一種雙環(huán)超音速霧化器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可用于制備高熔點(diǎn)金屬粉體的雙環(huán)超音速霧化器。本發(fā)明其特征在于霧化器的兩側(cè)分別形成進(jìn)氣道，霧化器的下部設(shè)置內(nèi)環(huán)出氣道和外環(huán)出氣道，霧化器內(nèi)位于導(dǎo)流管的兩側(cè)分別設(shè)置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環(huán)形氣腔，所述的環(huán)形氣腔連通進(jìn)氣道、內(nèi)環(huán)出氣道和外環(huán)出氣道。本發(fā)明采用同一個氣腔供氣節(jié)省了供氣空間，結(jié)構(gòu)簡單，減少了霧化器整體厚度，從而降低了導(dǎo)流管長度，減少金屬液體在導(dǎo)流管內(nèi)部流動距離，降低散熱，有效避免了導(dǎo)流管中金屬液凝固堵塞現(xiàn)象。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種制備金屬粉的霧化器，具體是一種可用于制備高熔點(diǎn)金屬粉體的 雙環(huán)超音速霧化器。 一種雙環(huán)超音速霧化器

【背景技術(shù)】
[0002] 氣霧化制備金屬粉體是現(xiàn)代工業(yè)中高品質(zhì)金屬粉體的主要制備方法。氣霧化制粉 具有氧含量低、球形度高、快速凝固的組織形態(tài)、材料無偏析等特點(diǎn)。
[0003] 霧化器是氣霧化制粉的核心技術(shù)，通過霧化器流出氣體作用于金屬液流使液體發(fā) 生破碎，氣體的動能克服液體的表面能，使液流破碎成分散的金屬液滴，并伴隨著強(qiáng)烈的對 流換熱使金屬液滴快速凝固，實(shí)現(xiàn)了霧化制粉的過程。霧化器的結(jié)構(gòu)會在很大程度上影響 氣體霧化效率與制備粉體的形態(tài)。傳統(tǒng)的霧化器主要有開放式和約束式霧化器，各有其優(yōu) 點(diǎn)。開放式霧化器出現(xiàn)較早結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)液體與氣體流出霧化器一定距離后再相互混合實(shí) 現(xiàn)霧化。其優(yōu)點(diǎn)在于導(dǎo)流順暢不易出現(xiàn)導(dǎo)流管堵塞現(xiàn)象，但缺點(diǎn)是霧化效率低用氣量大，且 霧化粉體平均粒徑較粗，僅適用于60-300 μ m粒度粉末的生產(chǎn)。
[0004] 為了提高霧化效率，后來發(fā)展了約束式霧化器，這種霧化器霧化氣體與液體出口 緊鄰，當(dāng)液體流出后馬上與高速氣體相遇開始霧化過程，霧化效率高，制得粉體平均粒徑較 細(xì)。現(xiàn)代具有工業(yè)實(shí)用意義的霧化器主要有兩類：一種是出口為Laval形截面的緊配合式 超音速霧化器，該霧化器利用了氣體淤塞原理使氣體加速，提高氣體動能來提高霧化效率； 另一種為美國麻省理工學(xué)院的N. T. Grant教授發(fā)明的超聲霧化器（US PatentN. 4778516)， 利用Hartmann超聲波振動管原理，在產(chǎn)生2-2. 5馬赫的超音速氣流的同時產(chǎn)生80-lOOKHz 的脈沖頻率，粉末的平均粒度可達(dá)到40-60 μ m。但在霧化中產(chǎn)生的微細(xì)粉體與大顆粒易產(chǎn) 生碰撞形成衛(wèi)星球粉體的狀態(tài)，嚴(yán)重影響了粉體的流動性及后期使用性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙環(huán)超音速霧化器，能提高霧化 效率的同時抑制霧化顆粒的紊亂飛行，避免顆粒之間的碰撞，抑制產(chǎn)品中的衛(wèi)星球粉體，本 發(fā)明適用于熔點(diǎn)1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化。
