CN102000828B - 金属超微雾化粉碎分级***及其金属雾化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属超微雾化粉碎分级***，其包括有：金属熔炼炉、金属排氢升温炉、金属雾化装置、流化床解聚分级机、第二精密分级机、至少一个收集器、过滤器以及压缩机。本发明还提供一种金属雾化装置，其包括有坩锅、喷盘、喷雾罩与圆筒喷雾筒，在喷盘的至少在两个不同直径的圆周上，各开设有一圈均匀分布的斜孔，在每个斜孔位置上安装一个拉瓦尔喷管，各拉瓦尔喷管的延长线均与该喷盘的中心轴线相交于同一点。本发明通过金属雾化装置内喷管产生的超声速、超低温、大速压的气流直接击碎液态金属或合金并将其迅速冷却成雾化粉末，再经过流化床解聚和精密分级机进行精密分级，可以得到粒度更细、粒度更均匀、粒度球形化更好的金属微粉和超微粉。

Description

金属超微雾化粉碎分级***及其金属雾化装置

技术领域

本发明涉及一种金属超微雾化与粉碎的生产制备，特别是一种液体金属超微雾化并进行超细粉碎分级的生产设备。

背景技术

随着纯金属与合金属微细粉末在高新技术新材料，特别是新清洁能源领域中的应用日益广泛，需要大量超细粒径小于10μm、且球形化好、粒度分布均匀的纯金属与合金粉末。

目前、现世界上大多数金属雾化微细技术存在有一定的问题：微粉的产出率较低(小于20％～30％)，设备的金属质量流量一般均小于1kg/min；特别是能够生产出粒径小于10μm超微粉装置更少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种金属超微雾化粉碎分级***及其金属雾化装置，以纯度为99.99％的惰性气体(或者氮气)为介质，通过金属雾化装置内喷管产生的超声速、超低温、大速压的气流直接击碎液态金属或合金并将其迅速冷却成雾化粉末，再经过流化床解聚和精密分级机进行精密分级，可以得到粒度更细、粒度更均匀、粒度球形化更好的金属微粉和超微粉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：

一种金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，包括有：

金属熔炼炉；

金属排氢升温炉，与该金属熔炼炉连接；

金属雾化装置，与该金属排氢升温炉连接；

流化床解聚分级机，与该金属雾化装置连接；

第二精密分级机，与该流化床解聚分级机连接；

至少一个收集器，与该第二精密分级机连接；

过滤器，与该至少一个收集器连接；以及，

压缩机，其采用惰性气体或者氮气作为循环气体，该压缩机的输入端与该过滤器相连，该压缩机的输出端与该金属雾化装置以及该流化床解聚分级机相连；

并且，上述金属雾化装置包括有坩锅、喷盘、喷雾罩与圆筒喷雾筒，其中：

该高温坩锅，位于金属雾化装置的中央部位，坩锅下部中心位置设有小孔；

该喷盘，沿其中心轴线开设有通孔，该通孔与上述小孔同轴设置并位于该小孔下方，在喷盘的至少在两个不同直径的圆周上，各开设有一圈均匀分布的斜孔，在每个斜孔位置上安装一个拉瓦尔喷管，各拉瓦尔喷管分别与压缩机的输出端相连，各拉瓦尔喷管的延长线均与该喷盘的中心轴线相交，且该喷盘上所有的拉瓦尔喷管的延长线均交汇于喷盘的中心轴线的同一点；

