一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统

摘要

本发明涉及一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统，包括电磁感应线圈、外套加热体、内套中间包、外套导流嘴传热管、内套导流嘴、及内壁加热芯棒，内套中间包设在外套加热体内部，内套导流嘴设在外套导流嘴传热管内部，外套导流嘴传热管与外套加热体相连，内套导流嘴内部与内套中间包内部相连通，内壁加热芯棒置于内套中间包与内套导流嘴的内部，电磁感应线圈置于外套加热体外部。与现有技术相比，本发明对内套导流嘴外壁及内壁同时加热和保温，使其能保持较高的温度，降低其与金属液流的温差，保证金属液的流动性，避免发生金属液堵塞及导流嘴结瘤现象，提高雾化过程的稳定性及细粉收得率。

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，尤其是涉及一种用于真空紧耦合气雾化制粉技术的中间漏包系统。

背景技术

气雾化制备的金属粉末具有球形度高、含氧量低等优点。经过多年的发展与完善，气雾化制粉技术已发展为生产高性能金属及合金粉末的主要方法，进而成为支持和推动新材料研究及发展的重要手段。其基本原理是利用高速气流将液态金属粉碎成小液滴并最终凝固成粉末，气雾化技术的核心是控制气体对金属液体的作用过程，使高速气流的动能最大程度的转化为金属粉末的表面能。目前，随着金属3D打印技术的蓬勃发展，其赖以使用的金属粉末原材料的制备越来越受到重视，这也进一步推动了气雾化制粉技术的发展和应用。

气雾化制粉技术种类中，紧耦合气雾化技术明显缩短了气流与金属液体相互作用前的飞行距离，大大地提高了雾化效率，也带来细粉收得率的提高，有利于降低生产成本。因此，紧耦合气雾化技术越来越受到工业界的青睐和重视。

尽管紧耦合气雾化制粉技术大大提高了能量转换效率，但从实际生产工艺控制角度而言，此技术仍然存在诸多难题。其中最常见的就是金属液堵塞及导流嘴前端结瘤问题，从而导致整个雾化过程失败或恶化金属粉末产品的品质。

发明内容

本发明的目的就是为了针对当前真空紧耦合气雾化制粉技术存在的金属液堵塞及导流嘴前端结瘤缺陷，而提供一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统。

本发明的发明思路是：对内套中间包和内套导流嘴的内外壁同时加热，并采用外套石墨导流嘴传热管对内套陶瓷导流嘴保温，以减少金属液在中间漏包系统的热量散失。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统，包括电磁感应线圈、外套加热体、内套中间包、外套导流嘴传热管、内套导流嘴、及内壁加热芯棒，所述的内套中间包设在外套加热体内部，所述的内套导流嘴设在外套导流嘴传热管内部，所述的外套导流嘴传热管与外套加热体相连，所述的内套导流嘴内部与内套中间包内部相连通，所述的内壁加热芯棒置于内套中间包与内套导流嘴的内部，所述的电磁感应线圈置于外套加热体外部。

所述的外套加热体底部设有凹形台阶，所述的外套导流嘴传热管上端设有卡台，所述的外套导流嘴传热管的卡台卡接在外套加热体底部的凹形台阶上，使得所述的外套导流嘴传热管与外套加热体之间采用台阶式的卡接结构，并且利于组装与拆卸。

所述的内套导流嘴与内套中间包之间通过镁砂连接，且内套导流嘴内部与内套中间包内部相连通。

所述的外套加热体与外套导流嘴传热管均采用石墨材料制备而成。

所述的内套中间包材质为氧化铝，最高使用温度不超过1700℃。

所述的内套导流嘴材质选用氧化铝或氧化锆。

在制备对碳含量控制无要求的材料时，所述的内壁加热芯棒材质选用高纯石墨，在制备严格要求碳含量的材料时，所述的内壁加热芯棒材质选用熔点高于1400℃的金属材料，所述的金属材料包括钨、钼等，所述的内壁加热芯棒主要作用为加热内套导流嘴内壁，并具有防止熔炼飞溅物落入内套导流嘴中堵塞导流嘴的功能。

所述的内套导流嘴出口处直径在2.5～5mm。

电磁感应线圈对置于其内的外套加热体进行加热，外套加热体发热后会把热量传导给内套中间包，同时也将热量直接传导给外套导流嘴传热管，外套导流嘴传热管发热后会将热量热传导给内套导流嘴，实现对内套中间包及内套导流嘴的外壁加热；另一方面，置于内套陶瓷中间包和内套陶瓷导流嘴中的内壁加热芯棒在电磁感应线圈的作用下发热，并利用热传导的方式对与之接触的内套陶瓷导流嘴的内壁进行加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：对内套导流嘴外壁及内壁同时加热和保温，使其能保持较高的温度，降低其与金属液流的温差，保证金属液的流动性，避免发生金属液堵塞及导流嘴结瘤现象，提高雾化过程的稳定性及细粉收得率。此外，采用内壁加热芯棒加热内套导流嘴内壁的同时可以有效避免真空熔炼过程中金属液发生飞溅而堵塞内套导流嘴的弊端。

