真空紧耦合气雾化制粉用的预热系统及真空紧耦合气雾化制粉系统的制作方法

本实用新型属于增材制造用球形金属粉末的气雾化制备装置技术领域，具体而言涉及一种真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构。

背景技术：

目前，金属增材制造领域所用材料的主要制备方法是气雾化制粉，包括真空感应气雾化工艺(viga)、电极感应气雾化工艺(eiga)等。气雾化制粉的原理是借助高速气流对熔融金属液进行冲击破碎后再经快速冷却形成球形金属粉末。对于viga工艺，除了核心器件雾化喷盘外，中间包/导流系统也是非常关键的部分。

现有的viga技术存在着一个重大的缺陷——堵包问题，即熔融金属液在进入中间包“流出温度较低的导流嘴”打开高压雾化气阀的过程中，极易发生金属液凝固堵包现象。堵包现象一旦发生，即宣告雾化失败，会造成巨大的损失。

雾化堵包的一个主要原因是：导流管无法加热温度过低。当金属液流经导流管时，温度下降太快，若金属液的过热度不够高，则极易凝固发生堵包现象，从而导致整个雾化过程失败或恶化金属粉末产品的质量。

关于预防中间包雾化堵包的方法，现有技术的中国专利201710274743.1提出的一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统，采用给中间包导流管部分加装外套传热管和内壁加热芯棒，达到对导流嘴的预热效果，一定程度上降低了堵嘴几率。但是，由于这种固定式的加热需要进行热量传导，当热量传递到导流管口部分的时候，已经散失了一部分，使得导流管口部分与金属液的温差较大，同时，导流管口部分插入金属喷盘中，金属的传热更快，也使得导流管口部分的温度进一步散失，如此，导流管口部分的温度相对于导流管部分较低，增加了堵包的风险。

另一方面，实验表明，吸引力会加快金属液向下的流速，反喷力会降低金属液流速，甚至会导致金属液堵塞或金属液向上反喷四溅；因此，在制粉过程中，需要一个合适大小的吸引力，以加快金属液向下的流速，而不同的导流管伸出的长度，会影响吸引力的大小；导流管伸出的长度是随着喷盘及工艺参数的变化而变化的，一旦出现更换喷盘或者更换工艺参数，需要对导流管的伸出长度进行调节；目前的技术中，导流管是固定插入金属喷盘中，不易对其伸出长度进行调节。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构，旨在通过升降导流管以使全部导流管进入预热区，使导流管整体进行预热的方式，减小金属液流与导流管口部分的温差，达到降低堵包风险的目的。

为达成上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种真空紧耦合气雾化制粉用的预热系统，包括：

供热系统，所述供热系统在其内腔形成预热区；

升降机构，围绕所述供热系统设置，所述升降机构具有一固定台，可相对所述供热系统进行上下升降运动；

中间包，设置在所述固定台上，与固定台同步地在所述预热区内运动；

其中，所述中间包的底部与导流管连接，所述中间包在所述预热区内的运动同步带动导流管在预热区域内的运动，对中间包和导流管进行预热，并且在导流管的反复升降预热过程中，通过导流管对气雾化喷盘进行预热。

进一步地，所述供热系统包括石墨预热包套、包裹在石墨预热包套外的耐火陶瓷包套以及置于耐火陶瓷包套外的感应加热线圈，在所述石墨预热包套的内腔形成预热区。

进一步地，所述导流管与气雾化喷盘之间还设有导流管隔热包套，所述导流管与气雾化喷盘和导流管隔热包套相接触。

进一步地，在导流管的反复升降预热过程中，还通过导流管对导流管隔热包套进行预热。

进一步地，所述升降机构还包括至少一组穿过所述固定台的螺杆，所述螺杆被驱动以使得固定台运动。

进一步地，所述固定台的中央设置有一限位孔，中间包固定在所述限位孔内。

根据本实用新型的目的，还提出一种真空紧耦合气雾化制粉系统，包括前述的真空紧耦合气雾化制粉用的预热系统，通过该预热系统驱动中间包和导流管上下升降运动，以对其进行预热；

并且在升降过程中，通过导流管对气雾化喷盘进行预热，所述气雾化喷盘设置在供热系统的下方位置。

进一步地，所述导流管与气雾化喷盘之间还设有导流管隔热包套，所述导流管与气雾化喷盘和导流管隔热包套相接触。

进一步地，真空紧耦合气雾化制粉系统还设置有一控制系统，设置有至少一个电机和传动机构，与所述升降机构连接并驱动其上下运动。

与现有技术相比，本实用新型的显著优点在于：

本实用新型采用升降机构可以实现中间包连同导流管同时上升或下降，随着中间包的上升(进入预热区预热)，导流管从气雾化喷盘的孔中抽出，导流管整体进入到石墨预热包套中，通过辐射传热使整个导流管保持较高温度，从而使导流管的底部的口部分与导流管的其他部分的温度一致，避免了因热传递过程中热量的散失而出现导流管口温度较低的现象，降低了导流管口部分与金属液流的温差，保证了金属液的流动性，降低了金属液堵塞及导流嘴结瘤的风险，提高了气雾化过程的稳定性及细粉收得率。

