真空霧化制粉爐

1. 真空霧化制粉爐的原理：

真空氣霧化工作原理是在真空狀態(tài)或氣體保護條件下熔煉金屬和金屬合金，金屬液體經過保溫坩堝、導流嘴向下流出，通過噴嘴由高壓氣流將金屬液體霧化破碎成大量細小的液滴。細小的液滴在飛行中凝固成球形和亞球形顆粒，再經篩選分離達到制備各種粒度的金屬粉末。

金屬粉末技術是各種行業(yè)中當今應用比較多的生產方法。 

利用粉末冶金術制造的合金類型用途廣泛，例如用于電子工業(yè)的焊接和銅焊合金、用于航空器的鎳、鈷和含鐵高溫合金、儲氫合金和磁性合金以及用于濺射靶材生產的活性合金，例如鈦。 

用于生產金屬粉末的工藝步驟為活性金屬和合金的熔煉、霧化和凝固。金屬粉末生產方法，例如氧化物還原和水霧化，受特種粉末質量標準的約束，例如粒子幾何尺寸、粒子形態(tài)和化學純度。 

惰性氣霧化結合了真空熔煉，因此是用于生產高等級粉末的領先制粉工藝，滿足特定的質量標準。

2. 金屬粉末應用：

2.1 鎳基高溫合金，用于航空工業(yè)和電力工程；

2.2 焊料和釬焊材料；

2.3 耐磨損涂層；

2.4 用于部件的MIM粉末；

2.5 用于電子行業(yè)的濺射靶材生產；

2.6 MCRALY抗氧化涂層。

3. 特點：

3.1 液滴在下降的過程中，快速凝固，克服了偏析現象，組織均勻。

3.2 采用陶瓷或石墨坩堝中頻感應加熱熔煉合金材料，通過精煉及純凈導流技術有效提純。

3.3 采用超音速緊耦合和限制式氣霧化噴嘴技術，可實現多種合金材料微細粉體的制備。 

3.4 采用二級旋風分級收集系統(tǒng)設計，提高細粉收得率，減少或杜絕微細粉塵排放。

4. 真空霧化制粉爐的組成：

    真空霧化制粉系統(tǒng)（VIGA）的標準設計包括一個真空感應熔煉（VIM）爐，合金在爐中熔化、精煉和脫氣。精煉熔化金屬通過一個預熱中間包倒入噴氣管系統(tǒng)，在此處，熔體流被高壓惰性氣體流的動力所分散。所制造的金屬粉末彌漫在霧化塔中進行凝固，而霧化塔就直接位于霧化噴嘴的下面。粉末氣體混合物通過輸送管輸送至旋風分離器中，在此處粗大粉末和精細粉末與霧化氣體進行分離。金屬粉末將收集至直接位于旋風分離器下面的密封容器中。

范圍從實驗室等級（1-8升坩堝容量）、中間生產等級（10-50升坩堝容量）到大型霧化系統(tǒng)（300升坩堝容量）。

用于金屬粉末生產的不同熔煉裝置的基本布局

真空霧化制粉爐

此頁圖片顯示了大型惰性氣霧化系統(tǒng)。該霧化系統(tǒng)的熔煉坩堝的最大生產容量為2噸。霧化塔通過一個雙坩堝門裝置與熔煉室相連。每個真空感應熔煉爐都配有一扇爐門。該設計可迅速更換坩堝。當一個坩堝在生產運行時，第二個坩堝則進行清洗和換爐襯，處于備用位置。這就最大限度地減少了熔爐更換操作所造成的停工時間。另外，雙門設計增強了生產的靈活性，因為不同的熔爐尺寸可適用于同一設備。熔煉室裝配有一個批量加料器，兩個溫度測量裝置和一個備用的中間包系統(tǒng)。 

