一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法与流程

1.本发明涉及真空气雾化制备金属粉末领域，尤其涉及真空感应熔炼气雾化制粉技术领域，具体涉及一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着科技的飞速发展，增材制造技术越来越多地应用于航空航天、医疗制造、民用模具等领域，从而与传统机加工(减材制造)、铸造(等材制造)形成相辅相成的态势，共同为制造业贡献着自身的力量。其中，金属增材制造(俗称金属3d打印)技术因其主要研究金属粉末原材料的制备及性能优化、激光烧结熔池对金属打印件的强度和刚度性能等尖端技术，被誉为增材技术的王冠，受到众多学者的研究和探索。目前，研究所如宁波52所、钢铁研究总院、上海材料研究所等对金属原材料粉末的研究较多，形成了原材料制备及工艺优化、打印件后处理及检测的全生命周期体系文档。然而，在金属3d打印行业中，特别是在材料的研发和打印设备两方面，研究学者仍需进行不断摸索。
3.作为金属3d打印的原材料，金属粉末对打印件的最终性能起着至关重要的作用，其粉末参数有很高的要求：化学成分纯净度高、一定粒度分布、粉末球形度高、流动性好、松装密度满足一定要求。与机械球磨法、电化学法相比，真空感应熔炼惰性气体雾化技术(vacuum induction melting gas atomization,viga)因其生产效率高，粉末球形度高、氧含量低等优点成为目前生产高性能球形金属粉末的主流方法。通常，viga技术采用坩埚熔炼的方式，即坩埚中添加金属，通过中频电对金属进行感应加热使其熔化为钢液，然后将钢液倒入中间包，通过下方的导流嘴流出一定直径的钢液，运用高压惰性气体将其雾化冷却即可收得金属粉末，俗称“通粉”。“通粉”经过筛分及分级后，可获得15～53μm的3d打印用金属粉末，同时也会产生53～150μm的副产品。
4.当前，viga生产方式为：在气雾化后获得“通粉”，经过筛分和分级后获得15～53μm的3d打印用金属粉末。由于气雾化技术研究的瓶颈，所获得的15～53μm成品粉末占原料的比例为30％～35％，另有40％～55％的粉末为53～150μm的副产品粗粉，该粒度段的粉末目前没有明确的应用领域。传统的方法为将一定重量的粗粉通过人工再次吊运至设备平台加入坩埚中，与棒材按照一定比例组成原料，单炉次抽真空后，在中频电的作用下，棒材自身先产生涡流发热，形成初步熔池，逐渐将粗粉熔化为钢液，最终进行雾化作业。雾化完毕之后，待坩埚冷却后，重新添加原料，然后抽真空和惰性气体回填，重复进行雾化作业。该方式的viga作业具有如下问题：(1)传统的单炉次生产模式，雾化完一炉，需要等待坩埚冷却后，再重新加料、抽真空、回填氩气和加热，非连续性的生产模式一方面导致效率低下，另一方面坩埚反复受到热冲击和急速冷却，极大地降低了坩埚寿命，传统的坩埚使用周期为20～25炉次；(2)使用粗粉作为回炉料生产时，容易带入氧氮等杂质，工程实践表明，粗粉的回炉次数一般不得超过3～4次，若回炉次数过多，导致杂质累积，会影响打印件的最终性能，尤其影响用于航天领域的高温合金打印件的高温性能，会使其高温持续时间呈指数式的降低；(3)传统的viga生产必须采用少量棒材，不可全部为粉料，因为粉料之间的间隙太大，无
法在中频电的作用下形成涡流，最终无法实现自身加热为钢液，需一定量的棒材作为“引燃料”；(4)筛分后的粗粉一般置于收集桶中，在需回炉时，一般使用行车将其吊装至熔炼室，使用人工将其倒入坩埚，不仅费时费力，而且造成粉尘翻腾，形成安全隐患。
5.因此，如何在工业化viga生产中，实现连续化生产以提升效率，并将粗粉用于回炉，减少棒材用量占比，即实现viga的连续化和粗粉自循环成为目前急需解决的重难点问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。本发明提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法能够实现viga的连续化和粗粉自循环。
7.为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其包括：熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器、机械手；
8.其中，所述熔炼室设置于所述雾化室的上方，并且所述熔炼室的下端和所述雾化室连通；
9.所述第一加料仓设置于所述熔炼室的上方，并且所述第一加料仓的下端设置有第一插板阀，所述第一插板阀用于实现所述熔炼室和所述第一加料仓之间的连通和隔断；所述第一加料仓的侧壁设置有第一通惰性气体管道；
10.所述第一加料仓和所述雾化室的侧壁通过管道连接于第一真空泵；
11.所述雾化室的下端和所述第一分级机连通，所述第一分级机和所述第二分级机连通，所述第二分级机和所述旋风分离器连通，所述旋风分离器和所述除尘布袋连通，所述除尘布袋连接有尾排风机，所述第一分级机的下端连接有第一中转罐，所述第二分级机、所述旋风分离器和所述除尘布袋的下端分别连接有集粉罐；
12.所述第一中转罐的下端通过送料风机和所述第二中转罐的上端连通；
13.所述第二中转罐的下方设置有所述制棒熔炼炉，并且所述第二中转罐的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述第二加料仓设置于所述制棒熔炼炉的上方，并且所述第二加料仓的下端和所述制棒熔炼炉连通；
14.所述制棒熔炼炉的侧壁设置有第二通惰性气体管道，所述制棒熔炼炉的侧壁通过管道连接于第二真空泵；
15.所述制棒熔炼炉的下方设置有坯料成型器，所述坯料成型器位于所述传送带的上方，所述传送带用于将所述坯料成型器运输至所述第一加料仓，所述机械手至少用于将所述坯料成型器中的坯料装入所述第一加料仓中。
16.在上述的气雾化装置中，优选地，所述熔炼室中设置有第一熔炼坩埚和第一中间包系统，所述熔炼室的下端通过所述第一中间包系统和所述雾化室连通。更优选地，所述第一中间包系统的下端设置有喷盘，所述喷盘上设置有导流嘴，所述导流嘴的直径为3～6mm。第一熔炼坩埚用于将熔炼室中的金属原料熔炼为液体，第一中间包系统下端设置的喷盘用
于将金属熔液喷入雾化室。
17.在上述的气雾化装置中，优选地，所述第一加料仓的上端设置有第一电机和第一蜗轮蜗杆，所述第一加料仓的内部设置有第一滚筒、料筒和挡销；所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆连接于所述第一滚筒，所述第一滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述料筒，所述第一加料仓的内壁的下部设置有挡销。更优选地，所述挡销上设置有滚轮。