该喷雾罩呈喇叭状，小口一端与该喷盘连接，大口一端向下延伸；

该圆筒喷雾筒，与该喷雾罩密封连接。

在一个较佳的实施方案中，该至少一个收集器包括：旋风收集器，与该第二精密分级机连接；以及，防静电阻燃防爆袋式收集器，与该旋风收集器连接。

在一个较佳的实施方案中，该圆筒喷雾筒底部设有排出口，通过该排出口与该流化床解聚分级机相连。

在一个较佳的实施方案中，不同圆周上的拉瓦尔喷管分别用不同的角度交汇于该中心轴线，该角度的选取范围为30～150°。

在一个较佳的实施方案中，同一圆周上的拉瓦尔喷管的参数相同，该拉瓦尔喷管的马赫数为1.40～4.00。

在一个较佳的实施方案中，该压缩机的输入端还连接有补充气源。

在一个较佳的实施方案中，金属雾化装置还通过旁路管道与该第二精密分级机进行二次风连接。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：

一种金属雾化装置，包括有坩锅、喷盘、喷雾罩与圆筒喷雾筒，其中：

该高温坩锅，位于金属雾化装置的中央部位，坩锅下部中心位置设有小孔；

该喷盘，沿其中心轴线开设有通孔，该通孔与上述小孔同轴设置并位于该小孔下方，在喷盘的至少在两个不同直径的圆周上，各开设有一圈均匀分布的斜孔，在每个斜孔位置上安装一个拉瓦尔喷管，各拉瓦尔喷管分别与压缩机的输出端相连，各拉瓦尔喷管的延长线均与该喷盘的中心轴线相交，且该喷盘上所有的拉瓦尔喷管的延长线均交汇于喷盘的中心轴线的同一点；

该喷雾罩呈喇叭状，小口一端与该喷盘连接，大口一端向下延伸；

该圆筒喷雾筒，与该喷雾罩密封连接，该圆筒喷雾筒底部设有排出口。

在一个较佳的实施方案中，不同圆周上的拉瓦尔喷管分别用不同的角度交汇于该中心轴线，该角度的选取范围为30～150°。

在一个较佳的实施方案中，同一圆周上的拉瓦尔喷管的参数相同，该拉瓦尔喷管的马赫数为1.40～4.00。

在一个较佳的实施方案中，在该喷雾罩的外壁上还设有冷却机构，该冷却机构设有与上述压缩机的输出端相连的拉瓦尔喷管。

在一个较佳的实施方案中，在该圆筒喷雾筒上还设有安全阀。

本发明与一般金属雾化***或装置相比有如下优势：***的惰性气体(本设备使用为氮气)为超声速气流，其速度高、速压大、温度低、气流顶角大、且气流循环连续运行、高效、节能、安全；高速气流与液态金属间的撞击强度高和冷却速度快，液态金属极易被雾化，同时又在流化床内进行超微粉碎和经过多次精密分级处理，获得的微粉比其他办法的粉末粒度更细、产量更高，完全符合当今新的清洁能源等高科技产业发展的迫切需求。

附图说明

图1为本***的组成示意图；

图2为超声速金属超微雾化装置示意图；

图3A为喷盘正面剖视图；

图3B是喷盘的仰视示意图；

图4为拉瓦尔喷管的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明能够更好地被理解，以下结合附图进行说明。

图1为本发明提供的金属超微雾化粉碎分级***的组成示意图。本***包括有：

金属熔炼炉3，由金属熔炼炉电源1提供电源，是将金属(如金属纯铝或其他金属及合金)经两组电极在无氧状态下进行熔化的；在本实施例中，是将金属铝(锭)进行熔化为液态并注入到金属雾化装置5的坩埚51内；

金属排氢升温炉4，由金属排氢升温炉电源2提供电源，并与该金属熔炼炉3的输出端连接，将熔化后的金属所含氢气与氧气排出，并将金属升温至雾化金属所需的温度(本发明中，雾化金属所需的温度与现有技术并无不同，因此，不作过多阐述了)；

金属雾化装置5，与该金属排氢升温炉4的输出端连接，并通过输气管道501与提供额定压力的惰性气体或者氮气的压缩机12的输出端相连接，在本实施例中，压缩机12提供的氮气压力为1.6Mpa～5.0Mpa，进入该金属雾化装置5的惰性气体或者氮气经过数十二个不同马赫数的拉瓦尔喷管形成为超声速、高强度、超低温射流，(该氮气温度范围在-60℃～-160℃之间)，而上述由该金属排氢升温炉4进入熔化的金属在射流的冲击下粉碎，同时又被超低温氮气极速冷却成为雾化微粉；

