專利名稱：一種降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，可應(yīng)用于機(jī)械、冶金、材料等行業(yè)。
快速凝固氣霧化技術(shù)的基本原理是金屬熔液注入底漏坩堝并經(jīng)導(dǎo)流管流出時(shí)，被坩堝下方噴嘴射出的高速氣體霧化成細(xì)小液滴，隨后合金液滴在霧化氣體中飛行時(shí)迅速凝固冷卻成粉。根據(jù)霧化噴嘴與導(dǎo)流管的配合方式，氣霧化可分為兩類非限制式與限制式。非限制式霧化器，是指熔體從導(dǎo)流管流出自由降落一段距離后，才被高速氣流破碎。而限制式霧化器，是指熔體從導(dǎo)流管流出很短距離后或者直接在導(dǎo)流管端部即開(kāi)始霧化。非限制式霧化器霧化氣體的能量利用率低，粉末的粒度較粗，限制式霧化器由于噴嘴與導(dǎo)流管緊密耦合，霧化氣體的能量利用率高，并能產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的液流，粉末的粒度較細(xì)。
高性能合金粉末通常是以Fe-、Ni-、Co-、Ti-、Re-基合金為主，含有Al、Cr、B、Zr、Ti、Re等活性組元，具備高熔點(diǎn)(一般高于1000℃)、高活性特點(diǎn)。這類合金一般依靠添加組元的固溶強(qiáng)化作用或者以極細(xì)小的沉淀析出相彌散強(qiáng)化作用來(lái)獲得高的性能。限制式氣霧化由于粉末顆粒細(xì)，冷速高，因?yàn)榉勰┑睦渌倥c其直徑的平方成反比，顆粒直徑越細(xì)，冷速越高，因此，快速凝固的效果突出，即可以大大提高添加組元的固溶度和固溶分?jǐn)?shù)，或者使析出相細(xì)小彌散，從而顯著改善合金的性能。
氣霧化技術(shù)制備高熔點(diǎn)高活性合金粉末時(shí)，遇到了一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，就是高溫下活性組元與坩堝等霧化設(shè)備的反應(yīng)問(wèn)題，這在美國(guó)專利US4,631,013中有較全面的論述。高溫下活性組元與坩堝等耐火材料的反應(yīng)，一方面使得坩堝容易損壞發(fā)生漏爐等危險(xiǎn)事故，一方面又污染了合金粉末，這樣的粉末制成構(gòu)件后性能會(huì)大幅度降低，因?yàn)榉磻?yīng)生成的夾雜將成為材料失效的裂紋源。因此，霧化熔體過(guò)熱度越低越好。
但在限制式氣霧化方式中，導(dǎo)流管一般為單層結(jié)構(gòu)，見(jiàn)


圖1(美國(guó)專利US4,631,013)。由于導(dǎo)流管與噴嘴緊密耦合，霧化過(guò)程中高速冷氣流使導(dǎo)流管尤其是其端部熱量耗散很快，從而極易造成導(dǎo)流管中合金液流凝固堵塞，導(dǎo)致霧化過(guò)程中斷。為保證霧化過(guò)程的順利進(jìn)行，只得提高熔體的過(guò)熱度，一般在250～400℃，溫度的提高將加劇熔體與耐火材料的反應(yīng)，污染合金。美國(guó)專利US5,468,133公開(kāi)了一種降低熔體過(guò)熱度的方法及結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。采用的方法是盡量減少導(dǎo)流管與噴嘴接觸面積，以降低熱量損失，但其導(dǎo)流管仍是單層結(jié)構(gòu)。在霧化高熔點(diǎn)、高活性合金時(shí)，單層的導(dǎo)流管一般采用耐高溫、隔熱性好、相對(duì)于熔體為惰性的陶瓷材料，如Al2O3、ZrO2、BN等陶瓷材料，但是Al2O3、ZrO2強(qiáng)度高，脆性大，容易損壞，并且不易加工成復(fù)雜精確的形狀，BN雖然容易加工，但強(qiáng)度不高，不耐氣體吹蝕，會(huì)污染合金粉末，并且只能使用一次。陶瓷材料的導(dǎo)流管不但成本高，還因其易碎增加了裝配難度。另外，由于限制式氣霧化對(duì)導(dǎo)流管與噴嘴的相對(duì)位置關(guān)系以及尺寸要求很苛刻，陶瓷導(dǎo)流管一般與坩堝相粘結(jié)，這樣導(dǎo)流管伸出噴嘴的長(zhǎng)度會(huì)有波動(dòng)，將導(dǎo)致霧化過(guò)程的不穩(wěn)定和重復(fù)性差。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案本實(shí)用新型還提供了一種降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，它由長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)、導(dǎo)流管內(nèi)芯、導(dǎo)流管外套所組成；所述的長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)固結(jié)在坩堝底部，調(diào)整盤(pán)中間有一內(nèi)螺紋孔；所述的導(dǎo)流管內(nèi)芯穿過(guò)長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)的中心內(nèi)螺紋孔，固結(jié)在坩堝漏孔底部；所述的導(dǎo)流管外套一端帶有外螺紋，并連接在長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)上，另一端為外錐形，該導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間有微小間隙；所述的導(dǎo)流管外套的外錐形與噴嘴的內(nèi)中心錐孔相配合，對(duì)導(dǎo)流管外套(及坩堝)支撐與定位，其余部分與噴嘴不接觸。安裝時(shí)使導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套同心。通過(guò)長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)的螺紋對(duì)外套進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，使導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套的外端部平齊。
