一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法。其特征在于其工藝過(guò)程的步驟依次包括：a.鎳冶煉爐渣還原鐵是在中頻感應(yīng)爐中熔化成鐵水，再把金屬鎳加入進(jìn)行完全合金化；b.將合金液通過(guò)霧化器高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，冷卻成為粉末，粉末經(jīng)過(guò)脫水、烘干、高溫還原、粉餅破碎、篩分、合批工序精制而成FeNi10水霧化預(yù)合金鋼粉。本發(fā)明的方法，由于原料中天然帶有Fe、Ni等元素，相對(duì)于其它生產(chǎn)企業(yè)，不需再添加或少量添加Ni貴重元素，在成本上具有優(yōu)勢(shì)。制備的FeNi10水霧化預(yù)合金粉末成分均勻，松裝密度與流動(dòng)性適宜，壓制性和成型性好。
【專利說(shuō)明】一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，涉及一種采用高壓水霧化快速冷凝技術(shù)制備鐵合金粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在“金川鎳銅熔融渣還原提鐵生產(chǎn)合金鋼”項(xiàng)目研究成果中，利用1250KVA電弧爐分別完成了鎳渣、銅合成爐渣、鎳銅混合渣的還原提鐵試驗(yàn)，以及還原鐵脫硫脫碳試驗(yàn)，均取得了較好的效果。但還原鐵的利用價(jià)值沒(méi)有充分體現(xiàn)出來(lái)，僅用于鑄造用生鐵及常規(guī)用途的襯板等其他用途的生鐵原料，存在著生產(chǎn)效率低、能耗高的問(wèn)題。
[0003]目前，針對(duì)鐵合金粉末的各種生產(chǎn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多研究，取得了許多有價(jià)值的成果。但是，類似金川鎳冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的研究，還未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]鐵粉(含合金鋼粉)作為工業(yè)的主要原材料，廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、冶金、化工、航空航天、汽車材料領(lǐng)域。其世界總用量每年已超過(guò)100萬(wàn)噸。作為基礎(chǔ)原材料，鐵粉的產(chǎn)量、品質(zhì)決定著粉末冶金工業(yè)的發(fā)展。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車零部件的強(qiáng)勁需求拉動(dòng)了粉末冶金工業(yè)，美國(guó)71 %、日本89 %的粉末冶金燒結(jié)零件用于汽車工業(yè)，而我國(guó)目前粉末冶金燒結(jié)零件用于汽車、摩托車工業(yè)的只有不到40%。若按我國(guó)汽車以每年20%?30%的速度增長(zhǎng)，對(duì)粉末冶金制品的需求相當(dāng)大，這也是近幾年我國(guó)鐵基粉末生產(chǎn)快速發(fā)展的動(dòng)力之一 O
[0005]專利號(hào):02149116的中國(guó)專利“水霧化合金鋼粉的制造方法”，介紹了一種水霧化合金鋼粉的制造方法，它在冶煉、水霧化、脫水、干燥、高溫還原等主要工序均對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，其中在冶煉工序中優(yōu)選了添加合金元素的時(shí)間和順序，在水霧化、干燥、高溫還原工序均采取了惰性氣體保護(hù)措施，均有利于控制產(chǎn)品中的氧含量，從而使該制造方法在不采用真空退火爐處理的情況下仍能使氧含量控制在0.15%以下，生產(chǎn)出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)操作程序，節(jié)省了投資，降低了成本。
[0006]專利號(hào):200910188232的中國(guó)專利“易切削水霧化鋼鐵粉末的制造方法”，介紹了一種易切削水霧化鋼鐵粉末制造方法，包括冶煉、水霧化、還原，其特征在于，以添加高硫鐵合金的方式，控制鋼鐵粉末中S的含量，其操作步驟如下:I )冶煉；2 )水霧化工藝；3 )還原。上述方法制造的易切削水霧化鋼鐵粉末，其化學(xué)成分按重量百分比組成如下:C:0.10 ?0.20%,S1:0.20 ?0.35%,Mn:0.10 ?0.30%,P:0 ?0.01%,S:0.30 ?0.45%,
[O]:1.1?1.5ppm,其余為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明的有益效果是:使用廉價(jià)的廢鋼原料成本低，有效的改善切削性能，提高切削刀具的壽命，適于規(guī)?；勰┮苯鸺?。
