《一種金屬粉末製備裝置及方法》是北京有色金屬研究總院和北京康普錫威科技有限公司於2012年6月21日申請的專利，該專利的申請號為2012102125498，公布號為CN102689015A，授權公布日為2012年9月26日，發明人是張少明、徐駿、胡強、賀會軍、朱學新、林剛、王志剛、李志剛。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》裝置包括霧化爐、加熱器、冷卻器、霧化室、霧化器、氣動分級器、中間倉、篩分漏斗、篩機、除塵器、平衡罐、列管換熱器、真空獲得設備、控制系統、輸液管、導管、管道、氣體管道、氣動蝶閥和電磁閥等。該方法包括氣氛準備、金屬熔煉、輸液、離心霧化、氣動分級、機械篩分、氣體淨化與冷卻等環節，金屬熔化並處理後澆到霧化器上進行離心霧化形成粉末，粉末被氣動分級器分級，經分級後的粗粉經過機械篩分得到成品粉，細粉被氣流送入除塵器除塵淨化，淨化後的氣體經高壓離心風機驅動獲得加速，通過列管換熱器換熱後重新參與霧化與分級。《一種金屬粉末製備裝置及方法》可連續生產-320目以下的球形粉體，氧含量≤80ppm。
2016年12月7日，《一種金屬粉末製備裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種金屬粉末製備裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種金屬粉末製備裝置及方法
- 公布號：CN102689015A
- 授權日：2012年9月26日
- 申請號：2012102125498
- 申請日：2012年6月21日
- 申請人：北京有色金屬研究總院、北京康普錫威科技有限公司
- 地址：北京市西城區新街口外大街2號
- 發明人：張少明、徐駿、胡強、賀會軍、朱學新、林剛、王志剛、李志剛
- Int.Cl.：B22F9/08(2006.01)I；B22F1/00(2006.01)I
- 代理機構：北京北新智誠智慧財產權代理有限公司
- 代理人：劉徐紅
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
高性能功能粉體材料是利用材料本身固有的物理和化學特徵而直接使用的一種粉體材料，它具有流動性好、比表面積大、成分均勻等優異的物理特性，以及優異的化學性能，可有效提高材料的使用性能、降低生產成本，因而對製備技術有很高的要求。特別在全球資源、能源日益緊張的情況下，各類高新技術產品向輕量化、小型化和多功能一體化方向發展，使高性能功能粉體材料的需求得到迅速增長，在電子信息、機械製造、汽車製造、生物醫用、國防軍事等領域得到廣泛的套用。高性能有色金屬粉末的主要特徵是細小、球形、低氧、窄粒度等，需要採用先進的霧化技術才能獲得，但是，國內霧化制粉技術水平與國外差距較大，很多國外大公司以此設定技術壁壘、提高產品附加值，獲取高額壟斷利潤。致使大量高性能金屬粉末及製品需要進口，嚴重製約了汽車、電子、航空航天領域等高新技術行業的發展。因此，發展高性能有色金屬粉末、提高有色金屬粉末的製備加工技術水平具有重要的現實意義。
高性能功能粉體材料的製備技術來源於傳統粉末製造技術，但是傳統技術，如氣體霧化、水霧化、霧化等，這些技術存在連續製備時間短、粉末質量不夠高等問題，不能滿足高性能功能粉體材料的要求。
伴隨著高新技術的發展，利用金屬粉末自身具有的流動性好、比表面積大、成分均勻等物理特性，使金屬粉末發展成為一種功能或結構功能一體化材料。而這種在材料使用形態上的變化不僅會給最終產品在性能、成本方面帶來革命性的變化而且滿足眾多高新技術領域發展的需要。例如，電子電器、通訊產品的小型化和多功能化促使積體電路的封裝和互連從傳統的焊接發展到表面貼裝技術，而高品級粉末狀焊接材料成為表面貼裝技術最關鍵的材料。因此，金屬粉末已經作為一種高性能新材料正在廣泛套用到電子信息、機電、汽車、冶金、航天、航空、交通運輸、生物醫學等各部門。
