真空雾化制粉炉

真空雾化制粉炉

1. 真空雾化制粉炉的原理：

真空气雾化工作原理是在真空状态或气体保护条件下熔炼金属和金属合金，金属液体经过保温坩埚、导流嘴向下流出，通过喷嘴由高压气流将金属液体雾化破碎成大量细小的液滴。细小的液滴在飞行中凝固成球形和亚球形颗粒，再经筛选分离达到制备各种粒度的金属粉末。

金属粉末技术是各种行业中当今应用比较多的生产方法。 

利用粉末冶金术制造的合金类型用途广泛，例如用于电子工业的焊接和铜焊合金、用于航空器的镍、钴和含铁高温合金、储氢合金和磁性合金以及用于溅射靶材生产的活性合金，例如钛。 

用于生产金属粉末的工艺步骤为活性金属和合金的熔炼、雾化和凝固。金属粉末生产方法，例如氧化物还原和水雾化，受特种粉末质量标准的约束，例如粒子几何尺寸、粒子形态和化学纯度。 

惰性气雾化结合了真空熔炼，因此是用于生产高等级粉末的领先制粉工艺，满足特定的质量标准。

2. 金属粉末应用：

2.1 镍基高温合金，用于航空工业和电力工程；

2.2 焊料和钎焊材料；

2.3 耐磨损涂层；

2.4 用于部件的MIM粉末；

2.5 用于电子行业的溅射靶材生产；

2.6 MCRALY抗氧化涂层。

3. 特点：

3.1 液滴在下降的过程中，快速凝固，克服了偏析现象，组织均匀。

3.2 采用陶瓷或石墨坩埚中频感应加热熔炼合金材料，通过精炼及纯净导流技术有效提纯。

3.3 采用超音速紧耦合和限制式气雾化喷嘴技术，可实现多种合金材料微细粉体的制备。 

3.4 采用二级旋风分级收集系统设计，提高细粉收得率，减少或杜绝微细粉尘排放。

4. 真空雾化制粉炉的组成：

    真空雾化制粉系统（VIGA）的标准设计包括一个真空感应熔炼（VIM）炉，合金在炉中熔化、精炼和脱气。精炼熔化金属通过一个预热中间包倒入喷气管系统，在此处，熔体流被高压惰性气体流的动力所分散。所制造的金属粉末弥漫在雾化塔中进行凝固，而雾化塔就直接位于雾化喷嘴的下面。粉末气体混合物通过输送管输送至旋风分离器中，在此处粗大粉末和精细粉末与雾化气体进行分离。金属粉末将收集至直接位于旋风分离器下面的密封容器中。

范围从实验室等级（1-8升坩埚容量）、中间生产等级（10-50升坩埚容量）到大型雾化系统（300升坩埚容量）。

用于金属粉末生产的不同熔炼装置的基本布局

真空雾化制粉炉

此页图片显示了大型惰性气雾化系统。该雾化系统的熔炼坩埚的最大生产容量为2吨。雾化塔通过一个双坩埚门装置与熔炼室相连。每个真空感应熔炼炉都配有一扇炉门。该设计可迅速更换坩埚。当一个坩埚在生产运行时，第二个坩埚则进行清洗和换炉衬，处于备用位置。这就最大限度地减少了熔炉更换操作所造成的停工时间。另外，双门设计增强了生产的灵活性，因为不同的熔炉尺寸可适用于同一设备。熔炼室装配有一个批量加料器，两个温度测量装置和一个备用的中间包系统。 

每个浇注中间包都具有气体喷嘴装置，安装于中间包推车上。中间包推车可移动至旁侧位置进行装卸，无需进行系统排放，也不会破坏周围环境。一旦发生出口堵塞，备用中间包装置将具有很高的灵活性。在这种情况下，第二个处于备用位置的预热中间包浇口系统将被移至雾化位置继续进行生产。

1. 大型雾化装置设计示意图，具有双门熔炉室，

2. 双门 坩埚VIGA雾化装置 每个真空感应熔炉的额定批处理容量为2000公斤。3. 气体回收系统对惰性气体进行回收再次使用。

无陶瓷金属粉末生产

真空感应熔炼惰性气雾化系统的“标准”设计包括一个陶瓷熔炼坩埚，用于中间包的陶瓷材料和熔化金属出口装置。由于熔化金属与陶瓷衬里及管口材料进行接触，在熔化金属中会夹杂陶瓷材料，从而对高强度PM部件的材料性能产生了负面影响。活性金属粉末，比如钛合金，就不能使用此方法生产，因为活性熔化金属和陶瓷衬里之间会产生反应。为了克服“陶瓷问题”，需要使用熔化金属不与陶瓷衬里材料接触的熔炼技术。另外，在熔炼过程中对熔化金属进行精炼也需采用此技术。需要使用无陶瓷生产工艺的典型材料为难熔和活性材料，例如Ti、TiAl、FeGd、FeTb、Zr和Cr。

EIGA

在EIGA（电极感应熔炼气体雾化）工艺中，为电极形式的预合金棒将在不使用熔炼坩埚的情况下进行感应熔化和雾化。通过将缓慢旋转的金属电极降低至一个环形感应线圈中进行电极熔化。电极熔滴落入气体雾化喷嘴系统，利用惰性气进行雾化。EIGA工艺原本用于钛之类的活性合金或难熔合金。也可用于许多其它材料。

