一種雙環超音速霧化器的製造方法

2023-09-15 13:12:50 1

一種雙環超音速霧化器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可用於製備高熔點金屬粉體的雙環超音速霧化器。本實用新型其特徵在於霧化器的兩側分別形成進氣道，霧化器的下部設置內環出氣道和外環出氣道，霧化器內位於導流管的兩側分別設置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環形氣腔，所述的環形氣腔連通進氣道、內環出氣道和外環出氣道。本實用新型採用同一個氣腔供氣節省了供氣空間，結構簡單，減少了霧化器整體厚度，從而降低了導流管長度，減少金屬液體在導流管內部流動距離，降低散熱，有效避免了導流管中金屬液凝固堵塞現象。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種製備金屬粉的霧化器，具體是一種可用於製備高熔點金屬粉 體的雙環超音速霧化器。 一種雙環超音速霧化器

【背景技術】
[0002] 氣霧化製備金屬粉體是現代工業中高品質金屬粉體的主要製備方法。氣霧化制粉 具有氧含量低、球形度高、快速凝固的組織形態、材料無偏析等特點。
[0003] 霧化器是氣霧化制粉的核心技術，通過霧化器流出氣體作用於金屬液流使液體發 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，並伴隨著強烈的對 流換熱使金屬液滴快速凝固，實現了霧化制粉的過程。霧化器的結構會在很大程度上影響 氣體霧化效率與製備粉體的形態。傳統的霧化器主要有開放式和約束式霧化器，各有其優 點。開放式霧化器出現較早結構簡單，當液體與氣體流出霧化器一定距離後再相互混合實 現霧化。其優點在於導流順暢不易出現導流管堵塞現象，但缺點是霧化效率低用氣量大，且 霧化粉體平均粒徑較粗，僅適用於60-300 μ m粒度粉末的生產。
[0004] 為了提高霧化效率，後來發展了約束式霧化器，這種霧化器霧化氣體與液體出 口緊鄰，當液體流出後馬上與高速氣體相遇開始霧化過程，霧化效率高，製得粉體平均粒 徑較細。現代具有工業實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院的N.T. Grant教授實用新型的超聲霧化器（US PatentN. 4778516)，利用Hartmann超聲波振動管原理，在產生2-2. 5馬赫的超音速氣流的 同時產生80-lOOKHz的脈衝頻率，粉末的平均粒度可達到40-60 μ m。但在霧化中產生的微 細粉體與大顆粒易產生碰撞形成衛星球粉體的狀態，嚴重影響了粉體的流動性及後期使用 性能。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種雙環超音速霧化器，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，抑制產品中的衛星球粉 體，本實用新型適用於熔點1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化。
[0006] 為此，本實用新型採取如下技術方案：一種雙環超音速霧化器，霧化器的中部設置 導流管，其特徵在於霧化器的兩側分別形成進氣道，霧化器的下部設置內環出氣道和外環 出氣道，霧化器內位於導流管的兩側分別設置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環形 氣腔，所述的環形氣腔連通進氣道、內環出氣道和外環出氣道。本實用新型採用同一個氣腔 供氣節省了供氣空間，結構簡單，減少了霧化器整體厚度，從而降低了導流管長度，減少金 屬液體在導流管內部流動距離，降低散熱，有效避免了導流管中金屬液凝固堵塞現象。
[0007] 所述的內環出氣道為環縫式結構，截面為Laval形，所述的外環出氣道為 Hartmann共振管。如果只有單環環縫式出氣道工作，噴嘴流出的氣體進入霧化腔後由於卷 吸作用在主射流椎的四周會形成一個較大的氣流渦旋，在渦旋內氣體流動的作用下霧化 後較小的液滴會伴隨著渦旋紊亂飛行，極易與霧化後的大顆粒碰撞粘附到一起，從而形成 粘附有衛星球顆粒的粉體，不利於粉體的流動及後期使用性能。本實用新型在內環出氣道 外設計了外環的Hartmann共振管後，從外環出氣道噴出的高速氣體將強烈抑制霧化腔內 的渦旋產生，避免了破碎後小顆粒的紊亂飛行，同時也起到了輔助的二次霧化的效果提高 了微細粉體的產率。使用該霧化器可使霧化後-500目微細粉體產率提高至50%以上，並可 實現工業化生產。
[0008] 內環出氣道的內側面構成圓錐臺結構，其側面錐角為α，α取值範圍為50? 60°，內環出氣道的外側面構成圓錐臺結構，其側面錐角為β，β取值範圍為40?50°。
[0009] 內環出氣道分為亞聲速收縮段、喉部過渡段和超聲速擴張段，所述的亞聲速收縮 段設計採用維託辛思基曲線，喉部過渡段採用圓弧平滑過渡，所述的超音速擴張段設計成 8-12°張角的發散型。當壓力超過臨界壓力後氣體流過Laval噴管喉部在擴張段不斷加速 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於分氣擋板的 一側上形成共振盲管。所述的出口管為垂直向下設置，Hartmann共振管的轉角處位於出口 管上形成自適應喉部結構。該結構可起到類似於Laval噴管結構的作用使氣流加速，並從 出口管高速噴出。
[0011] 所述內環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] 所述的霧化器內位於環形氣腔的上部形成水冷腔。在霧化器工作時進行冷卻，因 此霧化器可工作於高溫環境，用於霧化高溫烙化態金屬。
[0013] 所述的內環出氣道與外環出氣道之間設置密封圈。避免兩個出氣道氣體之間的相 互影響。
[0014] 所述的導流管採用氮化硼材料製成。可耐受2700°C高溫。熔融態金屬液體從導流 管內的導液通道流出與氣體相遇，從而實現霧化