截至2012年6月，國際上已開發出一系列的霧化制粉技術，以適應不同材料霧化制粉的需要。美國專利US4207040提出了製備粉末的方法，但屬於間斷式的粉末製備技術，而非一體化技術，難以長時間連續製備粉末，同時不利於保證粉末的質量；中國專利200410079654.4、中國專利200410021160.0存在同樣的問題，而且不利於獲得較好的粉末形貌，同時難以保證對超細粉含量的控制；US483892提供了一種霧化氣體循環使用的方法，將霧化後的氣體淨化後加壓液化，再轉化成高壓氣體投入使用，其不足是加工成本較高，不利於降低產品價格並提高產品競爭力。通過將諸多核心技術與配套技術集成來開發先進霧化技術，並且霧化裝備在不斷向大型化、一體化方向發展，以進一步降低生產成本、提高生產效率、增加產品的競爭能力，是制粉技術發展的一個趨勢。
發明內容
專利目的
《一種金屬粉末製備裝置及方法》的目的在於，針對2012年6月前已有技術的不足，順應粉體技術的發展趨勢，提出一種高效、節能、環保、適宜於製備高品質金屬粉末的製備裝置及方法。
技術方案
一種金屬粉末製備裝置，該裝置包括熔煉裝置、加熱器、冷卻器、霧化室、霧化器、氣動分級器、中間倉、篩分漏斗、篩機、除塵器、平衡罐、列管換熱器、真空獲得設備、控制系統、輸液管、導管、管道、氣體管道、氣動蝶閥和電磁閥等，霧化室內安裝霧化器，熔煉裝置通過輸液管與安裝於霧化器上的導管相連，輸液管上裝有加熱器和冷卻器，用於供液或停止供液；霧化室通過管道與氣動分級器相連，氣動分級器的分級器斜管通過氣動蝶閥與中間倉相接，中間倉通過氣動蝶閥與篩分漏斗對接，篩分漏斗與篩機相連；氣動分級器通過氣體管道與除塵器連線，除塵器通過氣體管道與平衡罐連線，平衡罐內裝有高壓離心風機，平衡罐通過氣體管道與列管換熱器連線，列管換熱器出氣口連線迴風管道，再分成兩個迴風支路，一路回到霧化室頂部，另一路回到氣動分級器的二次迴風口，在迴風管道上接有真空獲得設備。
上述裝置形成了粉末生產裝置，包括氣氛準備、金屬熔煉、輸液、霧化、漂浮粉沉降、氣動分級、機械篩分、氣體淨化與冷卻等環節。
所述的熔煉裝置為熔煉爐和/或霧化爐，熔煉爐可通過輸液管與霧化爐相連。
所述的霧化器為離心霧化器、超聲霧化器和氣體霧化器中的一種。
所述的霧化室、列管換熱器等均安裝冷卻裝置，冷卻方式通常為水冷或氣冷，優選水冷。
所述的氣動分級器為鼠籠式離心分級器，鼠籠轉速在200~3000轉每分範圍。所述的篩機為機械篩。
所述的除塵器為氣動原理模式，典型結構為旋風除塵器，或為過濾原理模式，典型結構為布袋除塵器和濾芯過濾器。
所述的除塵器可為氣動原理模式和過濾原理模式二者的結合，即為兩個或多個除塵器的組合，兩個或多個除塵器通過氣體管道串聯連線，其中包括至少一個氣動原理模式除塵器和至少一個過濾原理模式除塵器。
一種金屬粉末製備方法，該方法包括氣氛準備、金屬熔化、熔體輸送、霧化、漂浮粉沉降、氣動分級、機械篩分、氣體淨化、氣體驅動、氣體冷卻等工藝步驟；將霧化室抽真空、充氣，進行氣氛準備；金屬（包括單質金屬和合金）在熔煉裝置中熔化後形成金屬熔體，金屬熔體通過輸液管、導管澆到霧化室內的霧化器上，通過霧化器進行霧化，形成霧狀，霧狀熔滴在霧化室中飛行、冷卻、凝固形成粉末，粉末被送進氣動分級器分級；氣動分級後的粗粉通過中間倉進入篩分漏斗中，通過篩機進行機械篩分，得到成品粉；氣動分級後的細粉被氣流送入除塵器中除塵淨化，淨化後的氣體進入平衡罐中，經高壓離心風機驅動獲得加速，通過列管換熱器換熱後分成兩路，一路回到霧化室，一路進入氣動分級器。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》將金屬粉末製備中的氣氛準備、金屬熔化、熔體輸送、粉末霧化、漂浮粉沉降、粉末分級、氣體冷卻、淨化與循環過程一體化，金屬粉末製備過程（制粉過程）在密閉環境中進行，系統中的氣體循環使用，形成的粉末通過中間倉從密閉系統中轉出到篩分漏斗中。該發明使金屬粉末製備過程的連續性達到最大化。