18.在上述的气雾化装置中，优选地，所述料筒为中空结构，其底部均匀分布有4～8个支撑板作为底板，所述料筒的外壁设置有吊耳，所述料筒的下缘固接有轴承，所述支撑板的中间段和固接在所述料筒下缘的轴承连接，所述支撑板的外侧和所述料筒外壁的吊耳通过弹簧连接，所述支撑板用于实现料筒下端的开合。更优选地，所述支撑板的开合角度为0～90
°
。
19.在本发明中，第一加料仓设置于熔炼室的上方，并且第一加料仓的下端设置有第一插板阀，其用于实现熔炼室和第一加料仓之间的连通和隔断，第一加料仓可通过第一真空泵抽真空后，再通过第一通惰性气体管道回填惰性气体，实现第一加料仓的作业与熔炼室分隔。并且，第一加料仓的上端设有第一电机，通过第一蜗轮蜗杆将动力传递至第一滚筒，第一滚筒上缠绕有丝线，丝线下端挂有料筒。在料筒未装料的时候，弹簧处于急剧压缩状态，在杠杆力的作用下，使支撑板的内侧保持为关闭状态；逐渐往料筒中增加物料，支撑板仍旧保持为关闭状态；第一电机驱动料筒往下移动，当料筒到达一定位置后，料筒底部的支撑板的外侧与挡销上的滚轮接触，在重力的作用下，料筒继续下移，4～8个均布的支撑板会逐渐打开，物料下落进入熔炼室的熔炼坩埚后，启动第一电机带动料筒上升，在弹簧压缩力的驱动下，支撑板恢复至关闭状态，可进行下一次加料。本发明的第一加料仓的设计实现了料筒在不接触高温熔炼坩埚的前提下对熔炼坩埚的自动化加料。
20.在上述的气雾化装置中，优选地，所述雾化室的侧壁和所述第一真空泵相连接的管道上设置有第一气动阀。
21.在上述的气雾化装置中，优选地，所述第一加料仓的侧壁和所述第一真空泵相连接的管道上设置有第二气动阀。
22.在上述的气雾化装置中，优选地，所述第一分级机的分级轮频率为10～30hz。
23.在上述的气雾化装置中，优选地，所述送料风机的频率为30～80hz，风量为20～120pa。
24.在上述的气雾化装置中，优选地，所述第二分级机的分级轮频率为50～80hz。
25.在上述的气雾化装置中，优选地，在所述旋风分离器和所述除尘布袋相连接的管道上设置有排气阀。
26.在本发明中，雾化室后段设有双分级轮结构，可精准调控所得金属粉末的粒度分布。第一分级机的分级轮频率为10～30hz，在第一中转罐中获得53～150μm的粗粉，下方通过送料风机将粗粉运输至第二中转罐，送料风机的频率为30～80hz，风量为20～120pa。第二分级机的分级轮频率为50～80hz，在第二分级机下端连接的集粉罐中可获得15～53μm的3d打印用金属粉末成品。第二分级机中分级后所得的粒度为0～15μm的金属粉末经旋风分离器进行气固(即气体与金属粉末)分离后收集于旋风分离器下端连接的集粉罐中。少量粒度为0～5μm的超细金属粉末进入除尘布袋，通过除尘布袋后收集于除尘布袋的下端连接的集粉罐中。
27.在上述的气雾化装置中，优选地，所述制棒熔炼炉的上方进一步设置有取样系统，并且所述取样系统的下端和所述制棒熔炼炉连通。
28.在上述的气雾化装置中，优选地，所述取样系统的下端设置有第二插板阀，所述第二插板阀用于实现所述制棒熔炼炉和所述取样系统之间的连通和隔断。
29.在上述的气雾化装置中，优选地，所述取样系统的上端设置有第二电机和第二蜗轮蜗杆，所述取样系统的内部设置有第二滚筒和取样器；所述第二电机通过第二蜗轮蜗杆连接于所述第二滚筒，所述第二滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述取样器。
30.在上述的气雾化装置中，优选地，所述制棒熔炼炉中设置有拨渣装置、第二熔炼坩埚和第二中间包系统；所述拨渣装置设置于所述制棒熔炼炉内部的上方，并且所述拨渣装置和所述制棒熔炼炉的炉盖之间动密封连接。第二熔炼坩埚用于将制棒熔炼炉中的金属原料熔炼为液体，第二中间包系统用于使金属熔液流入坯料成型器。所述拨渣装置可以为现有技术中的拨渣装置，本发明不对其结构进行特殊限定的。
31.在上述的气雾化装置中，优选地，所述机械手还用于对所述坯料成型器中的坯料进行扒皮。
32.在本发明中，第一中转罐中的粗粉经由第二中转罐进入制棒熔炼炉中。通过取样系统的第二电机和第二蜗轮蜗杆，可驱动取样器移动至制棒熔炼炉中的金属熔液内部，停留5～10s，提起取样器后金属熔液凝固，可快速检测取样器中的金属样品的成分。得到金属样品的成分后，可以在第二加料仓中加入需要的元素，进而实现对金属熔液成分的控制。此外，第二加料仓中加入初始的块状金属原料后，始终保持制棒熔炼炉中的金属熔体为液体状态，之后直接通过第二中转罐添加粗粉即可，即，只需最初通过添加块状金属原料在制棒熔炼炉的第二熔炼坩埚中形成金属熔液，并持续保持为液态后，后续可不用添加块状料。同时，还可以在第二加料仓中添加一定重量比例的碳，配合真空泵抽真空实现“真空加碳除氧”，可减少金属熔液的氧杂质的含量。并且，使用拨渣装置清理(去除)氧化物和氮化物等杂质，实现金属熔液的进一步提纯。
33.在本发明中，待制棒熔炼炉中的金属熔液达到一定量后，通过倒入第二中间包系统中，流入下方的坯料成型器中进行冷却为坯料，坯料的形状可为球体、圆柱体、锥体等。坯料成型器通过传送带运输至第一加料仓。具体地，第一加料仓设置有常规的仓门、连接法兰等，坯料成型器通过传送带运输至第一加料仓的仓门处，机械手对坯料进行扒皮后，机械手开启仓门，将坯料装入第一加料仓的料筒中，然后关闭仓门。使用第一真空泵对第一加料仓抽真空后，进行惰性气体回填，然后开启第一插板阀，即可进行连续化的熔炼及雾化工序，免去了等待坩埚冷却、对设备整体抽真空和回填惰性气体的操作，提升效率的同时提升了坩埚的使用寿命。
34.本发明第二方面提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，该方法采用上述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，该方法包括以下步骤：
35.(1)在熔炼室中装入金属原料，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；
36.(2)待熔炼室中的金属熔液的温度达到设定温度后，使熔炼室中的金属熔液进入雾化室，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，得到金属粉末；
37.(3)金属粉末进入第一分级机进行分级，得到粒度53～150μm的粗粉并收集于第一
