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一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴的制作方法

文檔序號(hào):3274455閱讀:177來源:國知局
專利名稱:一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種利用超音速氣流將液態(tài)金屬霧化成小液滴并凝固成粉末的霧化噴嘴,尤其是一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴。
背景技術(shù)
氣體霧化技術(shù)用于金屬粉末的生產(chǎn),其制粉的原理是用一高速氣流將液態(tài)金屬流粉碎成小液滴并凝固成粉末的過程。氣體霧化粉末具有球形度高、粉末粒度可控等優(yōu)點(diǎn)。霧化器是氣體霧化制粉技術(shù)的核心,霧化器決定了霧化粉末的性能和霧化效率。提高微細(xì)粉末(粒度小于45 μ m的粉末)的收得率和粉末的可控性,降低粉末制備成本,是霧化器發(fā)展的趨勢(shì)。 從現(xiàn)有的專利和文獻(xiàn)分析可以知道,霧化器的技術(shù)特征主要有環(huán)孔型和環(huán)縫型,即霧化器的氣流出口是多個(gè)呈圓周分布的小孔組成或者以圓周型分布的開口很小的縫隙圓,氣流出來后以一定的角度聚焦于一點(diǎn),金屬液流從霧化器的中心點(diǎn)流出,在氣流的焦點(diǎn)處霧化成粉末。環(huán)孔型霧化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工,但效率較低(如美國專利US4778516,US 4619845);而環(huán)縫型效率高,加工精度也高(如中國專利CN1078928A,CN1709585A,CN2009103041661),這兩種霧化器的使用是依據(jù)粉末的粒度和生產(chǎn)能力而定。但為了提高霧化效率,一些霧化器將氣流流道設(shè)計(jì)成Laval噴管形式(如中國專利CN1709585A,CN2009103041661),以使氣流出口速度達(dá)到超聲音。從已有的專利和氣體動(dòng)力學(xué)知識(shí)可以知道,采用Laval形式的氣體通道可以獲得超音速氣流,提高氣體的動(dòng)能,從而提高霧化效率。為了實(shí)現(xiàn)金屬熔體的霧化過程,還需要一個(gè)陶瓷導(dǎo)流管將液態(tài)金屬導(dǎo)入霧化器。但由于專利的保密性,這些已有的專利均未對(duì)霧化噴嘴的具體結(jié)構(gòu)作出說明,尤其是導(dǎo)流管在噴嘴中的長(zhǎng)度。依據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)表明,導(dǎo)液管的長(zhǎng)度對(duì)霧化過程的穩(wěn)定性具有重要的影響,尤其是高熔點(diǎn)的金屬,過長(zhǎng)的導(dǎo)液管(如超過30mm)將會(huì)給霧化的穩(wěn)定性帶來很多問題。一般工業(yè)使用的霧化噴嘴的導(dǎo)液管是不直接加熱的(直接加熱比較復(fù)雜,對(duì)噴嘴有影響),而是依靠中間包的輻射加熱,長(zhǎng)的導(dǎo)液管將導(dǎo)致輻射溫度不夠,導(dǎo)液管的出口溫度不高,易于造成堵嘴和斷流。對(duì)高熔點(diǎn)金屬采用過長(zhǎng)的導(dǎo)液管往往導(dǎo)致熔體難以流下,霧化的成功率不高,工業(yè)實(shí)踐中往往通過增大導(dǎo)液管的通徑(如增加到6mm或以上)以解決這一問題。盡管增大通徑可以解決堵嘴和斷流問題,但同時(shí)會(huì)顯著增加金屬熔體的流量和霧化器的尺寸,這會(huì)導(dǎo)致霧化的效率明顯下降,粉末的粒度明顯粗化,因此在制備粒度細(xì)小的粉末的情況下,這種方法是不可取的。