一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置的制作方法

1.本发明属于粉末冶金技术领域，尤其是涉及一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置。


背景技术：

2.近年来，粉末冶金、注射成型及增材制造产业的快速发展带动了金属粉末的巨大市场需求。在此前提下，如何安全、高效制备高品质金属粉末成为各技术领域迭代升级的关键前提。
3.金属粉末通过雾化技术可实现规模化生产，在金属粉末制备时，熔炼炉将金属熔化成液态，达到一定过热度时倾倒入中间包系统中，金属熔液经过漏包及漏嘴形成细小液柱，最终被高压雾化介质破碎冷却后形成金属粉末，在此过程中，中间包系统作为衔接熔炼和雾化的关键装备。
4.例如中国专利cn107096922a公开了一种用于真空紧耦合气雾化制粉的中间漏包系统，包括电磁感应线圈、外套加热体、内套中间包、外套导流嘴传热管、内套导流嘴、及内壁加热芯棒，内套中间包设在外套加热体内部，内套导流嘴设在外套导流嘴传热管内部，外套导流嘴传热管与外套加热体相连，内套导流嘴内部与内套中间包内部相连通，内壁加热芯棒置于内套中间包与内套导流嘴的内部，电磁感应线圈置于外套加热体外部。
5.但现阶段普遍应用的中间包系统在结构设计及应对突发生产异常情况方面仍面临诸多问题：(1)生产异常时，漏包内金属熔液会发生喷溅，可能导致中间包系统中的加热部件，即电磁感应线圈/电阻丝损坏；(2)中间包系统完成安装后，内部结构封闭不可见，漏嘴处装配缝隙过大、耐火材料脱落、漏包或漏嘴开裂均可造成金属熔液外渗，由此会造成雾化设备的部件出现不必要损毁，增加生产成本，同时带来安全隐患；(3)中间包系统的加热组件主要为电阻丝和电磁感应线圈，如采用电阻丝加热，中间包系统仅提供电力供应，如采用电磁感应线圈加热，中间包系统还需匹配循环冷却水，但在出现生产异常时不能形成反馈，基本无主动控制或调节能力。由此可见，开发中间包系统主动报警装置，在生产出现异常时形成及时反馈，对于杜绝安全隐患、降低生产成本、提升金属粉末的生产安全性有重要意义。


