专利名称：立式金属粉末连续烧结炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种立式金属粉末连续烧结炉，特别是一种在粉末冶金、硬面材料领域可对金属混合料颗粒实现连续、快速合金化工艺的立式金属粉末连续烧结炉。
背景技术：
硬面材料在表面工程中的应用是通过热喷涂等热工艺技术将其涂覆在金属或工件表面，从而提高表面耐磨损、抗冲击、耐高温、耐腐蚀等性能，显著延长工件使用寿命；也可对废旧工件进行修复、补强，使其恢复或超过原有使用性能，从而节约大量的金属材料和生产成本。因此硬面材料的广泛应用对促进经济可持续发展，构建节约型社会具有重要的现实意义和深远的战略意义。热喷涂金属粉末是一种用量最大、用途最广的硬面材料，也是支撑我国现代工业和现代国防的战略性基础材料之一。用作硬面材料的热喷涂金属粉末绝大部分都是由两种以上的金属材料组成的混合料粉末或合金料粉末，按烧结温度分为低温型和高温型两大类，低温型粉末是一种将多种金属(或金属+合金)粉末与成形剂一起经混合湿磨制粒-脱脂处理-800°C以下低温预烧结得到的混合料粉末(或复合粉)，是多种金属(或金属+合金)粉末混合在一起所形成的颗粒的集合(以下简称混合料粉末)，混合料粉末颗粒内部的结合是一种机械结合，颗粒强度低、密实度低、松装密度小；高温型粉末是将低温型混合料粉末经高温烧结后得到的合金化粉末，合金粉末将颗粒内部的结合力由机械结合转为冶金结合，提高了粉末颗粒强度、 密实度和松装密度，所以，合金化喷涂粉是一种高性能的硬面材料。高温烧结是生产合金粉的关键技术之一，也是目前严重制约我国高品质合金粉规模化生产的瓶颈技术。传统的合金粉制备工艺是将混合料粉末放在容器中进行长达几小时的高温加热，冷却后再经破碎处理获得。这种传统工艺由于加热时间过长，导致粉末晶粒大幅长大，而晶粒长大将直接影响喷涂层的耐磨性能；另一方面，由于粉末堆积在容器中集中加热导致粉末结块，必须进行破碎处理，而破碎又导致粉末粒度分布不均匀、颗粒形貌发生改变，同时产生大量的筛上物和筛下物导致产品实收率低下。
发明内容
本发明的目的在于克服上述高温烧结工艺缺陷，提供一种晶粒尺寸相对稳定、可优化颗粒形貌和性能、实收率和松装密度均高、工艺流程短、生产成本低、适合工业化规模生产的立式金属粉末连续烧结炉。本发明的技术方案一种立式金属粉末连续烧结炉，包括进气管、输料管、保温层、 下料管、炉盖、圆形发热管、加热筒体、感应加热器、冷却筒体，圆形发热管置于加热筒体中心位置，发热管外周依次设有管式保温层和感应加热器，发热管内圆柱区间对应感应加热器高度部位为加热区，其特征在于所述的下料管为带法兰的圆柱形夹层通水结构的水冷式下料管，该下料管固定在炉盖中心法兰上，下料管的中心孔出口伸入发热管内并靠近加热区位置，下料管法兰下方的外周和底部端面被带台阶保温层包覆，下料管的中心孔为下料通道；所述的带台阶保温层通过其台阶被支撑在圆形发热管的上端面，带台阶保温层上端伸入炉盖中心法兰套中，下端伸入发热管内并靠近加热区位置，带台阶保温层底部的中心孔直径大于下料管的中心孔的出口直径；所述的下料管夹层内设有冷却水管，该冷却水管从下料管上部一侧端口伸入到靠近夹层底部位置，下料管中心孔上端设有中心观测镜，下料管上部一侧设置输料管，该输料管从侧面进入与下料管的中心孔相通；所述的炉盖上设有带观测镜的观测孔，该观测孔起始位置是依次穿过水冷式下料管法兰、炉盖中心法兰和带台阶保温层；所述的下料管的中心孔出口平面位置的另一种形式，该出口平面高于或平于圆形发热管的上端面，在该形式下，下料管夹层内的冷却介质可以是水，也可以是气。本立式金属粉末连续烧结炉，整体结构为立式结构，烧结炉包括装有水冷式下料管的炉盖、加热筒体、冷却筒体，三者自上而下同心叠置。圆形发热管置于加热筒体中心位置，发热管外周依次设有保温层和感应加热器，发热管内圆柱区间对应感应器高度部位为加热区；加热筒体上方设有炉盖，炉盖中心位置设有水冷式下料管；冷却筒体为带圆锥的通孔式圆筒体。