立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐及立式鑄造碳化鎢生產(chǎn)制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，包括進料區(qū)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)，進料區(qū)設(shè)置了喂料裝置。本發(fā)明還公開了一種鑄造碳化鎢連續(xù)制備工藝。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐和制備工藝，產(chǎn)品的碳量控制準確；下料均勻、分散，有利于物料顆粒在加熱區(qū)均勻受熱和吸熱。實現(xiàn)了從前驅(qū)物（混合料）到WC.W2C共晶體自動控制連續(xù)密閉生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了勞動強度，改善了勞動環(huán)境。
【專利說明】立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐及立式鑄造碳化鎢生產(chǎn)制備工
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【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，以及鑄造碳化鎢制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄造碳化鎢是表面材料及表面技術(shù)的一種重要的超硬材料，通過采用熱噴涂技術(shù)、堆(噴)焊技術(shù)、熔滲技術(shù)等與基體材料結(jié)合，滿足耐磨耐腐蝕等功能要求，延長設(shè)備及工件的使用壽命。它由WC和W 2 C共晶體組成，具有高熔點(約2 5 2 5 °C )、高硬度(93-93.7HRA，最硬組分的顯微硬度達2500-3000kg/cm2)和優(yōu)異的耐磨性能等優(yōu)點。目前國內(nèi)外鑄造碳化鎢的制備技術(shù)及工藝，總的工藝路線不外乎兩類，傳統(tǒng)臥式熔煉破碎工藝和立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐。
[0003]現(xiàn)有的公開的立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐(中國發(fā)明專利申請?zhí)?201110005040.1，中國實用專利申請?zhí)?201120007460.9))，該爐體為立式結(jié)構(gòu)，分為進料、加熱、冷卻三部份；連續(xù)熔煉爐實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，但是現(xiàn)有的立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐，其存在以下的不足:
[0004]1、立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐上部的下料裝置無法實現(xiàn)自動下料，且下料時物料時多時少，導(dǎo)致物料進入加熱區(qū)后受熱不均勻，容易產(chǎn)生過共晶和亞共晶物；其次物料進入發(fā)熱管內(nèi)的低溫段(<2500°C )時容易粘附在發(fā)熱管壁上，當物料積壓過多，設(shè)備不能及時滿足固態(tài)原料熔化要求，容易造成設(shè)備爐管堵塞，引起停爐的嚴重后果。
[0005]2、熔煉爐在高溫熔煉時，溫度常高達2000-3000攝氏度，容易造成石墨發(fā)熱管和產(chǎn)品的氧化。
[0006]3、熔煉爐的冷卻裝置的冷卻速度也有待改進。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐。
[0008]本發(fā)明另一目的在于:提供一種鑄造碳化鎢連續(xù)制備工藝。
[0009]本發(fā)明采用的立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐從上至下依次包括進料區(qū)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)，進料區(qū)包括進料管和喂料裝置，喂料裝置包括料箱，料箱內(nèi)設(shè)置螺旋送料部件，料箱底部的下料口與下料管相接。
