離心霧化知識(shí)總結(jié)

關(guān)于離心霧化知識(shí)總結(jié)第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日

霧化法，即霧化制粉法，是指將液體金屬或合金直接破碎分散成所需要的粉末，而離心霧化的概念是熔融金屬通過離心力的作用而粉碎成粉末的方法，所以二者是有區(qū)別的。其中霧化法主要包括以下幾類：1、用高壓泵把漿體以十幾兆帕的壓力擠入噴嘴，經(jīng)噴嘴導(dǎo)流槽后變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的液膜噴射出噴孔形成錐狀霧化層的方法稱為加壓自噴式霧化；第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日

2、利用散料盤高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力把漿體拋散、破碎成非常薄的液膜后，在散料盤的邊緣與空氣作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦中霧化散出的方法稱為離心霧化;3、利用壓縮空氣的高壓射流對(duì)料漿進(jìn)行沖擊粉碎，從而達(dá)到使料漿霧化粉碎目的的方法稱為壓縮空氣噴吹式霧化；4、在真空中對(duì)料漿的霧化以達(dá)到粉碎目的的方法稱為真空霧化；5、利用超聲波能量來實(shí)現(xiàn)對(duì)液流的破碎稱作超聲波霧化。

第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日

離心霧化法是近代制粉技術(shù)最重要的一部分，而且也是近代粉末冶金技術(shù)進(jìn)展的一個(gè)重要標(biāo)志。1974年，首先由美國(guó)提出旋轉(zhuǎn)電極(REP)霧化制粉法，后來又發(fā)展了旋轉(zhuǎn)盤法(RD)、旋轉(zhuǎn)坩堝法(RC)，電子束旋轉(zhuǎn)電極法(EBRE)，等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)，杜拉克霧化法（Durarc）等。具體如下所述：

第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)電極法原理圖旋轉(zhuǎn)電極法原理圖第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)電極過程中液膜破碎、球形粉形成原理圖第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日

旋轉(zhuǎn)電極法（ＲＥＰ法），這是一種較新的離心霧化法，它的工作原理是：把被霧化材質(zhì)制成電極棒快速旋轉(zhuǎn)，電極棒一端為電弧熔化，熔融金屬被離心力甩出，冷卻固化成粉末。先將欲霧化材料車制成直徑50mm之棒型電極，然后通上正電壓，沿縱向?yàn)檩S以15000rpm之速度旋轉(zhuǎn)后，以一帶負(fù)電壓的鎢電極貼近棒型電極一端。當(dāng)距離夠近時(shí)，兩者之間激發(fā)電弧促使霧化材質(zhì)熔解，熔液即沿切線方向飛離電極并快速凝固于惰性氛圍中，冷卻速率約102—103K/sec。

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此過程的特點(diǎn)：〈1〉不需要坩堝，因此低污染，適合生產(chǎn)高純度的活化金屬粉末，如：鈦、鉭、鈮、鋯、釩、超合金等。〈2〉為避免粉末遭鎢電極的污染，可將鎢電極替代成電漿電弧、雷射光束或電子束等。〈3〉粉末為圓球狀，粉末粒徑集中于125~

200μm之間，燒結(jié)時(shí)必須以熱均壓才能消除粉末間的空隙〈4〉棒型電極的制作成本高，生產(chǎn)率較低,設(shè)備和加工成本較高，粉末顆粒較粗。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)坩堝法原理圖第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日

旋轉(zhuǎn)坩堝法（CSC），其工作原理和操作方法是：有待霧化的鑄造棒材連接在陰極的支架上，同時(shí)切一塊放在銅坩堝里，使陰極和陽極在低功率下起弧，開始融化物料時(shí)坩堝的旋轉(zhuǎn)速度要低，以使融化物料分布在坩堝的表面上。一旦形成了連續(xù)的物料殼層，就增加坩堝轉(zhuǎn)速，升高電弧電流，直到電極消耗獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速為止。坩堝的轉(zhuǎn)速一般為3000~4000r/min，在離心力的作用下，熔融金屬在坩堝出口處被粉碎成粉末而排出。為了得到更好的霧化條件，坩堝的直徑必須接近陰極的直徑。這種方法適合制取鋁合金、鈦合金和鎳合金粉末。第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