附图说明

图1为本发明用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统的结构示意图；

图2为实施例1所制备的金属粉末形貌照片；

图3为实施例2所制备的金属粉末形貌照片；

图4为实施例3所制备的金属粉末粒度测试报告。

图中标号：1、电磁感应线圈，2、外套加热体，3、内套中间包，4、外套导流嘴传热管，5、内套导流嘴，6、内壁加热芯棒。

具体实施方式

一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统，如图1所示，包括电磁感应线圈1、外套加热体2、内套中间包3、外套导流嘴传热管4、内套导流嘴5、及内壁加热芯棒6，内套中间包3设在外套加热体2内部，内套导流嘴5设在外套导流嘴传热管4内部，外套导流嘴传热管4与外套加热体2相连，内套导流嘴5内部与内套中间包3内部相连通，内壁加热芯棒6置于内套中间包3与内套导流嘴5的内部，电磁感应线圈1置于外套加热体2外部。

其中，外套加热体2底部设有凹形台阶，外套导流嘴传热管4上端设有卡台，外套导流嘴传热管4的卡台卡接在外套加热体2底部的凹形台阶上，使得外套导流嘴传热管4与外套加热体2之间采用台阶式的卡接结构，并且利于组装与拆卸。内套导流嘴5与内套中间包3之间通过镁砂连接，且内套导流嘴5内部与内套中间包3内部相连通。

其中，外套加热体2与外套导流嘴传热管4均采用石墨材料制备而成。内套中间包3材质为氧化铝，最高使用温度不超过1700℃。内套导流嘴5材质选用氧化铝或氧化锆。内套导流嘴5出口处直径在2.5～5mm。在制备对碳含量控制无要求的材料时，内壁加热芯棒6材质选用高纯石墨，在制备严格要求碳含量的材料时，内壁加热芯棒6材质选用熔点高于1400℃的金属材料，金属材料包括钨、钼等，内壁加热芯棒6主要作用为加热内套导流嘴5内壁，并具有防止熔炼飞溅物落入内套导流嘴5中堵塞导流嘴的功能。

电磁感应线圈1对置于其内的外套加热体2进行加热，外套加热体2发热后会把热量传导给内套中间包3，同时也将热量直接传导给外套导流嘴传热管4，外套导流嘴传热管4发热后会将热量热传导给内套导流嘴5，实现对内套中间包3及内套导流嘴5的外壁加热；另一方面，置于内套陶瓷中间包3和内套陶瓷导流嘴5中的内壁加热芯棒6在电磁感应线圈1的作用下发热，并利用热传导的方式对与之接触的内套陶瓷导流嘴5的内壁进行加热。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

使用图1的中间漏包系统，进行316L不锈钢的雾化实验。钢液过热度约为180～250℃，中间漏包中电磁感应线圈功率为10～14kW，中间漏包系统加热至雾化开始的时间为不低于40min，内套导流嘴出口处直径在2.5～5mm的范围内均雾化正常，未发生钢液堵塞及结瘤导致雾化过程中断现象。所制备粉末经过80目筛网筛分后，采用激光粒度仪测试其粒度，质量中值粒径D₅₀为：40μm≤D₅₀≤60μm，其粉末典型特征见图2。

实施例2

使用图1结构的中间漏包系统，进行18Ni(300)模具钢的雾化实验，钢液过热度为200～300℃，中间漏包系统感应线圈加热功率为12-14kW,加热时间不低于50min，内套导流嘴出口处直径在3.5～4mm的范围内进行实验，雾化过程顺利稳定，未出现钢液堵塞及结瘤而导致雾化过程中断的异常现象，所制备的粉末经过80目筛网筛分后，采用激光粒度仪测试其粒度，质量中值粒径D₅₀为：47μm≤D₅₀≤65μm，所制备粉末的典型特征见图3。

实施例3

使用图1结构的中间漏包系统，进行GH4169高温合金的雾化实验，钢液过热度为140～300℃，中间漏包中电磁感应线圈功率为10～14kW，中间漏包系统加热至雾化开始时间不低于40min，在内套导流嘴出口处之间在3.5～4.2mm的范围内雾化过程顺利，为发生结瘤及堵塞现象，所制备粉末不经过筛分测得的质量中值粒径D₅₀为：35μm≤D₅₀≤48μm，其粒径分布见图4。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。