所述的金屬為Sn、Pb、Bi、Sb、Ag、Cu、In、Zn、Al、Si、Ga、Ge、B、C、P、Ni、Ti、Cr、Mn、稀土等元素或其合金。所述的熔煉裝置為熔煉爐和/或霧化爐，熔煉爐可通過輸液管與霧化爐相連。
所述的金屬熔體在進入霧化器之前，還需經過加熱器和冷卻器，用於對金屬熔體加熱或冷卻，以控制金屬熔體的供液或停止供液。
氣氛準備時，所述充氣採用的氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氨氣、空氣和氧氣中的一種或幾種。
霧化時，所述霧化室內的系統環境氣氛壓力為0~50千帕。
霧化時，所述霧化室中霧化區的氧含量一般在10~1000ppm範圍。
霧化時，金屬熔體霧化溫度高於金屬熔點20~180°C。
所述的粉末通過重力和氣動輸送（在氣流的作用下）被送進氣動分級器。
所述的氣動分級器可為鼠籠式離心分級器，鼠籠轉速通常在200~3000轉每分範圍。
通過列管換熱器換熱後分成兩路，一路回到霧化室的頂部，將霧化區的漂浮粉帶走，一路進入氣動分級器的二次迴風口。
改善效果
《一種金屬粉末製備裝置及方法》的控制系統通過PLC控制，用氣壓法控制熔體精確供給，提高粉末粒度控制的穩定性；通過霧化罐迴風將漂浮的超細粉及時帶走，減小霧化區粉塵濃度，從而有利於增加球形粉比率，並有利於粉末形成細密組織；該發明通過氣動分級將超細粉除去，然後進行機械篩分，保證了篩分精度，降低了粉末氧含量；在該發明中，將氣氛準備、金屬熔化、熔體輸送、霧化、漂浮粉沉降、氣動分級、機械篩分、氣體淨化、氣體驅動、氣體冷卻等工藝進行科學有效集成，使各個工藝環節有效對接，實現粉末生產一體化，縮短了工藝流程，減少了中轉環節，提高了設備自動化程度，提高了生產效率和粉末質量，使粉末生產能夠連續進行，而且由於粉末製備是在密閉環境中進行，氣體循環使用，因此最大限度地減少了環境污染，極大地改善了生產環境並最大限度地減小排放，實現了粉末生產的環保化。
該發明可以用於霧化Sn、Pb、Bi、Sb、Ag、Cu、In、Zn、Al、Si、Ga、Ge、B、C、P、Ni、Ti、Cr、Mn、稀土等元素及其合金，可連續生產-320目以下的球形粉體，氧含量≤80ppm。
附圖說明
圖1是金屬粉末製備裝置結構示意圖。
圖2是SnAg3Cu0.5粉末（25~38微米）掃描電鏡照片。
圖3是SnAg3Cu0.5粉末（25~38微米）雷射粒度分布。
圖4是SnBi58粉末（25~62微米）掃描電鏡照片。
圖5是SnBi58粉末（25~62微米）雷射粒度分布。
主要附圖示記說明：熔煉爐1；輸液管2、4；霧化爐3；導管5；霧化器6、7；霧化室8；控制系統9；管道10；氣動蝶閥11、14、19、22、32、36；迴風支路12、13；氣動分級器15；迴風管道16；氣體管道17、29、31、34；分級器斜管18；電磁閥20、23中間倉21；篩分漏斗24；機械篩25；收粉罐26；收粉罐28；除塵器27、30；平衡罐33；列管換熱器35；真空獲得設備37；加熱器38；冷卻器39。
技術領域
《一種金屬粉末製備裝置及方法》涉及一種金屬粉末製備裝置及方法，將金屬熔化、粉末霧化、粉末分級過程一體化的技術套用於粉體行業的粉末製備，屬於金屬粉末製備技術領域。