分析已有的專利表明,采用Laval形式的氣體流道是提高霧化效率的前提條件,依據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí),為了獲得最高氣流速度,Laval管的擴(kuò)張段的最大與最小截面積的比值為3 4,由于霧化噴嘴的氣流均以一定的角度(一般小于60° )相交于霧化點(diǎn),為了減少氣流的紊亂對(duì)霧化區(qū)的不利影響,因此直線段的距離較長(zhǎng),一般達(dá)到20mm以上,已有專利的擴(kuò)張段均為直線型,這將導(dǎo)致噴嘴的總的厚度不能減少,至少要達(dá)到50mm以上,必然導(dǎo)致導(dǎo)液管的長(zhǎng)度大于50mm,這是不利于霧化的穩(wěn)定進(jìn)行和微細(xì)粉末的制備,需要一個(gè)結(jié)構(gòu)完全不一樣的噴嘴,既具有Laval氣流通道,同時(shí)又能顯著減短導(dǎo)液管的長(zhǎng)度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有超音速氣流、霧化效率高,且金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,同時(shí)其能減短導(dǎo)液管的長(zhǎng)度,克服堵嘴和斷流現(xiàn)象,從而為霧化制取微細(xì)粒度的粉末,尤其是高熔點(diǎn)金屬粉末提供一個(gè)解決方案。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,由第一組件和第二組件組合而成,該第一組件從上至下由一體形成的一個(gè)圓柱臺(tái)和一個(gè)圓錐臺(tái)組成,該第一組件的中心設(shè)置導(dǎo)液管,第二組件由一個(gè)圓柱內(nèi)腔下連接一個(gè)圓錐內(nèi)腔組成,該第二組件的圓柱內(nèi)腔壁形成有一環(huán)形凹槽,該環(huán)形凹槽經(jīng)進(jìn)氣管道與外部氣源連接,該圓柱臺(tái)與圓錐臺(tái)連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面和一內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體,該圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面和一外弧形旋轉(zhuǎn)體;在第一組件和第二組件組合后,該環(huán)形凹槽構(gòu)成一進(jìn)氣腔,該第一組件與第二組件之間形成Laval氣體通道;該Laval氣體通道由三段組成,第一段為第一、二組件的水平圓環(huán)面形成的水平進(jìn)氣收縮段,緊接著的第二段是由第一組件的內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體與第二組件的外弧形旋轉(zhuǎn)體形成的弧形擴(kuò)張段,再接著的第三段是由第一組件的圓錐臺(tái)與第二組件的圓錐內(nèi)腔形成的呈一定錐度的直線型擴(kuò)張段;該水平進(jìn)氣收縮段形成Laval氣體通道的收縮段,該水平進(jìn)氣收縮段與弧形擴(kuò)張段的連接處形成Laval氣體通道的喉部,弧形擴(kuò)張段和直線擴(kuò)張段組成Laval氣體通道的擴(kuò)張段,這樣就形成了一完全的Laval噴管結(jié)構(gòu),進(jìn)而參照Laval噴管結(jié)構(gòu)的要求來確定Laval氣體通道的擴(kuò)張段長(zhǎng)度,藉由弧形擴(kuò)張段的存在使霧化噴嘴的厚度減小,從而減短導(dǎo)液管。上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)為,該直線擴(kuò)張段的中心線形成的夾角為霧化的噴射角,該噴射角的角度為20° 60°。上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)為,該圓錐臺(tái)的錐角的取值范圍為20° — 80°,該圓錐內(nèi)腔的錐角的取值范圍為15° 70°,且該圓錐臺(tái)的錐角大于該圓錐內(nèi)腔的錐角,使直線擴(kuò)張段呈擴(kuò)張狀;該直線擴(kuò)張段的長(zhǎng)度為3 - 8mm,該霧化噴嘴的厚度小于等于30mm,該導(dǎo)液管的長(zhǎng)度小于等于30mm。