中转罐中；粒度53μm以下的金属粉末进入第二分级机进行分级，得到粒度15～53μm的金属粉末并收集于第二分级机下端连接的集粉罐中，即为金属粉末成品；粒度0～15μm的金属粉末经旋风分离器进行气固分离后收集于旋风分离器下端连接的集粉罐中；粒度0～5μm的金属粉末进入除尘布袋，并收集于除尘布袋的下端连接的集粉罐中；
38.(4)待第一中转罐和集粉罐中稳定收粉后，通过送料风机将第一中转罐中的粗粉送至第二中转罐中；
39.(5)向第二加料仓中加入块状金属原料，以第二加料仓中的块状金属原料以及第二中转罐中的粗粉作为制棒熔炼炉的初始原料，对制棒熔炼炉进行抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对所述初始原料进行加热熔炼，得到金属熔液；
40.(6)使制棒熔炼炉中的金属熔液流入坯料成型器中进行冷却，得到坯料；通过传送带将坯料成型器运输至所述第一加料仓，通过机械手对坯料进行扒皮后，再通过机械手将扒皮后的坯料装入第一加料仓中；对第一加料仓进行抽真空和回填惰性气体至大气压后，开启第一插板阀，使第一加料仓中的坯料加入至熔炼室中；加料完成后，关闭第一插板阀。
41.在上述的方法中，优选地，所述惰性气体包括氩气或氮气。
42.在上述的方法中，优选地，在步骤(2)中，所述设定温度为1300～1800℃。
43.在上述的方法中，优选地，在步骤(2)中，所述雾化的压力为3～6mpa，惰性气体流量为10～30nm3/min。
44.在上述的方法中，优选地，步骤(2)具体包括：待熔炼室中的金属熔液的温度达到设定温度后，打开尾排风机，待尾排风机稳定运行5s后，开启旋风分离器和除尘布袋相连接的管道上的排气阀；依次开启第一分级机和第二分级机；然后使熔炼室中的金属熔液通过第一中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，得到金属粉末。
45.在本发明的一些具体实施方式中，所述尾排风机的设定频率为30～120hz。
46.在本发明的一些具体实施方式中，所述第一分级机的分级轮频率为10～30hz。
47.在本发明的一些具体实施方式中，所述第二分级机的分级轮频率为50～80hz。
48.在上述的方法中，优选地，在步骤(4)中，所述送料风机的频率为30～80hz，风量为20～120pa。
49.在上述的方法中，优选地，步骤(5)进一步包括：采用取样系统对制棒熔炼炉中的金属熔液进行取样，检测分析金属样品的金属元素成分及氧氮含量；与目标成分进行对比和计算后，通过第二加料仓向制棒熔炼炉中加入需要的金属元素及碳，同时利用第二真空泵使制棒熔炼炉中的真空度为0.01～10pa，进行脱氧处理；采用拨渣装置清理金属熔液中的氧化物和氮化物等杂质。步骤(5)更进一步包括：重复进行取样、加入需要的金属元素及碳、脱氧处理、拨渣的步骤，直到金属熔液的金属元素成分和氧氮含量满足要求。
50.在本发明的一些具体实施方式中，在步骤(5)中，采用取样系统对制棒熔炼炉中的金属熔液进行取样具体包括：开启第二插板阀，启动第二电机，通过第二蜗轮蜗杆将动力传递至第二滚筒，第二滚筒放线，使取样器向下移动至制棒熔炼炉中的金属熔液内部，停留5～10s；使第二电机反转，第二滚筒收线，取样器向上移动，取样器中的金属熔液凝固，关闭第二插板阀，完成对金属熔液的取样。
51.在本发明的一些具体实施方式中，在步骤(5)中，第二电机的转速为100～1000r/
min，第二蜗轮蜗杆的传动比为20:1～80:1，取样器的向下、向上移动的速度为40～90mm/min。
52.在本发明的一些具体实施方式中，在步骤(5)中，可以采用本领域的常规仪器和方法对取样器中凝固的金属样品的金属元素成分及氧氮含量进行检测分析。例如，采用icp原子发射光谱仪检测分析金属元素成分，采用氧氮分析仪检测分析氧氮含量。
53.在上述的方法中，优选地，在步骤(6)中，使第一加料仓中的坯料加入至熔炼室中具体包括：启动第一电机，通过第一蜗轮蜗杆将动力传递至第一滚筒，第一滚筒放线，料筒向下移动，当料筒移动至挡销的位置，支撑板打开，料筒中的坯料下落至熔炼室的第一熔炼坩埚中。
54.在上述的方法中，优选地，步骤(6)在加料完成后进一步包括：使第一电机反转，第一滚筒收线，料筒向上移动，然后关闭第一插板阀。
55.在上述的方法中，优选地，在步骤(6)中，第一电机的转速为100～1000r/min，第一蜗轮蜗杆的传动比为20:1～80:1，料筒的向下、向上移动的速度为40～90mm/min。
56.在上述的方法中，优选地，在步骤(6)中，所述坯料的形状包括球体、圆柱体和锥体等中的一种或几种的组合。
57.根据本发明的具体实施方式，优选地，上述方法进一步包括：重复步骤(4)～(6)，能够实现viga的连续化生产和粗粉的自循环。
58.本发明提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。在本发明中，熔炼室和第一加料仓之间设有第一插板阀，可实现熔炼室和第一加料仓之间的连通和隔断。通过第一电机和第一蜗轮蜗杆可实现料筒的自动升降。料筒底部设置有弹簧和支撑板，第一加料仓的内壁设置有挡销，通过合理地使用杠杆和弹簧的平衡力，可实现料筒与高温坩埚无接触式的自动化加料。雾化室的后段设有双分级轮结构，可一次性收集15～53μm的细粉和53～150μm的粗粉。粗粉经过第一中转罐和送料风机到达第二中转罐，循环的粗粉进入制棒熔炼炉中，通过取样系统获取制棒熔炼炉中的金属熔液的成分后，可通过第二加料仓加入需要的元素，进而实现金属熔液的成分控制。同时，制棒熔炼炉使用真空加碳除氧，及利用拨渣装置清理氧化物及氮化物等杂质，可进一步提纯金属熔液。最终制棒熔炼炉中的金属熔液浇铸至坯料成型器中制备成坯料，使用传送带移动至熔炼室上方的第一加料仓，使用机械手对坯料完成扒皮后，使用机械手将坯料装入第一加料仓中，最终实现连续化生产和粗粉的自循环。
59.本发明的技术方案至少具有以下有益效果：
60.(1)本发明使用第一插板阀和第一加料仓将熔炼和加料分离，产出粗粉通过送料风机运输后，利用制棒熔炼炉制成坯料，再通过机械手装入第一加料仓，进而对熔炼室进行加料，实现了viga设备的连续化生产模式。与传统的单炉次生产模式相比，一方面无需等待坩埚冷却和重新抽真空从而提高了生产效率，另一方面减少坩埚受到的冷热冲击可以提升熔炼坩埚的使用寿命。
61.(2)本发明可以循环使用粗粉进行生产，并通过真空加碳除氧和使用拨渣装置清理氧化物和氮化物等杂质，进一步提纯制棒熔炼炉中的金属熔液。并且通过第二加料仓加入所需元素，通过取样系统对制棒熔炼炉中的金属熔液进行取样，进而进行检测，保证金属熔液的成分满足要求，最终实现打印件的性能保证。