權利要求
1.一種金屬粉末製備裝置，其特徵在於：包括熔煉裝置、加熱器、冷卻器、霧化室、霧化器、氣動分級器、中間倉、篩分漏斗、篩機、除塵器、平衡罐、列管換熱器、真空獲得設備、控制系統、輸液管、導管、管道、氣體管道、氣動蝶閥和電磁閥，霧化室內安裝霧化器，熔煉裝置通過輸液管與安裝於霧化器上的導管相連，輸液管上裝有加熱器和冷卻器，霧化室通過管道與氣動分級器相連，氣動分級器的分級器斜管通過氣動蝶閥與中間倉相接，中間倉通過氣動蝶閥與篩分漏斗對接，篩分漏斗與篩機相連；氣動分級器通過氣體管道與除塵器連線，除塵器通過氣體管道與平衡罐連線，平衡罐內裝有高壓離心風機，平衡罐通過氣體管道與列管換熱器連線，列管換熱器出氣口連線迴風管道，再分成兩個迴風支路，一路回到霧化室頂部，另一路回到氣動分級器的二次迴風口，在迴風管道上接有真空獲得設備。
2.根據權利要求1所述的金屬粉末製備裝置，其特徵在於：所述的霧化器為離心霧化器、超聲霧化器或氣體霧化器。
3.根據權利要求1所述的金屬粉末製備裝置，其特徵在於：所述的霧化室、列管換熱器均安裝冷卻裝置，冷卻方式為水冷或氣冷。
4.根據權利要求1所述的金屬粉末製備裝置，其特徵在於：所述的氣動分級器為鼠籠式離心分級器，所述的篩機為機械篩。
5.根據權利要求1所述的金屬粉末製備裝置，其特徵在於：所述的除塵器為氣動原理模式或過濾原理模式，或為二者的結合。
6.一種金屬粉末製備方法，包括如下步驟：將霧化室抽真空、充氣，進行氣氛準備；金屬在熔煉裝置中熔化後形成金屬熔體，金屬熔體通過輸液管、導管澆到霧化室內的霧化器上；經過霧化器進行霧化，形成霧狀，霧狀熔滴在霧化室中飛行、冷卻、凝固形成粉末，粉末被送進氣動分級器分級；氣動分級後的粗粉通過中間倉進入篩分漏斗中，通過篩機進行機械篩分，得到成品粉；氣動分級後的細粉被氣流送入除塵器中除塵淨化，淨化後的氣體進入平衡罐中，經高壓離心風機驅動獲得加速，通過列管換熱器換熱後分成兩路，一路回到霧化室，一路進入氣動分級器。
7.根據權利要求6所述的金屬粉末製備方法，其特徵在於：所述的金屬為Sn、Pb、Bi、Sb、Ag、Cu、In、Zn、Al、Si、Ga、Ge、B、C、P、Ni、Ti、Cr、Mn、稀土等元素或其合金。
8.根據權利要求6所述的金屬粉末製備方法，其特徵在於：所述的金屬熔體在進入霧化器之前，還經過加熱器和冷卻器。
9.根據權利要求6所述的金屬粉末製備方法，其特徵在於：氣氛準備時，所述充氣採用的氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氨氣、空氣和氧氣中的一種或幾種；霧化過程中，所述霧化室內的系統環境氣氛壓力為0~50千帕；所述霧化室中霧化區的氧含量為10~1000ppm；金屬熔體霧化溫度高於金屬熔點20~180°C。
10.根據權利要求6所述的金屬粉末製備方法，其特徵在於：所述的粉末通過重力和氣動輸送被送進氣動分級器；所述的氣動分級器為鼠籠式離心分級器，鼠籠轉速為200~3000轉每分。
實施方式
操作內容
如圖1所示，為《一種金屬粉末製備裝置及方法》金屬粉末製備裝置結構示意圖。該發明的金屬粉末製備裝置，包括熔煉爐1、霧化爐3、輸液管2、4和導管5、加熱器38、冷卻器39、霧化室8、霧化器6、7、氣動分級器15、中間倉21、篩分漏斗24、機械篩25、除塵器27、30、平衡罐33、列管換熱器35、真空獲得設備37、控制系統9、管道10、氣體管道17、29、31、34、氣動蝶閥11、14、19、22、32、36與電磁閥20、23等設備裝置。