同时，在导流管与气雾化喷盘之间设有导流管隔热包套，减少了气雾化喷盘对热量的传导，从而减少了导流管口部分的的热量散失，进一步降低了导流管口部分与金属液流的温差。同时，通过高温的导流管的上下运动，可对导流管隔热包套和气雾化喷盘进行预热。

通过升降距离微调可控的升降机构，可以实现导流管在气雾化喷盘内伸出长度的微调，当需要对导流管的伸出长度进行调节时，只需要通过升降机构使导流管上升或者下降，到达所需位置即可，方便快捷，并提高了工作效率。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管的预热升降机构的结构示意图。

图2是本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构沿中心面的截面图。此图为中间包没有向上提升时的位置图，即升降机构的提升距离为0mm。

图3是本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构提升一段距离后沿中心面的截面图。此图为中间包向上提升了一段距离，此时导流管基本完全进入石墨预热包套的加热区。

图4是本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构气雾化生产316l不锈钢粉末53～150μm粉末的激光粒度粒径分布图。

图5是本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉用中间包及导流管预热升降机构气雾化生产in718高温合金粉末53～150μm粉末的微观形貌图。

附图标记说明：

10、供热系统；11、石墨预热包套；12、耐火陶瓷包套；13、感应加热线圈；

20、中间包；21、导流管；

30、气雾化喷盘；31、导流管隔热包套；

40、升降机构；41、螺杆；42、固定台；43、支撑轴。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

根据本实用新型的公开，如图1、2所示，真空紧耦合气雾化制粉系统包括供热系统10、中间包20、导流管21及升降机构40。本实用新型通过对中间包和导流管上加装配置升降机构，在需要预热时，控制升降机构上升，将导流管从气雾化喷盘中拉出并整体进入预热区进行预热，不仅对中间包以及导流管的主体预热，还对其底部的口部分进行预热；然后控制升降机构下降到气雾化喷盘，通过导流管对气雾化喷盘进行预热。待中间包、导流管与熔炼坩埚均达到设定的可雾化温度时，控制下降并微调升降机构，使导流管进入喷盘孔以及完成定位后，快速开启雾化处理。

供热系统10，用于其内腔形成预热区，对中间包20和导流管21进行预热。

升降机构40，围绕所述供热系统10进行设置，例如图1、2所示，升降机构40具有一固定台42，可相对供热系统进行上下升降运动。

中间包20，设置在固定台42上，与固定台同步地在预热区内运动。

中间包20的底部与导流管21连接，使得中间包在预热区内的运动同步带动导流管21在预热区域内的运动，对中间包和导流管进行预热，并且在导流管的反复升降预热过程中，通过导流管21对气雾化喷盘30进行预热。

结合图1、2所示，可选的方案中，供热系统10包括石墨预热包套11、包裹在石墨预热包套11外的耐火陶瓷包套12以及置于耐火陶瓷包套12外的感应加热线圈13。其中，感应加热线圈13用于对石墨预热包套11进行加热，在石墨预热包套11的内腔形成预热区。耐火陶瓷包套12用于防止石墨预热包11的热量散失，同时也对感应加热线圈13起到保护作用，防止感应加热线圈13温度过高而导致散热不佳。

如图2，中间包20套设在预热区内，中间包20为上大下小的锥面体，中间包20的下端与导流管21的一端可通过耐火泥胶密封粘接，且中间包内部与导流管内部相连通。

导流管21的另一端插入到气雾化喷盘30的孔内，气雾化喷盘30置于供热系统10的底部。

石墨预热包套11和耐火陶瓷包12在与气雾化喷盘30对应的位置设有自上而下贯穿的中空部分，用于容纳并允许中间包20和导流管21通过。

导流管21与气雾化喷盘30之间还设有一个导流管隔热包套31，防止导流管21热量散失严重，导流管21与气雾化喷盘30和导流管隔热包套31之间接触。

石墨预热包套11发热后，将热量传导给中间包20，同时也将热量传给升上来的导流管21，实现对整个导流管21的加热。

升降机构40套接在中间包20的上端，如图1所示的示例，升降机构40包括一组由电机控制的螺杆41及受螺杆驱动而升降的固定台42，螺杆41穿过固定在固定台42上的支撑轴43，支撑轴43的内孔设有螺旋纹，与螺杆41上的螺纹相啮合，可使支撑轴43随螺杆41转动而上下移动，从而驱动固定台运动。

