一种等离子体冶金材料一体化设备的制作方法

本技术涉及等离子，具体涉及一种等离子体冶金材料一体化设备。

背景技术：

1、目前，真空冶金技术被广泛应用于金属熔炼提纯，但因工作温度较低，使其在对于高沸点金属冶炼方面很难达到理想提纯效果。而等离子体因工作温度高，被逐渐广泛的应用于冶金领域。等离子体冶金技术开始于20世纪60年代，最早由美国的linde公司在原先的直流电弧炉技术基础上，设计了等离子电弧炉投入实际生产进行钢铁熔炼。随着等离子体熔炼技术的发展，研究者们开始设计氢等离子体电弧精炼炉用于金属的精炼提纯，获得高纯度的冶金产品。近年来，冶金精炼与表面冶金是我国等离子体冶金技术的研究热点。尽管等离子体冶金技术已取得了诸多进展，但目前由于设备和生产成本的限制以及技术上存在的难题，仍未得到大规模的工业化应用。其中等离子体最重要的三个应用是等离子体熔炼、等离子体表面处理和等离子体精炼。电弧等离子体法具有高能量的电流密度，具有操作简单、提纯效率高、提纯效果明显等优势，特别适用于难熔金属，是材料、冶金工业中广泛应用的一种工艺技术。通常在惰性气体氛围中加入适量h2，以产生更高的温度。利用h2在提纯过程中的高活性，不仅可以改变对传统提纯方法的依赖，还能够降低污染、提高效率。氢电弧等离子体在熔炼金属时具有良好的纯化效果，目前该方法可以有效的去除难熔金属 ta、cr、zr中的金属杂质。

2、因此，利用等离子体工作时高温高活性的优势，将其与真空冶金技术结合，可大幅度提高金属杂质元素的去除率，从而提高提纯效率。

技术实现思路

1、本实用新型提出的一种等离子体冶金材料一体化设备，利用等离子体工作时高温高活性的优势，将其与真空冶金技术结合，可大幅度提高金属杂质元素的去除率，从而提高提纯效率。

2、为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

3、一种等离子体冶金材料一体化设备，包括真空熔炼炉、袋式收集器、纳米粉收集桶和旋风收集器，所述旋风收集器包含旋风收集器颈管法兰、粗料收集桶和出料口管道；所述出料口管道设于旋风收集器顶部；所述旋风收集器颈管法兰位于旋风收集器侧壁；所述旋风收集器底部设有粗料收集桶；

4、所述出料口管道连接至袋式收集器底部进料口；所述袋式收集器底部设有纳米粉收集桶；

5、引风机通过抽风口管道与袋式收集器相连；

6、所述引风机、袋式收集器及旋风收集器都安装于收集系统固定架上；

7、收集系统固定架通过万向脚轮沿着导轨前后移动。

8、进一步的，所述真空熔炼炉包含下电极、炉体上法兰真空泵组、抽真空管道及炉体下法兰；

9、所述炉体上法兰包含高压电极、升降装置、气源、进气管道、气体调节阀及升降装置固定架；

10、所述升降装置用于高压电极的升降；所述升降装置通过升降装置固定架安装于炉体上法兰；

11、所述气源通过进气管道与高压电极相连；所述气体调节阀位于进气管道上高压电极与气源之间；

12、所述真空熔炼炉侧壁设有抽真空管道，所述抽真空管道与真空泵组相连；

13、所述炉体下法兰内含有坩埚，底部设有升降旋转装置与真空熔炼炉支架固定连接。

14、进一步的，所述高压电极中心部分设一通孔，所述通孔内通介质气体。

15、进一步的，所述真空熔炼炉四周设有支撑件，所述支撑件设于真空熔炼炉外炉壁上，所述真空熔炼炉通过支撑件与真空熔炼炉支架连接。

16、进一步的，所述真空熔炼炉侧壁设有观察窗，观察窗便于时刻观察坩埚内部原料熔融及制粉状态。

17、进一步的，所述真空熔炼炉侧壁设有双层水冷颈管法兰，所述双层水冷颈管法兰通过螺栓与旋风收集器颈管法兰相连接。

18、进一步的，所述纳米粉收集桶通过卡钳法兰与袋式收集器相连。

19、进一步的，所述粗料收集桶通过法兰与旋风收集器相连。

20、进一步的，所述双层水冷颈管法兰安装盲法兰。

21、由上述技术方案可知，本实用新型的等离子体冶金材料一体化设备，利用等离子体工作时高温高活性的优势，将其与真空冶金技术结合，可大幅度提高金属杂质元素的去除率，从而提高提纯效率。利用电弧等离子体法提高了制备纳米材料方面同样具有效率高、产物粒径小等优势，并且由于设备的高真空度提高了纳米材料的纯度以及粒径。通过引入盲法兰以及导轨，有机结合了等离子体冶金和纳米材料合成，实现了一台设备通过操作工艺的优化来实现两个功能。由于一台设备实现了等离子体冶金以及纳米材料的合成，提高了提高生产效率、并且降低了生产成本。

