一种制备微细金属粉末的雾化器.pdf

1、10申请公布号CN102335748A43申请公布日20120201CN102335748ACN102335748A21申请号201010235684522申请日20100720B22F9/0820060171申请人湖南恒基粉末科技有限责任公司地址414517湖南省平江县伍市镇平江工业园72发明人姜晓纯54发明名称一种制备微细金属粉末的雾化器57摘要本发明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，而下部

2、的内圆锥台的锥角为。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。本发明喷嘴还适用于熔点在1600以下所有金属及合金熔体的雾化。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102335757A1/1页21一种雾化喷嘴，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

3、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，其取值范围为6090，锥台的气流出口端最小处的直径为D，其取值范围为1220MM；而下部的内圆锥台的锥角为，其取值范围为5080。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3050MM。2根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征是气体自进气腔至喷嘴的出口形成LAVAL形式

4、的气体流道，其最小处即喉部5由两个圆弧面组成，而随后的发散部分即气流扩张段6由两个圆锥面组成。3根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征是雾化压力可以在0560MPA范围内使用，气体流量为520M3/分钟。权利要求书CN102335748ACN102335757A1/3页3一种制备微细金属粉末的雾化器技术领域0001本发明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。背景技术0002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

5、。0003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45M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。0004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60300M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教授发明的超声雾化器USPATENTN4778516。超

6、声雾化器由拉瓦尔喷嘴和HARTMAN振动管组合在一起，在产生225M的超音速气流的同时产生80100KHZ的脉冲频率，粉末的平均粒度可达到4060M。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等人发明的高压气体雾化器USPATENTN4619845。将器的环缝出口改为2024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3050M。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。0005中国专利CN1282282A发明了矩形

7、层流雾化器，金属液从一长约50MM，宽07MM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1020M。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发明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ZL2008200564517发明一种组合喷嘴，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发明了一高压雾化喷嘴，该喷嘴

8、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30M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发明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。增加说明书CN102335748ACN102335757A2/3

9、页4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。发明内容0006本发明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，本发明还适用于熔点1600以下所有金属及合金熔体的雾化。0007本发明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

10、用圆弧过渡。上部圆锥台的锥角为，其取值范围为6090，锥台的气流出口端最小处的直径为D，其取值范围为1220MM；而下部的内圆锥台的锥角为，其取值范围为5080。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5585。由于角的值大于，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3050MM。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。0008本发明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

11、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。本发明雾化器适用于熔点在1500以下所有金属及合金熔体的雾化。0009下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图说明0010图1雾化器结构图00111上喷嘴00122下喷嘴00133导流管导入孔00144进气腔00155喉部00166气流扩张段00177下喷嘴圆弧过渡段00188上喷嘴圆弧过渡段00199上下部分的接合处具体实施方式0020下面结合实施例做出进一步的说明。0021例10022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说明书CN102335748A

12、CN102335757A3/3页575。导液管的外径为15MM，内径为40MM。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，雾化压力为45MPA。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150M100目的粉末的比例为980，小于45M320目的粉末的比例为763，小于23M6000目的粉末的比例为602，粉末的平均粒度D50约为18M。0023例20024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40MM。以174PH不锈钢为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为50

13、KG，雾化温度为1580，雾化压力为45MPA。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150M100目的粉末的比例为985，小于45M320目的粉末的比例为810，小于23M6000目的粉末的比例为653，粉末的平均粒度D50约为15M。0025例30026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40MM。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，雾化压力为45MPA。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150M100目的粉末的比例为

14、965，小于45M320目的粉末的比例为708，小于23M6000目的粉末的比例为565，粉末的平均粒度D50约为22M。0027例40028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40MM。以FE6WTSI合金为雾化对象进行粉末的雾化试验，试验合金为100KG，雾化温度为1550，雾化压力为45MPA。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150M100目的粉末的比例为958，小于45M320目的粉末的比例为734，小于23M6000目的粉末的比例为585，粉末的平均粒度D50约为20M。0029例50030使用图1所示的喷嘴结构，喷嘴上部锥台的锥角为65，下部内锥台的锥角为55，导液管的外径为12MM，内径为40MM。以CU10WTSN10WTTI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1000，雾化压力为40MPA。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150M100目的粉末的比例为995，小于45M320目的粉末的比例为863，小于23M6000目的粉末的比例为750，粉末的平均粒度D50约为12M。说明书CN102335748ACN102335757A1/1页6图1说明书附图CN102335748A