每個澆注中間包都具有氣體噴嘴裝置，安裝于中間包推車上。中間包推車可移動至旁側位置進行裝卸，無需進行系統(tǒng)排放，也不會破壞周圍環(huán)境。一旦發(fā)生出口堵塞，備用中間包裝置將具有很高的靈活性。在這種情況下，第二個處于備用位置的預熱中間包澆口系統(tǒng)將被移至霧化位置繼續(xù)進行生產。

1. 大型霧化裝置設計示意圖，具有雙門熔爐室，

2. 雙門 坩堝VIGA霧化裝置 每個真空感應熔爐的額定批處理容量為2000公斤。3. 氣體回收系統(tǒng)對惰性氣體進行回收再次使用。

無陶瓷金屬粉末生產

真空感應熔煉惰性氣霧化系統(tǒng)的“標準”設計包括一個陶瓷熔煉坩堝，用于中間包的陶瓷材料和熔化金屬出口裝置。由于熔化金屬與陶瓷襯里及管口材料進行接觸，在熔化金屬中會夾雜陶瓷材料，從而對高強度PM部件的材料性能產生了負面影響。活性金屬粉末，比如鈦合金，就不能使用此方法生產，因為活性熔化金屬和陶瓷襯里之間會產生反應。為了克服“陶瓷問題”，需要使用熔化金屬不與陶瓷襯里材料接觸的熔煉技術。另外，在熔煉過程中對熔化金屬進行精煉也需采用此技術。需要使用無陶瓷生產工藝的典型材料為難熔和活性材料，例如Ti、TiAl、FeGd、FeTb、Zr和Cr。

EIGA

在EIGA（電極感應熔煉氣體霧化）工藝中，為電極形式的預合金棒將在不使用熔煉坩堝的情況下進行感應熔化和霧化。通過將緩慢旋轉的金屬電極降低至一個環(huán)形感應線圈中進行電極熔化。電極熔滴落入氣體霧化噴嘴系統(tǒng)，利用惰性氣進行霧化。EIGA工藝原本用于鈦之類的活性合金或難熔合金。也可用于許多其它材料。

                1. EIGA爐                            2. EIGA系統(tǒng)示意圖，PIGA系統(tǒng)示意圖

PIGA

對于無陶瓷金屬粉末的生產以及活性金屬和難熔金屬的霧化，可利用等離子流在水冷銅坩堝中進行熔煉。PIGA表示等離子熔煉感應引導氣體霧化。以上所示的PIGA的底部與一個感應加熱排出噴嘴相連，噴嘴也是以銅為材料制造的。該無陶瓷排出噴嘴系統(tǒng)將熔化金屬液體流引入氣體霧化噴嘴，在此處利用惰性氣體進行分散。

VIGA-CC

活性金屬，例如鈦合金或金屬間鈦鋁化合物等也可在冷壁銅感應坩堝里進行熔煉，坩堝配有一個底部澆注系統(tǒng)。冷坩堝的底部澆注開口與CIG系統(tǒng)相連。CIG表示冷壁感應引導系統(tǒng)，為ALD的zhuanli產品。VIGA-CC表示基于冷壁坩堝熔煉技術的真空感應熔煉氣體霧化。

ESR-CIG

用于飛機工業(yè)的高性能超耐熱合金一般通過“三倍熔化工藝”制造。在三倍熔化工藝中，材料精煉通過活性熔渣在ESR熔煉步驟中進行處理。ESR重熔技術與無陶瓷熔化金屬引導系統(tǒng)（CIG）的結合代表了一種工藝技術，生產高清潔度和高化學均勻性的粉末材料。在ESR-CIG（電渣重熔冷壁感應引導）工藝中，將要霧化的材料以電極的形式給進。電極向下伸入冶金精煉熔渣中。因為電極頭是在與熔渣的接觸點進行熔化，所以形成精煉熔滴，這些熔滴向下穿過活性熔渣層。 

穿過活性熔渣的精煉熔滴在熔渣層下形成了一個液體熔池。熔池被一個銅制水冷坩堝裝入。精煉金屬液體通過冷壁感應引導系統(tǒng)，然后被來自自由降落式氣體噴嘴的高動力惰性氣體流進行分散。