本裝置克服傳統(tǒng)單層結(jié)構(gòu)導(dǎo)流管的缺點(diǎn)，采用復(fù)合導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)形式，利用導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套的間隙、選用不同的材料以及長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)，解決熔體導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失過(guò)快以及制造、安裝問(wèn)題；所述的復(fù)合導(dǎo)流管是指導(dǎo)流管由單層改為復(fù)層結(jié)構(gòu)，由導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套雙層構(gòu)成；
所述的間隙是指導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間有微小間隙隔開(kāi)，不直接接觸，大大降低了內(nèi)芯熱量的散失，而且導(dǎo)流管外套靠前端錐部與噴嘴接觸定位，其余部分與噴嘴不接觸，進(jìn)一步降低了外套的熱量損失；所述的不同材料是指導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套可以選擇不同的材料，外套可選擇強(qiáng)度高、易于加工、價(jià)廉的材料，內(nèi)芯可選擇耐高溫、隔熱性好、惰性的、易于加工或者即使難于加工但可制成簡(jiǎn)單形狀的陶瓷材料；所述的長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)是指導(dǎo)流管內(nèi)芯伸出噴嘴的長(zhǎng)度由導(dǎo)流管外套伸出噴嘴的長(zhǎng)度決定，而導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間可以沿長(zhǎng)向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套的外端部平齊，確保整個(gè)導(dǎo)流管伸出噴嘴的長(zhǎng)度。
所述的導(dǎo)流管外套優(yōu)先選擇碳鋼、不銹鋼金屬材料，導(dǎo)流管內(nèi)芯優(yōu)先選擇Al2O3、ZrO2、BN、Si3N4等陶瓷材料。
所述的長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)是導(dǎo)流管外套通過(guò)長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)的螺紋固定并調(diào)整相對(duì)于內(nèi)芯的長(zhǎng)度，保證內(nèi)外層端部平齊。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)采用螺紋方式，一圓盤(pán)中心帶有螺紋孔，導(dǎo)流管內(nèi)芯穿過(guò)圓盤(pán)中心孔，與圓盤(pán)同心，二者一并粘結(jié)在坩堝底部，導(dǎo)流管外套一端帶有外螺紋，通過(guò)螺紋連接在圓盤(pán)上并調(diào)整相對(duì)于內(nèi)芯的長(zhǎng)度，直至內(nèi)外層端部平齊，另一端為錐形，與噴嘴內(nèi)中心孔的錐度相配合，起到支撐導(dǎo)流管(及坩堝)與定位的作用，確保導(dǎo)流管伸出噴嘴的長(zhǎng)度，其余部分與噴嘴不接觸。
按照另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，導(dǎo)流管外套優(yōu)先選擇碳鋼、不銹鋼等金屬材料，導(dǎo)流管內(nèi)芯優(yōu)先選擇Al2O3、ZrO2、BN、Si3N4等陶瓷材料。
按照另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，導(dǎo)流管內(nèi)芯可以制成簡(jiǎn)單的管狀。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1)節(jié)約材料，減輕污染，降低成本。外套采用碳鋼之類的金屬材料加工方便，價(jià)格便宜，又可反復(fù)使用。內(nèi)芯的陶瓷可以干脆做成簡(jiǎn)單的管狀，便于制作，成本低廉。由于外套的保護(hù)，陶瓷內(nèi)芯不與高速冷氣流接觸，減少了污染，受熱狀態(tài)顯著改善，不易炸裂，甚至可多次使用。
2)裝配安全方便。限制式霧化方式對(duì)噴嘴和導(dǎo)流管的相互位置關(guān)系要求很嚴(yán)格，導(dǎo)流管通過(guò)外套與長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)之間的螺紋進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，可使內(nèi)外層端部平齊，外套的錐段與噴嘴相應(yīng)的錐段配合，可確保導(dǎo)流管的伸出長(zhǎng)度。而且由于金屬外套的保護(hù)，陶瓷內(nèi)芯可以安然無(wú)恙，無(wú)須擔(dān)心折斷或損壞。
3)熔體的霧化過(guò)熱度顯著降低，合金粉末的質(zhì)量明顯提高。復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)流管內(nèi)芯不直接接觸高速冷氣流，與外套之間有間隙隔熱，外套與噴嘴僅以一錐段相接觸，散熱面積減小，故可大幅度降低熔體的霧化過(guò)熱度和減少堵嘴的危險(xiǎn)，熔體過(guò)熱度由原來(lái)單層結(jié)構(gòu)導(dǎo)流管的250～400℃可以降至200℃以下。熔體過(guò)熱度降低后，可有效減弱與坩堝和導(dǎo)流管等耐火材料的反應(yīng)，減輕成分污染和合金粉末的氧化，尤其對(duì)于高活性合金更為重要。
