本发明专利技术涉及一种用于金属粉末气体雾化制备的高效率的雾化喷嘴。它的结构由上下两部分组成。上部的工作部分是一个圆锥台和圆柱组成，连接处采用圆弧过渡，中心有一通孔。下部分由一个圆柱内腔下连接一个内圆锥形台，同样连接处采用圆弧过渡。上部圆锥台的锥角为β，而下部的内圆锥台的锥角为θ。上下锥台在组合后形成气体流出通道，气体流道在气腔出口处是最狭窄处(即喉部)，然后逐渐发散(即扩张段)，形成一个具有Laval喷管结构特征的通道。本发明专利技术的有益效果是喷嘴的气体流道具有Laval喷管结构特征，可以产生高速气流，提高雾化气体的动能，同采用大的喷射角进一步提高气流对金属液流的冲击破碎效果，大幅度增加微细粉末的产率。本发明专利技术喷嘴还适用于熔点在1600℃以下所有金属及合金熔体的雾化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用超音速气流将液态金属雾化成小液滴并凝固成粉末的雾化喷嘴，尤其是制备粒度微细并具有球形特征的粉末的雾化喷嘴。
技术介绍
气体雾化技术用于金属粉末的生产，其制粉的原理是用一高速气流将液态金属流粉碎成小液滴并凝固成粉末的过程。气体雾化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等优点。雾化器是气体雾化制粉技术的核心，雾化器控制气流对金属液流的作用过程，使气流的动能转化为新生粉末表面能，因此这一控制部件即雾化器决定了雾化粉末的性能和雾化效率。提高微细粉末(粒度小于45 μ m的粉末)的收得率和粉末的可控性，降低粉末制备成本，是雾化器发展的趋势。在早期的金属粉末生产实践中，普遍采用自由落体式雾化器。这种形式的雾化器结构简单，但雾化效率不高，仅适用于60-300 μ m粒度粉末的生产。为了提高雾化效率，后来发展了限制式雾化器，这种雾化器使雾化效率得到很大的提高。现代具有工业实用意义的雾化器主要有两类一是美国MIT的Grant教授专利技术的超声雾化器 (US PatentN. 4778516) 0超声雾化器由拉瓦尔喷嘴和Hartman振动管组合在一起，在产生2 - 2. 5 M的超音速气流的同时产生80-100KH ζ的脉冲频率，粉末的平均粒度可达到 40-60 μ m。该雾化器的目的是为了生产具有快速冷凝效果的铝及合金，仅适用于铝等低熔点金属粉末的生产。二是美国Iowa州立大学的Ames实验室Anderson等人专利技术的高压气体雾化器(US Patent N. 4619845)。将器的环缝出口改为20- 个单一喷孔，这一改进可以显著提高雾化效率。粉末的平均粒度可达到30-50 μ m。该雾化器的雾化效率是在很高的压力下实现的，在工业上实现难度高，而且气体消耗量过大，不利于生产成本的控制。中国专利CN128M82A专利技术了矩形层流雾化器，金属液从一长约50mm，宽0. 7mm的导管中流出，进入喷嘴后形成Laval形状，从而产生高的雾化效率，粉末的平均粒度可以达到10-20 μ m。但该喷嘴在工艺上要求很高，一是要求金属液的过热度很高，对于高熔点金属不适合；二是雾化过程不稳定易于堵嘴，雾化过程难于进行。中国专利CN1078928A专利技术了超声速环形射流雾化器，是在低压下雾化低熔点金属，不适合高熔点金属的雾化，而且粉末粒度也较粗。中国专利ZL200820056451. 7专利技术一种组合喷嘴，主要特征是在主喷嘴的上方增加一辅助喷嘴，产生一向下的气流，目的是减少卫星粉末和空心粉末的比例。中国专利 CN1709585A专利技术了一高压雾化喷嘴，该喷嘴的气体通道采用了 Laval形式，可以获得较高的气流速度，雾化效率明显增加。高熔点金属的平均粒度可以降低至30μπι左右。但该喷嘴的Laval流道难于精确加工，影响气流速度的提高，而且气体流道形成的喷射角最高仅为45°，雾化效率不能进一步的提高。中国专利(申请号2009103041661)专利技术一种用于微细粉末雾化的喷嘴，气体通道同样采用Laval形式，由于采用了尺寸更小的导液管，并且将喷射角提高至70°，雾化效果又有明显提高。从已有的专利和气体动力学知识可以知道，采用Laval形式的气体通道可以获得超音速气流，提高气体的动能，从而提高雾化效率。增加3喷射角可以提高气流对金属液流的冲击破碎效果，增加气流的能量转化率，有效增加微细粉末的产率。而已有的专利对喷射角约定也仅在70°以内。
技术实现思路