技术实现要素：

6.基于现有技术中气雾化制备金属粉末用中间包系统使用安全性较差的问题，本发明提供一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置。
7.本发明通过优化结构设计为中间包系统中的加热部件(如电磁感应线圈或电阻丝)提供有效保护，并利用金属保险丝与控制系统联动的方式实现生产异常时的主动报警反馈和保护，有效杜绝安全隐患，避免关键部件的损坏，从而降低生产成本，提升金属粉末规模化生产的安全性。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.本发明提供一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，该装置包括漏包上挡板、漏包、石墨套、加热组件、漏嘴、金属保险丝及电气控制系统；所述漏包放置在石墨套内，所述漏包和石墨套底部均有贯通的孔，用于装配漏嘴，所述漏嘴穿过石墨套并露出一段距离，所述加热组件设置在石墨套外侧，所述漏包上挡板设置在所述漏包的上方开口处，所述金属保险丝缠绕在漏嘴外壁，且置于在石墨套下方，所述金属保险丝连接电气控制系统，所述金属保险丝作为传感器触发报警和相应的设备关联操作，当漏包和漏嘴处出现金属熔液渗漏，并将金属保险丝熔接形成通路时，形成通路的金属保险丝与所述电气控制系统产生联动，所述电气控制系统产生不同的报警等级，并对中间包系统进行主动控制或调节。
10.在本发明的一个实施方式中，所述金属保险丝设置多根，多根金属保险丝以平行排列的方式缠绕在漏嘴外壁，金属保险丝相互之间不形成通路，每根金属保险丝分别与电气控制系统连接。
11.在本发明的一个实施方式中，所述金属保险丝数量为2～8根，优选3～5根，所述金属保险丝之间相互平行，金属保险丝线径为1～1.5mm，间隔为0.2～10mm，优选为0.2～3mm，最上端金属保险丝与其下方的金属保险丝形成通路触发的报警等级自上而下依次提升，最上端与最下端的金属保险丝形成通路触发的报警等级最高，通过电气控制系统，实现出现生产异常时的主动报警和对中间包系统的主动控制。
12.在本发明的一个实施方式中，所述电气控制系统与加热组件连接，用于控制加热组件的启停。
13.在本发明的一个实施方式中，所述加热组件选择电磁感应线圈或电阻丝。当采用电阻丝加热，中间包系统仅提供电力供应，当采用电磁感应线圈加热，中间包系统还需匹配循环冷却水。
14.在本发明的一个实施方式中，所述石墨套外侧还设置有循环冷却水，所述电气控制系统与循环冷却水控制部分连接，用于控制循环冷却水的水流及压力。
15.根据所述金属保险丝的设置数量，来设置报警等级的数量，当所述金属保险丝数量为3～5根时，即表示设置有2～4个不同的报警等级。
16.例如，当所述金属保险丝的设置数量为4时，将金属保险丝进行编号，由上至下依次编号为a、b、c、d，金属保险丝分别与设备控制系统连接，作为传感器触发报警和相应的设备关联操作，将平行排列的金属保险丝形成的通路，如a-b、a-c、a-d设置为不同的报警等级，a-b、a-c、a-d分别对应报警等级i、ii、iii，并且报警依次提升，通过电气控制系统设置，实现出现生产异常时的主动报警和自动控制。例如，通过控制系统设置，报警等级i触发时将会在控制系统中出现警示标识，表明漏包及漏嘴处出现了金属熔液的渗漏，由于渗漏金属熔液较少，控制系统不采取其他任何操作；报警等级ii触发时，表明金属熔液渗漏量较多，控制系统将切断电磁感应线圈的电力供应，循环冷却水以常规工艺参数继续运行，并提示生产立即暂停；报警等级iii触发时，表面金属熔液大量渗漏，为保障操作人员及雾化器等关键部件的安全，控制系统将会增加电磁感应线圈里的循环冷却水的流量，在保护电磁感应线圈的同时，对中间包系统中的石墨套、漏包的部件加速冷却，降低雾化器等关键部件的发生严重损坏的风险。
17.在本发明的一个实施方式中，所述金属保险丝材质为含有镍、铬、钼、钨、钽中的一
种或多种元素的高熔点导电材质。
18.在本发明的一个实施方式中，所述金属保险丝选取nicrmow四元合金，在高温环境中具有良好的抗氧化能力，熔点为1300～1500℃。
19.在本发明的一个实施方式中，所述金属保险丝材质为nicrmow四元合金，熔点为1420℃。
20.在本发明的一个实施方式中，所述漏包上挡板为环形形状，设置有中孔，所述漏包上挡板中孔尺寸与漏包开口尺寸接近，漏包上挡板放置在漏包上方，漏包上挡板中孔位置有凸起，能够卡入漏包开口内部，漏包上挡板的环形区域能够完全覆盖石墨套外侧的加热组件。
21.在本发明的一个实施方式中，所述漏包上挡板环形形状可覆盖漏包开口截面积的2.5～4倍。
22.在本发明的一个实施方式中，所述漏包上挡板和漏包均为氧化铝陶瓷材质，漏嘴为氮化硼材质。