氮气或氩气从进气管进入下料管中心孔与被加热金属粉末混合，顺序进入加热区、冷却区，随同烧结好的粉末从冷却筒体底部出料口排出炉外。本立式金属粉末连续烧结炉的生产工作制为连续工作方式，最高使用温度为 2200°C，加热方式为感应加热，主要用于对混合料金属粉末进行快速、连续烧结，以获得晶粒尺寸和颗粒形貌相对稳定的高品质合金化金属粉末。烧结炉由自上而下同心布置的进料、加热、冷却三部分组成。进料部分负责可控、均匀地向加热区提供粉料；加热部分负责将混合料粉末快速加热到工艺温度并实现合金化工艺，使混合料变成合金粉；冷却部分负责将合金粉快速冷却并送出炉外。本发明的创新点是通过采用水冷方式降低下料管中心孔温度，特别是降低下料管中心孔底部出口温度，有效防止粉末粘在下料管内壁上堵塞中心孔导致金属粉末下料受阻，实验证明，如果下料管中心孔温度过高，只需几个小时甚至几十分钟下料管就会堵塞； 另一方面，将下料管出料口伸入发热管内孔并靠近加热区，缩短了出料口到加热区之间的距离，可大幅减小粉末飘落并粘在发热管内壁上的比例，提高产品实收率，延长烧结炉连续工作时间和使用寿命。生产工艺过程分别从加热区上方的进气管和加热区下方的进气管加入保护气体，将炉体内的空气排出炉外，确认炉内氧含量低于工艺值后，向炉体送电，发热管内的加热区开始升温，温度到达工艺值后，由进料机构将一定粒度范围的混合料粉末经输料管可控、均匀地加入水冷式下料管中心孔，进入加热区，并以自由落体方式下落，在经过加热区的下落过程中被快速加热到工艺温度并完成合金化工艺过程(或烧结过程)，然后继续下落到加热区下方的冷却筒体，冷却后经冷却筒体底部出料管落到炉外。物料由进料机构控制，连续、均匀、可控地顺序通过下料管、加热区、冷却区和出料管，实现了连续生产工艺。
图I为本烧结炉的结构示意图2为本烧结炉生产的WC-12CO合金粉末扫描电镜照片(100X)；图3为本烧结炉生产的WC-12CO合金粉末扫描电镜照片(5000X)；图中1-观测孔，2-炉盖中心法兰，3-冷却水管，4-进气管，5-中心观测镜，6-输料管，7-带台阶保温层，8-下料管，9-炉盖，10-下料管中心孔，11-发热管，12-加热筒体， 13-加热区，14-管式保温层，15-感应加热器，16-冷却筒体，17-进气管。
具体实施例方式参看图1，一种立式金属粉末连续烧结炉，包括进气管、输料管6、保温层、下料管 8、炉盖9、圆形发热管11、加热筒体12、感应加热器15、冷却筒体16,圆形发热管11置于加热筒体12中心位置，发热管11外周依次设有管式保温层14和感应加热器15，发热管11内圆柱区间对应感应加热器15高度部位为加热区13，其特征在于所述的下料管8为带法兰的圆柱形夹层通水结构的水冷式下料管，该下料管8固定在炉盖中心法兰2上，下料管8的中心孔10的出口伸入发热管11内并靠近加热区13位置，下料管8法兰下方的外周和底部端面被带台阶保温层7包覆，下料管8的中心孔10为下料通道；所述的带台阶保温层7通过其台阶被支撑在圆形发热管11的上端面，带台阶保温层7上端伸入炉盖中心法兰套中，下端伸入发热管11内并靠近加热区13位置，带台阶保温层7底部的中心孔直径大于下料管8的中心孔10的出口直径；所述的下料管8夹层内设有冷却水管3，该冷却水管3从下料管8上部一侧端口伸入到靠近夹层底部位置，下料管8中心孔10上端设有中心观测镜5，下料管8上部一侧设置输料管6，该输料管6从侧面进入与下料管8的中心孔10相通；所述的炉盖上设有带观测镜的观测孔1，该观测孔I起始位置是依次穿过水冷式下料管法兰、炉盖中心法兰2和带台阶保温层7 ；所述的下料管8的中心孔10的出口平面位置的另一种形式，该出口平面高于或平于圆形发热管11的上端面，在该形式下，下料管8夹层内的冷却介质可以是水，也可以是气。本烧结炉的装有水冷式下料管8的炉盖9、加热筒体12、冷却筒体16，三者自上而下同心叠置。发热管11中心圆孔区间对应感应器15高度部位为加热区13 ;加热筒体上方设有炉盖9，炉盖9中心位置设有水冷式下料管8 ;冷却筒体16为带圆锥的通孔式圆筒体。