一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。该装置包括熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器和机械手等。该方法包括通过熔炼室和雾化室制粉，将粗粉送至制棒熔炼炉得到坯料，将坯料通过第一加料仓加入熔炼室中，实现粗粉自循环和连续化的熔炼及雾化。本发明专利技术的装置及方法实现了VIGA的连续化生产和粗粉自循环，减少了人力和物力的浪费，可推进VIGA技术的工业化进程。术的工业化进程。术的工业化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法


[0001]本专利技术涉及真空气雾化制备金属粉末领域，尤其涉及真空感应熔炼气雾化制粉
，具体涉及一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技的飞速发展，增材制造技术越来越多地应用于航空航天、医疗制造、民用模具等领域，从而与传统机加工(减材制造)、铸造(等材制造)形成相辅相成的态势，共同为制造业贡献着自身的力量。其中，金属增材制造(俗称金属3D打印)技术因其主要研究金属粉末原材料的制备及性能优化、激光烧结熔池对金属打印件的强度和刚度性能等尖端技术，被誉为增材技术的王冠，受到众多学者的研究和探索。目前，研究所如宁波52所、钢铁研究总院、上海材料研究所等对金属原材料粉末的研究较多，形成了原材料制备及工艺优化、打印件后处理及检测的全生命周期体系文档。然而，在金属3D打印行业中，特别是在材料的研发和打印设备两方面，研究学者仍需进行不断摸索。
[0003]作为金属3D打印的原材料，金属粉末对打印件的最终性能起着至关重要的作用，其粉末参数有很高的要求：化学成分纯净度高、一定粒度分布、粉末球形度高、流动性好、松装密度满足一定要求。与机械球磨法、电化学法相比，真空感应熔炼惰性气体雾化技术(vacuum induction melting gas atomization,VIGA)因其生产效率高，粉末球形度高、氧含量低等优点成为目前生产高性能球形金属粉末的主流方法。通常，VIGA技术采用坩埚熔炼的方式，即坩埚中添加金属，通过中频电对金属进行感应加热使其熔化为钢液，然后将钢液倒入中间包，通过下方的导流嘴流出一定直径的钢液，运用高压惰性气体将其雾化冷却即可收得金属粉末，俗称“通粉”。“通粉”经过筛分及分级后，可获得15～53μm的3D打印用金属粉末，同时也会产生53～150μm的副产品。
[0004]当前，VIGA生产方式为：在气雾化后获得“通粉”，经过筛分和分级后获得15～53μm的3D打印用金属粉末。由于气雾化技术研究的瓶颈，所获得的15～53μm成品粉末占原料的比例为30％～35％，另有40％～55％的粉末为53～150μm的副产品粗粉，该粒度段的粉末目前没有明确的应用领域。传统的方法为将一定重量的粗粉通过人工再次吊运至设备平台加入坩埚中，与棒材按照一定比例组成原料，单炉次抽真空后，在中频电的作用下，棒材自身先产生涡流发热，形成初步熔池，逐渐将粗粉熔化为钢液，最终进行雾化作业。雾化完毕之后，待坩埚冷却后，重新添加原料，然后抽真空和惰性气体回填，重复进行雾化作业。该方式的VIGA作业具有如下问题：(1)传统的单炉次生产模式，雾化完一炉，需要等待坩埚冷却后，再重新加料、抽真空、回填氩气和加热，非连续性的生产模式一方面导致效率低下，另一方面坩埚反复受到热冲击和急速冷却，极大地降低了坩埚寿命，传统的坩埚使用周期为20～25炉次；(2)使用粗粉作为回炉料生产时，容易带入氧氮等杂质，工程实践表明，粗粉的回炉次数一般不得超过3～4次，若回炉次数过多，导致杂质累积，会影响打印件的最终性能，尤其影响用于航天领域的高温合金打印件的高温性能，会使其高温持续时间呈指数式的降低；(3)传统的VIGA生产必须采用少量棒材，不可全部为粉料，因为粉料之间的间隙太大，无
法在中频电的作用下形成涡流，最终无法实现自身加热为钢液，需一定量的棒材作为“引燃料”；(4)筛分后的粗粉一般置于收集桶中，在需回炉时，一般使用行车将其吊装至熔炼室，使用人工将其倒入坩埚，不仅费时费力，而且造成粉尘翻腾，形成安全隐患。
[0005]因此，如何在工业化VIGA生产中，实现连续化生产以提升效率，并将粗粉用于回炉，减少棒材用量占比，即实现VIGA的连续化和粗粉自循环成为目前急需解决的重难点问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。本专利技术提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法能够实现VIGA的连续化和粗粉自循环。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其包括：熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器、机械手；
[0008]其中，所述熔炼室设置于所述雾化室的上方，并且所述熔炼室的下端和所述雾化室连通；
[0009]所述第一加料仓设置于所述熔炼室的上方，并且所述第一加料仓的下端设置有第一插板阀，所述第一插板阀用于实现所述熔炼室和所述第一加料仓之间的连通和隔断；所述第一加料仓的侧壁设置有第一通惰性气体管道；
[0010]所述第一加料仓和所述雾化室的侧壁通过管道连接于第一真空泵；
[0011]所述雾化室的下端和所述第一分级机连通，所述第一分级机和所述第二分级机连通，所述第二分级机和所述旋风分离器连通，所述旋风分离器和所述除尘布袋连通，所述除尘布袋连接有尾排风机，所述第一分级机的下端连接有第一中转罐，所述第二分级机、所述旋风分离器和所述除尘布袋的下端分别连接有集粉罐；
[0012]所述第一中转罐的下端通过送料风机和所述第二中转罐的上端连通；
[0013]所述第二中转罐的下方设置有所述制棒熔炼炉，并且所述第二中转罐的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述第二加料仓设置于所述制棒熔炼炉的上方，并且所述第二加料仓的下端和所述制棒熔炼炉连通；
[0014]所述制棒熔炼炉的侧壁设置有第二通惰性气体管道，所述制棒熔炼炉的侧壁通过管道连接于第二真空泵；
[0015]所述制棒熔炼炉的下方设置有坯料成型器，所述坯料成型器位于所述传送带的上方，所述传送带用于将所述坯料成型器运输至所述第一加料仓，所述机械手至少用于将所述坯料成型器中的坯料装入所述第一加料仓中。