23.在本发明的一个实施方式中，所述漏嘴穿过石墨套，露出的距离为漏嘴总长约三分之二。
24.与现有技术相比，本发明的优点体现在以下几个方面：
25.(1)本发明通过优化中间包系统的结构设计，采用可简单安装拆卸的漏包上挡板，在出现漏包内金属熔液反喷时可有效保护中间包系统中的加热组件，进一步主动提升了设备及操作人员的安全性；
26.(2)本发明选用抗高温氧化的高熔点金属保险丝作为中间包系统内传感器，当漏包及漏嘴出渗漏的金属熔液熔接金属保险丝形成通路时，可为中间包系统的主动报警及关联操作提供及时反馈；
27.(3)本发明针对金属保险丝熔接形成的通路设置成不同的报警等级，针对不同的报警等级进行关联控制系统的对应操作，从而实现出现生产异常时的主动报警和自动控制，降低了关键部件的发生严重损坏的风险。
附图说明
28.图1为实施例1中采用电磁感应线圈作为加热组件的中间包系统主动报警装置的结构示意图；
29.图2为实施例2中采用电阻丝作为加热组件的中间包系统主动报警装置的结构示意图；
30.图3为实施例1中中间包系统主动报警装置的局部放大图；
31.图4为实施例1中中间包主动报警装置的报警等级设置及控制系统关联操作示意图。
32.其中，1为漏包上挡板，2为漏包，3为石墨套，4为漏嘴，5为金属保险丝，6为电磁感应线圈，7为循环冷却水，8为电阻丝。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
34.实施例1
35.参考图1、图3、图4，本实施例提供一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，该装置包括漏包上挡板1、漏包2、石墨套3、加热组件、漏嘴4、金属保险丝5及电气控制系统；所述漏包2放置在石墨套3内，所述漏包2和石墨套3底部均有贯通的孔，用于装配漏嘴4，所述漏嘴4穿过石墨套3并露出一段距离，所述加热组件设置在石墨套3外侧，所述漏包上挡板1设置在所述漏包2的上方开口处，所述金属保险丝5缠绕在漏嘴4外壁，且置于在石墨套3下方，所述金属保险丝5连接电气控制系统，所述金属保险丝5作为传感器触发报警和相应的设备关联操作，当漏包2和漏嘴4处出现金属熔液渗漏，并将金属保险丝5熔接形成通路时，形成通路的金属保险丝5与所述电气控制系统产生联动，所述电气控制系统产生不同的报警等级，并对中间包系统进行主动控制或调节。
36.本实施例中，所述加热组件选择电磁感应线圈6，所述石墨套3外侧还设置有循环冷却水7，所述电气控制系统与电磁感应线圈6连接，用于控制电磁感应线圈6的启停。所述电气控制系统与循环冷却水7控制部分连接，用于控制循环冷却水7的水流及压力。
37.本实施例中，所述金属保险丝5材质为nicrmow四元合金，熔点为1420℃。，所述漏包上挡板1为环形形状，设置有中孔，所述漏包上挡板1中孔尺寸与漏包2开口尺寸接近，漏包上挡板1放置在漏包2上方，漏包上挡板1中孔位置有凸起，能够卡入漏包2开口内部，漏包上挡板1的环形区域能够完全覆盖石墨套3外侧的加热组件。所述漏包上挡板1和漏包2均为氧化铝陶瓷材质，漏嘴4为氮化硼材质。所述漏嘴4穿过石墨套3，露出的距离为漏嘴4总长约三分之二。
38.本实施例中，所述金属保险丝5设置4根，4根金属保险丝5以平行排列的方式缠绕在漏嘴外壁，金属保险丝5相互之间不形成通路，每根金属保险丝5分别与电气控制系统连接。本事率中，金属保险丝5线径为1～1.5mm，间隔为3mm，最上端金属保险丝与其下方的金属保险丝形成通路触发的报警等级自上而下依次提升，最上端与最下端的金属保险丝形成通路触发的报警等级最高，通过电气控制系统，实现出现生产异常时的主动报警和对中间包系统的主动控制。将金属保险丝进行编号，由上至下依次编号为a、b、c、d，金属保险丝分别与设备控制系统连接，作为传感器触发报警和相应的设备关联操作，将平行排列的金属保险丝形成的通路，如a-b、a-c、a-d设置为不同的报警等级，a-b、a-c、a-d分别对应报警等级i、ii、iii，并且报警依次提升，通过电气控制系统设置，实现出现生产异常时的主动报警和自动控制。例如，通过控制系统设置，报警等级i触发时将会在控制系统中出现警示标识，表明漏包及漏嘴处出现了金属熔液的渗漏，由于渗漏金属熔液较少，控制系统不采取其他任何操作；报警等级ii触发时，表明金属熔液渗漏量较多，控制系统将切断电磁感应线圈的电力供应，循环冷却水以常规工艺参数继续运行，并提示生产立即暂停；报警等级iii触发时，表面金属熔液大量渗漏，为保障操作人员及雾化器等关键部件的安全，控制系统将会增加电磁感应线圈里的循环冷却水的流量，在保护电磁感应线圈的同时，对中间包系统中的石墨套、漏包的部件加速冷却，降低雾化器等关键部件的发生严重损坏的风险。
39.该中间包系统主动报警装置用于inconel 718镍基高温合金的真空感应熔炼惰性气体雾化。