氮气或氩气从进气管4进入下料管8中心孔与被加热金属粉末混合，顺序进入加热区、冷却区，随同烧结好的粉末从冷却筒体底部出料口排出炉外。生产工艺过程分别从加热区上方的进气管4和加热区下方的进气管17加入保护气体，将炉体内的空气排出炉外，确认炉内氧含量低于工艺值后，向炉体送电，发热管11内的加热区13开始升温，温度到达工艺值后，由进料机构将一定粒度范围的混合料粉末经输料管6可控、均匀地加入水冷式下料管8的中心孔10，进入加热区13，并以自由落体方式下落，在经过加热区13的下落过程中被快速加热到工艺温度并完成合金化工艺过程，然后继续下落到加热区13下方的冷却筒体16，冷却后经冷却筒体16底部出料管落到炉外。物料由进料机构控制，连续、均匀、可控地顺序通过下料管、加热区、冷却区和出料管，实现了连续生产工艺。
图2、图3为本烧结炉生产的WC_12Co(碳化钨-12钴)合金粉末扫描电镜照片，其中图2放大倍数为100倍，图3放大倍数为5000倍，照片显示该粉末颗粒产生了一定程度上的液相烧结，表面密实光滑，形貌更趋向于球形，基本没有破裂破碎现象，那些破碎的细小颗粒都变成了球形，实现了颗粒内部原始粉末由机械结合转为冶金结合，形成具有一定强度性能的烧结合金粉末。
权利要求
1.一种立式金属粉末连续烧结炉，包括进气管、输料管(6)、保温层、下料管(8)、炉盖 (9)、圆形发热管(11)、加热筒体(12)、感应加热器(15)、冷却筒体(16)，圆形发热管(11) 置于加热筒体(12)中心位置，发热管(11)外周依次设有管式保温层(14)和感应加热器 (15)，发热管(11)内圆柱区间对应感应加热器(15)高度部位为加热区(13)，其特征在于所述的下料管(8)为带法兰的圆柱形夹层通水结构的水冷式下料管，该下料管(8)固定在炉盖中心法兰⑵上，下料管⑶的中心孔(10)的出口伸入发热管(11)内并靠近加热区(13)位置，下料管(8)法兰下方的外周和底部端面被带台阶保温层(7)包覆，下料管 ⑶的中心孔(10)为下料通道；所述的带台阶保温层(7)通过其台阶被支撑在圆形发热管(11)的上端面，带台阶保温层(7)上端伸入炉盖中心法兰套中，下端伸入发热管(11)内并靠近加热区(13)位置，带台阶保温层(7)底部的中心孔直径大于下料管(8)的中心孔(10)的出口直径；所述的下料管(8)夹层内设有冷却水管(3)，该冷却水管(3)从下料管(8)上部一侧端口伸入到靠近夹层底部位置，下料管(8)中心孔(10)上端设有中心观测镜(5)，下料管(8) 上部一侧设置输料管(6)，该输料管(6)从侧面进入与下料管(8)的中心孔(10)相通；所述的炉盖上设有带观测镜的观测孔(I)，该观测孔(I)起始位置是依次穿过水冷式下料管法兰、炉盖中心法兰(2)和带台阶保温层(7)。
2.如权利要求I所述的立式金属粉末连续烧结炉，其特征在于所述的下料管(8)的中心孔(10)出口平面位置高于或平于圆形发热管(11)的上端面，在该形式下，下料管(8)夹层内的冷却介质可以是水，也可以是气。
全文摘要
本发明涉及一种立式金属粉末连续烧结炉，包括进气管、输料管、保温层、下料管、炉盖、发热管、加热筒体、感应加热器、冷却筒体，发热管置于加热筒体内，发热管外周依次设有保温层和感应加热器，特征是通过采用夹层通水结构的水冷式下料管，即固定在中心法兰上的下料管夹层内设有冷却水管，该冷却水管从下料管一侧伸入夹层内，下料管的中心孔为下料通道；采用水冷式下料管使其降低下料管中心孔温度，特别是降低下料管中心孔底部出口温度，可有效防止粉末粘在下料管内壁上堵塞中心孔，导致金属粉末下料受阻，缩短了出料口到加热区之间的距离，可大幅减小粉末飘落并粘在发热管内壁上的比例，提高产品实收率，延长烧结炉连续工作时间和使用寿命。
文档编号B22F1/00GK102581269SQ20121005350
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者言伟雄 申请人:株洲弗拉德科技有限公司