[實用新型]一種雙耦合氣體霧化噴嘴

有效

• 申請號: 201721207567.1
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN207222947U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 孫文海;呂威閆;楊伯俊;張鎖德;王建強
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C22C33/00;B33Y70/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

技術領域

本實用新型涉及氣體霧化制粉技術領域，具體涉及一種雙耦合氣體霧化噴嘴，該噴嘴可用于制備非晶粉末、增材制造用粉末或其他合金粉末。

背景技術

先進的粉末制備技術是現代粉末冶金科學的基礎，是PM²TEC和相關新興高技術產業的先導。高性能、低成本粉末的廣泛應用不僅改變了粉末冶金工業的生產內容，而且促進了生產方式的變革。發展高性能粉末及其制備技術，已成為當今材料科學與工程研究中一個十分活躍的高科技前沿領域。

在眾多的粉末制備方法中，霧化方法制取的粉末已占到當今世界粉末總產量的近80％。氣霧化制粉技術具有環境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷卻速率大等優點，經歷近200年的發展，目前已經成為生產高性能球形金屬及合金粉末的主要方法，在國防軍工、工業生產、民用建筑等諸多領域得到廣泛應用。

氣體霧化的基本原理是用一高速氣流將液態金屬流粉碎成小液滴并凝固成粉末的過程。其核心是控制氣體對金屬液流的作用過程，使氣流的動能最大限度的轉化為新生粉末表面能。因此這一控制部件即噴嘴成為氣體霧化的關鍵技術，噴嘴的結構和性能決定了霧化粉末的性能和效率。

氣霧化方法歷史起源于19世紀20年代，最初人們利用空氣霧化制取有色金屬粉末，上世紀40年代Mannesmann利用錐形空氣氣流粉碎熔融鐵水的方法制得了高性能的鐵粉，這就是著名的曼內斯曼法，其基本設計和原理一直沿用至今。1954年，Watkinson在曼內斯曼法基礎上利用壓縮空氣霧化熔融鑄鐵，他當時就已經使用了環縫形噴嘴。20世紀70年代末80年代初，計算機技術和現代控制技術逐步應用到氣霧化制粉技術中。1981年，Rutharde研制一種層流霧化裝置制取了粒度更小的粉末，而且成本較低。幾年后，walz經過不斷改進完善，形成了層流霧化工藝。1985年，美國fowa州AllleS實驗室的Anderson等人在限制式環孔型噴嘴的基礎上，開發了高壓氣霧化(HPGA)工藝。1986年，Milier等人設計出緊耦合霧化噴嘴，緊耦合霧化技術已經成為研究最豐富、工業中應用最成熟的一種氣霧化制粉技術。目前已成為氣霧化設備的首選噴嘴。

緊耦合霧化器存在一個較大的回流區，如圖1所示，容易出現反噴現象，而且氣體匯聚為一點，該點處于霧化過程中的“初級破碎”位置，由于有回流區的存在，使得該點往往在導流管側壁，不能直接作用于金屬液流，到了霧化過程中對粒度影響最大的“二次破碎”位置處，氣體能量急劇衰減，因此緊耦合霧化器的能量利用率較低，導致細粉“收得率”得不到大幅提高。近年來出現的多級氣體霧化器的出現很大程度上避免了緊耦合霧化器的缺點，但多級氣體霧化器尺寸增大，直接增加了氣體出口到金屬液流的距離，造成了能量浪費。因此多級氣體霧化器制備的細粉含量有限。

實用新型內容

為了克服現有霧化器存在的上述不足之處，本實用新型的目的在于提供一種雙耦合氣體霧化噴嘴，該噴嘴既能避免回流區過大，又不增加氣體出口到金屬液流的距離，為高能量利用率的氣體霧化噴嘴。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案如下：

一種雙耦合氣體霧化噴嘴，該氣體霧化噴嘴呈圓筒狀結構，其中：噴嘴中央設置柱狀通孔，由柱狀通孔向外依次為氣腔和冷卻水腔；其中：所述柱狀通孔內用于放置導流管，導流管出口端的管壁內表面呈圓錐狀，圓錐面上開設若干出氣孔，各出氣孔呈環形均勻分布；所述氣腔和冷卻水腔之間為密封隔離。

該氣體霧化噴嘴的外徑60～80mm，柱狀通孔孔徑12～15mm，高度10～20mm。

所述導流管出口端的錐狀內表面上的若干出氣孔呈環形均勻分布(環孔結構)；所述出氣孔依次經過開設在導流管管壁內的通道Ⅰ和通道Ⅱ與所述氣腔相連通；其中：所述通道Ⅰ垂直于所述通道Ⅱ。

該氣體霧化噴嘴還設有霧化氣體管道、進水管道和出水管道；所述霧化氣體管道穿過冷卻水腔與氣腔相連通；所述進水管道和出水管道分別與冷卻水腔相連通。

所述出氣孔的數量為20～28個，均勻分布在所述錐狀出口端內表面上直徑15mm的圓上，出氣孔孔徑為0.8～1mm。

該霧化噴嘴的所有出氣孔中，占總孔數1/4的對稱分布的出氣孔所對應的通道Ⅰ的延長線匯聚形成一個錐角α(45°～60°)，剩余3/4出氣孔所對應的通道Ⅰ的延長線匯聚形成另一個錐角β(30°～55°)；且α＞β。

該霧化噴嘴中，用于連接出氣孔與氣腔的通道Ⅰ和通道Ⅱ為內徑1mm的圓柱狀通道。

該霧化噴嘴的材質為不銹鋼或碳鋼。