩埚中熔体的高度；所述测压传感器一用于测量熔炼室内压力；测压及排风系统，包括测压传感器二，排风通道及排风扇，所述测压传感器二位于所述雾化仓室内壁或排风通道内；控制系统，所述控制系统与所述监控系统，测压及排风系统通信连接，所述控制系统接收监控系统的监控数据，测量雾化仓内压力并控制排风扇功率使得熔体流量稳定。
[0011]进一步的，所述高度传感器为高速摄像机或微波测距仪。
[0012]进一步的，当测压传感器二位于所述雾化仓室内壁时，所述测压传感器二与所述排风口边部的距离不超过所述排风通道直径2/3。
[0013]进一步的，所述流量传感器设置于所述导液管下部。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种快速反应调节熔体流量的控制装置的控制方法，包括如下步骤：
[0015]S1，初步构建流体流量、液面高度与雾化仓内压力以及时间、排风扇功率与雾化仓内压力之间的关系公式，并进行冷态实验，以纯净水代替熔体通过多次试验对所述关系公式中的系数进行修正，得到修正后的关系公式；
[0016]S2，进行热态实验，以热态熔体为基础，对所述修正后的系数进行二次修正，得到最终关系公式；
[0017]S3，以所述最终关系公式指导上述控制装置进行工业生产。
[0018]进一步的，所述S1中，
[0019]所述初步流体流量、液面高度与雾化仓内压力关系公式为：
[0020][0021]P3＝f(x
p
,x
T
,P2)
[0022]式中，P1为熔炼室内流体表面压力，P2为导液管下方压力，P3为雾化仓内压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，h
a
为坩埚内液面高度，h
b
为导液管长度，u为导液管末端金属液流速，α
a
为坩埚内流体动能修正系数，α
b
为导液管中流体动能修正系数，f
a
为坩埚阻尼系数，f
b
为导液管中阻尼系数，λ为局部阻尼系数，D
a
为坩埚当量直径，D
b
为导液管当量直径，S
a
为坩埚中流体横截面积，S
b
为导液管中流体横截面积，du/dt为流体流速随时间的变化率，x
p
为雾化压力，x
T
为雾化介质温度。
[0023]进一步的，通过冷态实验，确定α
a
、α
b
，f
a
，f
b
及λ系数与熔炼室内壁材质参数、导液管材质参数、导液管直径、雾化压力与雾化介质温度之间的关系。
[0024]进一步的，所述S1中，所述时间、排风扇功率与雾化仓内压力关系公式为：
[0025]P3＝f(W,t,x
p
,x
T
)
[0026]式中，所述t为排风扇所需时间，w为排风扇功率。
[0027]进一步的，所述S2中，所述二次修正为，通过热态实验确定冷态实验中修正后的系数与金属液粘度及金属液过热度之间的关系。
[0028]另一方面，根据上述控制方法的应用，所述方法应用于气雾化或气水联合雾化工艺中。
[0029]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：本专利技术通过将测压传感器二
设置于雾化仓室内壁或排风通道内，优选的，当测压传感器二位于所述雾化仓室内壁时，测压传感器二与所述排风口边部的距离不超过所述排风通道直径2/3，上述两位置可以解决
技术介绍
中涉及的三个技术问题，由于远离金属雾化喷嘴区域，大部分液滴处于凝固状态，不会附着于测压传感器的测压面上，且上述两位温度相对较低，且雾化仓壁设置水冷通道是一种公知常识，因此，测压传感器不会受到温度的影响；尤其解决上述第三个问题，由于雾化仓室内壁或排风通道内流场稳定，且具有类似于放大作用，即导液管下端的压力与雾化仓壁或排风通道内的压力具有一定的函数关系，经过放大后便于控制系统对排风系统的控制，尤其对于3d 打印制粉领域，因此可以对熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速反应调节熔体流量的控制装置，其特征在于，包括：熔炼模块，所述熔炼模块包括熔炼室，以及设置于所述熔炼室内的坩埚，所述坩埚下方设置有导液管，用以将所述熔体输送至雾化系统及雾化仓；雾化系统及雾化仓，所述雾化系统及雾化仓设置于熔炼模块下方，所述雾化系统用以对熔体进行雾化制粉，所述雾化仓用以提供雾化制粉的封闭环境；监控系统，包括流量传感器或高度传感器，测压传感器一；所述流量传感器用以检测所述熔体质量，所述高度传感器设置于所述熔炼室内用以检测所述坩埚中熔体的高度；所述测压传感器一用于测量熔炼室内压力；测压及排风系统，包括测压传感器二，排风通道及排风扇，所述测压传感器二位于所述雾化仓室内壁或排风通道内；控制系统，所述控制系统与所述监控系统和测压及排风系统通信连接，所述控制系统接收监控系统的监控数据，测量雾化仓内压力并控制排风扇功率使得熔体流量稳定。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述高度传感器为高速摄像机或微波测距仪。3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，当测压传感器二位于所述雾化仓室内壁时，所述测压传感器二与所述排风口边部的距离不超过所述排风通道直径的2/3。4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述流量传感器设置于所述导液管下部。5.一种快速反应调节熔体流量的控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，初步构建流体流量、液面高度与雾化仓内压力以及时间、排风扇功率与雾化仓内压力之间的关系公式，并进行冷态实验，以纯净水代替熔体通过多次试验对所述关系公式中的系数进行修正，得到修正后的关系公式；S2，进行热态实验，以热态熔体为基础，对所述修正后的系数进行二次修正，得到最终关系公式；S3，以所述最终关系公式指导权利要求1
‑
4任一所述的控制装置进行工业生产。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述S1中，所述初步流体流量、液面高度与雾化仓内压力关系公式为：P3＝f(x
p
,x

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，张家泉，刘佳奇，董延楠，朱争取，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：