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型霧化噴嘴的氣體流道具有Laval噴管結(jié)構(gòu)特征,擴(kuò)張段長(zhǎng)度可以參照Laval噴管結(jié)構(gòu)的要求設(shè)計(jì),保證氣流達(dá)到超聲速以獲得高速氣流,提高霧化效率;同時(shí)采用弧形擴(kuò)張段可以減少噴嘴的高度(厚度),有效降低導(dǎo)液管的長(zhǎng)度,大幅增加霧化的穩(wěn)定性,并克服堵嘴現(xiàn)象。由于本實(shí)用新型的導(dǎo)液管的長(zhǎng)度能降至30mm以內(nèi),因而本實(shí)用新型霧化器適用于熔點(diǎn)在1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為霧化噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖中符號(hào)說明I第一組件;2第二組件;[0017]3進(jìn)氣腔;4進(jìn)氣管道;5水平進(jìn)氣收縮段;6弧形擴(kuò)張段;7直線擴(kuò)張段;8導(dǎo)液管;L 厚度;φ 直徑;β 錐角;y 錐角;α噴射角。
具體實(shí)施方式
如圖1所示,本實(shí)用新型金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴由第一組件I和第二組件2兩部分組合而成。第一組件I從上至下由一體形成的一個(gè)圓柱臺(tái)和一個(gè)圓錐臺(tái)組成,該圓柱臺(tái)與圓錐臺(tái)連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面及內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體,該第一組件I的中心設(shè)有一通孔,用于放置導(dǎo)液管8。第二組件2由一體形成的一個(gè)圓柱內(nèi)腔和一個(gè)圓錐內(nèi)腔組成,圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面及外弧形旋轉(zhuǎn)體。該第二組件2的圓柱內(nèi)腔壁形成有一環(huán)形凹槽,該環(huán)形凹槽經(jīng)進(jìn)氣管道4與外部氣源連接。在第一組件I和第二組件2組合后,該環(huán)形凹槽構(gòu)成一進(jìn)氣腔3 ;該第一組件I與第二組件2之間形成狹長(zhǎng)的Laval氣體通道,該Laval氣體通道由三段組成,一段為第一、二組件1、2的水平圓環(huán)面形成的水平進(jìn)氣收縮段5,緊接著是一段由第一組件I的內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體與第二組件2的外弧形旋轉(zhuǎn)體形成的弧形擴(kuò)張段6,再接著是由第一組件I的圓錐臺(tái)與第二組件2的圓錐內(nèi)腔形成的呈一定錐度的直線型擴(kuò)張段7。該水平進(jìn)氣收縮段5形成Laval氣體通道的收縮段,該水平進(jìn)氣收縮段5與弧形擴(kuò)張段6的連接處形成Laval氣體通道的喉部,喉部以下為L(zhǎng)aval氣體通道的擴(kuò)張段,此處的Laval氣體通道的擴(kuò)張段由弧形擴(kuò)張段6和直線擴(kuò)張段7組成,這樣就可以完全按照Laval管的要求來設(shè)計(jì)Laval氣體通道擴(kuò)張段的長(zhǎng)度,而由于弧形擴(kuò)張段6的存在將霧化噴嘴的厚度L大幅度減小,從而達(dá)到減短導(dǎo)液管8的目的,而該直線擴(kuò)張段7可以將氣流聚焦于霧化點(diǎn)。該直線擴(kuò)張段7的中心線形成的夾角為霧化的噴射角α,這一角度為20° 60°。該圓錐臺(tái)的錐角β的取值范圍為20° — 80°,該圓錐內(nèi)腔的錐角Y的取值范圍為15° 70°,且該圓錐臺(tái)的錐角β始終大于該圓錐內(nèi)腔的錐角Y,使直線擴(kuò)張段7呈擴(kuò)張狀。該直線擴(kuò)張段的長(zhǎng)度一般為3 — 8mm。由于直線擴(kuò)張段的長(zhǎng)度大幅度減小,霧化噴嘴的厚度L也大幅度減小至30mm以內(nèi),甚至20mm,這樣導(dǎo)液管8的長(zhǎng)度相應(yīng)減少至30mm以內(nèi),這樣既達(dá)到了 Laval氣體通道的特征要求,又可以大幅減小導(dǎo)液管8的長(zhǎng)度,從而能有效克服霧化噴嘴的堵嘴和不穩(wěn)定現(xiàn)象。