CN103752837A

CN103752837A - 一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法

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Publication number: CN103752837A
Application number: CN201310673276.1A
Authority: CN
Inventors: 芦越刚; 王树清; 杨艳; 樊昱; 马永峰; 马晓东; 张鹏; 杨鸿�; 王玉芳; 邓民晖; 董政武
Original assignee: Jinchuan Group Co Ltd
Current assignee: Jinchuan Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明涉及一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法。其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：a.镍冶炼炉渣还原铁是在中频感应炉中熔化成铁水，再把金属镍加入进行完全合金化；b.将合金液通过雾化器高压水流击打合金液使之成为小液滴，冷却成为粉末，粉末经过脱水、烘干、高温还原、粉饼破碎、筛分、合批工序精制而成FeNi10水雾化预合金钢粉。本发明的方法，由于原料中天然带有Fe、Ni等元素，相对于其它生产企业，不需再添加或少量添加Ni贵重元素，在成本上具有优势。制备的FeNi10水雾化预合金粉末成分均匀，松装密度与流动性适宜，压制性和成型性好。

Description

一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法

技术领域

一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，涉及一种采用高压水雾化快速冷凝技术制备铁合金粉的方法。

背景技术

在“金川镍铜熔融渣还原提铁生产合金钢”项目研究成果中，利用1250KVA电弧炉分别完成了镍渣、铜合成炉渣、镍铜混合渣的还原提铁试验，以及还原铁脱硫脱碳试验，均取得了较好的效果。但还原铁的利用价值没有充分体现出来，仅用于铸造用生铁及常规用途的衬板等其他用途的生铁原料，存在着生产效率低、能耗高的问题。

目前，针对铁合金粉末的各种生产技术，国内外已经有很多研究，取得了许多有价值的成果。但是，类似金川镍冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的研究，还未见报道。

铁粉(含合金钢粉)作为工业的主要原材料，广泛地应用在机械、冶金、化工、航空航天、汽车材料领域。其世界总用量每年已超过100万吨。作为基础原材料，铁粉的产量、品质决定着粉末冶金工业的发展。随着汽车工业的发展，汽车零部件的强劲需求拉动了粉末冶金工业，美国71％、日本89％的粉末冶金烧结零件用于汽车工业，而我国目前粉末冶金烧结零件用于汽车、摩托车工业的只有不到40％。若按我国汽车以每年20％～30％的速度增长，对粉末冶金制品的需求相当大，这也是近几年我国铁基粉末生产快速发展的动力之一。

专利号：02149116的中国专利“水雾化合金钢粉的制造方法”，介绍了一种水雾化合金钢粉的制造方法，它在冶炼、水雾化、脱水、干燥、高温还原等主要工序均对现有技术进行了改进，其中在冶炼工序中优选了添加合金元素的时间和顺序，在水雾化、干燥、高温还原工序均采取了惰性气体保护措施，均有利于控制产品中的氧含量，从而使该制造方法在不采用真空退火炉处理的情况下仍能使氧含量控制在0.15%以下，生产出高质量的最终产品，简化了生产操作程序，节省了投资，降低了成本。

专利号：200910188232的中国专利“易切削水雾化钢铁粉末的制造方法”，介绍了一种易切削水雾化钢铁粉末制造方法，包括冶炼、水雾化、还原，其特征在于，以添加高硫铁合金的方式，控制钢铁粉末中Ｓ的含量，其操作步骤如下：１）冶炼；２）水雾化工艺；３）还原。上述方法制造的易切削水雾化钢铁粉末，其化学成分按重量百分比组成如下：C：0.10～0.20％，Si：0.20～0.35％，Mn：0.10～0.30％，P：0～0.01％，S：0.30～0.45％，［O］：1.1～1.5ppm，其余为Fe及其它不可避免的杂质。该发明的有益效果是：使用廉价的废钢原料成本低，有效的改善切削性能，提高切削刀具的寿命，适于规模化粉末冶金件。

专利号：200910248403的中国专利“水雾化扩散合金粉及其制造方法”，该发明涉及一种水雾化扩散合金粉的制造方法，其特征在于，先在冶炼的过程中加入钼铁，制成水雾化预合金粉，再掺入镍粉、铜粉经扩散处理，操作如下：１）冶炼后加入钼铁合金；２）水雾化；３）还原；４）加入镍粉、铜粉经还原炉扩散。所制水雾化扩散合金粉，其化学成分按重量百分比组成如下：C：0.001～0.2％，Si：0～0.5％，Mn：0～0.5％，P：0～0.05％，S：0～0.05％，Ni：0.1～5.0％，Mo：0.1～3％，Cu：0.1～5.0％，其余为Fe。该发明的有益效果是：合金元素在扩散过程中能进一步完全合金化；在运输和混合处理过程中不会产生合金元素成分偏析。