[0006] 為此，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：一種雙環(huán)超音速霧化器，霧化器的中部設(shè)置導(dǎo)流 管，其特征在于霧化器的兩側(cè)分別形成進(jìn)氣道，霧化器的下部設(shè)置內(nèi)環(huán)出氣道和外環(huán)出氣 道，霧化器內(nèi)位于導(dǎo)流管的兩側(cè)分別設(shè)置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環(huán)形氣腔， 所述的環(huán)形氣腔連通進(jìn)氣道、內(nèi)環(huán)出氣道和外環(huán)出氣道。本發(fā)明采用同一個氣腔供氣節(jié)省 了供氣空間，結(jié)構(gòu)簡單，減少了霧化器整體厚度，從而降低了導(dǎo)流管長度，減少金屬液體在 導(dǎo)流管內(nèi)部流動距離，降低散熱，有效避免了導(dǎo)流管中金屬液凝固堵塞現(xiàn)象。
[0007] 所述的內(nèi)環(huán)出氣道為環(huán)縫式結(jié)構(gòu)，截面為Laval形，所述的外環(huán)出氣道為 Hartmann共振管。如果只有單環(huán)環(huán)縫式出氣道工作，噴嘴流出的氣體進(jìn)入霧化腔后由于卷 吸作用在主射流椎的四周會形成一個較大的氣流渦旋，在渦旋內(nèi)氣體流動的作用下霧化后 較小的液滴會伴隨著渦旋紊亂飛行，極易與霧化后的大顆粒碰撞粘附到一起，從而形成粘 附有衛(wèi)星球顆粒的粉體，不利于粉體的流動及后期使用性能。本發(fā)明在內(nèi)環(huán)出氣道外設(shè)計 了外環(huán)的Hartmann共振管后，從外環(huán)出氣道噴出的高速氣體將強(qiáng)烈抑制霧化腔內(nèi)的渦旋 產(chǎn)生，避免了破碎后小顆粒的紊亂飛行，同時也起到了輔助的二次霧化的效果提高了微細(xì) 粉體的產(chǎn)率。使用該霧化器可使霧化后-500目微細(xì)粉體產(chǎn)率提高至50%以上，并可實(shí)現(xiàn)工 業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] 內(nèi)環(huán)出氣道的內(nèi)側(cè)面構(gòu)成圓錐臺結(jié)構(gòu)，其側(cè)面錐角為α，α取值范圍為50? 60°，內(nèi)環(huán)出氣道的外側(cè)面構(gòu)成圓錐臺結(jié)構(gòu)，其側(cè)面錐角為β，β取值范圍為40?50°。
[0009] 內(nèi)環(huán)出氣道分為亞聲速收縮段、喉部過渡段和超聲速擴(kuò)張段，所述的亞聲速收縮 段設(shè)計采用維托辛思基曲線，喉部過渡段采用圓弧平滑過渡，所述的超音速擴(kuò)張段設(shè)計成 8-12°張角的發(fā)散型。當(dāng)壓力超過臨界壓力后氣體流過Laval噴管喉部在擴(kuò)張段不斷加速 形成超音速氣流
[0010] 霧化器包括上蓋和底板，Hartmann共振管由分氣擋板和底板共同組合而成，包括 入口管和出口管，所述的入口管和出口管呈90度，所述入口管和出口管對應(yīng)于分氣擋板的 一側(cè)上形成共振盲管。所述的出口管為垂直向下設(shè)置，Hartmann共振管的轉(zhuǎn)角處位于出口 管上形成自適應(yīng)喉部結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可起到類似于Laval噴管結(jié)構(gòu)的作用使氣流加速，并從 出口管高速噴出。
[0011] 所述內(nèi)環(huán)出氣道的喉部過渡段的最狹窄位置間隙寬度為1. 2?2. 5mm，所述的 Hartmann共振管的出口管的孔徑不超過1. 5mm。
[0012] 所述的霧化器內(nèi)位于環(huán)形氣腔的上部形成水冷腔。在霧化器工作時進(jìn)行冷卻，因 此霧化器可工作于高溫環(huán)境，用于霧化高溫烙化態(tài)金屬。
[0013] 所述的內(nèi)環(huán)出氣道與外環(huán)出氣道之間設(shè)置密封圈。避免兩個出氣道氣體之間的相 互影響。
[0014] 所述的導(dǎo)流管采用氮化硼材料制成?？赡褪?700°C高溫。熔融態(tài)金屬液體從導(dǎo)流 管內(nèi)的導(dǎo)液通道流出與氣體相遇，從而實(shí)現(xiàn)霧化