本實(shí)用新型霧化噴嘴適用于熔點(diǎn)在1600°C以下所有金屬及合金熔體的霧化。下面以具體實(shí)施例來說明本實(shí)用新型所帶來的技術(shù)效果?;@I[0033]使用圖1所示的噴嘴結(jié)構(gòu),噴射角55°,直線擴(kuò)張段長(zhǎng)度5mm,導(dǎo)液管8的外徑Φ為15mm,內(nèi)徑為4. 0mm,在噴嘴內(nèi)的長(zhǎng)度為30mm。以304L不銹鋼為霧化對(duì)象進(jìn)行粉末的霧化試驗(yàn),試驗(yàn)合金為50kg,霧化溫度為1600°C,霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進(jìn)行粉末粒度測(cè)定,所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為95. 0%,小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為69. 3%,小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為53. 2%,粉末的平均粒度d5Q約為20 μ m。例 2使用圖1所示的噴嘴結(jié)構(gòu),噴射角50°,直線擴(kuò)張段長(zhǎng)度3mm,導(dǎo)液管的外徑為15mm,內(nèi)徑為4. Omm,在噴嘴內(nèi)的長(zhǎng)度為25_。以17_4ph不銹鋼為霧化對(duì)象進(jìn)行粉末的霧化試驗(yàn),試驗(yàn)合金為50kg,霧化溫度為1580°C,霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進(jìn)行粉末粒度測(cè)定,所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為95. 5%,小于45 μ m (-320目)的粉末的比例為75. 0%,小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為62. 3%,粉末的平均粒度d50約為18 μ m。例 3使用圖1所示的噴嘴結(jié)構(gòu),噴射角60°,直線擴(kuò)張段長(zhǎng)度5mm,導(dǎo)液管的外徑為15mm,內(nèi)徑為4. 5mm,在噴嘴內(nèi)的長(zhǎng)度為25mm。以316L不銹鋼為霧化對(duì)象進(jìn)行粉末的霧化試驗(yàn),試驗(yàn)合金為50kg,霧化溫度為1600°C,霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進(jìn)行粉末粒度測(cè)定,所霧化的粉末中粒度小于150μπι (-100目)的粉末的比例為93. 5%,小于45μπι (-320目)的粉末的比例為70.8%,小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為56. 5%,粉末的平均粒度d5(l約為22 μ m。例 4使用圖1所示的噴嘴結(jié)構(gòu),噴射角55°,直線擴(kuò)張段長(zhǎng)度6mm,導(dǎo)液管的外徑為14mm,內(nèi)徑為4. 5mm,在噴嘴內(nèi)的長(zhǎng)度為26mm。以Fe_6. 5wt%Si合金為霧化對(duì)象進(jìn)行粉末的霧化試驗(yàn),試驗(yàn)合金為100kg,霧化溫度為1600°C,霧化壓力為4. 5MPa。霧化后將粉末用標(biāo)準(zhǔn)分析篩進(jìn)行粉末粒度測(cè)定,所霧化的粉末中粒度小于150 μ m (-100目)的粉末的比例為96.8%,小于45“111 (-320目)的粉末的比例為73. 4%,小于23 μ m (-600目)的粉末的比例為59. 5%,粉末的平均粒度d50約為19 μ m。