[0010]采用上述結(jié)構(gòu)的立式鑄造碳化鎢連續(xù)熔煉爐，將物料(前驅(qū)物)加入螺旋喂料裝置的料箱內(nèi)，物料在螺旋部件的擠壓下，連續(xù)、自動、均勻的進入下料管內(nèi)，且不會粘附在加熱管的低溫段的加熱管壁上，造成下料不暢。
[0011]進一步的改進是，所述進料管底端設(shè)置有孔板。孔板的大小和數(shù)量優(yōu)選為孔徑為1-lOmm，孔洞數(shù)量為每平方厘米1-20個孔。前驅(qū)物通過孔板進入下料管內(nèi)，可以控制物料的分散度，確保物料更加均勻、分散的進入加熱管內(nèi)，保證每一顆粒均勻受熱，防止過共晶和亞共晶的產(chǎn)生。
[0012]進一步的改進是，所述喂料裝置還包括進料漏斗，所述進料漏斗下部與料箱相接。制備好的前驅(qū)物通過進料漏斗倒入料箱，避免拋灑。
[0013]進一步的改進是，所述進料區(qū)還包括振動裝置，所述振動裝置設(shè)置在進料管和或料箱上。在前驅(qū)物從喂料裝置進入下料管的過程中，開啟振動裝置，有利于料箱內(nèi)和或下料管內(nèi)的物料分散，均勻的進入加熱區(qū)。振動裝置可以優(yōu)選為電磁振動發(fā)生器，或偏振裝置坐寸ο
[0014]進一步的改進是，所述加熱區(qū)與冷卻區(qū)充填有保護氣體如惰性氣體或氮氣?？梢苑乐故l(fā)熱管和產(chǎn)品的氧化。
[0015]進一步的改進是，冷卻部件包括設(shè)置在在加熱區(qū)出口下方的離心霧化盤，離心霧化盤表面為石墨件，熔液流到離心霧化盤表面，在500-10000rpm的離心轉(zhuǎn)速下，熔液霧化成細少顆粒，并快速冷卻，結(jié)晶出成WC.W2C共晶體。離心霧化具有冷卻效果好，冷卻效率高的特點。還可以在離心霧化盤下方設(shè)置冷卻水裝置，晶體冷卻速度更快。提高冷卻速度，可以制備出高樹枝狀超高硬度的碳化鎢。
[0016]本發(fā)明還涉及一種立式鑄造碳化鎢制備工藝，其包括如下步驟:
[0017]步驟一、制備前驅(qū)物，所述前驅(qū)物包括鎢粉、碳化鎢粉和或冶金炭黑，將鎢粉、碳化鎢粉、和或炭黑按常規(guī)工藝配制，混合均勻，制粒；原料總碳優(yōu)選按3.5-4.2%比例計算配比；
[0018]步驟二、喂料
[0019]將前驅(qū)物加裝在立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐的喂料裝置內(nèi)，通過螺旋送料部件和下料管，按5-50kg/小時的速度，從爐體上部的進料區(qū)均勻送入爐體內(nèi)的加熱區(qū)；
[0020]步驟三、碳化
[0021]步驟四、冷卻
[0022]步驟四、破碎篩分
[0023]上述制備方法中，步驟一，前驅(qū)物制粒方式可以采用以下三種方式制備:
[0024](一)機械制粒制備前驅(qū)物:
[0025](I)將混合均勻的原料與成型劑混合，然后擦篩制粒并篩分，制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。
[0026](二)霧化制粒制備前驅(qū)物:
[0027](I)將原料濕磨成混合物料漿，料漿中加入成型劑，經(jīng)過噴霧干燥塔制備混合粒料，混合粒料經(jīng)過篩分制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。
[0028](三)燒結(jié)破碎制備前驅(qū)物:混合均勻的原料在碳化爐中高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1300-2200°C，保溫時間2-3小時；然后破碎篩分，制成粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的前驅(qū)物。
[0029]上述制備方法中爐體加熱區(qū)采用中頻感應(yīng)加熱方式及紅外控制溫度等方式。
[0030]采用本發(fā)明的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐及其制備工藝，其有益效果如下:
[0031]1、實現(xiàn)了從前驅(qū)物(混合料)到WC.W2C共晶體自動控制連續(xù)密閉生產(chǎn)，提高了勞動生產(chǎn)率、降低了勞動強度，改善了勞動環(huán)境。
[0032]2、制備前驅(qū)物前驅(qū)物顆粒的碳量控制在鑄造碳化鶴標準碳量范圍內(nèi)，產(chǎn)品的碳量控制準確；前驅(qū)物制粒和喂料下料，有利于改善前驅(qū)物的流動性，增加下料的均勻性和分散度，有利于物料顆粒均勻受熱和吸熱。
[0033]3、整個熔煉過程中采用惰性氣體保護，提高了爐體的使用壽命。
[0034]4、加熱裝置溫度穩(wěn)定、可控。