流化床解聚分级机6，通过管道503与该金属雾化装置5的输出端相连接。该流化床解聚分级机6与该氮气压缩机12通过管道61相连接。将金属雾化装置中产生的该金属雾化微粉随同氮气一起送入到流化床解聚分级机6内，又通过流化床上设置有数个拉瓦尔喷管的惰性超音速气流(或者氮气)的大速压冲击，将粘连的金属微粉进行解聚超微粉碎后进行精密分级，较大微粒通过其下方连接的收集器(图中未示)收集，而金属粒径小于(某一)预定值(如30μm)的金属微粉通过输送管道64进入第二精密分级机7，管道63用于环隙喷吹作用；

该第二精密分级机7，通过输送管道64与该流化床解聚分级机6连接，使进入其中的金属微粉在该输送管道64以及从金属雾化装置5顶部通过旁路管道502引出的二次风的共同作用下，进行精密分级，将粒径大于另一预定值(如10μm)的金属微粉通过其下方连接的收集器(图中未示)收集，并将其余金属微粉通过其输出端导入旋风收集器8中；

该旋风收集器8，与该第二精密分级机7的输出端连接，对经过精密分级之后合格的金属微粉进行筛选，粒径大于第三预定值(如3μm)的金属微粉在该旋风收集器8中予以收集，而余下的金属微粉又进入下一流程——防静电阻燃防爆袋式收集器9；

防静电阻燃防爆袋式收集器9，与该旋风收集器8的输出端连接，将上一流程中筛选不合格的金属微粉予以收集，然后将氮气送往下一流程；至此，约99％的金属微粉在流化床解聚分级机6、第二精密分级机7、旋风收集器8、防静电阻燃防爆袋式收集器9中得到收集，满足不同规格使用要求，而少量1％左右的极细的金属微粉(一般≤0.5μm)会进入下一流程；

过滤器10，其与该防静电阻燃防爆袋式收集器9连接，将循环使用的氮气进行过滤，使干净、低正压的氮气通过管道流向压缩机12进行循环使用；

该压缩机12，是为了不断地提供金属超微粉碎气流的动力；本***从经济使用的角度考虑，采用氮气作为循环超微动力气体，压缩机的输入端与过滤器10相连，经过压缩机12再一次升压至额定压力的氮气又从其输出端重新流向雾化装置5与流化床解聚分级机6。从压缩机12中出来氮气的温度范围在40℃～150℃，通过拉瓦尔管进入雾化装置后会形成所述的“超低温”。

本金属超微雾化***对液态金属进行超细雾化得到不同金属微细粉末满足不同的用户需求。而提供惰性气体(或用氮气)气流是在全封闭状态下循环使用的。由于惰性气体(或氮气)不断地消耗，又不断地进行补充；压缩机12的输入端还连接有补充气源121(如氮气罐等)。据统计每次循环大约补充量为输气总量的5％，整个***是连续运行、安全、高效、节能。

本发明所采用的金属雾化装置5如图2所示，包括有高温坩锅51、喷盘52、喷雾罩53、圆筒喷雾筒54、安全阀55、旁路阀56、冷却机构57、以及各种传感器(包括测压、测温、含氧量等)。除坩埚51与传感器外，其余零部件均由00Cr17Ni12Mo2N(即316L)特种不锈钢制成的。

其中：

该高温坩锅51，用来盛装升温后的液态金属，最高承受温度可达到1900℃；高温坩锅51位于金属雾化装置5的中央部位，坩锅51下部中心位置设有小孔511，液态金属可从该小孔511中竖直向下呈柱状流出；

