【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温合金粉末重熔回收制粉装置及制粉方法。
技术介绍
1、高温合粉末冶金技术在航空航天、电力装备、化工装备、车辆工业、燃气轮机等领域具有广泛的应用价值。高温合金粉末冶金技术所需的粉末粒度范围根据其制备工艺存在较大差异。如热等静压工艺通常使用1-75μm的粉末；热喷涂工艺通常使用15-45μm的粉末；激光熔覆工艺通常使用53-150μm的粉末；选区激光熔化工艺通常使用15-53μm的粉末，电子束熔融成型工艺通常使用45-105μm的粉末。气雾化法制粉因其粉末球形度高、成分准确等优点，是目前常用的大规模工业化制备高温合金粉末方法。气雾化法制粉制备的高温合金粉末粒度范围通常在0.1-200μm，受限于制粉原理与工艺技术水平，目标粒度段的收得率一般为30％-50％，材料利用率较低，存在巨大的材料浪费现象。若将目标粒度段外的气雾化粉末返回料回收利用再重熔制粉，将提高材料利用率，大幅降低粉末冶金原料生产成本，具备巨大经济价值。
2、目前气雾化粉末返回料重熔制粉工艺方法通常采用真空感应熔炼工艺+气雾化制粉工艺。但微米级粉末在抽真空过程中，返回料粉末易被气体卷积吸附进入真空设备中，损害真空系统。感应熔炼坩埚容量越大，返回料装粉量越多对真空系统的损害就越严重。因此，现阶段气雾化粉末返回料重熔制粉多处于小批量实验室研究阶段(＜200kg)，大规模工业化生产存在难题。
3、现有公开报道应用高分子有机物粘结返回料粉末后，冷压坯锭再进行真空感应熔炼重熔，但此方法制备粉末的碳、氧、氮等元素控制困难，难以保证终产品粉末
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的气雾化粉末成本高且利用率低、气雾化粉末返回料重熔制粉工艺易损伤真空设备和得到的重熔粉末的成分不准确的问题，提出一种高温合金粉末重熔回收制粉装置及制粉方法。
2、本专利技术高温合金粉末重熔回收制粉装置由气雾化制粉炉(4)、真空感应熔炼炉(7)、惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)和低速真空泵(12)构成；真空感应熔炼炉(7)设置在气雾化制粉炉(4)上部，真空感应熔炼炉(7)内设置有感应熔炼坩埚(1)和雾化坩埚(3)，感应熔炼坩埚(1)设置在雾化坩埚(3)上方，雾化坩埚(3)的底部设置有雾化喷嘴(14)，真空感应熔炼炉(7)和气雾化制粉炉(4)之间的的隔上设置有通孔，雾化喷嘴(14)设置在通孔内且雾化喷嘴(14)的出料口朝向气雾化制粉炉(4)内部；气雾化制粉炉(4)的不设置有气雾化制粉收集装置(5)；雾化坩埚(3)的周围设置有雾化坩埚加热线圈(2)；感应熔炼坩埚(1)的周围设置有感应熔炼坩埚加热线圈(6)；气雾化制粉炉(4)和真空感应熔炼炉(7)的外部设置有主管道(13)，惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)和低速真空泵(12)设置在气雾化制粉炉(4)和真空感应熔炼炉(7)的外部，惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)和低速真空泵(12)分别与主管道(13)连接，气雾化制粉炉(4)和真空感应熔炼炉(7)的侧壁分别与主管道(13)连接；气雾化制粉炉(4)与主管道(13)连接的管道上设置有感应加热炉真空阀(8)，真空感应熔炼炉(7)与主管道(13)连接的管道上设置有气雾化制粉炉真空阀(10)。
3、利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法按照以下步骤进行：
4、一、装料：将气雾化法制粉工艺产生的高温合金粉末返回料、以及与返回料成分相同的高温合金母合金块体置于真空感应熔炼炉内的熔炼坩埚中，高温合金粉末返回料和高温合金母合金块体的总体积为熔炼坩埚容量50-80％；能够防止返回料粉末过多而在熔料及抽真空步骤气体曳力产生飞溅；
5、二、抽真空：在2-3小时内利用低速真空泵将真空感应熔炼炉抽真空至真空度小于200pa，然后在3-4小时内用高速真空泵将真空感应熔炼炉抽真空至真空度为0.1pa，最后充氩气至炉内压力为5000-7000pa；低速率抽真空可有效防止返回料粉末被吸附进入真空设备中，充入惰性保护气体防止返回料粉末在熔料步骤飞溅，降低碳、铝、钛等易损耗元素损耗；
6、三、熔料：
7、启动真空感应熔炼炉对熔炼坩埚中的物料进行熔炼，感应线圈的初始的功率为99～101kw，当坩埚中高温合金母合金块体开始熔化时感应线圈的功率降低至79～81kw，当坩埚中的物料全部熔化后感应线圈的功率调整为99～101kw；在母合金块体开始熔化时适当降低电流功率，母合金块体先于返回料熔化，为了避免返回料在电磁力的作用下产生飞溅，当坩埚中高温合金母合金块体开始熔化时感应线圈的功率降低能够防止返回料在电磁力作用下飞溅；
8、四、精炼：
9、在0.5-1小时内利用低速真空泵将真空感应熔炼炉抽真空至真空度小于200pa，然后在2-3小时内用高速真空泵将真空感应熔炼炉抽真空至真空度为0.1pa，然后进行精炼；
10、所述精炼工艺为：精炼温度设置为高于高温合金母合金块体熔点10℃-30℃，每隔5-8分钟对熔体搅拌3-4分钟，总精炼时间不小于30分钟；
11、五、气雾化制粉：将熔炼坩埚内的熔体倾倒入气雾化坩埚内，通过雾化喷嘴将熔体和高压高温氩气喷入到气雾化制粉炉中，熔体在高压高温氩气作用下破碎为气雾化粉末；
