CN107234245A - 一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备 - Google Patents
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Abstract
一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，包括主轴、真空腔体、自动夹头、自动抓料装置、原料熔棒、连接导向器、过渡导向器、直线驱动器、直线导向器、加热装置、原料熔棒盘、雾化器；所述主轴装配于真空腔体上端；所述真空腔体包括主工作室、过渡门、置换门、过渡室、置换室，主工作室一侧依次设过渡室、过渡门、置换室、置换门，过渡室中设有原料熔棒盘，主轴下端设有自动夹头，在主工作室垂直于原料熔棒盘中心位置的壁上设置自动抓料装置。本发明无需使用熔炼坩埚，性质活泼或高熔点的原材料可以在无接触条件下加热熔化，雾化成粉末，并且采用棒材连续进料，连续雾化，雾化气体损失小，能提高球形金属粉末的产能和纯度，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备球形金属粉末的设备，特别涉及一种采用棒材连续进料方式生产球形金属粉末的设备。
背景技术
目前，球形金属粉末的制备主要采用坩埚熔炼气雾化技术和旋转电极感应熔炼气雾化技术。其中，坩埚熔炼气雾化技术是将金属在坩埚中熔炼成金属液后，以高速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝固成粉末，但是坩埚熔炼气雾化设备熔炼材料时，材料直接与坩埚接触，无法生产钛等活泼金属。旋转电极感应熔炼气雾化技术是将合金棒料旋转垂向送入感应线圈中进行熔炼，无需坩埚熔炼，能生产活泼金属，且生产的粉末纯度高，但是因为不能连续进料，批次之间需要换料切换，导致不能连续雾化，雾化气体损失较大，从而产能较小，生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，该设备能够生产高纯度的活泼金属和高熔点（一般指熔点为2000℃以上）金属粉末，并且能够连续进料，连续雾化，雾化气体损失小，能提高球形活泼金属和高熔点金属粉末的产能和纯度，降低生产成本。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，包括主轴、真空腔体、自动夹头、自动抓料装置、原料熔棒（是待处理原料产品，并非设备的一部分，为了方便说明工作过程，增加至此处）、连接导向器、过渡导向器、直线驱动器、直线导向器、加热装置、原料熔棒盘、雾化器等；所述主轴装配于真空腔体上端（优选动密封装配方法），可做旋转和升降运动 ；所述真空腔体包括主工作室、过渡门、置换门、过渡室、置换室，主工作室一侧依次设过渡室、过渡门、置换室、置换门，过渡室中设有原料熔棒盘，主轴下端设有自动夹头，在主工作室垂直于原料熔棒盘中心位置的壁上设置自动抓料装置（通过控制自动夹头和自动抓料装置可以实现原料熔棒的夹取和松开），原料熔棒的位置下方依次设有连接导向器、过渡导向器、直线驱动器、直线导向器、加热装置，加热装置下方设有雾化器。
优选的，加热装置可采用感应线圈加热装置或者等离子加热装置。
优选的，连接导向器(5)、过渡导向器(6)、直线驱动器(7)、直线导向器(8)四个部件分别由至少三个滚轮组成，各个部件的滚轮在与原料熔棒（4）垂直的平面上均匀分布，滚轮的切线与原料熔棒平行并且紧靠原料熔棒。通过滚轮的转动固定和输送原料熔棒，带动棒材进料。
工作过程：
①将原料熔棒的上端加工成内螺纹，下端加工成与上端内螺纹匹配的外螺纹；
②将原料熔棒盘装满加工好的原料熔棒，放入过渡室，关闭过渡门；
③将真空腔体抽真空后，自动抓料装置从过渡室抓取原料熔棒到自动夹头正下方，通过主轴的旋转和下降运动，自动夹头接触到原料熔棒上端并自动抓紧原料熔棒，自动抓料装置松开原料熔棒，主轴继续旋转下降，直至原料熔棒下端依次通过连接导向器和过渡导向器后，自动夹头松开原料熔棒，主轴迅速退回原始位置；