62.(3)本发明仅在雾化起初阶段需少量的块状金属原料(例如棒材)作为“引燃料”，一旦制棒熔炼炉中的金属熔液形成后，可始终保持其中的原料为熔体状态，后续只需要持续往制棒熔体中加入粗粉即可，可大大降低棒材使用的比例，实现自身粗粉物料的自循环。
63.(4)本发明利用送料风机将粗粉运输至制棒熔炼炉，并且第一加料仓的设计巧妙地采用了弹簧和杠杆的作用力，实现熔炼室中第一熔炼坩埚的自动化上料，减少了人力物力，且金属粉末始终处于管道惰性气体的保护中，保证了现场生产的安全性。
64.综上所述，本发明提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法实现了viga的连续化和粗粉自循环，减少了人力和物力的浪费，能够进一步推进viga技术的工业化进程。
附图说明
65.图1为实施例1提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置的结构示意图。
66.图2为实施例1的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置中的料筒底部的支撑板为关闭状态的局部放大示意图。
67.图3为实施例1的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置中的料筒底部的支撑板为开启状态的局部放大示意图。
68.附图标号说明：
69.1-熔炼室，2-雾化室，3-第一加料仓，4-第一插板阀，5-第一电机，6-第一蜗轮蜗杆，7-第一滚筒，8-料筒，9-挡销，10-第一真空泵，11-第一气动阀，12-第二气动阀，13-第一通惰性气体管道，14-第一分级机，15-第二分级机，16-旋风分离器，17-除尘布袋，18-尾排风机，19-第一中转罐，20-集粉罐，21-送料风机，22-第二中转罐，23-制棒熔炼炉，24-第二加料仓，25-第二插板阀，26-第二电机，27-第二蜗轮蜗杆，28-第二滚筒，29-取样器，30-拨渣装置，31-第二真空泵，32-第二通惰性气体管道，33-传送带，34-坯料成型器，35-机械手；801-弹簧，802-支撑板，803-吊耳。
具体实施方式
70.为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
71.实施例1
72.本实施例提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其结构如图1所示。
73.该装置包括：
74.熔炼室1、雾化室2、第一加料仓3、第一插板阀4、第一真空泵10、第一通惰性气体管道13、第一分级机14、第二分级机15、旋风分离器16、除尘布袋17、尾排风机18、第一中转罐19、集粉罐20、送料风机21、第二中转罐22、制棒熔炼炉23、第二加料仓24、第二真空泵31、第二通惰性气体管道32、传送带33、坯料成型器34、机械手35；
75.其中，熔炼室1设置于雾化室2的上方，并且熔炼室1的下端和雾化室2连通；
76.第一加料仓3设置于熔炼室1的上方，并且第一加料仓3的下端设置有第一插板阀4，第一插板阀4用于实现熔炼室1和第一加料仓3之间的连通和隔断；第一加料仓3的侧壁设置有第一通惰性气体管道13；
77.第一加料仓3的上端设置有第一电机5和第一蜗轮蜗杆6，第一加料仓3的内部设置有第一滚筒7、料筒8和挡销9；第一电机5通过第一蜗轮蜗杆6连接于第一滚筒7，第一滚筒7上缠绕有丝线，丝线的下端挂有料筒8，第一加料仓3的内壁的下部设置有挡销9，挡销9上设置有滚轮；
78.第一加料仓3和雾化室2的侧壁通过管道连接于第一真空泵10；雾化室2的侧壁和第一真空泵10相连接的管道上设置有第一气动阀11；第一加料仓3的侧壁和第一真空泵10相连接的管道上设置有第二气动阀12；
79.雾化室2的下端和第一分级机14连通，第一分级机14和第二分级机15连通，第二分级机15和旋风分离器16连通，旋风分离器16和除尘布袋17连通，在旋风分离器16和除尘布袋17相连接的管道上设置有排气阀，除尘布袋17的上端连接有尾排风机18，第一分级机14的下端连接有第一中转罐19，集粉罐20的数量为3个，第二分级机15、旋风分离器16和除尘布袋17的下端分别连接有集粉罐20；
80.第一中转罐19的下端通过第三气动阀、送料风机21和第二中转罐22的上端连通；
81.第二中转罐22的下方设置有制棒熔炼炉23，并且第二中转罐22的下端和制棒熔炼炉23连通；第二加料仓24设置于制棒熔炼炉23的上方，并且第二加料仓24的下端和制棒熔炼炉23连通，第二加料仓24用于将块状金属原料加入至制棒熔炼炉23中；
82.制棒熔炼炉23的上方还设置有取样系统，并且取样系统的下端和制棒熔炼炉23连通；取样系统的下端设置有第二插板阀25，第二插板阀25用于实现制棒熔炼炉23和取样系统之间的连通和隔断；
83.取样系统的上端设置有第二电机26和第二蜗轮蜗杆27，取样系统的内部设置有第二滚筒28和取样器29；第二电机26通过第二蜗轮蜗杆27连接于第二滚筒28，第二滚筒28上缠绕有丝线，丝线的下端挂有取样器29；
84.制棒熔炼炉23的侧壁设置有第二通惰性气体管道32，制棒熔炼炉23的侧壁通过管道连接于第二真空泵31；
85.制棒熔炼炉23的下方设置有坯料成型器34，坯料成型器34位于传送带33的上面，传送带33用于将坯料成型器34运输至第一加料仓3，机械手35用于对坯料成型器34中的坯料进行扒皮，并用于将扒皮后的坯料装入第一加料仓3中。
86.在本实施例中，熔炼室1中设置有第一熔炼坩埚和第一中间包系统，熔炼室1的下端通过第一中间包系统和雾化室2连通。第一中间包系统的下端设置有喷盘，喷盘上设置有导流嘴和惰性气体阀门，导流嘴的直径为3～6mm。第一熔炼坩埚用于将熔炼室1中的金属原料熔炼为液体，第一中间包系统下端设置的喷盘用于将金属熔液喷入雾化室2。
87.在本实施例中，料筒8为中空结构，其底部均匀分布有4～8个支撑板802作为底板，料筒8的外壁设置有吊耳803，料筒8的下缘固接有轴承，支撑板802的中间段和固接在料筒8下缘的轴承连接，支撑板802的外侧和料筒8的外壁的吊耳803通过弹簧801连接，支撑板802用于实现料筒8下端的开合，支撑板802的开合角度为0～90
°
。料筒8底部的支撑板802的关闭和开启状态如图2和图3所示。
88.在本实施例中，制棒熔炼炉23中设置有拨渣装置30、第二熔炼坩埚和第二中间包系统；拨渣装置30设置于制棒熔炼炉23内部的上方，并且拨渣装置30和制棒熔炼炉23的炉盖之间动密封连接。第二熔炼坩埚用于将制棒熔炼炉23中的金属原料熔炼为液体，第二中
间包系统用于使金属熔液流入坯料成型器34。
89.实施例2