12、所述高压氩气的压力为2-5mpa，温度为20-100℃。
13、本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术通过调整返回料粉末/母合金的比例，并将高温合金粉末返回料和高温合金母合金块在坩埚中混合熔炼，由于粉末导电相较于块状料更为困难，同时感应加热的集肤效应也会导致高温合金母合金块先于粉末升温并融化，高温合金母合金块的底部熔化形成金属熔液，使得通过磁感线的良导体横截面增加，进一步使加热速率提高，被金属液浸润的高温合金粉末返回料也随之熔化，所以即实现了提高熔化效率，也减少了粉末飞溅，
15、本专利技术通过调整抽真空工艺中抽气效率，可有效防止返回料粉末在真空感应熔炼过程中被吸附进入真空设备中，防止损害真空系统，延长真空泵的寿命，提高生产效率，降低生产成本。本专利技术通过设定合理的感应熔炼参数，减少熔化过程返回料粉末的飞溅，实现返回料粉末的安全高效重熔。
16、本专利技术采用热气雾化制粉工艺制备高温合金粉末具备平均粒度小、晶粒细小且成分均匀，第二相含量少且均匀分布的特征。采用热气雾喷粉工艺制粉，并提高气雾化惰性气体温度，可以有效降低雾化过程气液比，减少惰性气体用量，降低高温合金粉末平均粒度，提高目标粒度段收得率，并提升气雾化粉末球形度，提高气雾化制粉冶金质量，提高材料利用率，降低生产成本。
17、综上所述，本专利技术可实现大批量、低成本、高利用率、高成分精确度气雾化制粉，实现工业生产。
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1.一种高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：高温合金粉末重熔回收制粉装置由气雾化制粉炉(4)、真空感应熔炼炉(7)、惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)和低速真空泵(12)构成；
2.根据权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：主管道(13)顶端为敞口且设置有阀门，主管道(13)的底端密封。
3.根据权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)与和低速真空泵(12)主管道(13)连接的管道上分别设置有阀门。
4.利用权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
5.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤一高温合金粉末返回料为高温合金粉末返回料和高温合金母合金块体总质量的50-60％。
6.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤二所述低速真空泵为机械泵。
7.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重
8.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤三所述熔炼的过程中电流为100-300A。
9.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤四所述精炼工艺为：精炼温度设置为高于高温合金母合金块体熔点10℃-30℃，每隔5-8分钟对熔体搅拌3分钟，总精炼时间不小于30分钟。
10.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤五所述高压氩气的压力为3MPa，温度为80℃。
...【技术特征摘要】
1.一种高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：高温合金粉末重熔回收制粉装置由气雾化制粉炉(4)、真空感应熔炼炉(7)、惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)和低速真空泵(12)构成；
2.根据权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：主管道(13)顶端为敞口且设置有阀门，主管道(13)的底端密封。
3.根据权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置，其特征在于：惰性气体罐(9)、高速真空泵(11)与和低速真空泵(12)主管道(13)连接的管道上分别设置有阀门。
4.利用权利要求1所述的高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
5.根据权利要求1所述的利用高温合金粉末重熔回收制粉装置进行制粉的方法，其特征在于：步骤一高温合金粉末返回料为高温合金粉末返回料和高温合金母合金块体总质量的5...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙威，孙剑飞，曹福洋，黄永江，向润方，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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