杜拉克霧化法（Durarc）,杜拉克霧化法是最近發(fā)展的比較新奇的離心霧化形式。此法的關(guān)鍵是在水冷銅電極的頂部裝有一個(gè)圓形的磁場(chǎng)線圈。當(dāng)電極頂端和霧化金屬之間起弧的時(shí)候,電弧的方向是對(duì)著熔體的?？恐@個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電弧電流之間的相互作用,使電弧迅速旋轉(zhuǎn),由此攪動(dòng)熔體,并使熔體從熔池中以細(xì)小的液滴噴射出來。據(jù)說這個(gè)方法已用于鈦合金的霧化,獲得了球形粉末。它的最重要的特點(diǎn)是沒有機(jī)械旋轉(zhuǎn)元件,因而密封問題也不存在了。全部操作都是在真空中或在惰性氣氛中進(jìn)行。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)法原理圖第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日

離心霧化法（又稱旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，或旋杯霧化）多年來一直是霧化冷卻液體完善的技術(shù)，是使熔融液態(tài)金屬流進(jìn)入一高速旋轉(zhuǎn)（表面線速度可達(dá)100m/s）的急冷圓盤中心上，利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)造成的離心力使金屬熔液克服其表面張力，霧化凝固成細(xì)粒向周圍散開，在飛行過程中球化、冷凝成粉的一種制粉方法。

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自1930年代，離心霧化已經(jīng)大量應(yīng)用于燃油霧化〈oilburner〉、噴霧干燥〈spraydryer〉、潤(rùn)濕設(shè)備〈humidifyingequipment〉等用途，不過這些設(shè)備都限制在霧化非金屬溶液。之后雖亦用來生產(chǎn)金屬粉末，但因技術(shù)無法突破，一直未受到重視。由于使用高壓氣體，如氬氣、氦氣、或氮?dú)?，去霧化金屬液流，會(huì)因?yàn)榘牍虘B(tài)或液態(tài)的金屬液體在霧化過程中互相碰撞，在碰撞過程中產(chǎn)生衛(wèi)星狀的粉末形態(tài)，因而對(duì)金屬粉末之大小、粉末形態(tài)、粒徑分布有很大的影響。而水霧化會(huì)使金屬粉末表面嚴(yán)重氧化且成不規(guī)則狀。有鑒于此，于1976年Singer和Kisakurek

使用快速旋轉(zhuǎn)的銅盤或銅杯去打斷金屬液流以達(dá)到霧化的目的。

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至1978年，Pratt&Whitney公司開發(fā)RSR〈RapidSolidfication

Rate〉技術(shù)后，才真正商業(yè)化此霧化法。金屬液體從流嘴流入高速旋轉(zhuǎn)圓盤中心，因熔液本身和霧化盤之間的摩擦力而產(chǎn)生加速度。因離心力之故，沿徑向迅速向外分布，最后脫離圓盤邊緣并霧化成液滴，冷卻速率達(dá)106K/sec。而使用平板狀霧化盤會(huì)有很嚴(yán)重的滑移問題產(chǎn)生，因此使得熔液離開霧化盤時(shí)的速度遠(yuǎn)低于霧化盤轉(zhuǎn)速，當(dāng)霧化盤轉(zhuǎn)速越快，這個(gè)現(xiàn)象就顯得越嚴(yán)重。而為了減少熔液和霧化盤之間的滑動(dòng)現(xiàn)象，通常是使用杯狀的霧化盤增加熔液和霧化盤的摩擦力。

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隨著熔液的流速以及霧化盤轉(zhuǎn)速的變化，會(huì)有三種霧化模式出現(xiàn)，〈a〉低供給率或高轉(zhuǎn)速時(shí)，直接霧化成液滴，〈b〉供給率或中轉(zhuǎn)速時(shí)先形成液帶〈ligament〉才分解成液滴，〈c〉高供給率或低轉(zhuǎn)速下，熔液脫離轉(zhuǎn)盤邊緣時(shí)，仍然是一層液體薄片，經(jīng)過一段飛行距離才裂解成液滴。比較這三種模式，第一種模式效率太低，第三種模式不容易控制粉末粒徑分布，因此以第二種模式為最佳模式。離心霧化之生產(chǎn)速率最高可達(dá)每小時(shí)1噸，粉末形狀為圓球狀，平均大小為100μm。第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日