本专利技术的目的为了提高气体雾化的效率，增加微细粉末的收得率，提供一种具有超音速气流、更高的喷射角的新型雾化器，从而制取微细粒度的粉末，本专利技术还适用于熔点 Ieoo0C以下所有金属及合金熔体的雾化。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是雾化器结构由为上下两部分组成，上下两部分组合后形成一进气腔、出气流道。上部的工作部分是一个圆锥台和圆柱组合，连接处采用圆弧过渡。中心有一通孔，用于放置金属液导流管。下部分由一个圆柱内腔下连接一个内圆锥形台，连接处采用圆弧过渡。上部圆锥台的锥角为β，其取值范围为 60° -90°，锥台的气流出口端(最小处)的直径为d，其取值范围为12-20mm;而下部的内圆锥台的锥角为θ，其取值范围为50° -80°。上下锥台在组合后形成气体流出通道，气体通道的中心线形成的夹角即为喷射角，这一角度为55° -85°。由于角β的值大于Θ， 气体流道在气腔出口处是最狭窄处(即喉部)，然后逐渐发散(即扩张段)，形成一个具有 Laval喷管结构特征的通道，扩张段的长度为30_50mm。依据气体动力学的原理，具有Laval 结构的喷管其气流出口速度将达到超声速状态。本专利技术的有益效果是雾化器的气体流道具有Laval喷管结构特征，扩张段较长， 保证气流达到超声速以获得高速气流，提高雾化效率；同采用比现有雾化器更大的喷射角进一步提高气流对金属液流的冲击破碎效果，大幅度增加微细粉末的产率。本专利技术雾化器适用于熔点在1500°C以下所有金属及合金熔体的雾化。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。附图说明图1雾化器结构图1上喷嘴2下喷嘴3导流管导入孔4进气腔5 喉部6气流扩张段7下喷嘴圆弧过渡段8上喷嘴圆弧过渡段9上下部分的接合处具体实施例方式下面结合实施例做出进一步的说明。例 1使用图1所示的喷嘴结构，喷嘴上部锥台的锥角为85°，下部内锥台的锥角为75°。导液管的外径为15mm，内径为4. 0mm。以304L不锈钢为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为50kg，雾化温度为1600°C，雾化压力为4. 5MPa。雾化后将粉末用标准分析筛进行粉末粒度测定，所雾化的粉末中粒度小于150 μ m(-100目)的粉末的比例为98.0%， 小于45μπι(-320目)的粉末的比例为76. 3%，小于23μπι(-6000目)的粉末的比例为 60. 2%，粉末的平均粒度d5(1约为18 μ m。例 2使用图1所示的喷嘴结构，喷嘴上部锥台的锥角为85°，下部内锥台的锥角为 75°。导液管的外径为15mm，内径为4. 0mm。以17_4ph不锈钢为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为50kg，雾化温度为1580°C，雾化压力为4. 5MPa。雾化后将粉末用标准分析筛进行粉末粒度测定，所雾化的粉末中粒度小于150μπι(-100目)的粉末的比例为 98. 5%，小于45μπι(-320目)的粉末的比例为81. 0%，小于23 μ m(_6000目)的粉末的比例为65. 3%，粉末的平均粒度d5(1约为15 μ m。例 3使用图1所示的喷嘴结构，喷嘴上部锥台的锥角为75°，下部内锥台的锥角为 65°。导液管的外径为15mm，内径为4. 0mm。以316L不锈钢为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为50kg，雾化温度为1600°C，雾化压力为4. 5MPa。雾化后将粉末用标准分析筛进行粉末粒度测定，所雾化的粉末中粒度小于150μπι(-100目)的粉末的比例为96. 5%, 小于45μπι(-320目)的粉末的比例为70.8%，小于23μπι(-6000目)的粉末的比例为 56.5%,粉末的平均粒度d5(1约为22 μ m。例 4使用图1所示的喷嘴结构，喷嘴上部锥台的锥角为75°，下部内锥台的锥角为 65°。导液本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种雾化喷嘴，它的结构由上喷嘴１和下喷嘴２两部分组合而成，上下两部分组合后形成一个进气腔４、喉部５、气流扩张段６。上喷嘴的工作部分是一个圆锥台和圆柱组成，连接处采用圆弧过渡，中心有一导流管导入孔３。下喷嘴由一个圆柱内腔下连接一个内圆锥形台，连接处为下喷嘴圆弧过渡段７。上部圆锥台的锥角为β，其取值范围为６０°－９０°，锥台的气流出口端（最小处）的直径为ｄ，其取值范围为１２－２０ｍｍ；而下部的内圆锥台的锥角为θ，其取值范围为５０°－８０°。上下锥台在组合后形成气体流出通道，气体流道在气腔出口处是最狭窄处（即喉部５），然后逐渐发散（即气流扩张段６），形成一个具有Ｌａｖａｌ喷管结构特征的通道，扩张段的长度为３０－５０ｍｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜晓纯，
申请(专利权)人：湖南恒基粉末科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：43
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