                          1 . VIGA-CC系統(tǒng)示意圖                  ESR-CIG系統(tǒng)示意圖

噴射成形技術

除了作為傳統(tǒng)的粉末處理途徑以外，噴射成形在過去十年中變得越來越重要。這種獨特的工藝可用于直接制造半成品。與粉末HIP（熱等溫鍛壓制）技術相比，可以省去大量與壓制有關的工藝步驟，最大限度地減少氧氣吸收量，并且大幅降低污染風險。 

噴射成形技術的原理是，將熔化的金屬霧化成小滴，并且迅速將其凝固到收集器上。只要移動這個收集器，就可以逐步形成半成品。由于霧化過程中的冷卻速度快，因此可以獲得沒有宏觀偏析的精細微觀結構。噴射口的移動和收集器的形狀設計取決于霧化器的設計，可生產段形、環(huán)形、管形和條形。 

產出的半成品要經過第二次處理步驟，例如：熱處理、軋制、鍛造、擠壓或HIP。這個工藝可廣泛用于生產具有廣泛有途的坯段，如鋁合金、銅合金、特殊鋼和高溫高強合金應用情況的段狀收集器。 

惰性氣體回收

在具有一定加料容器的霧化系統(tǒng)中，建議進行惰性氣體回收，減少惰性氣體的總消耗量，從而使工藝系統(tǒng)更加經濟節(jié)約。ALD提供兩套不同的工藝技術用于回收惰性氣體。 

采用“OSPREY”雙霧化器的噴射成形工藝

基于壓縮機技術的惰性氣體回收

再利用惰性氣體的一種方法是使用合適的壓縮機裝置將氣體“驅趕”至一個密閉氣體循環(huán)回路中。在經過旋風分離器和過濾系統(tǒng)之后，利用2級壓縮機裝置對“無塵”氣體進行再增壓。壓縮機必須氣密性好，防止循環(huán)的惰性氣體造成污染。在壓縮機后面，有一個氣體緩沖瓶，用于最大限度地減少霧化過程中產生的壓力波動。從而產生與霧化壓力和氣體流速有關的穩(wěn)定的霧化工藝條件。霧化氣體所允許的不純度水平設定得非常低，可在氣體循環(huán)回路的若干位置監(jiān)測氧氣、氫氣和氮氣的含量。 

對于大型霧化系統(tǒng)，該種類型的氣體回收可在高至50bar壓力條件下經濟運行。 

位于大型霧化系統(tǒng)（包括粉末運送和分離）的氣體回路系統(tǒng)中的粉末冷卻回路

氬的液化回收

為了獲得更高的供氣壓力，將不再按照以上所描述的回收概念，而是利用液體氮作為制冷劑進行蒸發(fā)從而對氬進行液化的原理。在這種情況下，配有脈動緩沖器的2級壓縮機將替換為并流氬液化器和一套高壓液氬泵。

高壓液氬泵通過蒸發(fā)器將液氬送入高壓氣體接收器。根據此技術，供氣壓力可達約為100-200bar。 

以上所述的配有回收系統(tǒng)的大型霧化系統(tǒng)的實踐操作經驗表明，兩套回收系統(tǒng)的回收氣量在90–95%的范圍內。 

1. 氬的液化回收系統(tǒng)，        2. 惰性氣體回收系統(tǒng)，配有2級壓縮機系統(tǒng)，配有高壓液氬泵和高壓氣體接收器的氬液化系統(tǒng)布置示意圖

特點：

1.液滴在下降的過程中，快速凝固，克服了偏析現象，組織均勻。

2.采用陶瓷或石墨坩堝中頻感應加熱熔煉合金材料，通過精煉及純凈導流技術有效提純。

3.采用超音速緊耦合和限制式氣霧化噴嘴技術，可實現多種合金材料微細粉體的制備。 

4.采用二級旋風分級收集系統(tǒng)設計，提高細粉收得率，減少或杜絕微細粉塵排放。