[0007]專利號(hào):200910248403的中國(guó)專利“水霧化擴(kuò)散合金粉及其制造方法”，該發(fā)明涉及一種水霧化擴(kuò)散合金粉的制造方法，其特征在于，先在冶煉的過(guò)程中加入鑰鐵，制成水霧化預(yù)合金粉，再摻入鎳粉、銅粉經(jīng)擴(kuò)散處理，操作如下:I )冶煉后加入鑰鐵合金；2 )水霧化；3 )還原；4 )加入鎳粉、銅粉經(jīng)還原爐擴(kuò)散。所制水霧化擴(kuò)散合金粉，其化學(xué)成分按重量百分比組成如下:C:0.001 ?0.2%，Si:0 ?0.5%，Mn:0 ?0.5%，P:0 ?0.05%, S:O ?0.05%, Ni:0.1 ?5.0%，Mo:0.1 ?3%，Cu:0.1 ?5.0%，其余為 Fe。該發(fā)明的有益效果是:合金元素在擴(kuò)散過(guò)程中能進(jìn)一步完全合金化；在運(yùn)輸和混合處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生合金元素成分偏析。
[0008]專利號(hào):201210025270的中國(guó)專利“一種水霧化鐵銅合金粉末及制造方法”，該發(fā)明涉及一種水霧化鐵銅合金粉末及制造方法，提供一種用于提高粉末冶金零件尺寸精度的水霧化鐵銅合金粉末及制造方法，化學(xué)成份組成為:c:0?0.1%, Si:0?0.3%, Mn:0.05?
0.5%，P:0?0.05，S:0?0.05%, Cu:5?45%，其余為鐵；制造方法包括以下步驟:包括冶煉、水霧化、烘干、還原、破碎；作為Fe-Cu-C、Fe-N1-Mo-Cu-C等系列含銅粉末冶金零件的銅元素添加劑，具有比電解銅粉更優(yōu)異的燒結(jié)尺寸變化穩(wěn)定性，利于燒結(jié)零件的尺寸精度控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種有效解決生產(chǎn)效率低、能耗高的問(wèn)題，降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)還原生鐵的可利用價(jià)值的體現(xiàn)利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法。
[0010]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0011]一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其工藝過(guò)程的步驟依次包括:
a.鎳冶煉爐渣還原鐵是在中頻感應(yīng)爐中熔煉成鐵水，再把金屬鎳加入進(jìn)行完全合金
化；
b.將合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末，粉末經(jīng)過(guò)脫水、烘干、高溫還原、粉餅破碎、篩分、合批工序精制而成FeNilO水霧化預(yù)合金鋼粉。
[0012]本發(fā)明的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其鎳冶煉爐渣還原鐵在中頻感應(yīng)爐升溫至1300°C，使鎳渣還原鐵全部熔化至熔融狀態(tài)，向熔融的鐵水中加入稱量好的金屬鎳量，待加入的金屬鎳全部融化后，繼續(xù)升溫保持在1550°C，力口入造渣劑并扒渣脫除部分雜質(zhì)。
[0013]本發(fā)明的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末；在霧化過(guò)程中，霧化速度達(dá)到100kg/min以上，霧化壓力由6?12MPa可調(diào)節(jié)。
[0014]本發(fā)明的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于脫水過(guò)程采用經(jīng)真空脫水機(jī)脫水，脫水后的濕粉含水量小于10%，由烘干機(jī)烘干后送入振動(dòng)冷床，再經(jīng)篩分后成為霧化生粉。
[0015]本發(fā)明的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于霧化生粉高溫還原是用推舟還原爐處理料層厚度為20 mm，用液氨分解氣作為保護(hù)性和還原性氣體，采用950?1100°C的還原溫度和2?5小時(shí)的還原時(shí)間。
[0016]本發(fā)明的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于所述的生粉經(jīng)高溫還原生成的粉餅，先經(jīng)過(guò)輥式破碎機(jī)破碎成< 15 mm的碎塊，再經(jīng)錘式破碎機(jī)錘磨成細(xì)粉。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)FeNilO水霧化預(yù)合金粉末成分均勻，松裝密度與流動(dòng)性適宜，壓制性和成型性好。