22、另外，电弧等离子体法在制备纳米材料方面同样具有效率高、产物粒径小等优势，其制备过程主要包括阳极蒸发、成核、冷凝和凝并的过程。通过改变气体氛围、气体压力和输入功率等参数，可以适当地调控最终纳米颗粒的尺寸和形态。运用电弧法制备ag纳米粉，其纳米ag粉产率高，分散性好。采用电弧法制备出了ni纳米粉，制备的ni纳米粉平均粒径为40nm。然而，很少有关于使用直流电弧等离子体进行等离子体冶金和纳米材料合成的研究。

23、由此可见，上述两种设备得成功研发可将电弧等离子体冶金提纯的过程以及纳米材料的制备过程有机的结合，可以实现等离子体冶金提纯与纳米材料制备一体化。不仅可以提高生产效率、降低生产成本，还为冶金与材料领域的发展开辟了一种新思路。

24、本实用新型与现有技术相比，具有以下积极效果：

25、1、利用等离子体工作时高温高活性的优势，将其与真空冶金技术结合，可大幅度提高金属杂质元素的去除率，从而提高提纯效率；

26、2、电弧等离子体法在制备纳米材料方面同样具有效率高、产物粒径小等优势；

27、3、有机结合了等离子体冶金和纳米材料合成，实现了一台设备通过操作工艺的优化来实现两个功能；

28、4、提高生产效率、降低生产成本。

技术特征：

1.一种等离子体冶金材料一体化设备，包括真空熔炼炉(19)、袋式收集器(3)、纳米粉收集桶(6)和旋风收集器(9)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述真空熔炼炉(19)包含真空泵组(24)、抽真空管道(25)、气源(28)、进气管道(27)、气体调节阀(26)、下电极坩埚(23)、炉体上法兰(20)及炉体下法兰(15)；

3.根据权利要求2所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述高压电极(11)中心部分设一通孔，所述通孔内通介质气体。

4.根据权利要求2所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述真空熔炼炉(19)四周设有支撑件，所述支撑件设于真空熔炼炉(19)外炉壁上，所述真空熔炼炉通过支撑件与真空熔炼炉支架(14)连接。

5.根据权利要求1所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述真空熔炼炉(19)侧壁设有观察窗(30)。

6.根据权利要求1所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述真空熔炼炉(19)侧壁设有双层水冷颈管法兰(18)，所述双层水冷颈管法兰(18)通过螺栓与旋风收集器颈管法兰(10)相连接。

7.根据权利要求1所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述纳米粉收集桶(6)通过卡钳法兰(4)与袋式收集器(3)相连。

8.根据权利要求1所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述粗料收集桶(7)通过法兰与旋风收集器(9)相连。

9.根据权利要求6所述的等离子体冶金材料一体化设备，其特征在于：所述双层水冷颈管法兰(18)安装盲法兰(22)。

技术总结
本技术的一种等离子体冶金材料一体化设备，包括真空熔炼炉、袋式收集器、纳米粉收集桶和旋风收集器，所述旋风收集器包含旋风收集器颈管法兰、粗料收集桶和出料口管道；出料口管道设于旋风收集器顶部；旋风收集器颈管法兰位于旋风收集器侧壁；旋风收集器底部设有粗料收集桶；出料口管道连接至袋式收集器底部进料口；袋式收集器底部设有纳米粉收集桶；引风机通过抽风口管道与袋式收集器相连；引风机、袋式收集器及旋风收集器都安装于收集系统固定架上；收集系统固定架通过万向脚轮沿着导轨前后移动。本技术利用等离子体工作时高温高活性的优势，将其与真空冶金技术结合，可大幅度提高金属杂质元素的去除率，从而提高提纯效率。

技术研发人员：胡磊,倪国华,孙坡,李淩豪
受保护的技术使用者：中科等离子体科技（合肥）有限公司
技术研发日：20220325
技术公布日：2024/1/12