可选地，固定台42上设有限位孔，为上大下小的锥孔，与中间包20的外锥面同轴，使得二者可以紧密贴合，将中间包20安装到固定台上。中间包随着升降机构的升降而进行上升或下降运动，从而带动中间包和中间包底部连接的导流管同步进行上升或下降。

升降机构上升，带动中间包和导流管上升，升降机构上升到合适的高度，使全部导流管进入预热区进行预热，实现导流管的整体预热，升降机构下降时，可将导流管下降到合适的高度，从而使导流管在气雾化喷盘内达到合适的伸出长度，并对气雾化喷盘预热。

优选地，升降机构通过外部控制系统控制，例如电机驱动系统，以用于驱动螺杆旋转，实现控制升降机构的固定台上下移动。外部控制系统可以以现有技术来实现，通过精确的电机以及电机控制，可实现精确的升降控制效果，升降精度优选地可以选择0.1mm级别，升降范围要求可在0～100mm调整，其中，0mm的位置即为图2中显示的气雾化喷盘30、导流管21和导流管隔热包套31紧密贴合的位置，此位置也是气雾化制粉时的位置。

如图3所示，本实用新型的真空紧耦合气雾化制粉的预热系统的使用原理如下说明：

感应加热线圈13开始加热，石墨预热包套11也在感应加热线圈13的作用下预热升温，产生的热量通过接触传热和/或辐射传热的方式给中间包20加热；

在上述过程中，操作人员可以利用外部控制系统直接控制螺杆41转动，此时螺杆41的螺纹转动驱动着支撑轴43上升或下降，从而带动固定台42和中间包20向上或向下移动，使导流管21整体进入到石墨预热包套11的加热区内进行预热；

反复升降中间包，例如在1～50mm内调整，使高温的导流管21给下方的气雾化喷盘30和导流管隔热包套31进行预热；这样操作的目的在于：(1)防止导流管21与下方的气雾化喷盘30和导流管隔热包套31之间温差过大，陶瓷导流管破裂；(2)上下移动预热的方式可以预先完成各个部件的热膨胀，防止装配间隙不足，导流管21无法下降；

在预热的过程中，中间包内的金属原料熔炼，待金属熔液达到设定的温度范围，并且中间包20温度达到1000～1100℃时，控制升降机构40将中间包20快速降至初始高度0mm，即导流管21与气雾化喷盘30、导流管隔热包套31紧密配合，紧接着开始浇注金属液，通惰性气体进行气雾化制粉。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

【实施例一】

使用图2所示的制粉装置，进行316不锈钢的气雾化制粉操作，参考制粉炉次为20炉。钢液过热度约为150～250℃，感应加热线圈的功率为5～15kw，中间包系统加热至雾化开始的时间为40～90min，导流管出口处直径在2.5～6mm的范围内均能够正常雾化，20炉制粉均未发生钢液堵塞及结瘤导致雾化过程中断的现象，堵包率为0％。所制粉末经过100目和270目筛网，取53～150μm粉末，采用激光粒度仪测试其粒度，质量中值粒径d50为：93μm≤d50≤103μm，其粒度分布如图4所示。

【实施例二】

使用图2所示的制粉装置，进行in718高温合金的气雾化制粉操作，参考制粉炉次为20炉。金属液过热度约为150～300℃，感应加热线圈的功率为5～15kw，中间包系统加热至雾化开始的时间为40～90min，导流管出口处直径在3～6mm的范围内均能够正常雾化，20炉制粉均未发生钢液堵塞及结瘤导致雾化过程中断的现象，堵包率为0％。所制粉末经过100目和270目筛网，取53～150μm粉末，采用激光粒度仪测试其粒度，质量中值粒径d50为：94μm≤d50≤105μm，粉末形貌如图5所示。

【实施例三】

使用图2所示的制粉装置，进行8407模具钢的气雾化制粉操作，参考制粉炉次为20炉。金属液过热度约为150～300℃，感应加热线圈的功率为5～15kw，中间包系统加热至雾化开始的时间为40～90min，导流管出口处直径在3～6mm的范围内均能够正常雾化，20炉制粉均未发生钢液堵塞及结瘤导致雾化过程中断的现象，堵包率为0％。所制粉末经过100目和270目筛网，取53～150μm粉末，采用激光粒度仪测试其粒度，质量中值粒径d50为：94μm≤d50≤106μm。

【实施例四】

使用现有技术中的中间漏包系统，即不带有升降机构的制粉装置，进行316不锈钢的气雾化制粉操作，参考制粉炉次为20炉。金属液过热度约为150～250℃，感应加热线圈的功率为5～15kw，中间包系统加热至雾化开始的时间为40～90min，导流管出口处直径在5～6mm的范围内均能够正常雾化，导流管出口处直径在3～5mm(不包含5)的范围内时，极易发生堵包。经统计，20炉制粉发生钢液堵塞及结瘤导致雾化过程中断的次数为5次，堵包率为25％。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。