霧化室8、列管換熱器35等裝置均安裝有冷卻裝置，冷卻方式通常選用水冷與氣冷，優選為水冷。除塵器27、30可為氣動原理模式，典型結構為旋風除塵器；除塵器27、30可為過濾原理模式，典型結構為布袋除塵器和濾芯過濾器；除塵器27、30優選為氣動原理模式和過濾原理模式的組合。熔煉爐1為可選配置，也可只配霧化爐3。系統配有真空獲得設備37，為通用設備，使系統具備真空獲得能力。上述裝置按圖1依次相連構成了密閉系統，篩分漏斗24、機械篩25為與大氣環境相連裝置，他們通過中間倉21與密閉系統相連線。
熔煉裝置可以採用電阻加熱爐，也可以採用感應加熱爐，一般由所熔煉的金屬特性和產品要求決定是否為真空爐。對於高端產品，一般選用真空熔煉，熔煉裝置可選用1台，即只配霧化爐3，為了實現長時間連續生產，優選為2台，也就是同時設有霧化爐3和熔煉爐1。熔煉爐1通過輸液管2與霧化爐3相連，霧化爐3通過輸液管4與霧化室8的導管5相連，輸液管上4裝有加熱器38和冷卻器39，供液時通過加熱器38將輸液管4加熱到高於合金熔點30~200℃，若要停止輸液，通過冷卻器39將輸液管4冷卻到低於合金熔點20~150℃即可使熔體凝固在輸液管4中，於是起到封閉作用。
霧化室8是《一種金屬粉末製備裝置及方法》的主要裝置之一，其內安裝有霧化器6，霧化器6為離心霧化器、超聲霧化器和氣體霧化器中的一種。霧化室8通過管道10與氣動分級器15相連，氣動分級器15通常選用鼠籠式離心分級器，氣動分級器15的分級器斜管18通過氣動蝶閥19與中間倉21相接，中間倉21通過氣動蝶閥22與與篩分漏斗24對接，篩分漏斗24與機械篩25相連。氣動分級器15通過管道17與除塵器對接，除塵器為氣動原理模式，典型結構為旋風除塵器，或為過濾原理模式，典型結構為布袋除塵器和濾芯過濾器。可單獨使用，但一般採用組合使用，優選為兩個除塵器通過氣體管道串聯連線，為氣動原理模式和過濾原理模式除塵器的組合。在本實施例中，除塵器選用兩個，除塵器27為氣動除塵器，如旋風分離器，除塵器30為過濾除塵器，如布袋除塵器或其他濾芯過濾器，氣動分級器15接除塵器27（旋風分離器），再接除塵器30（濾芯過濾器或布袋除塵器）。除塵器30之後接平衡罐33，平衡罐33是氣壓平衡裝置，其內部有高壓離心風機，用以給氣體提供動力，將氣體加壓提速。平衡罐33之後接列管換熱器35，用以冷卻氣體，列管換熱器35也可裝在氣體管路上的其他部位，但優選的是裝在平衡罐33之後。列管換熱器35出氣口連線迴風管道16，再分成兩路迴風支路，一路迴風支路12回到霧化罐頂部，一路迴風支路13回到氣動分級器15二次迴風口。在密閉系統迴風管道16上接有真空獲得設備37。氣動分級器15、除塵器27、30、平衡罐33、列管換熱器35之間分別通過氣體管道17、29、31、34相連線。
上述裝置形成了粉末生產裝置，包括氣氛準備、金屬熔煉、輸液、霧化、漂浮粉沉降、氣動分級、機械篩分、氣體淨化和驅動與冷卻等環節。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》所述金屬粉末的製備方法，包括氣氛準備、金屬熔煉、熔體輸送、霧化、漂浮粉沉降、氣動分級、機械篩分、氣體淨化、氣體驅動、氣體冷卻等環節。進入霧化前要完成系統氣氛準備和金屬熔煉，首先將霧化室抽真空、充氣，進行氣氛準備；金屬在熔煉爐1熔化並處理後通過輸液管2與霧化爐3連通，再通過輸液管4、導管5將金屬熔體澆到霧化器6上，經過霧化器6作用形成霧狀，霧狀熔滴在霧化室8中飛行、冷卻、凝固形成粉末，粉末在重力和氣流的作用下被送進氣動分級器15分級，經氣動分級後的粗粉通過中間倉21轉出密閉系統進入篩分漏斗24中供給機械篩25篩分，機械篩分至收粉罐26得到成品粉；氣動分級後的細粉被氣流送入除塵器27、30中除塵淨化，分離淨化出來的粉塵被收集到收粉罐28，淨化後的氣體進入平衡罐33中，經高壓離心風機驅動獲得加速，通過列管換熱器35進一步換熱後分成兩路，一路回到霧化室8，一路進入氣動分級器15，重新參與霧化與分級。