④原料熔棒在连接导向器和过渡导向器的驱动下继续向下进料，当连接导向器上的感应器感应到第一根原料熔棒末端已经穿过连接导向器，自动抓料装置会抓取过渡室的另一根原料熔棒到自动夹头正下方，然后主轴做旋转下降运动，自动夹头接触到原料熔棒上端并自动抓紧原料熔棒，自动抓料装置松开原料熔棒，主轴继续旋转下降，下降速度大于第一根原料的进料速度，直至另一根原料熔棒的下端接触到第一根原料熔棒上端，在主轴的旋转和下降运动作用下，内螺纹和外螺纹锁紧形成一体变为一根原料熔棒，自动夹头松开另一根原料熔棒，主轴迅速退回原始位置，第一根原料熔棒带动第二根原料熔棒通过直线驱动器和直线导向器继续向下输送，原料熔棒通过加热装置后加热熔化，熔融的原料液滴或者液流垂直落入正下方的雾化器中进行雾化，然后进行收集,筛分或者分级，包装；
⑤重复第④步骤至过渡室的最后一根原料熔棒到自动夹头正下方时，将新的原料熔棒盘装入置换室，关闭置换门，将置换室抽至与主工作室一样的真空度，然后自动打开过渡门，过渡室的原料熔棒盘和置换室的原料熔棒盘工位迅速切换，然后关闭过渡门，将置换室中的原料熔棒盘装满，关闭置换门，将置换室抽至与主工作室一样的真空度，等待下一次原料熔棒盘切换；
⑥过渡室和置换室中原料熔棒盘切换后，继续重复第④和第⑤步骤，直至生产结束。
本发明可通过连续输送原料熔棒实现连续雾化。
本发明的有益效果是无需使用熔炼坩埚，性质活泼的原材料和高熔点的原材料可以在无接触条件下加热熔化，雾化成粉末，并且采用棒材连续进料，连续雾化，雾化气体损失小，能提高球形金属粉末的产能和纯度，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明之采用棒材连续进料生产球形粉末的设备的示意图。
图2是连接导向器和原料熔棒配合的俯视图。
图中：1.主轴，2.真空腔体，2＇.主工作室，3.自动夹头，3＇.自动抓料装置，4.原料熔棒，5.连接导向器，6.过渡导向器，7.直线驱动器，8.直线导向器，9.加热装置，10.过渡门，11.置换门，12.原料熔棒盘，13.过渡室，14.置换室，15.雾化器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例之采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，包括主轴1、真空腔体2、自动夹头3、自动抓料装置3＇、原料熔棒4（是待处理原料产品，并非设备的一部分，为了方便说明工作过程，增加至此处）、连接导向器5、过渡导向器6、直线驱动器7、直线导向器8、加热装置9、原料熔棒盘12、雾化器15；所述主轴1装配于真空腔体2上部（选用动密封装配方法），可做旋转和升降运动 ；所述真空腔体2包括主工作室2＇，过渡门10，置换门11，过渡室13，置换室14，主工作室2＇一侧依次设过渡室13、过渡门10、置换室14、置换门11，过渡室13中设有原料熔棒盘12，主轴1下端设有自动夹头3，在主工作室2＇垂直于原料熔棒盘12中心位置的壁上设置自动抓料装置3＇（通过控制自动夹头3和自动抓料装置3＇可以实现原料熔棒的夹取和松开），原料熔棒4的位置下方依次设有连接导向器5、过渡导向器6、直线驱动器7、直线导向器8、加热装置9，加热装置9下方设有雾化器15。
可通过连续输送原料熔棒实现连续雾化。
加热装置9可采用感应线圈加热装置或者等离子加热装置。
连接导向器5、过渡导向器6、直线驱动器7、直线导向器8四个部件分别由至少三个滚轮组成，各个部件的滚轮在与原料熔棒4垂直的平面上均匀分布，滚轮的切线与原料熔棒平行并且紧靠原料熔棒。通过轮子的转动固定和输送原料熔棒，带动棒材进料。
工作过程：
①将原料熔棒4的上端加工成内螺纹，下端加工成与上端内螺纹匹配的外螺纹；
②将原料熔棒盘12装满加工好的原料熔棒，放入过渡室13，关闭过渡门10；