權(quán)利要求1.一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,由第一組件和第二組件組合而成,該第一組件從上至下由一體形成的一個(gè)圓柱臺(tái)和一個(gè)圓錐臺(tái)組成,該第一組件的中心設(shè)置導(dǎo)液管,第二組件由一個(gè)圓柱內(nèi)腔下連接一個(gè)圓錐內(nèi)腔組成,該第二組件的圓柱內(nèi)腔壁形成有一環(huán)形凹槽,該環(huán)形凹槽經(jīng)進(jìn)氣管道與外部氣源連接,其特征在于,該圓柱臺(tái)與圓錐臺(tái)連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面和一內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體,該圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為順序連接的一水平圓環(huán)面和一外弧形旋轉(zhuǎn)體;在第一組件和第二組件組合后,該環(huán)形凹槽構(gòu)成一進(jìn)氣腔,該第一組件與第二組件之間形成Laval氣體通道;該Laval氣體通道由三段組成,第一段為第一、二組件的水平圓環(huán)面形成的水平進(jìn)氣收縮段,緊接著的第二段是由第一組件的內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體與第二組件的外弧形旋轉(zhuǎn)體形成的弧形擴(kuò)張段,再接著的第三段是由第一組件的圓錐臺(tái)與第二組件的圓錐內(nèi)腔形成的呈一定錐度的直線型擴(kuò)張段;該水平進(jìn)氣收縮段形成Laval氣體通道的收縮段,該水平進(jìn)氣收縮段與弧形擴(kuò)張段的連接處形成Laval氣體通道的喉部,弧形擴(kuò)張段和直線擴(kuò)張段組成Laval氣體通道的擴(kuò)張段,這樣就形成了一完全的Laval噴管結(jié)構(gòu),進(jìn)而參照Laval噴管結(jié)構(gòu)的要求來確定Laval氣體通道的擴(kuò)張段長(zhǎng)度,藉由弧形擴(kuò)張段的存在使霧化噴嘴的厚度減小,從而減短導(dǎo)液管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,其特征在于,該直線擴(kuò)張段的中心線形成的夾角為霧化的噴射角,該噴射角的角度為20° 60°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,其特征在于,該圓錐臺(tái)的錐角的取值范圍為20° — 80°,該圓錐內(nèi)腔的錐角的取值范圍為15° 70°,且該圓錐臺(tái)的錐角大于該圓錐內(nèi)腔的錐角,使直線擴(kuò)張段呈擴(kuò)張狀;該直線擴(kuò)張段的長(zhǎng)度為3 — 8mm,該霧化噴嘴的厚度小于等于30mm,該導(dǎo)液管的長(zhǎng)度小于等于30mm。
專利摘要一種金屬液流易流出的微細(xì)金屬粉末霧化噴嘴,由第一組件和第二組件組合而成,該第一組件由圓柱臺(tái)下連接圓錐臺(tái)組成,該第一組件的中心設(shè)置導(dǎo)液管,第二組件由一圓柱內(nèi)腔下連接一圓錐內(nèi)腔組成,該第二組件的圓柱內(nèi)腔壁形成有一環(huán)形凹槽,該圓柱臺(tái)與圓錐臺(tái)連接處為順序連接的水平圓環(huán)面和內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體,該圓柱內(nèi)腔與圓錐內(nèi)腔連接處為順序連接的水平圓環(huán)面和外弧形旋轉(zhuǎn)體;該環(huán)形凹槽構(gòu)成一進(jìn)氣腔,該第一組件與第二組件之間形成三段式Laval氣體通道,第一段為第一、二組件的水平圓環(huán)面形成的水平進(jìn)氣收縮段,第二段是由第一組件的內(nèi)弧形旋轉(zhuǎn)體與第二組件的外弧形旋轉(zhuǎn)體形成的弧形擴(kuò)張段,第三段是由第一組件的圓錐臺(tái)與第二組件的圓錐內(nèi)腔形成的直線型擴(kuò)張段。
文檔編號(hào)B22F9/08GK202845789SQ20122050493
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者陳仕奇 申請(qǐng)人:湖南恒基粉末科技有限責(zé)任公司
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