在霧化之前要進行氣氛準備，也就是通過真空獲得設備37將整個系統抽真空。真空度由金屬（或合金）的特性及粉末的特性而定，比如金屬（或合金）的活潑程度、粉末粒度分布及粉末氧含量等方面決定了氣氛準備所要達到的真空度的高低，一般不高於2000帕。當真空度達到要求後充入需要的氣體，一般採用氮氣、氬氣、氦氣、氫氣、氨氣、空氣、氧氣中的一種或幾種，通常採用以氮氣為主，同時加入不超過10%的其他氣體，具體採用何種氣體需根據合金特性和粉末要求而定。霧化過程中系統內壓力一般充到0~50千帕，這一方面是熔體霧化過程的需要，另一方也可以避免系統增氧。系統壓力的保持是通過控制系統9按設定自動控制的，有自動放氣和充氣裝置為終端執行器。採用已知工藝將金屬按設計成分配比在熔煉爐中熔煉並淨化，然後利用已知輸液工藝使熔體由熔煉爐1經過輸液管2供給到霧化爐3，再通過輸液管4由霧化爐3流入霧化室8中的導管5中，並繼續向下流動供給到霧化器6上進行霧化。霧化器6為離心霧化器、超聲霧化器和氣體霧化器中的一種。
煉爐熔1在《一種金屬粉末製備裝置及方法》中為可選配置，因此不是必須的。熔體輸送採用已知技術進行，可利用重力驅使熔體流動，也可採用氣壓方式驅動，其控制技術為業內人士所共知。霧化室8中安裝1台霧化器6，將澆在其上表面的熔體加速、離散，形成霧狀熔滴，霧狀熔滴在霧化室8中飛行、冷卻、凝固成粉末。霧化區的溫度場對霧化將產生重要影響，較高或較低都會影響粉末形貌和粒度分布，因此要通過控制獲得並維持理想的溫度場。該發明霧化區溫度場的控制是通過霧化室8冷卻、罐頂迴風溫度、熔體溫度和流量等方面的控制來實現的。霧化室8的冷卻是可控的，通過霧化區的溫度監測來調節冷卻強度，同樣道理調節列管換熱器35冷卻強度，使氣體得到適當的冷卻，控制列管換熱器35出風溫度，從而幫助獲得霧化區的理想溫度場；熔體溫度和流量對霧化區溫度場的影響也是明顯的，但其可調範圍較小，對霧化區溫度場的控制可起到輔助作用。氧含量對粉末的形貌和粒度分布會產生極其重要的影響，較低的氧含量會使金屬霧滴缺乏足夠的球化驅動力，導致粉末成多面體形狀或相互粘連形成粘連粉甚至形成雪花粉，而較高的霧化區氧含量會導致金屬霧滴表面形成較多的氧化物，反而影響了霧滴的球化，導致異形粉增多，只有當霧化區的氧含量維持在合適範圍時，氧的存在才能成為熔滴球化理想驅動力，有利於形成球形度較好、表面較為光滑的粉末。霧化區的氧含量一般在10~1000ppm範圍，需根據金屬特性和粉末粒度與氧含量要求等因素決定。為了保持霧化過程氧含量的穩定，控制系統9具有氧分析儀和自動補氧裝置。粉末在重力和罐頂迴風的作用下下落，在霧化室出粉口處匯集，在氣流作用下通過管道被輸送到氣動分級器15中進行分級。在霧化區總會有一定濃度的漂浮粉，漂浮粉的存在導致粘連粉數量增加，因此需要儘可能減少霧化區漂浮粉的濃度，為此該發明通過在霧化室頂部引入迴風將漂浮粉強行帶走，從而達到改善粉末形貌的目的，並細化粉末的微觀組織。氣動分級器15通常選用鼠籠式離心分級器（離心式鼠籠分級器），鼠籠轉速通常在200~3000轉每分範圍，優選為500~1500轉每分，具體工藝要根據粉末合金性質和粉末粒度分布來最佳化。經氣動分級後的粗粉通過中間倉21轉出密閉系統進入篩分漏斗24中等待機械篩分，機械篩分得到成品粉。機械篩分一般多採用市售旋振篩，其配有超聲振動以加強篩分效果。中間倉21的進口和出口均有氣動蝶閥19、22，中間倉21還配有進氣和放氣電磁閥20，通過控制系統9控制，兩個蝶閥19、22輪流開啟和關閉，並配合氣壓與氣氛調節就可實現粉末的轉出。