90.本实施例提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，该方法采用实施例1提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置。
91.该方法包括以下步骤：
92.(1)在熔炼室1的第一熔炼坩埚中装入金属原料(一般为块状金属原料)，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；
93.(2)待熔炼室1中的金属熔液的温度达到1300～1800℃后，打开尾排风机18，尾排风机18的设定频率为30～120hz，待尾排风机18稳定运行5s后，开启旋风分离器16和除尘布袋17相连接的管道上的排气阀；依次开启第一分级机14和第二分级机15，第一分级机14的分级轮频率为10～30hz，第二分级机15的分级轮频率为50～80hz；然后倾倒第一熔炼坩埚，金属熔液通过第一中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室2，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，雾化的压力为3～6mpa，惰性气体流量为10～30nm3/min，得到金属粉末；
94.(3)金属粉末进入第一分级机14进行分级，得到粒度53～150μm的粗粉并收集于第一中转罐19中；粒度53μm以下的金属粉末进入第二分级机15进行分级，得到粒度15～53μm的金属粉末并收集于第二分级机15下端连接的集粉罐20中，即为金属粉末成品；粒度0～15μm的金属粉末经旋风分离器16进行气固分离后收集于旋风分离器16下端连接的集粉罐20中；粒度0～5μm的金属粉末进入除尘布袋17，并收集于除尘布袋17的下端连接的集粉罐20中；
95.(4)待第一中转罐19和集粉罐20中稳定收粉后，开启第一中转罐19下端的第三气动阀和送料风机21，通过送料风机21将第一中转罐19中的粗粉吹送至第二中转罐22中，送料风机21的频率为30～80hz，风量为20～120pa；
96.(5)向第二加料仓24中加入块状金属原料，以第二加料仓24中的块状金属原料以及第二中转罐22中的粗粉作为制棒熔炼炉23的初始原料，对制棒熔炼炉23进行抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对所述初始原料进行加热熔炼，得到金属熔液；采用取样系统对制棒熔炼炉23中的金属熔液进行取样，开启第二插板阀25，启动第二电机26，通过第二蜗轮蜗杆27将动力传递至第二滚筒28，第二滚筒28放线，使取样器29向下移动至制棒熔炼炉23的第二熔炼坩埚中的金属熔液内部，停留5～10s；使第二电机26反转，第二滚筒28收线，取样器29向上移动，取样器29中的金属熔液凝固，关闭第二插板阀25，完成对金属熔液的取样；其中，第二电机26的转速为100～1000r/min，第二蜗轮蜗杆27的传动比为20:1～80:1，取样器29的向下、向上移动的速度为40～90mm/min；采用本领域的常规仪器和方法对取样器29中凝固的金属样品的金属元素成分及氧氮含量进行检测分析；与目标成分进行对比和计算后，通过第二加料仓24向制棒熔炼炉23中加入需要的金属元素(如硅、锰、铬等易挥发元素)及碳，同时利用第二真空泵31使制棒熔炼炉23中的真空度为0.01～10pa，进行脱氧处理；采用拨渣装置30清理金属熔液中的氧化物和氮化物等杂质；重复进行取样、加入需要的金属元素及碳、脱氧处理、拨渣的步骤，直到金属熔液的金属元素成分和氧氮含量满足要求；
97.(6)倾倒制棒熔炼炉23中的第二熔炼坩埚，使金属熔液通过第二中间包系统流入坯料成型器34中进行冷却，得到坯料，坯料的形状包括球体、圆柱体和锥体等中的一种或几
种的组合；通过传送带33将坯料成型器34运输至第一加料仓3，通过机械手35对坯料进行扒皮后，再通过机械手35打开第一加料仓3的仓门，将扒皮后的坯料装入第一加料仓3的料筒8中；对第一加料仓3进行抽真空和回填惰性气体至大气压后，开启第一插板阀4，启动第一电机5，通过第一蜗轮蜗杆6将动力传递至第一滚筒7，第一滚筒7放线，料筒8向下移动，当料筒8移动至挡销9的位置，支撑板802打开，料筒8中的坯料下落至熔炼室1的第一熔炼坩埚中；加料完成后，使第一电机5反转，第一滚筒7收线，料筒8向上移动，然后关闭第一插板阀4；其中，第一电机5的转速为100～1000r/min，第一蜗轮蜗杆6的传动比为20:1～80:1，料筒8的向下、向上移动的速度为40～90mm/min；
98.(7)重复步骤(4)～(6)，实现viga的连续化生产和粗粉的自循环。
99.在本实施例中，所述惰性气体包括氩气或氮气。
100.实施例3
101.本实施例提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，该方法采用实施例1提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置。
102.本实施例的方法制备得到金属3d打印用316l不锈钢金属粉末。
103.该方法包括以下步骤：
104.(1)在熔炼室1的第一熔炼坩埚中装入316l棒材80kg和粗粉200kg，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；
105.(2)待熔炼室1中的金属熔液的温度约为1600
±
30℃时，打开尾排风机18，尾排风机18的设定频率为30～50hz，待尾排风机18稳定运行5s后，开启旋风分离器16和除尘布袋17相连接的管道上的排气阀；依次开启第一分级机14和第二分级机15，第一分级机14的分级轮频率为16hz，第二分级机15的分级轮频率为62hz；然后倾倒第一熔炼坩埚，金属熔液通过第一中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室2，喷盘上的导流嘴直径为4mm，并开启喷盘上的惰性气体阀门，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，雾化的压力为4.5mpa，惰性气体流量为18～25nm3/min，得到金属粉末；
106.(3)金属粉末进入第一分级机14进行分级，得到粒度53～150μm的粗粉并收集于第一中转罐19中；粒度53μm以下的金属粉末进入第二分级机15进行分级，得到粒度15～53μm的金属粉末并收集于第二分级机15下端连接的集粉罐20中，即为金属粉末成品；粒度0～15μm的金属粉末经旋风分离器16进行气固分离后收集于旋风分离器16下端连接的集粉罐20中；粒度0～5μm的金属粉末进入除尘布袋17，并收集于除尘布袋17的下端连接的集粉罐20中；