[0018](2)用標(biāo)準(zhǔn)漏斗法測(cè)定預(yù)合金粉末的松裝密度為3.2g/cm3，化學(xué)成分和物理一工藝性能均符合瑞典HVA標(biāo)準(zhǔn)電解鐵粉和中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“粉末冶金用水霧化純鐵粉、合金鋼粉(GB/T19743 - 2005) ”中牌號(hào)FYH15030B的標(biāo)準(zhǔn)。
[0019](3)使鎳冶金爐渣還原鐵中的有價(jià)金屬鎳、鈷等得到了回收利用，避免了資源的浪費(fèi)。
[0020](4)設(shè)備投資少和占地面積小。
【具體實(shí)施方式】
[0021]一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，將采用金川鎳冶煉爐渣還原鐵是在中頻感應(yīng)爐中，熔煉成鐵水，再把金屬鎳加入進(jìn)行完全合金化，待全部融化后并達(dá)到一定過(guò)熱度；使合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末，粉末經(jīng)過(guò)脫水、烘干、高溫還原、粉餅破碎、篩分、合批等工序精制而成——FeNi 10水霧化預(yù)合金鋼粉。
[0022]本發(fā)明的方法，鎳冶煉爐渣還原鐵在中頻感應(yīng)爐升溫至1300°C，使鎳渣還原鐵全部熔化至熔融狀態(tài)，向熔融的鐵水中加入稱量好的金屬鎳量，待加入的金屬鎳全部融化后，繼續(xù)升溫保持在1550°C左右，加入除渣劑并扒渣脫除部分雜質(zhì)。
[0023]合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末。在霧化過(guò)程中，霧化速度達(dá)到100kg/min以上，霧化壓力由6?12MPa可調(diào)節(jié)，高壓水既是動(dòng)力源，又是冷卻劑，由于從噴嘴噴出的高壓水具有很高的流速，水束沖擊金屬液時(shí)，水的動(dòng)能傳遞給金屬液滴，轉(zhuǎn)換成表面能，形成無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小顆粒；同時(shí)，熔融狀態(tài)的金屬液滴把熱量傳遞給水，并迅速凝固，這一過(guò)程是整個(gè)水霧化預(yù)合金粉末工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，經(jīng)真空脫水機(jī)脫水后的濕粉含水量小于10%，由烘干機(jī)烘干后送入振動(dòng)冷床，再經(jīng)篩分后成為霧化生粉；霧化生粉高溫還原是用推舟還原爐處理料層厚度為20 mm，用液氨分解氣作為保護(hù)性和還原性氣體，采用950?1100°C的還原溫度和2?5小時(shí)的還原時(shí)間，以保證預(yù)合金粉末充分還原，所得成品粉末性能較好；生粉經(jīng)高溫還原生成的粉餅,先經(jīng)過(guò)輥式破碎機(jī)破碎成< 15 mm的碎塊，再經(jīng)錘式破碎機(jī)錘磨成細(xì)粉，錘式破碎機(jī)是調(diào)整鐵粉松裝密度的重要手段之一，可提高鐵粉松裝密度，提高細(xì)粉含量，通過(guò)多級(jí)破碎制成最終產(chǎn)品粉末一FeNilO水霧化預(yù)合金鋼粉。
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工藝作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例
[0025]本發(fā)明的操作步驟是:
(I)配料:
先將鎳冶煉爐渣還原鐵和金屬鎳按配料比進(jìn)行配料。配料比:鎳冶煉爐渣還原鐵:金屬鎳=9:1的比例準(zhǔn)備好充足的原輔料，并將除渣劑備好，以備除雜時(shí)用。
[0026]( 2 )熔化鎳冶煉爐渣還原鐵并合金化將鎳冶煉爐渣還原鐵放入中頻感應(yīng)爐升溫至1300°C，使鎳渣還原鐵全部熔化至熔融狀態(tài)，向熔融的鐵水中加入稱量好的金屬鎳量，待加入的金屬鎳全部融化后，繼續(xù)升溫保持在1550°C左右，加入除渣劑，并扒渣脫除部分雜質(zhì)。
[0027](3)高壓水霧化
合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，高壓水將合金液在霧化器內(nèi)破碎成微小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末。在霧化過(guò)程中，霧化速度達(dá)到100kg/min以上，霧化壓力由6~12MPa可調(diào)節(jié)，高壓水既是動(dòng)力源，又是冷卻劑，由于從噴嘴噴出的高壓水具有很高的流速，水束沖擊金屬液時(shí)，水的動(dòng)能傳遞給金屬液滴，轉(zhuǎn)換成表面能，形成無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)小顆粒；同時(shí)，熔融狀態(tài)的金屬液滴把熱量傳遞給水，并迅速凝固，這一過(guò)程是整個(gè)水霧化預(yù)合金粉末工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，經(jīng)真空脫水機(jī)脫水后的濕粉含水量小于10%，由烘干機(jī)烘干后送入振動(dòng)冷床，再經(jīng)篩分后成為霧化生粉。