40.实施例2
41.参考图2，不同于实施例1，本实施例中，所述加热组件选择电阻丝8，所述电气控制
系统与电阻丝8连接，用于控制电阻丝8的启停。
42.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，该装置包括漏包上挡板(1)、漏包(2)、石墨套(3)、加热组件、漏嘴(4)、金属保险丝(5)及电气控制系统；所述漏包(2)放置在石墨套(3)内，所述漏包(2)和石墨套(3)底部均有贯通的孔，用于装配漏嘴(4)，所述漏嘴(4)穿过石墨套(3)并露出一段距离，所述加热组件设置在石墨套(3)外侧，所述漏包上挡板(1)设置在所述漏包(2)的上方开口处，所述金属保险丝(5)缠绕在漏嘴(4)外壁，且置于在石墨套(3)下方，所述金属保险丝(5)连接电气控制系统，当漏包(2)和漏嘴(4)处出现金属熔液渗漏，并将金属保险丝(5)熔接形成通路时，形成通路的金属保险丝(5)与所述电气控制系统产生联动，所述电气控制系统产生不同的报警等级，并对中间包系统进行主动控制或调节。2.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述金属保险丝(5)设置多根，多根金属保险丝(5)以平行排列的方式缠绕在漏嘴外壁，金属保险丝(5)相互之间不形成通路，每根金属保险丝(5)分别与电气控制系统连接。3.根据权利要求2所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述金属保险丝(5)数量为2～8根，优选3～5根，所述金属保险丝(5)之间相互平行，金属保险丝(5)线径为1～1.5mm，间隔为0.2～10mm，优选为0.2～3mm，最上端金属保险丝与其下方的金属保险丝形成通路触发的报警等级自上而下依次提升，最上端与最下端的金属保险丝形成通路触发的报警等级最高，通过电气控制系统，实现出现生产异常时的主动报警和对中间包系统的主动控制。4.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述电气控制系统与加热组件连接，用于控制加热组件的启停。5.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述加热组件选择电磁感应线圈(6)或电阻丝(8)。6.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述石墨套(3)外侧还设置有循环冷却水(7)，所述电气控制系统与循环冷却水(7)控制部分连接，用于控制循环冷却水(7)的水流及压力。7.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述金属保险丝(5)材质为含有镍、铬、钼、钨、钽中的一种或多种元素的高熔点导电材质；优选地，所述金属保险丝(5)选取nicrmow四元合金，在高温环境中具有良好的抗氧化能力，熔点为1300～1500℃。8.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述漏包上挡板(1)为环形形状，设置有中孔，漏包上挡板(1)放置在漏包(2)上方，漏包上挡板(1)中孔位置有凸起，能够卡入漏包(2)开口内部，漏包上挡板(1)的环形区域能够完全覆盖石墨套(3)外侧的加热组件。9.根据权利要求8所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述漏包上挡板(1)环形形状可覆盖漏包(2)开口截面积的2.5～4倍。10.根据权利要求1所述的一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，其特征在于，所述漏嘴(4)穿过石墨套(3)，露出的距离为漏嘴(4)总长三分之二。

技术总结
本发明涉及一种气雾化制备金属粉末用中间包系统主动报警装置，该装置包括漏包上挡板、漏包、石墨套、加热组件、漏嘴、金属保险丝及电气控制系统；所述漏包上挡板设置在所述漏包的上方开口处，所述金属保险丝缠绕在漏嘴外壁，且置于在石墨套下方，所述金属保险丝连接电气控制系统，与所述电气控制系统产生联动，所述电气控制系统产生不同的报警等级，并对中间包系统进行主动控制或调节。与现有技术相比，本发明采用金属保险丝作为中间包系统内传感器并与控制系统关联，并设置不同的报警等级，从而实现出现生产异常时的主动报警和自动控制，进一步主动提升了操作人员及生产装备的安全性，降低了关键部件的发生严重损坏的风险。险。险。


技术研发人员：王涛 吴文恒 张亮 卢林 吴凯琦 范玎 倪晓晴 宋佳
受保护的技术使用者：上海材料研究所
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8