[0015] 本實用新型採用同一個氣腔供氣節省了供氣空間，結構簡單，減少了霧化器整體 厚度，從而降低了導流管長度，減少金屬液體在導流管內部流動距離，降低散熱，有效避免 了導流管中金屬液凝固堵塞現象。在內環出氣道外設計了另一組外環出氣道，能有效抑制 霧化腔內的渦旋產生，避免了破碎後小顆粒的紊亂飛行，同時也起到了輔助的二次霧化的 效果，提高了微細粉體的產率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1霧化器出口示意圖
[0017] 圖2霧化器剖面結構示意圖
[0018] 圖3Hartmann共振管結構示意圖
[0019] 圖4霧化後不鏽鋼粉體形貌。 具體實施例
[0020] 下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。
[0021] 如圖1-2所示的一種雙環超音速霧化器，包括上蓋2、底板4和採用氮化硼材料制 成的導流管1，導流管1內形成到流通道10。霧化器的兩側分別形成進氣道11，霧化器的下 部設置內環出氣道6和外環出氣道7,霧化器內位於導流管1的兩側分別設置分氣擋板3， 分氣擋板3將霧化器隔成兩個環形氣腔8,環形氣腔8連通進氣道11、內環出氣道6和外環 出氣道7。霧化器內位於環形氣腔的上部形成水冷腔9。內環出氣道6與外環出氣道7之 間設置密封圈5。
[0022] 內環出氣道為環縫式結構，截面為Laval形，環形內環出氣道的內側面構成圓錐 臺結構，其側面錐角為α，α取值範圍為50?60°，內環出氣道的外側面構成的圓錐臺結 構，其側面錐角為β，β取值範圍為40?50°。內環出氣道分為亞聲速收縮段、喉部過渡 段和超聲速擴張段，亞聲速收縮段設計採用維託辛思基曲線，喉部過渡段採用圓弧平滑過 渡，所述的超音速擴張段設計成8-12°張角的發散型。內環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，夕卜環出氣道為Hartmann共振管結構，Hartmann共振管由分氣擋板和 底板共同組合而成，包括入口管12水平設置，出13垂直設置，入口管12和出口管13對應 於分氣擋板的一側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 角處位於出口管上形成自適應喉部結構16。Hartmann共振管的出口管的孔徑不超過1. 5_
[0024] 工作時以316L不鏽鋼為準，不鏽鋼標準成分進行配料100kg，霧化爐系統抽真空 後衝入一定量N 2氣保護熔煉，爐料完全熔化後精煉1-3分鐘，待爐溫升至160(TC後進行霧 化，霧化時供氣的環形氣腔內壓力為3. OMPa，霧化氣體為高純N2。霧化正常進行，霧化後積 粉罐中粉末總重約99. 3kg，先將粉末經50目篩網粗篩，再經氣流篩分選，所得500目（即 25μπι)以下粉末約54. 6kg，成品產率54.6%。其粉體掃描電子顯微照片如圖4所示，幾乎 看不到衛星球粉體的狀態。
[0025] 需要特別指出的是，上述實施例的方式僅限於描述實施例，但本實用新型不止局 限於上述方式，且本領域的技術人員據此可在不脫離本實用新型的範圍內方便的進行修 飾，因此本實用新型的範圍應當包括本實用新型所揭示的原理和新特徵的最大範圍。
【權利要求】
1. 一種雙環超音速霧化器，霧化器的中部設置導流管，其特徵在於霧化器的兩側分別 形成進氣道，霧化器的下部設置內環出氣道和外環出氣道，霧化器內位於導流管的兩側分 別設置分氣擋板，分氣擋板將霧化器隔成兩個環形氣腔，所述的環形氣腔連通進氣道、內環 出氣道和外環出氣道。
2. 根據權利要求1所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述的內環出氣道為環 縫式結構，截面為Laval形，所述的外環出氣道為Hartmann共振管結構。
3. 根據權利要求2所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於內環出氣道的內側面構 成圓錐臺結構，其側面錐角為α，α取值範圍為50?60°，內環出氣道的外側面構成圓錐 臺結構，其側面錐角為β，β取值範圍為40?50°。
4. 根據權利要求3所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於內環出氣道分為亞聲速 收縮段、喉部過渡段和超聲速擴張段，所述的亞聲速收縮段設計採用維託辛思基曲線，喉部 過渡段採用圓弧平滑過渡，所述的超音速擴張段設計成8-12°張角的發散型。
5. 根據權利要求2或4所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於霧化器包括上蓋和 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於分氣擋板的一側上形成共振盲管。
6. 根據權利要求5所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述的出口管為垂直向 下設置，Hartmann共振管的轉角處位於出口管上形成自適應喉部結構。
7. 根據權利要求6所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述內環出氣道的喉部 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. 根據權利要求1所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述的霧化器內位於環 形氣腔的上部形成水冷腔。
9. 根據權利要求1所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述的內環出氣道與外 環出氣道之間設置密封圈。
10. 根據權利要求1所述的一種雙環超音速霧化器，其特徵在於所述的導流管採用氮 化硼材料製成。
【文檔編號】B22F9/08GK203900490SQ201420301503
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】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