③将真空腔体2抽真空后，自动抓料装置3＇从过渡室13抓取原料熔棒4到自动夹头3正下方，通过主轴1的旋转和下降运动，自动夹头3接触到原料熔棒4上端并自动抓紧原料熔棒4，自动抓料装置3＇松开原料熔棒4，主轴1继续旋转下降，直至原料熔棒4下端依次通过连接导向器5和过渡导向器6后，自动夹头3松开原料熔棒4，主轴1迅速退回原始位置；
④原料熔棒4在连接导向器5和过渡导向器6的驱动下继续向下进料，当连接导向器5上的感应器感应到第一根原料熔棒末端已经穿过连接导向器5，自动抓料装置3＇会抓取过渡室13的另一根原料熔棒到自动夹头3正下方，然后主轴1做旋转下降运动，自动夹头3接触到原料熔棒上端并自动抓紧原料熔棒，自动抓料装置3＇松开原料熔棒，主轴1继续旋转下降，下降速度大于第一根原料的进料速度，直至另一根原料熔棒的下端接触到第一根原料熔棒上端，在主轴的旋转和下降运动作用下，内螺纹和外螺纹锁紧形成一体变为一根原料熔棒，自动夹头3松开另一根原料熔棒，主轴1迅速退回原始位置，第一根原料熔棒4带动第二根原料熔棒通过直线驱动器7和直线导向器8继续向下输送，原料熔棒通过加热装置9后加热熔化，熔融的原料液滴或者液流垂直落入正下方的雾化器15中进行雾化，然后进行收集,筛分或者分级，包装；
⑤重复第④步骤至过渡室13的最后一根原料熔棒到自动夹头3正下方时，将新的原料熔棒盘装入置换室14，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度，然后自动打开过渡门10，过渡室13的原料熔棒盘和置换室14的原料熔棒盘工位迅速切换，然后关闭过渡门10，将置换室14中的原料熔棒盘装满，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度，等待下一次原料熔棒盘切换；
⑥过渡室13和置换室14中原料熔棒盘切换后，继续重复第④和第⑤步骤，直至生产结束。
以下实施例2和实施例3为具体采用实施例1设备的应用实施例。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
①将直径40mm，长度1m的原料熔棒纯钛棒4的上端加工成M24*1.5的内螺纹，下端加工成M24*1.5的外螺纹，内螺纹和外螺纹能相互配合拧紧；
②将原料熔棒盘12装满上述规格的原料熔棒纯钛棒，放入过渡室13，关闭过渡门10；
③将真空腔体2抽真空至10Pa后，自动抓料装置3＇从过渡室13抓取原料熔棒纯钛棒4到自动夹头3的正下方，主轴1上的感应器感应到纯钛棒4已到达自动夹头3正下方后，主轴1以10mm/s的速度旋转下降，自动夹头3接触到原料熔棒纯钛棒4上端并自动抓紧原料熔棒纯钛棒4，同时自动抓料装置3＇松开原料熔棒纯钛棒4，主轴1继续以10mm/s的速度旋转下降，直至原料熔棒纯钛棒4下端依次通过连接导向器5和过渡导向器6，自动夹头3迅速松开原料熔棒纯钛棒4，主轴1以20mm/s的速度退回原始位置；
④ 原料熔棒纯钛棒4在连接导向器5和过渡导向器6的驱动下继续向下进料，控制纯钛棒4进料的速度为3mm/s，当连接导向器5上的感应器感应到第一根纯钛棒末端已经穿过连接导向器5，自动抓料装置3＇抓取过渡室13的另一根纯钛棒到自动夹头3正下方，然后主轴1以10mm/s的速度做旋转下降运动，自动夹头3接触到另一根纯钛棒上端并自动抓紧该纯钛棒，自动抓料装置3＇松开该纯钛棒，主轴1继续以10mm/s的速度下降，下降速度大于第一根纯钛棒的进料速度3mm/s，直至另一根纯钛棒的下端接触到第一根纯钛棒4的上端，在主轴的旋转和下降运动作用下，内螺纹和外螺纹锁紧形成一体变为一根纯钛棒，自动夹头3松开另一根纯钛棒，主轴1以20mm/s的速度退回原始位置，第一根纯钛棒4带动第二根纯钛棒通过直线驱动器7和直线导向器8以3mm的速度继续向下输送，纯钛棒通过感应线圈加热装置9加热熔化，熔融的原料液滴或者液流垂直落入正下方的雾化器15中进行雾化，然后进行收集,筛分或者分级，包装；
