一種製備球形金屬粉末的設備和工藝的製作方法

2023-09-19 00:00:15 1

本發明涉及一種運用旋轉電極感應熔煉，採用惰性氣體霧化方式生產球形金屬粉末的設備和工藝。

背景技術：

目前，球形金屬粉末製備主要採用坩堝熔鍊氣霧化技術和旋轉電極感應熔鍊氣霧化技術。其中，坩堝熔鍊氣霧化技術是將金屬在坩堝中熔煉成金屬液後，以高速氣流將液態金屬流破碎成小液滴並凝固成粉末，但是坩堝熔鍊氣霧化設備熔煉材料時，材料直接與坩堝接觸，無法生產鈦等活潑金屬。旋轉電極感應熔鍊氣霧化技術是將合金棒料旋轉垂向送入感應線圈中進行熔煉，無需坩堝熔煉，能生產活潑金屬，且生產的粉末純度高。但是目前現有的旋轉電極感應熔鍊氣霧化設備生產出來的活潑金屬粉末容易吸收氧氣或者其他成分而變質，這些活潑金屬粉末在空氣中放置48小時以上，氧含量至少升高1000PPM以上，且有可能吸收空氣中的其他成分，導致粉末非常容易摻雜變質，因此需要採用真空包裝，且使用時需要採用惰性氣氛來保護粉末不摻雜變質，因此現有設備和工藝生產出來的粉末非常不易儲存和使用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種製備球形金屬粉末的的設備和工藝，其製備的球形金屬粉末不容易變質而且易存儲和使用，並且能夠生產活潑金屬。

本發明解決其技術問題採用的技術方案是：

一種製備球形金屬粉末的設備，包括旋轉電極進料裝置、料倉、感應熔煉室、霧化器、霧化室、鈍化氣體充入裝置、旋風分離裝置、粉末收集裝置、布袋收塵裝置、引風機、真空系統和控制系統，所述旋轉電極進料裝置豎直裝配在料倉之上，料倉位於感應熔煉室上方，霧化器裝配於感應熔煉室和霧化室之間，霧化室通過管道連接旋風分離裝置，霧化室和旋風分離裝置之間的管道上設有鈍化氣體充入裝置，旋風分離裝置下方連接粉末收集裝置，真空系統通過管道連接感應熔煉室、料倉和霧化室，控制系統控制整套設備。

工作過程：將原材料棒裝入旋轉電極進料裝置，關閉料倉，真空系統對料倉，感應熔煉室和霧化室抽真空，原材料棒旋轉垂向送入感應熔煉室熔煉成金屬液，霧化器將原材料金屬液霧化成金屬粉末，打開鈍化氣體充入裝置，通入鈍化氣體，在金屬粉末表面形成鈍化膜，將金屬粉末進行鈍化，鈍化後的金屬粉末通過旋風分離裝置與氣體分離，最後在粉末收集裝置中收集。

優選的，在鈍化氣體充入裝置上設有氣體加熱裝置。氣體加熱裝置可控制鈍化氣體的溫度在0℃-800℃。

優選的，控制系統可通過控制鈍化氣體充入裝置的鈍化氣體的充入量和引風機的抽風量來控制感應熔煉室和霧化室的壓差。

優選的，控制系統可以控制感應熔煉室和霧化室的壓差保持在0.06Mpa-0.085Mpa。

優選的，在霧化室底部的管道上設置閥門，在鈍化氣體充入裝置和旋風分離裝置之間的管道上設置加料倉，關閉閥門，控制系統可對鈍化氣體充入裝置、加料倉、旋風分離裝置、粉末收集裝置、布袋收塵裝置和引風機單獨控制，形成一套單獨的粉末鈍化裝置。

本發明霧化室和旋風分離裝置之間的管道上設有鈍化氣體充入裝置，無需使用熔煉坩堝，性質活潑的原材料可以在無接觸條件下加熱熔化，霧化成粉末，然後進行表面鈍化，生產出來的活潑金屬粉末性質穩定，在存儲和使用過程中不容易變質，方便存儲和使用。

附圖說明

圖1是本發明之製備球形金屬粉末的的設備的示意圖。

圖中：1.旋轉電極進料裝置，2.料倉,3.感應熔煉室，4.霧化器，5霧化室，6.閥門，7.鈍化氣體充入裝置，8.氣體加熱裝置，9.加料倉，10旋風分離裝置，11粉末收集裝置，12.布袋收塵裝置，13.引風機，14真空系統，15控制系統。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來對本發明做進一步說明。

實施例1

本實施例之製備球形金屬粉末的設備，包括旋轉電極進料裝置1、料倉2、感應熔煉室3、霧化器4、霧化室5、鈍化氣體充入裝置7、旋風分離裝置10、粉末收集裝置11、布袋收塵裝置12、引風機13、真空系統14和控制系統15，所述旋轉電極進料裝置1豎直裝配在料倉2之上，料倉2位於感應熔煉室3上方，霧化器4裝配於感應熔煉室3和霧化室5之間，霧化室5通過管道連接旋風分離裝置10，霧化室5和旋風分離裝置10之間的管道上設有鈍化氣體充入裝置7，旋風分離裝置10下方連接粉末收集裝置11，真空系統14通過管道連接感應熔煉室3、料倉2和霧化室5，控制系統15控制整套設備。

工作過程：將原材料棒裝入旋轉電極進料裝置1，關閉料倉2，真空系統14對料倉2，感應熔煉室3和霧化室5抽真空，原材料棒旋轉垂向送入感應熔煉室3熔煉成金屬液，霧化器4將原材料金屬液霧化成金屬粉末，打開鈍化氣體充入裝置7，通入鈍化氣體，在金屬粉末表面形成鈍化膜，將金屬粉末進行鈍化，鈍化後的金屬粉末通過旋風分離裝置10與氣體分離，最後在粉末收集裝置11中收集。