[0028](4)生粉高溫氫氣氣氛還原
生粉高溫還原是用推舟還原爐處理料層厚度為20 mm，用液氨分解氣作為保護(hù)性和還原性氣體，采用950°C~1100°C的還原溫度和2~5小時(shí)的還原時(shí)間，以保證預(yù)合金粉充分還原，所得成品粉末性能較好。
[0029]生粉高溫還原過(guò)程中的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
4Fe3C + Fe3O4 = 15Fe + 4C0
Fe3O4 + H2 = 3Fe0 + H2O
Fe3C + Fe O = 4Fe + CO
FeO + H2 = Fe + H2O
在還原過(guò)程中，鐵粉中的Fe3O4得到還原，溶于Fe中的C(Fe3C)也被脫掉，既進(jìn)行脫碳、脫氧、降低粉末顆粒硬度、提高粉末塑性的過(guò)程，又要進(jìn)行粉末顆粒團(tuán)聚過(guò)程，使細(xì)的粉末顆粒之間或細(xì)的粉末粘結(jié)于粗的粉末顆粒表面進(jìn)行粉末顆粒團(tuán)聚，使粉末顆粒表面復(fù)雜，類似海綿狀，這是提高霧化鐵粉成型性的關(guān)鍵，也是提高水霧化鐵粉質(zhì)量的重要方法之一。
[0030]( 5 )粉餅破碎、篩分、合批
生粉經(jīng)高溫還原生成的粉餅，先經(jīng)過(guò)輥式破碎機(jī)破碎成< 15 mm的碎塊，再經(jīng)錘式破碎機(jī)錘磨成細(xì)粉，錘式破碎機(jī)是調(diào)整鐵粉松裝密度的重要手段之一，可提高鐵粉松裝密度，提高細(xì)粉含量，通過(guò)多級(jí)破碎制成最終產(chǎn)品粉末。
[0031]試驗(yàn)用的原輔材料和產(chǎn)出的預(yù)合金鋼粉末主要化學(xué)成分如下表所示:
表1鎳渣還原鐵化學(xué)成分/%
【權(quán)利要求】
1.一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其工藝過(guò)程的步驟依次包括: a.鎳冶煉爐渣還原鐵是在中頻感應(yīng)爐中熔化成鐵水，再把金屬鎳加入進(jìn)行完全合金化； b.將合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末，粉末經(jīng)過(guò)脫水、烘干、高溫還原、粉餅破碎、篩分、合批工序精制而成FeNilO水霧化預(yù)合金鋼粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其鎳冶煉爐渣還原鐵在中頻感應(yīng)爐升溫至1300°C，使鎳渣還原鐵全部熔化至熔融狀態(tài)，向熔融的鐵水中加入稱量好的金屬鎳量，待加入的金屬鎳全部融化后，繼續(xù)升溫保持在1550 0C，加入造渣劑并扒渣脫除部分雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于其合金液通過(guò)漏眼流入霧化器，霧化器噴射出的高壓水流擊打合金液使之成為小液滴，小液滴落到收集桶中冷卻成為粉末；在霧化過(guò)程中，霧化速度達(dá)到100kg/min以上，霧化壓力由6?12MPa可調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于脫水過(guò)程采用經(jīng)真空脫水機(jī)脫水，脫水后的濕粉含水量小于10%，由烘干機(jī)烘干后送入振動(dòng)冷床，再經(jīng)篩分后成為霧化生粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于霧化生粉高溫還原是用推舟還原爐處理料層厚度為20 mm，用液氨分解氣作為保護(hù)性和還原性氣體，采用950?1100°C的還原溫度和2?5小時(shí)的還原時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用冶煉爐渣還原鐵生產(chǎn)水霧化合金粉末的方法，其特征在于所述的生粉經(jīng)高溫還原生成的粉餅，先經(jīng)過(guò)輥式破碎機(jī)破碎成< 15 mm的碎塊，再經(jīng)錘式破碎機(jī)錘磨成細(xì)粉。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK103752837SQ201310673276
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】蘆越剛, 王樹(shù)清, 楊艷, 樊昱, 馬永峰, 馬曉東, 張鵬, 楊鴻 , 王玉芳, 鄧民暉, 董政武 申請(qǐng)人:金川集團(tuán)股份有限公司