[0035]5、冷卻效果更佳。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]本發(fā)明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中:
[0037]圖1是本發(fā)明的鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2是圖1的進料區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0039]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0040]實施例1
[0041]如圖1所示，本發(fā)明的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐從上至下依次包括進料區(qū)1、加熱區(qū)2、冷卻區(qū)3。進料區(qū)包括有喂料裝置18。加熱區(qū)的加熱部件為感應(yīng)加熱裝置9，加熱區(qū)與冷卻區(qū)內(nèi)充填有惰性氣體6。加熱區(qū)出口下方的冷卻區(qū)的筒體內(nèi)設(shè)置離心霧化盤7，離心霧化盤表面為石墨材料。作為一種優(yōu)選或替換，還可以在筒體下方設(shè)置有裝水容器4。
[0042]如圖2所示為進料區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖。其包括喂料裝置和插入爐體17的進料管15，其中喂料裝置包括下料漏斗、料箱13，以及料箱內(nèi)設(shè)置的螺旋送料部件12，料箱底部的下料口與下料管相接，下料管底部固連有孔板16，孔板的孔徑為1-lOmm，孔洞數(shù)量為1_20個孔/平方厘米。下料管上還設(shè)置有電磁振動發(fā)生器14。電磁振動發(fā)生器也可以設(shè)置在料箱上。
[0043]如圖2、圖1所示，固態(tài)前驅(qū)物10通過進料漏斗從進料區(qū)進入爐體的加熱區(qū)，固態(tài)前驅(qū)物在高溫下逐漸熔融成熔液8，熔液進入冷卻區(qū)快速冷卻結(jié)晶成WC.W2C共晶體5。
[0044]如圖2所示，冷卻方式可以有如下幾種:
[0045]1、離心霧化冷卻:熔液流到冷卻區(qū)的離心霧化盤表面,在500-10000rpm的離心轉(zhuǎn)速下，熔液霧化成細少顆粒，并快速結(jié)晶。
[0046]2、水冷:熔液從冷卻區(qū)的出口處下方，自然落入裝水容器中，快速冷卻結(jié)晶。
[0047]3、離心霧化+水冷:熔液流到冷卻區(qū)的離心霧化盤表面，熔液霧化成細少顆粒后落入下方的裝水容器內(nèi)，快速冷卻結(jié)晶。該方法冷卻速度更快。
[0048]本發(fā)明的立式碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐制備工藝如下:
[0049]步驟一、制備前驅(qū)物。
[0050]1、所述前驅(qū)物包括鎢粉、碳化鎢粉、冶金炭黑，將上述原料按照以下重量組份配比，
[0051]鎢粉:52份
[0052]碳化鎢粉:47份
[0053]碳黑:1份。
[0054]2、采用球磨機球磨,將原料混合均勻制成混合料；
[0055]3、制粒
[0056]將混合料、橡膠成型劑(或石蠟成型劑、聚乙二醇成型劑)加入螺旋混合器，成型劑加入量為混合料重量百分比的1_5%。混合0.5-2小時，然后擦篩制粒并篩分，制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。
[0057]步驟二、喂料
[0058]通過振動螺旋喂料裝置和下料管的孔板，將前驅(qū)物以20kg/h均勻分散喂料的速度，從進料區(qū)均勻送入加熱區(qū)。
[0059]步驟三、碳化加熱
[0060]前驅(qū)物進入加熱區(qū)后，在自然下降的過程加熱成熔液，高溫段溫度3000°C，高溫段長度520mm。
[0061]步驟三、冷卻
[0062]熔液流入下部的冷卻部件的離心霧化盤上，霧化冷卻后的物料落入下部的冷卻水桶內(nèi)，可以加速冷卻速度，制備成共晶鑄造碳化鎢塊。
[0063]步驟四、破碎篩分
[0064]鑄造碳化鎢破碎、篩分、氣流分級，將上述制備的共晶體經(jīng)過反擊式破碎、對輥破碎或鄂式破碎機破碎，根據(jù)產(chǎn)品要求采用不同等線的篩分，經(jīng)過氣流分級技術(shù)制備不同粒度及粒度組成要求的鑄造碳化鎢。
[0065]實施例2
[0066]本實施例的立式碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐制備工藝除下述具體步驟及工藝參數(shù)差異，其余同實施例1:
[0067]步驟一、制備前驅(qū)物。
[0068]1、原料按照以下重量組份配比，
[0069]鎢粉:36份
[0070]碳化鎢粉:64份
[0071]2、原料在攪拌球磨機或滾動球磨機中濕磨，并按原料與球磨介質(zhì)的固液比(重量t匕)50-90%加入球磨介質(zhì)(酒精或己烷)，球磨時間4-48小時，制成混合料漿；
[0072]3、干燥、制粒
[0073]按混合料漿重量1-5%百分比，在混合料中加入石蠟成型劑或聚乙二醇成型劑，混合料漿經(jīng)過噴霧干燥塔制備混合粒料，混合粒料經(jīng)過篩分制成制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。
[0074]步驟二、喂料
[0075]將前驅(qū)物加裝在立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐的喂料裝置內(nèi)，通過螺旋送料部件和下料管，從爐體上部的進料區(qū)連續(xù)、自動、均勻送入爐體內(nèi)的加熱區(qū)；
[0076]前驅(qū)物喂料速度為5kg/h。
[0077]步驟三、碳化加熱
[0078]前驅(qū)物進入加熱區(qū)后，在自然下降的過程加熱成熔液，高溫段溫度2500°C，高溫段長度550mm。
[0079]步驟三、冷卻
[0080]熔液自然落入下部的石墨模具中，依靠石墨的高的導(dǎo)熱速率，使熔液快速冷卻結(jié)晶出WC.W2C共晶體。
[0081]步驟四、破碎篩分
[0082]實施例3
[0083]本實施例的立式碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐制備工藝除下述具體步驟及工藝參數(shù)差異，其余同實施例1:
[0084]步驟一、制備前驅(qū)物。
[0085]1、將原料按照以下重量組份配比，
[0086]鎢粉:68份
[0087]碳化鎢粉:30份
[0088]碳黑:2份。
[0089]2、采用混合器將原料混合均勻制成混合料；
[0090]3、預(yù)燒結(jié)。
[0091]將混合料在碳化爐中高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1300-2200°C，保溫時間2_3小時。
[0092]4、破碎篩分
[0093]燒結(jié)后的物料塊經(jīng)過破碎篩分，制成粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。
[0094]步驟二、喂料
[0095]前驅(qū)物喂料速度為50kg/h。
[0096]步驟三、碳化加熱
[0097]前驅(qū)物進入加熱區(qū)后，在自然下降的過程加熱成熔液，高溫段溫度3200°C，高溫段長度500mm。
[0098]步驟三、冷卻
[0099]熔液自然落入下部的冷卻水桶的冷卻水內(nèi)，快速冷卻，形成WC.W2C共晶體。
[0100]步驟四、破碎篩分
[0101]上述制備工藝中，成型劑可以按照如下方式配置:
[0102]1、橡膠成型劑:汽油為溶劑，橡膠質(zhì)量百分比濃度為8_12%。
[0103]2、石蠟成型劑，己烷為溶劑，石蠟質(zhì)量百分比濃度為20-30%。
[0104]3、聚乙二醇成型劑，酒精為溶劑，聚乙二醇質(zhì)量百分比濃度為5_8%。
[0105]本發(fā)明實現(xiàn)了從前驅(qū)物(混合料)到WC.W2C共晶體自動控制連續(xù)生產(chǎn)；通過對前驅(qū)物的造粒及粒度控制要求，以及采用采用螺旋振動喂料和孔板式(小孔、環(huán)孔)下料方式，保證整個連續(xù)制備過程的穩(wěn)定性和可實施性，確保了混合料均勻分散的進入爐體加熱區(qū)，保證顆粒能均勻受熱吸熱達到反應(yīng)和熔化溫度，同時也保證顆粒在立式熔煉爐內(nèi)自由降落的實現(xiàn)，防止顆粒粘附在發(fā)熱體管壁導(dǎo)致的堵爐；爐體加熱區(qū)采用的中頻感應(yīng)加熱方式及紅外控制溫等方式，熱源和溫度穩(wěn)定可控；前驅(qū)物顆粒的碳量控制在鑄造碳化鎢標準碳量范圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)工藝需憑操作者經(jīng)驗控制碳量的問題，產(chǎn)品的碳量控制準確；整個熔煉過程中采用惰性氣體保護，防止氧化石墨發(fā)熱體，提高了使用壽命；采用模冷、水冷、霧化(氣霧化、水霧化、離心霧化)冷卻方式，特別是霧化冷卻方式，提高熔液冷卻的過冷度，加快了冷卻速度，快速冷卻促進晶核的形成和抑制了晶粒的長大，形成大量的樹枝狀組織結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的硬度；本發(fā)明的自動控制連續(xù)生產(chǎn)爐減少了操作者的勞動強度，混合料的熔煉均在一密閉及具有良好保溫效果的設(shè)備內(nèi)進行，熱量泄漏少，環(huán)境溫度降低，工作環(huán)境得到改善。