107.(4)待第一中转罐19中装料达到50kg，集粉罐20中稳定收粉后，开启第一中转罐19下端的第三气动阀和送料风机21，通过送料风机21将第一中转罐19中的粗粉吹送至第二中转罐22中，送料风机21的频率为42hz，风量为20～80pa；
108.(5)向第二加料仓24中加入100kg的块状316l，以第二加料仓24中的100kg的块状316l以及第二中转罐22中的50kg粗粉作为制棒熔炼炉23的初始原料，对制棒熔炼炉23抽真空至0.05pa，回填惰性气体后，使用中频电对所述初始原料进行加热熔炼，得到金属熔液；采用取样系统对制棒熔炼炉23中的金属熔液进行取样，开启第二插板阀25，启动第二电机26，通过第二蜗轮蜗杆27将动力传递至第二滚筒28，第二滚筒28放线，使取样器29向下移动至制棒熔炼炉23的第二熔炼坩埚中的金属熔液内部，停留5～10s；使第二电机26反转，第二
滚筒28收线，取样器29向上移动，取样器29中的金属熔液凝固，关闭第二插板阀25，完成对金属熔液的取样；其中，第二电机26的转速为100～300r/min，第二蜗轮蜗杆27的传动比为20:1～50:1，取样器29的向下、向上移动的速度为40～80mm/min；采用本领域的常规仪器和方法对取样器29中凝固的金属样品的金属元素成分及氧氮含量进行检测分析；与目标成分进行对比和计算后，通过第二加料仓24向制棒熔炼炉23中加入0.8g的碳和0.6g的锰，同时利用第二真空泵31使制棒熔炼炉23中的真空度为0.05pa，进行脱氧处理；采用拨渣装置30清理金属熔液中的氧化物和氮化物等杂质；重复进行取样、加入需要的金属元素及碳、脱氧处理、拨渣的步骤，直到金属熔液的金属元素成分和氧氮含量满足要求；
109.(6)倾倒制棒熔炼炉23中的第二熔炼坩埚，使金属熔液通过第二中间包系统流入坯料成型器34中进行冷却，得到坯料，坯料的形状包括球体、圆柱体和锥体等中的一种或几种的组合；通过传送带33将坯料成型器34运输至第一加料仓3，通过机械手35对坯料进行扒皮后，再通过机械手35打开第一加料仓3的仓门，将扒皮后的坯料装入第一加料仓3的料筒8中；对第一加料仓3进行抽真空至0.5pa后回填惰性气体至大气压(101kpa)，开启第一插板阀4，启动第一电机5，通过第一蜗轮蜗杆6将动力传递至第一滚筒7，第一滚筒7放线，料筒8向下移动，当料筒8移动至挡销9的位置，支撑板802打开，支撑板802的数量为4个，料筒8中的坯料下落至熔炼室1的第一熔炼坩埚中；加料完成后，使第一电机5反转，第一滚筒7收线，料筒8向上移动，然后关闭第一插板阀4；其中，第一电机5的转速为100～300r/min，第一蜗轮蜗杆6的传动比为20:1～50:1，料筒8的向下、向上移动的速度为40～80mm/min；
110.(7)重复步骤(4)～(6)，实现viga的连续化生产和粗粉的自循环。
111.在本实施例中，所述惰性气体为氩气。
112.本实施例制得15～53μm的316l金属粉末，采用激光粒度仪测试其粒度，其d50值为27μm≤d50≤35μm。
113.实施例4
114.本实施例提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，该方法采用实施例1提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置。
115.本实施例的方法制备得到金属3d打印用gh4169不锈钢金属粉末。
116.该方法包括以下步骤：
117.(1)在熔炼室1的第一熔炼坩埚中装入gh4169棒材60kg和粗粉230kg，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；
118.(2)待熔炼室1中的金属熔液的温度约为1620
±
30℃时，打开尾排风机18，尾排风机18的设定频率为30～50hz，待尾排风机18稳定运行5s后，开启旋风分离器16和除尘布袋17相连接的管道上的排气阀；依次开启第一分级机14和第二分级机15，第一分级机14的分级轮频率为18hz，第二分级机15的分级轮频率为60hz；然后倾倒第一熔炼坩埚，金属熔液通过第一中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室2，喷盘上的导流嘴直径为4.5mm，并开启喷盘上的惰性气体阀门，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，雾化的压力为5.0mpa，惰性气体流量为18～25nm3/min，得到金属粉末；
119.(3)金属粉末进入第一分级机14进行分级，得到粒度53～150μm的粗粉并收集于第一中转罐19中；粒度53μm以下的金属粉末进入第二分级机15进行分级，得到粒度15～53μm的金属粉末并收集于第二分级机15下端连接的集粉罐20中，即为金属粉末成品；粒度0～15
μm的金属粉末经旋风分离器16进行气固分离后收集于旋风分离器16下端连接的集粉罐20中；粒度0～5μm的金属粉末进入除尘布袋17，并收集于除尘布袋17的下端连接的集粉罐20中；
120.(4)待第一中转罐19中装料达到50kg，集粉罐20中稳定收粉后，开启第一中转罐19下端的第三气动阀和送料风机21，通过送料风机21将第一中转罐19中的粗粉吹送至第二中转罐22中，送料风机21的频率为42hz，风量为20～80pa；
121.(5)向第二加料仓24中加入120kg的块状gh4169，以第二加料仓24中的100kg的块状316l以及第二中转罐22中的50kg粗粉作为制棒熔炼炉23的初始原料，对制棒熔炼炉23抽真空至0.05pa，回填惰性气体后，使用中频电对所述初始原料进行加热熔炼，得到金属熔液；采用取样系统对制棒熔炼炉23中的金属熔液进行取样，开启第二插板阀25，启动第二电机26，通过第二蜗轮蜗杆27将动力传递至第二滚筒28，第二滚筒28放线，使取样器29向下移动至制棒熔炼炉23的第二熔炼坩埚中的金属熔液内部，停留5～10s；使第二电机26反转，第二滚筒28收线，取样器29向上移动，取样器29中的金属熔液凝固，关闭第二插板阀25，完成对金属熔液的取样；其中，第二电机26的转速为100～300r/min，第二蜗轮蜗杆27的传动比为20:1～50:1，取样器29的向下、向上移动的速度为40～80mm/min；采用本领域的常规仪器和方法对取样器29中凝固的金属样品的金属元素成分及氧氮含量进行检测分析；与目标成分进行对比和计算后，通过第二加料仓24向制棒熔炼炉23中加入0.5g的碳、0.2g的锰和0.81g的铌，同时利用第二真空泵31使制棒熔炼炉23中的真空度为0.05pa，进行脱氧处理；采用拨渣装置30清理金属熔液中的氧化物和氮化物等杂质；重复进行取样、加入需要的金属元素及碳、脱氧处理、拨渣的步骤，直到金属熔液的金属元素成分和氧氮含量满足要求；