氣動分級後的超細粉被氣流送入除塵器27、30中除塵淨化，通過除塵器27、30作用將氣體中的粉塵除去，使氣體變得純淨，淨化後的氣體進入平衡罐33中，經高壓離心風機驅動獲得升壓加速，通過列管換熱器35進一步換熱後分成兩路，一路回到霧化室8的頂部，一路進入氣動分級器15的二次迴風口，重新參與霧化與分級。這兩路氣的分配均由蝶閥11、14控制，以調整其流量。如此構成了氣體循環密閉通道，可實現氣氛準備、粉末霧化、氣動分級、氣體淨化、冷卻與循環，粉末轉出循環系統後通過篩機篩分產生成品粉，整個過程可以連續進行。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》採用的金屬為Sn、Pb、Bi、Sb、Ag、Cu、In、Zn、Al、Si、Ga、Ge、B、C、P、Ni、Ti、Cr、Mn、稀土等元素或其合金。金屬熔體在進入霧化器之前，還可經過加熱器和冷卻器，用於對金屬熔體加熱或冷卻，以控制金屬熔體的供液或停止供液。霧化時，金屬熔體霧化溫度高於金屬熔點20~180°C。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》將金屬粉末製備中的氣氛準備、金屬熔化、熔體輸送、粉末霧化、漂浮粉沉降、粉末分級、氣體冷卻、淨化與循環過程一體化，金屬粉末製備過程（制粉過程）在密閉環境中進行，系統中的氣體循環使用，形成的粉末通過中間倉從密閉系統中轉出到篩分漏斗中。該發明使金屬粉末製備過程的連續性達到最大化。
實施案例
實施例1
霧化SnAg3Cu0.5。系統抽真空至50帕，充入氮氣和100ppm氧氣至40千帕準備霧化。將Sn、Ag、Cu按設計配比加入真空熔煉爐1中，抽真空充氣後在330℃時進行熔煉，淨化處理後將熔體打入霧化爐3中，然後通過輸液通道供給轉盤，馬達以50000轉每分的轉速驅動轉盤旋轉進行霧化，霧化室8氧含量穩定在100ppm。粉末在重力和氣流作用下進入經離心分級器分級，離心分級器鼠籠轉速750轉每分。離心分級器分離出的粗粉通過中間倉21的中轉，由密閉系統轉出至篩分漏斗24，之後經過旋振篩篩分獲得成品粉（粉末形貌照片見圖2，粒度分布見圖3）。超細粉隨氣流進入除塵器27、30，除塵器27、30為旋風分離器27與布袋除塵器30組合，超細粉在旋風分離器27中大部分被沉降下來，有少量進入布袋除塵器30中被過濾收集，氣體被淨化後通過列管換熱器35換熱，然後分成兩路，一路回到霧化室8頂端參與霧化，一路回到離心分級器15中參與分級。霧化室8和列管換熱器35由水冷卻，霧化室8和離心分級器風量分配由蝶閥控制11和14。
實施例2
霧化SnBi58。系統抽真空至50帕，充入氮氣和80ppm氧氣至30千帕準備霧化。將Sn、Bi按設計配比加入真空熔煉爐1中，抽真空充氣後在200℃時進行熔煉，淨化處理後將熔體打入霧化爐3中，然後通過輸液通道供給霧化器，霧化器採用超聲霧化器，其振動頻率為60KHz，使熔體進行霧化，霧化室8氧含量穩定在80ppm。粉末在重力和氣流作用下進入經離心分級器15中進行分級，離心分級器鼠籠轉速500轉每分。離心分級器分離出的粗粉通過中間倉21的中轉，由密閉系統轉出至篩分漏斗24，之後經過旋振篩25篩分獲得成品粉（粉末形貌照片見圖4，粒度分布見圖5）。超細粉隨氣流進入除塵器27、30，除塵器27、30為旋風除塵器27與濾芯過濾器30組合。超細粉在旋風除塵器27中大部分被沉降下來，有少量進入濾芯過濾器30中被過濾收集，氣體被淨化後通過列管換熱器35換熱，然後分成兩路，一路回到霧化室8頂端參與霧化，一路回到離心分級器15中參與分級。霧化室8和列管換熱器35由水冷卻，霧化室8和離心分級器15風量分配由蝶閥11和14控制。
實施例3