[0016]在上述的气雾化装置中，优选地，所述熔炼室中设置有第一熔炼坩埚和第一中间包系统，所述熔炼室的下端通过所述第一中间包系统和所述雾化室连通。更优选地，所述第一中间包系统的下端设置有喷盘，所述喷盘上设置有导流嘴，所述导流嘴的直径为3～6mm。第一熔炼坩埚用于将熔炼室中的金属原料熔炼为液体，第一中间包系统下端设置的喷盘用
于将金属熔液喷入雾化室。
[0017]在上述的气雾化装置中，优选地，所述第一加料仓的上端设置有第一电机和第一蜗轮蜗杆，所述第一加料仓的内部设置有第一滚筒、料筒和挡销；所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆连接于所述第一滚筒，所述第一滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述料筒，所述第一加料仓的内壁的下部设置有挡销。更优选地，所述挡销上设置有滚轮。
[0018]在上述的气雾化装置中，优选地，所述料筒为中空结构，其底部均匀分布有4～8个支撑板作为底板，所述料筒的外壁设置有吊耳，所述料筒的下缘固接有轴承，所述支撑板的中间段和固接在所述料筒下缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其包括：熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器、机械手；其中，所述熔炼室设置于所述雾化室的上方，并且所述熔炼室的下端和所述雾化室连通；所述第一加料仓设置于所述熔炼室的上方，并且所述第一加料仓的下端设置有第一插板阀，所述第一插板阀用于实现所述熔炼室和所述第一加料仓之间的连通和隔断；所述第一加料仓的侧壁设置有第一通惰性气体管道；所述第一加料仓和所述雾化室的侧壁通过管道连接于第一真空泵；所述雾化室的下端和所述第一分级机连通，所述第一分级机和所述第二分级机连通，所述第二分级机和所述旋风分离器连通，所述旋风分离器和所述除尘布袋连通，所述除尘布袋连接有尾排风机，所述第一分级机的下端连接有第一中转罐，所述第二分级机、所述旋风分离器和所述除尘布袋的下端分别连接有集粉罐；所述第一中转罐的下端通过送料风机和所述第二中转罐的上端连通；所述第二中转罐的下方设置有所述制棒熔炼炉，并且所述第二中转罐的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述第二加料仓设置于所述制棒熔炼炉的上方，并且所述第二加料仓的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述制棒熔炼炉的侧壁设置有第二通惰性气体管道，所述制棒熔炼炉的侧壁通过管道连接于第二真空泵；所述制棒熔炼炉的下方设置有坯料成型器，所述坯料成型器位于所述传送带的上方，所述传送带用于将所述坯料成型器运输至所述第一加料仓，所述机械手至少用于将所述坯料成型器中的坯料装入所述第一加料仓中。2.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述熔炼室中设置有第一熔炼坩埚和第一中间包系统，所述熔炼室的下端通过所述第一中间包系统和所述雾化室连通；优选地，所述第一中间包系统的下端设置有喷盘，所述喷盘上设置有导流嘴，所述导流嘴的直径为3～6mm。3.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述第一加料仓的上端设置有第一电机和第一蜗轮蜗杆，所述第一加料仓的内部设置有第一滚筒、料筒和挡销；所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆连接于所述第一滚筒，所述第一滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述料筒，所述第一加料仓的内壁的下部设置有挡销；优选地，所述挡销上设置有滚轮。4.根据权利要求3所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述料筒为中空结构，其底部均匀分布有4～8个支撑板作为底板，所述料筒的外壁设置有吊耳，所述料筒的下缘固接有轴承，所述支撑板的中间段和固接在所述料筒下缘的轴承连接，所述支撑板的外侧和所述料筒外壁的吊耳通过弹簧连接，所述支撑板用于实现料筒下端的开合。5.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，在所述旋风分离器和所述除尘布袋相连接的管道上设置有排气阀。
6.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述制棒熔炼炉的上方进一步设置有取样系统，并且所述取样系统的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述取样系统的下端设置有第二插板阀，所述第二插板阀用于实现所述制棒熔炼炉和所述取样系统之间的连通和隔断。7.根据权利要求6所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述取样系统的上端设置有第二电机和第二蜗轮蜗杆，所述取样系统的内部设置有第二滚筒和取样器；所述第二电机通过第二蜗轮蜗杆连接于所述第二滚筒，所述第二滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述取样器。8.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述制棒熔炼炉中设置有拨渣装置、第二熔炼坩埚和第二中间包系统；所述拨渣装置设置于所述制棒熔炼炉内部的上方，并且所述拨渣装置和所述制棒熔炼炉的炉盖之间动密封连接。9.一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，所述方法采用权利要求1
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8中任一项所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，所述方法包括以下步骤：(1)在熔炼室中装入金属原料，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；(2)待熔炼室中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洋，郭韶山，周浩，王妍妍，张王飞，
申请(专利权)人：中天上材增材制造有限公司，
类型：发明
国别省市：