喷盘52结构如图3A、图3B所示，呈盘状，沿其中心轴线520开设有通孔523，该通孔523与上述小孔511同轴设置并位于该小孔511的下方；在喷盘52的至少在两个不同直径的圆周上各开设有一圈均匀分布的斜孔521，在每个斜孔521位置上安装一个拉瓦尔喷管(拉瓦尔喷管的外形见图4)，各拉瓦尔喷管有管道与压缩机12的输出端相连，并且，更重要的是，各拉瓦尔喷管的延长线522均与该喷盘52的中心轴线520相交，该喷盘52上所有的拉瓦尔喷管的延长线均交汇于中心轴线520的同一点；

在本实施例中，该喷盘52在两个不同直径的圆周上分别设有一族多个拉瓦尔喷管(本装置在内环、外环上共设置有十二个拉瓦尔喷管，其中内环上8个，外环上4个)。这两个圆周上的两族拉瓦尔喷管分别用两种不同的角度Q1、Q2交汇于该中心轴线520上的同一点，该角度Q1、Q2选取范围内为30～150°设置，并且，每族拉瓦尔喷管的参数基本相同，拉瓦尔喷管的马赫数M为1.40～4.00。该喷盘52工作时候，各拉瓦尔喷管将压缩机12送出的额定压力的惰性气体(或用氮气)变成超声速气流，将超声速气流射出喷盘的轴线并与液态金属流相交于交汇点，使超声速、超低温、大速压强度的气流(本发明用氮气射流)与高温的液态金属流在此进行猛烈的冲击并进行能量与热量的充分交换，致使高温液态金属流被粉碎雾化及迅速冷却成为金属微粉和超微粉，同时将被击碎的雾化金属微细和氮气流一同流入到流化床解聚分级机6内；

喷雾罩53呈喇叭状，小口一端与该喷盘52连接，大口一端向下延伸，用来使两相流多次在中心轴线520处汇聚、碰撞，增强雾化粉碎效率；

圆筒喷雾筒54，与该喷雾罩53密封连接，用来收集金属粉末，该圆筒喷雾筒54底部设有排出口541，并通过该排出口541与该流化床解聚分级机6相连，用来将雾化后的金属粉末输送至下一道工序；

该安全阀55，设置在该圆筒喷雾筒54上，用来在金属雾化装置5内压超过设计压力时，自动泄压，保证安全；

该旁路阀56，设置在该圆筒喷雾筒54上，并与上述旁路管道502相连，用来将该圆筒喷雾筒54内的正压气体以二次风的形式输送到第二精密分级机7中，增强二次精密分级的精密度；

该冷却机构57，设置在该喷雾罩53的外壁上，并设有与上述压缩机的输出端相连的拉瓦尔喷管，通过该拉瓦尔喷管形成的-200℃的氮气，在***温度升高的时候用来冷却金属雾化装置5。

图4为拉瓦尔喷管的剖面图，该拉瓦尔喷管的内壁曲线是根据经典的冯.卡门-钱学森曲线与粘性流体的纳维尔-斯托克斯方程，结合数千次试验研究，依各种不同的实际情况，逐步改进设计的。改进后的拉瓦尔喷管经过多次试验，其能源利用效率比一般喷管成倍提高。在射流区内的千万条流线是气流方向偏角差＜0.1°～0.3°、气流速度差和温度差都小于1％的均衡平行的层流流场，因而这种方法设计出的喷管，其粉碎出的物料粒度更细、分布更均匀，金属物料的球形化更好。

在整个装置中，除了喷盘集中使用两族拉瓦尔喷管外，另外在冷却雾化筒体、流化床解聚分级机、两台分级机的环隙喷吹、两台分级机主机轴的冷却和多处密封密宫的喷吹都使用了不同马赫数的喷管。全***共使用的喷管多达六个品种、大小不等近五十个之多，其惰性气体(或用氮气)最高气流速度可达1500米/秒以上，最低气流温度约-200℃。使全装置运行效率很高，比一般单喷管或双喷管雾化装置效率成倍提高，金属粉末平均粒径可达10μm以下，并可进行工业化生产。