⑤重复第④步骤至过渡室13的最后一根纯钛棒到自动夹头3正下方时，将新的纯钛棒盘装入置换室14，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度10Pa，然后自动打开过渡门10，过渡室13的纯钛棒盘和置换室14的纯钛棒盘工位迅速切换，然后关闭过渡门10，将置换室14中的纯钛棒盘装满，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度10Pa，等待下一次原料熔棒盘切换；
⑥过渡室13和置换室14中原料熔棒盘切换后，继续重复第④和第⑤步骤直至生产结束。
通过分析和数据统计，球形纯钛粉的产能可达到60Kg/H以上，通过控制纯钛棒的直径和进料速度，可以调节钛粉的产能，生产出来的纯钛粉末杂质含量小于1500PPM，在相同生产时间内，和批次式旋转电极感应熔炼气雾化的相比，产能增加三倍以上，节约雾化气体50%以上；和坩埚熔炼气雾化设备生产出来的纯钛粉末杂质含量相比，杂质减少了80%以上。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
①将直径20mm、长度1m的钨棒4的上端加工成M10*1的内螺纹，下端加工成M10*1的外螺纹，内螺纹和外螺纹能相互配合拧紧；
②将原料熔棒盘12装满上述规格的钨棒，放入过渡室13，关闭过渡门10；
③将真空腔体2抽真空至10Pa后，自动抓料装置3＇从过渡室13抓取钨棒4到自动夹头3的正下方，主轴1上的感应器感应到钨棒4已到达自动夹头3正下方后，主轴1以10mm/s的速度旋转下降，自动夹头3接触到钨棒4上端并自动抓紧钨棒4，同时自动抓料装置3＇松开钨棒4，主轴1继续以10mm/s的速度继续旋转下降，直至钨棒4下端依次通过连接导向器5和过渡导向器6，自动夹头3迅速松开钨棒4，主轴1以20mm/s的速度退回原始位置；
④钨棒4在连接导向器5和过渡导向器6的驱动下继续向下进料，控制钨棒4进料的速度为3mm/s，当连接导向器5上的感应器感应到第一根钨棒末端已经穿过连接导向器5，自动抓料装置3＇抓取过渡室13的另一根钨棒到自动夹头3正下方，然后主轴1以10mm/s的速度做旋转下降运动，自动夹头3接触到另一根钨棒上端并自动抓紧该钨棒，自动抓料装置3＇松开该钨棒，主轴1继续以10mm/s的速度下降，下降速度大于第一根钨棒的进料速度3mm/s，直至另一根钨棒的下端接触到第一根钨棒4的上端，在主轴的旋转和下降运动作用下，内螺纹和外螺纹锁紧形成一体变为一根钨棒，自动夹头3松开另一根钨棒，主轴1以20mm/s的速度退回原始位置，第一根钨棒4带动第二根钨棒通过直线驱动器7和直线导向器8以3mm/s的速度继续向下输送，钨棒通过等离子加热装置9加热熔化，熔融的原料液滴或者液流垂直落入正下方的雾化器15中进行雾化，然后进行收集,筛分或者分级，包装；
⑤重复第④步骤至过渡室13的最后一根钨棒到自动夹头3正下方时，将新的钨棒盘装入置换室14，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度10Pa，然后自动打开过渡门10，过渡室13的原料熔棒盘-钨棒盘和置换室14的钨棒盘工位迅速切换，然后关闭过渡门10，将置换室14中的钨棒盘装满，关闭置换门11，将置换室14抽至与主工作室2＇一样的真空度10Pa，等待下一次原料熔棒盘切换；
⑥过渡室13和置换室14中原料熔棒盘切换后，继续重复第④和第⑤步骤直至生产结束。
通过分析和数据统计，球形钨粉的产能可达到65Kg/H以上，通过控制钨棒的直径和进料速度，可以调节钨粉的产能，生产出来的球形钨粉杂质含量小于1000PPM，在相同生产时间内，和批次式旋转电极感应熔炼气雾化的相比，产能增加三倍以上，节约雾化气体50%以上；而坩埚熔炼气雾化设备限于熔炼设备的加热温度，不能生产钨粉这么高熔点的粉末。
Claims (5)