[0015] 本發(fā)明采用同一個氣腔供氣節(jié)省了供氣空間，結(jié)構(gòu)簡單，減少了霧化器整體厚度， 從而降低了導(dǎo)流管長度，減少金屬液體在導(dǎo)流管內(nèi)部流動距離，降低散熱，有效避免了導(dǎo)流 管中金屬液凝固堵塞現(xiàn)象。在內(nèi)環(huán)出氣道外設(shè)計了另一組外環(huán)出氣道，能有效抑制霧化腔 內(nèi)的渦旋產(chǎn)生，避免了破碎后小顆粒的紊亂飛行，同時也起到了輔助的二次霧化的效果，提 高了微細(xì)粉體的產(chǎn)率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1霧化器出口示意圖
[0017] 圖2霧化器剖面結(jié)構(gòu)示意圖
[0018] 圖3Hartmann共振管結(jié)構(gòu)示意圖
[0019] 圖4霧化后不銹鋼粉體形貌。 具體實(shí)施例
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0021] 如圖1-2所示的一種雙環(huán)超音速霧化器，包括上蓋2、底板4和采用氮化硼材料制 成的導(dǎo)流管1，導(dǎo)流管1內(nèi)形成到流通道10。霧化器的兩側(cè)分別形成進(jìn)氣道11，霧化器的下 部設(shè)置內(nèi)環(huán)出氣道6和外環(huán)出氣道7,霧化器內(nèi)位于導(dǎo)流管1的兩側(cè)分別設(shè)置分氣擋板3， 分氣擋板3將霧化器隔成兩個環(huán)形氣腔8,環(huán)形氣腔8連通進(jìn)氣道11、內(nèi)環(huán)出氣道6和外環(huán) 出氣道7。霧化器內(nèi)位于環(huán)形氣腔的上部形成水冷腔9。內(nèi)環(huán)出氣道6與外環(huán)出氣道7之 間設(shè)置密封圈5。
[0022] 內(nèi)環(huán)出氣道為環(huán)縫式結(jié)構(gòu)，截面為Laval形，環(huán)形內(nèi)環(huán)出氣道的內(nèi)側(cè)面構(gòu)成圓錐 臺結(jié)構(gòu)，其側(cè)面錐角為α，α取值范圍為50?60°，內(nèi)環(huán)出氣道的外側(cè)面構(gòu)成的圓錐臺結(jié) 構(gòu)，其側(cè)面錐角為β，β取值范圍為40?50°。內(nèi)環(huán)出氣道分為亞聲速收縮段、喉部過渡 段和超聲速擴(kuò)張段，亞聲速收縮段設(shè)計采用維托辛思基曲線，喉部過渡段采用圓弧平滑過 渡，所述的超音速擴(kuò)張段設(shè)計成8-12°張角的發(fā)散型。內(nèi)環(huán)出氣道的喉部過渡段的最狹窄 位置間隙寬度為1. 2?2. 5mm，
[0023] 如圖3所不，夕卜環(huán)出氣道為Hartmann共振管結(jié)構(gòu)，Hartmann共振管由分氣擋板和 底板共同組合而成，包括入口管12水平設(shè)置，出13垂直設(shè)置，入口管12和出口管13對應(yīng) 于分氣擋板的一側(cè)上分別形成一級共振盲管14和二級共振盲管15。Hartmann共振管的轉(zhuǎn) 角處位于出口管上形成自適應(yīng)喉部結(jié)構(gòu)16。Hartmann共振管的出口管的孔徑不超過1. 5_
[0024] 工作時以316L不銹鋼為準(zhǔn)，不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)成分進(jìn)行配料100KG，霧化爐系統(tǒng)抽真空 后沖入一定量N 2氣保護(hù)熔煉，爐料完全熔化后精煉1-3分鐘，待爐溫升至160(TC后進(jìn)行霧 化，霧化時供氣的環(huán)形氣腔內(nèi)壓力為3. OMPa，霧化氣體為高純N2。霧化正常進(jìn)行，霧化后積 粉罐中粉末總重約99. 3KG，先將粉末經(jīng)50目篩網(wǎng)粗篩，再經(jīng)氣流篩分選，所得500目（即 25 μ m)以下粉末約54. 6Kg，成品產(chǎn)率54. 6%。其粉體掃描電子顯微照片如圖4所示，幾乎 看不到衛(wèi)星球粉體的狀態(tài)。