霧化SnAg0.3Cu0.7。系統抽真空至80帕，充入氮氣和60ppm氧氣和1%氫氣至50千帕準備霧化。將Sn、Ag、Cu按設計配比加入真空熔煉爐1中，抽真空充氣後在310℃時進行熔煉，淨化處理後將熔體打入霧化爐3中，然後通過輸液通道供給氣體霧化器，霧化器以2Mpa壓力進行霧化，霧化室8氧含量穩定在60ppm。粉末在重力和氣流作用下進入經離心分級器分級，離心分級器鼠籠轉速550轉每分。離心分級器分離出的粗粉通過中間倉21的中轉，由密閉系統轉出至篩分漏斗24，之後經過旋振篩篩分獲得成品粉（粉末粒度小於45微米，20~36微米粉末比例達60%，氧含量60ppm）。超細粉隨氣流進入除塵器27、30，除塵器27、30為旋風分離器27與布袋除塵器30組合，超細粉在旋風分離器27中大部分被沉降下來，有少量進入布袋除塵器30中被過濾收集，氣體被淨化後通過列管換熱器35換熱，然後分成兩路，一路回到霧化室8頂端參與霧化，一路回到離心分級器15中參與分級。霧化室8和列管換熱器35由水冷卻，霧化室8和離心分級器風量分配由蝶閥控制11和14。
實施例4
霧化SnAg1.0Cu0.5。系統抽真空至100帕，充入氮氣和200ppm氧氣至20千帕準備霧化。將Sn、Ag、Cu按設計配比加入真空熔煉爐1中，抽真空充氣後在300℃時進行熔煉，淨化處理後將熔體打入霧化爐3中，然後通過輸液通道供給轉盤，馬達以60000轉每分的轉速驅動轉盤旋轉進行霧化，霧化室8氧含量穩定在200ppm。粉末在重力和氣流作用下進入經離心分級器分級，離心分級器鼠籠轉速950轉每分。離心分級器分離出的粗粉通過中間倉21的中轉，由密閉系統轉出至篩分漏斗24，之後經過旋振篩篩分獲得成品粉（粉末粒度小於45微米，20~36微米粉末比例達65%，氧含量70ppm）。超細粉隨氣流進入除塵器27、30，除塵器27、30為旋風分離器27與布袋除塵器30組合，超細粉在旋風分離器27中大部分被沉降下來，有少量進入布袋除塵器30中被過濾收集，氣體被淨化後通過列管換熱器35換熱，然後分成兩路，一路回到霧化室8頂端參與霧化，一路回到離心分級器15中參與分級。霧化室8和列管換熱器35由水冷卻，霧化室8和離心分級器風量分配由蝶閥控制11和14。
實施例5
霧化SnBi30Cu0.5。系統抽真空至120帕，充入氮氣和300ppm氧氣至25千帕準備霧化。將Sn、Bi、Cu按設計配比加入真空熔煉爐1中，抽真空充氣後在236℃時進行熔煉，淨化處理後將熔體打入霧化爐3中，然後通過輸液通道供給霧化器-轉盤，馬達以50000轉每分的轉速驅動轉盤旋轉進行霧化，使熔體進行霧化，霧化室8氧含量穩定在300ppm。粉末在重力和氣流作用下進入經離心分級器15中進行分級，離心分級器鼠籠轉速450轉每分。離心分級器分離出的粗粉通過中間倉21的中轉，由密閉系統轉出至篩分漏斗24，之後經過旋振篩25篩分獲得成品粉（20~45微米粉末比例達95%，氧含量35ppm）。超細粉隨氣流進入除塵器27，除塵器27為旋風除塵器。超細粉在旋風除塵器27中被沉降下來，氣體被淨化後通過列管換熱器35換熱，然後分成兩路，一路回到霧化室8頂端參與霧化，一路回到離心分級器15中參與分級。霧化室8和列管換熱器35由水冷卻，霧化室8和離心分級器15風量分配由蝶閥11和14控制。
《一種金屬粉末製備裝置及方法》的裝置和方法可用於霧化Sn、Pb、Bi、Sb、Ag、Cu、In、Zn、Al、Si、Ga、Ge、B、C、P、Ni、Ti、Cr、Mn、稀土等元素及其合金，可連續生產-320目以下的球形粉體，氧含量≤80ppm。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種金屬粉末製備裝置及方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