122.(6)倾倒制棒熔炼炉23中的第二熔炼坩埚，使金属熔液通过第二中间包系统流入坯料成型器34中进行冷却，得到坯料，坯料的形状包括球体、圆柱体和锥体等中的一种或几种的组合；通过传送带33将坯料成型器34运输至第一加料仓3，通过机械手35对坯料进行扒皮后，再通过机械手35打开第一加料仓3的仓门，将扒皮后的坯料装入第一加料仓3的料筒8中；对第一加料仓3进行抽真空至0.5pa后回填惰性气体至大气压(101kpa)，开启第一插板阀4，启动第一电机5，通过第一蜗轮蜗杆6将动力传递至第一滚筒7，第一滚筒7放线，料筒8向下移动，当料筒8移动至挡销9的位置，支撑板802打开，支撑板802的数量为8个，料筒8中的坯料下落至熔炼室1的第一熔炼坩埚中；加料完成后，使第一电机5反转，第一滚筒7收线，料筒8向上移动，然后关闭第一插板阀4；其中，第一电机5的转速为100～300r/min，第一蜗轮蜗杆6的传动比为20:1～50:1，料筒8的向下、向上移动的速度为40～80mm/min；
123.(7)重复步骤(4)～(6)，实现viga的连续化生产和粗粉的自循环。
124.在本实施例中，所述惰性气体为氩气。
125.本实施例制得15～53μm的gh4169金属粉末，采用激光粒度仪测试其粒度，其d50值为25μm≤d50≤32μm。
126.对比例1
127.本对比例提供了传统viga技术的装置和方法。该装置包括常规的熔炼室、雾化室、“通粉”的筛分及分级系统等。该方法包括：在熔炼室中的熔炼坩埚中人工装入金属原料(包括元素料和棒材)，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；倾倒熔炼坩埚，金属熔液通过熔炼室中的中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室，使用高压惰性气体对金
属熔液进行雾化，获得“通粉”；“通粉”经过筛分及分级后，获得15～53μm的3d打印用金属粉末，同时也产生53～150μm的副产品(即，粗粉)；待熔炼坩埚冷却后，重新在熔炼坩埚中人工装入金属原料(包括53～150μm的粗粉和棒材等)，然后抽真空并回填惰性气体，重复进行熔炼、雾化的作业。
128.本发明上述实施例3～4与对比例1的传统viga技术进行对比，结果如表1所示。
129.表1
[0130][0131]
综上所述，本发明提供的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法实现了viga的连续化和粗粉自循环，减少了人力和物力的浪费，能够进一步推进viga技术的工业化进程。

技术特征：
1.一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其包括：熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器、机械手；其中，所述熔炼室设置于所述雾化室的上方，并且所述熔炼室的下端和所述雾化室连通；所述第一加料仓设置于所述熔炼室的上方，并且所述第一加料仓的下端设置有第一插板阀，所述第一插板阀用于实现所述熔炼室和所述第一加料仓之间的连通和隔断；所述第一加料仓的侧壁设置有第一通惰性气体管道；所述第一加料仓和所述雾化室的侧壁通过管道连接于第一真空泵；所述雾化室的下端和所述第一分级机连通，所述第一分级机和所述第二分级机连通，所述第二分级机和所述旋风分离器连通，所述旋风分离器和所述除尘布袋连通，所述除尘布袋连接有尾排风机，所述第一分级机的下端连接有第一中转罐，所述第二分级机、所述旋风分离器和所述除尘布袋的下端分别连接有集粉罐；所述第一中转罐的下端通过送料风机和所述第二中转罐的上端连通；所述第二中转罐的下方设置有所述制棒熔炼炉，并且所述第二中转罐的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述第二加料仓设置于所述制棒熔炼炉的上方，并且所述第二加料仓的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述制棒熔炼炉的侧壁设置有第二通惰性气体管道，所述制棒熔炼炉的侧壁通过管道连接于第二真空泵；所述制棒熔炼炉的下方设置有坯料成型器，所述坯料成型器位于所述传送带的上方，所述传送带用于将所述坯料成型器运输至所述第一加料仓，所述机械手至少用于将所述坯料成型器中的坯料装入所述第一加料仓中。2.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述熔炼室中设置有第一熔炼坩埚和第一中间包系统，所述熔炼室的下端通过所述第一中间包系统和所述雾化室连通；优选地，所述第一中间包系统的下端设置有喷盘，所述喷盘上设置有导流嘴，所述导流嘴的直径为3～6mm。3.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述第一加料仓的上端设置有第一电机和第一蜗轮蜗杆，所述第一加料仓的内部设置有第一滚筒、料筒和挡销；所述第一电机通过第一蜗轮蜗杆连接于所述第一滚筒，所述第一滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述料筒，所述第一加料仓的内壁的下部设置有挡销；优选地，所述挡销上设置有滚轮。4.根据权利要求3所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述料筒为中空结构，其底部均匀分布有4～8个支撑板作为底板，所述料筒的外壁设置有吊耳，所述料筒的下缘固接有轴承，所述支撑板的中间段和固接在所述料筒下缘的轴承连接，所述支撑板的外侧和所述料筒外壁的吊耳通过弹簧连接，所述支撑板用于实现料筒下端的开合。5.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，在所述旋风分离器和所述除尘布袋相连接的管道上设置有排气阀。