[0025] 需要特別指出的是，上述實(shí)施例的方式僅限于描述實(shí)施例，但本發(fā)明不止局限于 上述方式，且本領(lǐng)域的技術(shù)人員據(jù)此可在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)方便的進(jìn)行修飾，因此本 發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)包括本發(fā)明所揭示的原理和新特征的最大范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙環(huán)超音速霧化器，霧化器的中部設(shè)置導(dǎo)流管，其特征在于霧化器的兩側(cè)分別 形成進(jìn)氣道，霧化器的下部設(shè)置內(nèi)環(huán)出氣道和外環(huán)出氣道，霧化器內(nèi)位于導(dǎo)流管的兩側(cè)分 別設(shè)置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環(huán)形氣腔，所述的環(huán)形氣腔連通進(jìn)氣道、內(nèi)環(huán) 出氣道和外環(huán)出氣道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)出氣道為環(huán) 縫式結(jié)構(gòu)，截面為Laval形，所述的外環(huán)出氣道為Hartmann共振管結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于內(nèi)環(huán)出氣道的內(nèi)側(cè)面構(gòu) 成圓錐臺結(jié)構(gòu)，其側(cè)面錐角為α，α取值范圍為50?60°，內(nèi)環(huán)出氣道的外側(cè)面構(gòu)成圓錐 臺結(jié)構(gòu)，其側(cè)面錐角為β，β取值范圍為40?50°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于內(nèi)環(huán)出氣道分為亞聲速 收縮段、喉部過渡段和超聲速擴(kuò)張段，所述的亞聲速收縮段設(shè)計采用維托辛思基曲線，喉部 過渡段采用圓弧平滑過渡，所述的超音速擴(kuò)張段設(shè)計成8-12°張角的發(fā)散型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于霧化器包括上蓋和 底板，Hartmann共振管由分氣擋板和底板共同組合而成，包括入口管和出口管，所述的入口 管和出口管呈90度，所述入口管和出口管對應(yīng)于分氣擋板的一側(cè)上形成共振盲管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述的出口管為垂直向 下設(shè)置，Hartmann共振管的轉(zhuǎn)角處位于出口管上形成自適應(yīng)喉部結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述內(nèi)環(huán)出氣道的喉部 過渡段的最狹窄位置間隙寬度為1. 2?2. 5mm，所述的Hartmann共振管的出口管的孔徑不 超過1. 5mm〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述的霧化器內(nèi)位于環(huán) 形氣腔的上部形成水冷腔。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)出氣道與外 環(huán)出氣道之間設(shè)置密封圈。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)超音速霧化器，其特征在于所述的導(dǎo)流管采用氮 化硼材料制成。
【文檔編號】B22F9/08GK104057097SQ201410251251
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】趙文軍, 金霞, 龍鄭易, 張騰輝, 丁洪波 申請人:浙江亞通焊材有限公司