1.一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，其特征在于，包括主轴(1)、真空腔体(2)、自动夹头(3)、自动抓料装置(3＇)、原料熔棒(4)、连接导向器(5)、过渡导向器(6)、直线驱动器(7)、直线导向器(8)、加热装置(9)、原料熔棒盘(12)、雾化器(15)；所述主轴(1)装配于真空腔体(2)上端；所述真空腔体(2)包括主工作室(2＇)、过渡门(10)、置换门(11)、过渡室(13)、置换室(14)，主工作室(2＇)一侧依次设过渡室(13)、过渡门(10)、置换室(14)、置换门(11)，过渡室(13)中设有原料熔棒盘(12)，主轴(1)下端设有自动夹头(3)，在主工作室(2＇)垂直于原料熔棒盘(12)中心位置的壁上设置自动抓料装置(3＇)，原料熔棒(4)的位置下方依次设有连接导向器(5)、过渡导向器(6)、直线驱动器(7)、直线导向器(8)、加热装置(9)，加热装置(9)下方设有雾化器(15)。
2.根据权利要求1所述的采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，其特征在于，所述主轴(1)采用动密封装配方法装配于真空腔体(2)上端。
3.根据权利要求1或2所述的采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，其特征在于，所述加热装置(9)采用感应线圈加热装置或者等离子加热装置。
4.根据权利要求1或2所述的采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，其特征在于，连接导向器(5)、过渡导向器(6)、直线驱动器(7)、直线导向器(8)四个部件分别由至少三个滚轮组成，各个部件的滚轮在与原料熔棒（4）垂直的平面上均匀分布，滚轮的切线与原料熔棒（4）平行并且紧靠原料熔棒（4）。
5.如权利要求1-4之一所述的采用棒材连续进料生产球形粉末的设备的应用，即其工作过程，其特征在于，包括以下步骤：
①将原料熔棒(4)的上端加工成内螺纹，下端加工成与上端内螺纹匹配的外螺纹；
②将原料熔棒盘(12)装满加工好的原料熔棒，放入过渡室(13)，关闭过渡门(10)；
③将真空腔体(2)抽真空后，自动抓料装置(3＇)从过渡室(13)抓取原料熔棒(4)到自动夹头(3)正下方，通过主轴(1)的旋转和下降运动，自动夹头(3)接触到原料熔棒(4)上端并自动抓紧原料熔棒(4)，自动抓料装置(3＇)松开原料熔棒(4)，主轴(1)继续旋转下降，直至原料熔棒(4)下端依次通过连接导向器(5)和过渡导向器(6)后，自动夹头(3)松开原料熔棒(4)，主轴(1)迅速退回原始位置；
④原料熔棒(4)在连接导向器(5)和过渡导向器(6)的驱动下继续向下进料，当连接导向器(5)上的感应器感应到第一根原料熔棒末端已经穿过连接导向器(5)，自动抓料装置(3＇)会抓取过渡室(13)的另一根原料熔棒到自动夹头(3)正下方，然后主轴(1)做旋转下降运动，自动夹头(3)接触到原料熔棒上端并自动抓紧原料熔棒，自动抓料装置(3＇)松开原料熔棒，主轴(1)继续旋转下降，下降速度大于第一根原料的进料速度，直至另一根原料熔棒的下端接触到第一根原料熔棒上端，在主轴的旋转和下降运动作用下，内螺纹和外螺纹锁紧形成一体变为一根原料熔棒，自动夹头(3)松开另一根原料熔棒，主轴(1)迅速退回原始位置，第一根原料熔棒(4)带动第二根原料熔棒通过直线驱动器(7)和直线导向器(8)继续向下输送，原料熔棒通过加热装置(9)后加热熔化，熔融的原料液滴或者液流垂直落入正下方的雾化器(15)中进行雾化，然后进行收集,筛分或者分级，包装；
⑤重复第④步骤至过渡室(13)的最后一根原料熔棒到自动夹头(3)正下方时，将新的原料熔棒盘装入置换室(14)，关闭置换门(11)，将置换室(14)抽至与主工作室(2＇)一样的真空度，然后自动打开过渡门(10)，过渡室(13)的原料熔棒盘和置换室(14)的原料熔棒盘工位迅速切换，然后关闭过渡门(10)，将置换室(14)中的原料熔棒盘装满，关闭置换门(11)，将置换室(14)抽至与主工作室(2＇)一样的真空度，等待下一次原料熔棒盘切换；
⑥过渡室(13)和置换室(14)中原料熔棒盘切换后，继续重复第④和第⑤步骤，直至生产结束。
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