以下實施例2－4為具體採用實施例1設備的應用實施例。

實施例2：

將純鈦棒裝入旋轉電極進料裝置1，關閉料倉2，真空系統14對料倉2、感應熔煉室3和霧化室4抽真空至10-1Pa，旋轉電極進料裝置1將純鈦棒旋轉垂向送入感應熔煉室3進行熔煉，通過控制系統15控制純鈦棒轉速1 ~ 30轉/min，垂向進料速度1 ~ 200mm/分鐘，打開霧化器4採用氬氣霧化，控制霧化壓力≤5Mpa，氣體流量800Nm³/H，霧化器4將融化後的鈦金屬液霧化成鈦粉，打開鈍化氣體充入裝置7充入氧氣，控制氧氣的壓力＜0.2Mpa，流量100L/小時，鈦粉在旋風分離裝置10內和氧氬混合氣體進行混合併充分接觸，在外表面形成一層鈍化膜。鈍化後的鈦粉通過旋風分離裝置10和氣體分離，最後在粉末收集裝置11中收集。布袋收塵裝置12收集剩餘的超細粉塵，將過濾後的霧化氣體和鈍化氣體排出，引風機13為整套設備提供動力。為了提高鈍化速度，在鈍化氣體充入裝置7上設置氣體加熱裝置8，氣體加熱裝置8控制鈍化氣體的溫度在450℃。霧化時，為了減少空心粉的比例，以及粉末內部氧化，控制系統通過控制鈍化氣體的充入量和引風機的抽風量來控制熔煉室和霧化室的壓差保持在0.06Mpa-0.08Mpa之間，與未採用壓差控制的現有霧化制粉設備相比，可以使空心鈦粉的比例降低80%。通過分析，最後的鈦粉的氧含量在1800PPM以下，在空氣中放置48小時後，增氧量小於50PPM，去除鈍化膜後，氧含量在1500PPM以下，粉末穩定性非常高,無需採用真空包裝，採用常規包裝亦可儲存三個月以上，且使用時不需要採用惰性氣氛來保護，易存儲和使用。

實施例3：

在霧化室4底部的管道上設置閥門6，在鈍化氣體充入裝置7和旋風分離裝置10之間的管道上設置加料倉9，關閉閥門6，控制系統15可對鈍化氣體充入裝置7、氣體加熱裝置8、加料倉9、旋風分離裝置10、粉末收集裝置11、布袋收塵裝置12和引風機13單獨控制，形成一套單獨的粉末鈍化裝置。將未鈍化的含氧1600PPM純鈦粉加入到加料倉9，打開鈍化氣體充入裝置7充入氧氣和氬氣的混合氣體，氧氣和氬氣的體積比例為3:100，控制氧氬混合氣體的壓力＜0.3Mpa，流量500Nm³/小時，氣體加熱裝置8將混合氣體的溫度加熱到500℃-600℃，純鈦粉在旋風分離裝置10內和氧氬混合氣體進行混合充分接觸，在外表面形成一層鈍化膜。鈍化後的鈦粉通過旋風分離裝置10和氣體分離，最後在粉末收集裝置11中收集。布袋收塵裝置12收集剩餘的超細粉塵，將過濾後的氣體排出，引風機13為整套設備提供動力。鈍化後的純鈦粉增氧量為200PPM，在空氣中放置48小時後，增氧量小於100PPM，粉末穩定性非常高，無需採用真空包裝，採用常規包裝亦可儲存三個月以上，且使用時不需要採用惰性氣氛來保護，易存儲和使用。

實施例4：

將純鋁棒裝入旋轉電極進料裝置1，關閉料倉2，真空系統14對料倉2、感應熔煉室3和霧化室4抽真空至10-1Pa，旋轉電極進料裝置1將鋁棒旋轉垂向送入感應熔煉室3進行熔煉，通過控制系統15控制鋁棒轉速15 ~ 30轉/min，垂向進料速度100 ~ 300mm/分鐘，打開霧化器4採用氮氣霧化，控制霧化壓力≤6Mpa，氣體流量600m³/H，霧化器4將融化後的鋁液霧化成鋁粉，打開鈍化氣體充入裝置7充入氧氣，控制氧氣的壓力＜0.2Mpa，流量250L/小時，鋁粉在旋風分離裝置10內和氧氮混合氣體進行混合充分接觸，在外表面形成一層鈍化膜。鈍化後的鋁粉通過旋風分離裝置10和氣體分離，最後在粉末收集裝置11中收集。布袋收塵裝置12收集剩餘的超細粉塵，將過濾後的霧化氣體和鈍化氣體排出，引風機13為整套設備提供動力。為了提高鈍化速度，在鈍化氣體充入裝置7上設置氣體加熱裝置8，氣體加熱裝置8控制氧氣的溫度在260℃。霧化時，為了減少空心粉的比例，以及粉末內部氧化，控制系統通過控制鈍化氣體的充入量和引風機的抽風量來控制熔煉室和霧化室的壓差保持在0.07Mpa-0.085Mpa，與未採用壓差控制的現有霧化制粉設備相比，可以使空心鋁粉的比例降低90%。通過分析，最後的鋁粉的氧含量在1100PPM以下，在空氣中放置48小時後，增氧量小於50PPM，去除鈍化膜後，氧含量在800PPM以下，粉末穩定性非常高,無需採用真空包裝，採用常規包裝亦可儲存五個月以上，且使用時不需要採用惰性氣氛來保護，易存儲和使用。