上述实施例中，是用氮气作为循环气体，对纯铝进行雾化，而本发明所述的***即雾化装置，也可以用任何惰性气体来替代该氮气，还可以用压缩空气对其他金属、玻璃或者合金进行雾化操作，在作这些改变的时候，并不需要本领域技术人员付出任何创造性劳动，只需要依据本领域技术常识和实际操作经验，在有限次数的实验下即可完成，因此，这些具体的变化不予赘述了。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，包括有：

金属熔炼炉；

金属排氢升温炉，与该金属熔炼炉连接；

金属雾化装置，与该金属排氢升温炉连接，金属雾化装置还通过旁路管道与下述第二精密分级机进行二次风连接；

流化床解聚分级机，与该金属雾化装置连接，将金属雾化装置中产生的金属雾化微粉中粒径大于或等于30μm的金属微粉通过流化床解聚分级机下方连接的收集器收集，而金属粒径小于30μm的金属微粉通过输送管道进入下述第二精密分级机；

该第二精密分级机，与该流化床解聚分级机连接，使进入其中的金属微粉在该输送管道以及从金属雾化装置顶部通过旁路管道引出的二次风的共同作用下，进行精密分级，将粒径大于10μm的金属微粉通过第二精密分级机下方连接的收集器收集，并将其余金属微粉通过其输出端导入下述旋风收集器中；

该旋风收集器，与该第二精密分级机的输出端连接，对经过精密分级之后合格的金属微粉进行筛选，粒径大于3μm的金属微粉在该旋风收集器中予以收集，而余下的金属微粉又进入下述防静电阻燃防爆袋式收集器；

该防静电阻燃防爆袋式收集器，与该旋风收集器的输出端连接，将上一流程中筛选不合格的金属微粉予以收集，然后将循环气体送往下一流程；

过滤器，与该防静电阻燃防爆袋式收集器连接；以及，

压缩机，其采用惰性气体或者氮气作为循环气体，该压缩机的输入端与该过滤器相连，该压缩机的输出端与该金属雾化装置以及该流化床解聚分级机相连；

并且，上述金属雾化装置包括有高温坩锅、喷盘、喷雾罩与圆筒喷雾筒，其中：

该高温坩锅，位于金属雾化装置的中央部位，该高温坩锅下部中心位置设有小孔；

该喷盘，沿其中心轴线开设有通孔，该通孔与上述小孔同轴设置并位于该小孔下方，在喷盘的至少在两个不同直径的圆周上，各开设有一圈均匀分布的斜孔，在每个斜孔位置上安装一个拉瓦尔喷管，各拉瓦尔喷管分别与压缩机的输出端相连，各拉瓦尔喷管的延长线均与该喷盘的中心轴线相交，且该喷盘上所有的拉瓦尔喷管的延长线均交汇于喷盘的中心轴线的同一点；

该喷雾罩呈喇叭状，小口一端与该喷盘连接，大口一端向下延伸，在该喷雾罩的外壁上还设有冷却机构，该冷却机构设有与上述压缩机的输出端相连的拉瓦尔喷管；

该圆筒喷雾筒，与该喷雾罩密封连接。

2.根据权利要求1所述的金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，该圆筒喷雾筒底部设有排出口，通过该排出口与该流化床解聚分级机相连。

3.根据权利要求1所述的金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，不同圆周上的拉瓦尔喷管分别用不同的角度交汇于该中心轴线，该角度的选取范围为30～150°。

4.根据权利要求1或3所述的金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，同一圆周上的拉瓦尔喷管的参数相同，该拉瓦尔喷管的马赫数为1.40～4.00。

5.根据权利要求1所述的金属超微雾化粉碎分级***，其特征在于，该压缩机的输入端还连接有补充气源。

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