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一、什么是噴霧造粒？

噴霧造粒就是通過采用高速攪拌磨將料漿混勻，然后用高壓噴霧器將料漿噴入造粒塔中進行霧化，塔中的霧滴被熱氣流干燥成顆粒狀粉體，通過控制料漿中顆粒表面的酒精的揮發(fā)速率等，可以制備出具備優(yōu)異流動性的粉料，這可粉改善料的充模狀態(tài)，提高素坯的密實度。

二、為什么選擇噴霧造粒？

純氮化硅無法通過固相燒結(jié)達到致密化，必須添加燒結(jié)助劑，與氮化硅粉末表面的氧化硅形成液相而實現(xiàn)致密化，燒結(jié)助劑與氮化硅粉的密度、粒度、分散性等各不相同，為保證在混料過程中各組分的均勻性，必須對混料過程的濕化學工藝和條件進行嚴格控制。

較為傳統(tǒng)的混料工藝過程為：混合－烘干－造粒－過篩。通過延長混合時間可以改善各組分在料漿中的均勻性，但是由于烘干過程較長，各組分之間的密度差異大，使原本的均勻分散狀態(tài)會發(fā)生重新團聚和沉淀，同時手工造粒過程中極易引入雜物污染粉料，并且造粒后的顆粒形狀不規(guī)則，粉料的流動性差，粉料粒度分布的均勻性和穩(wěn)定性較差，粉料的松裝密度低，導致素坯的密度降低。當素坯中殘留的氣孔較多、添加劑分散不均勻時，對燒結(jié)致密化帶來了較大難度，最終導致產(chǎn)品性能降低。

而解決以上問題的方法就是采用噴霧造粒工藝。

三、噴霧造粒的過程

1.混勻料漿。按照一定的比例，將氮化硅粉、助劑、酒精及粘結(jié)劑等加入到攪拌缸中，通過一定時間的高速混料，將各個組分混勻。

2.料漿霧化。料漿由供料系統(tǒng)中的隔膜泵以一定壓力從噴嘴噴入干燥塔，壓力的能量轉(zhuǎn)換為動能，料漿由下向上從噴嘴噴出，形成一層高速的液膜，液膜隨即分裂為液滴。

3.霧粒干燥成球。霧粒與熱氣以混合流的方式工作，熱氣是通過頂蓋上的熱氣分配器進入塔內(nèi)，熱風分配器產(chǎn)生一股向下的流線氣流，霧滴由下向上噴入熱氣流。

4.顆粒粉料卸出。干燥形成的球形顆粒粉料在干燥塔內(nèi)逐漸沉降，與熱氣分離，塔下部的漏斗型腔使顆粒料匯集并由出料口卸出。

四、噴霧造粒過程的影響因素分析

1.料漿固含量

造粒粉的干燥過程可以理解為料漿中液相的揮發(fā)過程，當料漿固含量增加，經(jīng)過氣動隔膜泵時，單位質(zhì)量中料漿的動能減少，霧化出的液滴直徑變大，同時由于液滴中液相的含量少，液相的蒸發(fā)時間縮短，使得顆粒內(nèi)部的氣孔率降低，最終噴出的粉料顆粒尺寸大，松裝密度高。在料漿的配制混勻過程中，只有嚴格控制料漿的固含量，才能實現(xiàn)對噴霧造粒粉料尺寸及松裝密度的控制，目前漿料的固相含量以45％～55％為較佳。

2.進出口溫度

料漿中液相的揮發(fā)依靠的是熱氣流，而熱氣流來源于噴塔進口溫度。

當進口溫度較高時，塔頂熱氣流溫度較高，霧滴升到高處遇到大量熱氣流，液滴表面會迅速揮發(fā)形成殼，形成的殼阻止了內(nèi)部液相大量揮發(fā)，殼內(nèi)壓力升高，到達一定程度后，會引起殼爆炸；同時由于溫度過高，料漿中的有機粘結(jié)劑發(fā)生嚴重的固化，使得粘結(jié)劑的性能降低，最終影響粉料的壓制性能。出口溫度過高，霧滴能很快干燥，會造成粉料顆粒過細，松裝密度高，同時也易造成噴嘴堵塞。

反之出口溫度過低時，霧滴中溶劑蒸發(fā)慢，易出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，且粉料顆粒強度不夠，破碎顆粒較多，流動性較差。

進口溫度可以用控制加熱溫度及功率等來調(diào)控，而出口溫度無法通過設備供熱系統(tǒng)控制，其調(diào)節(jié)是通過控制進口溫度，進料速度、漿料固含量等來控制。

3.供料泵壓力及進料速率

當進料速率一定時，霧化壓力越大，料漿動能越大，較大壓力的料漿經(jīng)過小尺寸噴嘴形成的霧滴直徑就越小，霧滴會迅速干燥，最終形成的顆粒尺寸偏小，同時細小的顆粒會被抽風機抽取而進入除塵系統(tǒng)，使得可用粉量降低。

當供料泵壓力一定時，進料速率越大，形成的霧滴直徑越大，噴霧造粒后顆粒尺寸大，同時由于溶劑來不及蒸發(fā)，使粉料的濕度增大，致使粉料的流動性變差。

供料泵壓力與進料速率需搭配合理，供料壓力過大，進料速率較小時，霧滴噴射高，與頂部的高溫空氣接觸面大，溶劑蒸發(fā)過快，導致顆粒破裂，無法形成理想粒度的粉料；當供料壓力過小，進料速率較大時，霧滴噴射高度較低，由于塔底部位溫度低，且霧滴尺寸太大，霧滴的溶劑來不及揮發(fā)就落下，會發(fā)生嚴重的粘壁現(xiàn)象，同時顆粒尺寸大，流動性差。

4.粘結(jié)劑含量

噴霧造粒過程粘結(jié)劑主要起到分散粉料，增加顆粒強度，改善脫模效果等作用。

當粘結(jié)劑加入量過高時，料漿粘稠度明顯增加，長分子鏈相互橋連，限制了粒子間的運動，導致料漿的流動性和分散性差；同時由于粘結(jié)劑含量過高，在燒結(jié)致密化過程中，粘結(jié)劑留下的空洞太多，且造粒過程中容易出現(xiàn)堵槍和粘壁現(xiàn)象。

當粘結(jié)劑含量過低時，噴霧造粒所制備的顆粒強度較低，顆粒尺寸變小。顆粒表面的粘結(jié)劑含量過少，影響其流動性和脫模性。