熔液在離心力作用下加速到很高速度，從離心盤的邊緣甩出時(shí)呈薄膜狀，液滴隨轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切線速度與離心力作用而產(chǎn)生的徑向速度被甩出，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一螺旋形。霧化與快凝的效果主要取決于圓盤的轉(zhuǎn)速，用霧化法制得的合金顆粒尺寸一般為10~100μm。在理想的條件下，可達(dá)到106℃/S的冷卻速度。粒徑分布較為均勻，霧滴直徑與轉(zhuǎn)速成反比。第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日

詳細(xì)霧化過程如下：過程一(霧化)：大的液珠當(dāng)受到外力沖擊的瞬間，破碎成數(shù)個(gè)小液滴，假設(shè)在破碎瞬間液體溫度不變，則液體的能量變化可近似為液體的表面能增加。過程二(聚并)：液體顆粒破碎的同時(shí)，還可能發(fā)生顆粒間相互接觸，再次成為一個(gè)較大的液體顆粒，并且液體顆粒形狀向球形轉(zhuǎn)化，這個(gè)過程中，體系的總表面能降低，屬于自發(fā)過程。過程三(凝固)：液體顆粒冷卻形成小的固體顆粒。

第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日

影響離心霧化的參數(shù)包含：霧化盤轉(zhuǎn)速、金屬液流速、金屬液體的物理性質(zhì)、冷卻氣體等的影響。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日

用旋轉(zhuǎn)霧化盤使金屬液體裂解成液滴影響的因素有四個(gè)：

1.液態(tài)金屬的表面張力和速度。

2.在霧化盤邊緣的液態(tài)金屬慣性。3.霧化液滴和液滴周圍氣體的摩擦效應(yīng)。4.液滴重新調(diào)整的剪應(yīng)力。

第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日

該方法包括一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)體，且液體流在該中心。離心盤制作有以下要求：1、無振動(dòng)旋轉(zhuǎn)；2、具有比重力大的離心力（高速旋轉(zhuǎn)）；3、供液量一定；4、平滑的葉片平面；5、均勻濕潤(rùn)的葉片面。旋轉(zhuǎn)盤形成的薄膜第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日

液體隨著離心力迅速的運(yùn)動(dòng)至圓盤邊緣，加速到更高的速度，直到接近圓周速度。由于旋轉(zhuǎn)的作用，圓周力克服液體表面張力將液體從圓盤邊緣甩出（上圖展示了一個(gè)液體霧化例子）。離心噴霧影響液滴大小的因素有以下幾點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)速對(duì)液滴大小的影響轉(zhuǎn)速增大，液滴變??；反之轉(zhuǎn)速降低，液滴變大；2、供料量與液滴大小的關(guān)系在旋轉(zhuǎn)速度一定的情況下，液滴大小與供料量成正比；3、物料濃度與液滴大小的關(guān)系物料濃度與液滴大小成正比。4、隨著表面張力的平方根增加，隨著密度平方根下降。

第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日

離心霧化方法的理論發(fā)展并不是以很公認(rèn)的科學(xué)原理為基礎(chǔ)的,而是側(cè)重于技術(shù)上工業(yè)用途。大多有關(guān)這方面的發(fā)明都當(dāng)作專利。因此下面只能介紹一些以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)公式。離心霧化的粉碎程度及其與諸因素的關(guān)系,這是霧化理論的核心。有人已導(dǎo)出了確定平均液滴直徑或主要直徑或液滴的最大直徑，其表達(dá)式為：

式中：d——顆粒直徑

k——常數(shù)

ω——旋轉(zhuǎn)角速度

ψ——液體表面張力

D——坩堝或旋轉(zhuǎn)電極直徑

Ρ