                1. EIGA炉                            2. EIGA系统示意图，PIGA系统示意图

PIGA

对于无陶瓷金属粉末的生产以及活性金属和难熔金属的雾化，可利用等离子流在水冷铜坩埚中进行熔炼。PIGA表示等离子熔炼感应引导气体雾化。以上所示的PIGA的底部与一个感应加热排出喷嘴相连，喷嘴也是以铜为材料制造的。该无陶瓷排出喷嘴系统将熔化金属液体流引入气体雾化喷嘴，在此处利用惰性气体进行分散。

VIGA-CC

活性金属，例如钛合金或金属间钛铝化合物等也可在冷壁铜感应坩埚里进行熔炼，坩埚配有一个底部浇注系统。冷坩埚的底部浇注开口与CIG系统相连。CIG表示冷壁感应引导系统，为ALD的zhuanli产品。VIGA-CC表示基于冷壁坩埚熔炼技术的真空感应熔炼气体雾化。

ESR-CIG

用于飞机工业的高性能超耐热合金一般通过“三倍熔化工艺”制造。在三倍熔化工艺中，材料精炼通过活性熔渣在ESR熔炼步骤中进行处理。ESR重熔技术与无陶瓷熔化金属引导系统（CIG）的结合代表了一种工艺技术，生产高清洁度和高化学均匀性的粉末材料。在ESR-CIG（电渣重熔冷壁感应引导）工艺中，将要雾化的材料以电极的形式给进。电极向下伸入冶金精炼熔渣中。因为电极头是在与熔渣的接触点进行熔化，所以形成精炼熔滴，这些熔滴向下穿过活性熔渣层。 

穿过活性熔渣的精炼熔滴在熔渣层下形成了一个液体熔池。熔池被一个铜制水冷坩埚装入。精炼金属液体通过冷壁感应引导系统，然后被来自自由降落式气体喷嘴的高动力惰性气体流进行分散。

                          1 . VIGA-CC系统示意图                  ESR-CIG系统示意图

喷射成形技术

除了作为传统的粉末处理途径以外，喷射成形在过去十年中变得越来越重要。这种独特的工艺可用于直接制造半成品。与粉末HIP（热等温锻压制）技术相比，可以省去大量与压制有关的工艺步骤，最大限度地减少氧气吸收量，并且大幅降低污染风险。 

喷射成形技术的原理是，将熔化的金属雾化成小滴，并且迅速将其凝固到收集器上。只要移动这个收集器，就可以逐步形成半成品。由于雾化过程中的冷却速度快，因此可以获得没有宏观偏析的精细微观结构。喷射口的移动和收集器的形状设计取决于雾化器的设计，可生产段形、环形、管形和条形。 

产出的半成品要经过第二次处理步骤，例如：热处理、轧制、锻造、挤压或HIP。这个工艺可广泛用于生产具有广泛有途的坯段，如铝合金、铜合金、特殊钢和高温高强合金应用情况的段状收集器。 

惰性气体回收

在具有一定加料容器的雾化系统中，建议进行惰性气体回收，减少惰性气体的总消耗量，从而使工艺系统更加经济节约。ALD提供两套不同的工艺技术用于回收惰性气体。 

采用“OSPREY”双雾化器的喷射成形工艺

基于压缩机技术的惰性气体回收

再利用惰性气体的一种方法是使用合适的压缩机装置将气体“驱赶”至一个密闭气体循环回路中。在经过旋风分离器和过滤系统之后，利用2级压缩机装置对“无尘”气体进行再增压。压缩机必须气密性好，防止循环的惰性气体造成污染。在压缩机后面，有一个气体缓冲瓶，用于最大限度地减少雾化过程中产生的压力波动。从而产生与雾化压力和气体流速有关的稳定的雾化工艺条件。雾化气体所允许的不纯度水平设定得非常低，可在气体循环回路的若干位置监测氧气、氢气和氮气的含量。 

对于大型雾化系统，该种类型的气体回收可在高至50bar压力条件下经济运行。 

位于大型雾化系统（包括粉末运送和分离）的气体回路系统中的粉末冷却回路

氩的液化回收

为了获得更高的供气压力，将不再按照以上所描述的回收概念，而是利用液体氮作为制冷剂进行蒸发从而对氩进行液化的原理。在这种情况下，配有脉动缓冲器的2级压缩机将替换为并流氩液化器和一套高压液氩泵。

高压液氩泵通过蒸发器将液氩送入高压气体接收器。根据此技术，供气压力可达约为100-200bar。 

以上所述的配有回收系统的大型雾化系统的实践操作经验表明，两套回收系统的回收气量在90–95%的范围内。 

1. 氩的液化回收系统，        2. 惰性气体回收系统，配有2级压缩机系统，配有高压液氩泵和高压气体接收器的氩液化系统布置示意图

特点：

1.液滴在下降的过程中，快速凝固，克服了偏析现象，组织均匀。

2.采用陶瓷或石墨坩埚中频感应加热熔炼合金材料，通过精炼及纯净导流技术有效提纯。

3.采用超音速紧耦合和限制式气雾化喷嘴技术，可实现多种合金材料微细粉体的制备。 

4.采用二级旋风分级收集系统设计，提高细粉收得率，减少或杜绝微细粉尘排放。