圖中1為導(dǎo)流管，2為隔熱材料，3為噴嘴，4為噴嘴進(jìn)氣管。
圖2為美國(guó)專利US5,468,133金屬導(dǎo)流裝置的示意圖。
圖中5為導(dǎo)流管，6為噴嘴。
圖3為本實(shí)用新型的金屬導(dǎo)流裝置示意圖。
圖中7為導(dǎo)流管內(nèi)芯，8為長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)，9為導(dǎo)流管外套，10為噴嘴，11為噴嘴進(jìn)氣管，12為噴嘴內(nèi)中心錐孔，13為調(diào)整盤(pán)內(nèi)螺紋孔，14為導(dǎo)流管外套端部外螺紋，15為導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間的微小間隙。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于導(dǎo)流管內(nèi)芯7采用ZrO2材料。
實(shí)施例3與實(shí)施例1和實(shí)施例2不同之處在于導(dǎo)流管內(nèi)芯7采用BN材料。
實(shí)施例4與上述實(shí)施例不同之處在于導(dǎo)流管內(nèi)芯7采用Si3N4材料。
權(quán)利要求1.一種降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其特征在于它由長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)(8)、導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)、導(dǎo)流管外套(9)所組成；所述的長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)(8)固結(jié)在坩堝底部，調(diào)整盤(pán)中間有一內(nèi)螺紋孔(13)；所述的導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)穿過(guò)長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)(8)的中心內(nèi)螺紋孔，固結(jié)在坩堝漏孔底部；所述的導(dǎo)流管外套(9)一端帶有外螺紋(14)，并連接在長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)(8)上，另一端為外錐形，該導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間有微小間隙(15)；所述的導(dǎo)流管外套(9)的外錐形與噴嘴(10)的內(nèi)中心錐孔(12)相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流管外套(9)采用碳鋼或不銹鋼，導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)采用Al2O3材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流管外套(9)采用碳鋼或不銹鋼，導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)采用ZrO2材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流管外套(9)采用碳鋼或不銹鋼，導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)采用BN材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流管外套(9)采用碳鋼或不銹鋼，導(dǎo)流管內(nèi)芯(7)采用Si3N4材料。
專利摘要一種降低金屬霧化導(dǎo)流系統(tǒng)熱損失的裝置，其主要是采用復(fù)合導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)芯與外套的間隙、選用不同的材料以及長(zhǎng)度調(diào)整結(jié)構(gòu)，解決導(dǎo)流管熱損失過(guò)快等問(wèn)題。它由長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)、導(dǎo)流管內(nèi)芯、導(dǎo)流管外套所組成；長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)固結(jié)在坩堝底部，調(diào)整盤(pán)中間有一內(nèi)螺紋孔；導(dǎo)流管內(nèi)芯穿過(guò)長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)的中心內(nèi)螺紋孔，固結(jié)在坩堝漏孔底部；導(dǎo)流管外套一端帶有外螺紋，并連接在長(zhǎng)度調(diào)整盤(pán)上，另一端為外錐形，該導(dǎo)流管內(nèi)芯與外套之間有微小間隙；噴嘴中部設(shè)有中心錐孔，導(dǎo)流管外套的外錐形與噴嘴的內(nèi)中心錐孔相配合。本實(shí)用新型適于金屬霧化的熔體導(dǎo)流，具有能大幅度降低霧化熔體過(guò)熱度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便可調(diào)、造價(jià)較低、顯著減弱合金污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F9/08GK2587553SQ0229503
公開(kāi)日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者張曙光, 張光明, 石力開(kāi), 徐駿, 馬自力, 楊必成 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院