6.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述制棒熔炼炉的上方进一步设置有取样系统，并且所述取样系统的下端和所述制棒熔炼炉连通；所述取样系统的下端设置有第二插板阀，所述第二插板阀用于实现所述制棒熔炼炉和所述取样系统之间的连通和隔断。7.根据权利要求6所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述取样系统的上端设置有第二电机和第二蜗轮蜗杆，所述取样系统的内部设置有第二滚筒和取样器；所述第二电机通过第二蜗轮蜗杆连接于所述第二滚筒，所述第二滚筒上缠绕有丝线，所述丝线的下端挂有所述取样器。8.根据权利要求1所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，其中，所述制棒熔炼炉中设置有拨渣装置、第二熔炼坩埚和第二中间包系统；所述拨渣装置设置于所述制棒熔炼炉内部的上方，并且所述拨渣装置和所述制棒熔炼炉的炉盖之间动密封连接。9.一种基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，所述方法采用权利要求1-8中任一项所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化装置，所述方法包括以下步骤：(1)在熔炼室中装入金属原料，经过抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对金属原料进行加热熔炼，得到金属熔液；(2)待熔炼室中的金属熔液的温度达到设定温度后，使熔炼室中的金属熔液进入雾化室，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，得到金属粉末；(3)金属粉末进入第一分级机进行分级，得到粒度53～150μm的粗粉并收集于第一中转罐中；粒度53μm以下的金属粉末进入第二分级机进行分级，得到粒度15～53μm的金属粉末并收集于第二分级机下端连接的集粉罐中，即为金属粉末成品；粒度0～15μm的金属粉末经旋风分离器进行气固分离后收集于旋风分离器下端连接的集粉罐中；粒度0～5μm的金属粉末进入除尘布袋，并收集于除尘布袋的下端连接的集粉罐中；(4)待第一中转罐和集粉罐中稳定收粉后，通过送料风机将第一中转罐中的粗粉送至第二中转罐中；(5)向第二加料仓中加入块状金属原料，以第二加料仓中的块状金属原料以及第二中转罐中的粗粉作为制棒熔炼炉的初始原料，对制棒熔炼炉进行抽真空及回填惰性气体后，使用中频电对所述初始原料进行加热熔炼，得到金属熔液；(6)使制棒熔炼炉中的金属熔液流入坯料成型器中进行冷却，得到坯料；通过传送带将坯料成型器运输至所述第一加料仓，通过机械手对坯料进行扒皮后，再通过机械手将扒皮后的坯料装入第一加料仓中；对第一加料仓进行抽真空和回填惰性气体至大气压后，开启第一插板阀，使第一加料仓中的坯料加入至熔炼室中；加料完成后，关闭第一插板阀。10.根据权利要求9所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，所述惰性气体包括氩气或氮气。11.根据权利要求9所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，在步骤(2)中，所述设定温度为1300～1800℃；所述雾化的压力为3～6mpa，惰性气体流量为10～30nm3/min。12.根据权利要求9或11所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，步骤(2)具体包括：待熔炼室中的金属熔液的温度达到设定温度后，打开尾排风机，待尾排风机稳定运行5s后，开启旋风分离器和除尘布袋相连接的管道上的排气阀；依次开启第一分级机和第
二分级机；然后使熔炼室中的金属熔液通过第一中间包系统的下端设置的喷盘进入雾化室，使用惰性气体对金属熔液进行雾化，得到金属粉末；优选地，所述尾排风机的设定频率为30～120hz；优选地，所述第一分级机的分级轮频率为10～30hz；优选地，所述第二分级机的分级轮频率为50～80hz。13.根据权利要求9所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，在步骤(4)中，所述送料风机的频率为30～80hz，风量为20～120pa。14.根据权利要求9所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，步骤(5)进一步包括：采用取样系统对制棒熔炼炉中的金属熔液进行取样，检测分析金属样品的金属元素成分及氧氮含量；与目标成分进行对比和计算后，通过第二加料仓向制棒熔炼炉中加入需要的金属元素及碳，同时利用第二真空泵使制棒熔炼炉中的真空度为0.01～10pa，进行脱氧处理；采用拨渣装置清理金属熔液中的氧化物和氮化物杂质；优选地，在步骤(5)中，采用取样系统对制棒熔炼炉中的金属熔液进行取样具体包括：开启第二插板阀，启动第二电机，通过第二蜗轮蜗杆将动力传递至第二滚筒，第二滚筒放线，使取样器向下移动至制棒熔炼炉中的金属熔液内部，停留5～10s；使第二电机反转，第二滚筒收线，取样器向上移动，取样器中的金属熔液凝固，关闭第二插板阀，完成对金属熔液的取样；优选地，在步骤(5)中，第二电机的转速为100～1000r/min，第二蜗轮蜗杆的传动比为20:1～80:1，取样器的向下、向上移动的速度为40～90mm/min。15.根据权利要求9所述的基于坩埚式连续自循环的气雾化方法，其中，在步骤(6)中，使第一加料仓中的坯料加入至熔炼室中具体包括：启动第一电机，通过第一蜗轮蜗杆将动力传递至第一滚筒，第一滚筒放线，料筒向下移动，当料筒移动至挡销的位置，支撑板打开，料筒中的坯料下落至熔炼室的第一熔炼坩埚中；步骤(6)在加料完成后进一步包括：使第一电机反转，第一滚筒收线，料筒向上移动，然后关闭第一插板阀；优选地，在步骤(6)中，第一电机的转速为100～1000r/min，第一蜗轮蜗杆的传动比为20:1～80:1，料筒的向下、向上移动的速度为40～90mm/min。

技术总结
本发明提供了一种基于坩埚式连续自循环的气雾化装置及方法。该装置包括熔炼室、雾化室、第一加料仓、第一插板阀、第一真空泵、第一通惰性气体管道、第一分级机、第二分级机、旋风分离器、除尘布袋、尾排风机、第一中转罐、集粉罐、送料风机、第二中转罐、制棒熔炼炉、第二加料仓、第二真空泵、第二通惰性气体管道、传送带、坯料成型器和机械手等。该方法包括通过熔炼室和雾化室制粉，将粗粉送至制棒熔炼炉得到坯料，将坯料通过第一加料仓加入熔炼室中，实现粗粉自循环和连续化的熔炼及雾化。本发明的装置及方法实现了VIGA的连续化生产和粗粉自循环，减少了人力和物力的浪费，可推进VIGA技术的工业化进程。术的工业化进程。术的工业化进程。


技术研发人员：陈洋 郭韶山 周浩 王妍妍 张王飞
受保护的技术使用者：中天上材增材制造有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/19