[0106]盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了示例和描述，但應(yīng)認識到，本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】，。在不背離權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的情況下，可對此作出變更和改變，本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，從上至下依次包括進料區(qū)、加熱區(qū)、冷卻區(qū)，進料區(qū)包括進料管，其特征在于，所述進料區(qū)還包括喂料裝置，所述喂料裝置包括料箱，料箱內(nèi)設(shè)置螺旋送料部件，料箱底部的下料口與下料管相接。
2.如權(quán)利要求1所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述進料管底端設(shè)置有孔板。
3.如權(quán)利要求2所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述孔板孔徑為l-10mm，孔洞數(shù)量為每平方厘米1-20個孔。
4.如權(quán)利要求1所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述喂料裝置還包括進料漏斗，所述進料漏斗下部與料箱相接。
5.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述進料區(qū)還包括振動裝置，所述振動裝置設(shè)置在進料管或料箱上。
6.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述加熱區(qū)與冷卻區(qū)充填有保護氣體。
7.如權(quán)利要求1至4任一權(quán)利所述的立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐，其特征在于:所述加熱區(qū)的高溫段溫度為2500-3200°C，高溫段長度500-550mm。
8.一種鑄造碳化鎢連續(xù)制備工藝，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、制備前驅(qū)物 前驅(qū)物原料包括鎢粉和碳化鎢粉和或冶金炭黑，混合均勻，制粒； 步驟二、喂料 將前驅(qū)物加裝在立式鑄造碳化鎢連續(xù)生產(chǎn)爐的喂料裝置內(nèi)，通過螺旋送料部件和下料管，按5-50kg/小時的速度，從爐體上部的進料區(qū)均勻送入爐體內(nèi)的加熱區(qū)； 步驟三、碳化 步驟四、冷卻 步驟四、破碎篩分。
9.如權(quán)利要求8所述的鑄造碳化鎢連續(xù)制備工藝，其特征在于:所述步驟一前驅(qū)物制粒方式采用以下三種方式的任意一種: (一)機械制粒制備前驅(qū)物: (1)將混合均勻的原料與成型劑混合，然后擦篩制粒并篩分，制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。 (二)霧化制粒制備前驅(qū)物: (1)將原料濕磨成混合物料漿，料漿中加入成型劑，經(jīng)過噴霧干燥塔制備混合粒料，混合粒料經(jīng)過篩分制備得到粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的的前驅(qū)物。 (三)燒結(jié)破碎制備前驅(qū)物: (1)將混合均勻的原料在碳化爐中高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1300-2200°C，保溫時間2-3小時；然后破碎篩分，制成粒度為20-400目或其中某一區(qū)間段的前驅(qū)物。
10.如權(quán)利要求8所述的鑄造碳化鎢連續(xù)制備工藝，其特征在于:所述步驟一前驅(qū)物制備中，原料總碳按3.5-4.2%比例計算配比。
【文檔編號】C01B31/34GK104418324SQ201310368115
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】李玉璽, 顏維, 謝杰, 易長賓 申請人:自貢長城硬面材料有限公司