专利号：201210025270的中国专利“一种水雾化铁铜合金粉末及制造方法”，该发明涉及一种水雾化铁铜合金粉末及制造方法，提供一种用于提高粉末冶金零件尺寸精度的水雾化铁铜合金粉末及制造方法，化学成份组成为：C：0～0.1%，Si：0～0.3%，Mn：0.05～0.5%，P：0～0.05，S：0～0.05%，Cu：5～45%，其余为铁；制造方法包括以下步骤：包括冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎；作为Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含铜粉末冶金零件的铜元素添加剂，具有比电解铜粉更优异的烧结尺寸变化稳定性，利于烧结零件的尺寸精度控制。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术中存在的不足之处，提供一种有效解决生产效率低、能耗高的问题，降低生产成本、节约能源，实现还原生铁的可利用价值的体现利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：

a.镍冶炼炉渣还原铁是在中频感应炉中熔炼成铁水，再把金属镍加入进行完全合金化；

b.将合金液通过漏眼流入雾化器，雾化器喷射出的高压水流击打合金液使之成为小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末，粉末经过脱水、烘干、高温还原、粉饼破碎、筛分、合批工序精制而成FeNi10水雾化预合金钢粉。

本发明的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其镍冶炼炉渣还原铁在中频感应炉升温至1300℃，使镍渣还原铁全部熔化至熔融状态，向熔融的铁水中加入称量好的金属镍量，待加入的金属镍全部融化后，继续升温保持在1550℃，加入造渣剂并扒渣脱除部分杂质。

本发明的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其合金液通过漏眼流入雾化器，雾化器喷射出的高压水流击打合金液使之成为小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末；在雾化过程中，雾化速度达到100kg/min以上，雾化压力由6～12MPa可调节。

本发明的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于脱水过程采用经真空脱水机脱水，脱水后的湿粉含水量小于10%，由烘干机烘干后送入振动冷床，再经筛分后成为雾化生粉。

本发明的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于雾化生粉高温还原是用推舟还原炉处理料层厚度为20㎜，用液氨分解气作为保护性和还原性气体，采用950～1100℃的还原温度和2～5小时的还原时间。

本发明的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于所述的生粉经高温还原生成的粉饼，先经过辊式破碎机破碎成＜15㎜的碎块，再经锤式破碎机锤磨成细粉。

本发明具有以下优点：

（1）FeNi10水雾化预合金粉末成分均匀，松装密度与流动性适宜，压制性和成型性好。

（2）用标准漏斗法测定预合金粉末的松装密度为3.2g/cm³，化学成分和物理―工艺性能均符合瑞典HVA标准电解铁粉和中华人民共和国国家标准“粉末冶金用水雾化纯铁粉、合金钢粉(GB/T19743‐2005)”中牌号FYH15030B的标准。

（3）使镍冶金炉渣还原铁中的有价金属镍、钴等得到了回收利用，避免了资源的浪费。

（4）设备投资少和占地面积小。

具体实施方式

一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，将采用金川镍冶炼炉渣还原铁是在中频感应炉中，熔炼成铁水，再把金属镍加入进行完全合金化，待全部融化后并达到一定过热度；使合金液通过漏眼流入雾化器，雾化器喷射出的高压水流击打合金液使之成为小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末，粉末经过脱水、烘干、高温还原、粉饼破碎、筛分、合批等工序精制而成——FeNi10水雾化预合金钢粉。

本发明的方法，镍冶炼炉渣还原铁在中频感应炉升温至1300℃，使镍渣还原铁全部熔化至熔融状态，向熔融的铁水中加入称量好的金属镍量，待加入的金属镍全部融化后，继续升温保持在1550℃左右，加入除渣剂并扒渣脱除部分杂质。

合金液通过漏眼流入雾化器，雾化器喷射出的高压水流击打合金液使之成为小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末。在雾化过程中，雾化速度达到100kg/min以上，雾化压力由6～12MPa可调节，高压水既是动力源，又是冷却剂，由于从喷嘴喷出的高压水具有很高的流速，水束冲击金属液时，水的动能传递给金属液滴，转换成表面能，形成无数个细小颗粒；同时，熔融状态的金属液滴把热量传递给水，并迅速凝固，这一过程是整个水雾化预合金粉末工艺的关键技术之一，经真空脱水机脱水后的湿粉含水量小于10%，由烘干机烘干后送入振动冷床，再经筛分后成为雾化生粉；雾化生粉高温还原是用推舟还原炉处理料层厚度为20㎜，用液氨分解气作为保护性和还原性气体，采用950～1100℃的还原温度和2～5小时的还原时间，以保证预合金粉末充分还原，所得成品粉末性能较好；生粉经高温还原生成的粉饼，先经过辊式破碎机破碎成＜15㎜的碎块，再经锤式破碎机锤磨成细粉，锤式破碎机是调整铁粉松装密度的重要手段之一，可提高铁粉松装密度，提高细粉含量，通过多级破碎制成最终产品粉末—FeNi10水雾化预合金钢粉。

下面结合实施例对本发明的工艺作进一步说明。

实施例

本发明的操作步骤是：

（1）配料：

先将镍冶炼炉渣还原铁和金属镍按配料比进行配料。配料比：镍冶炼炉渣还原铁：金属镍=9：1的比例准备好充足的原辅料，并将除渣剂备好，以备除杂时用。

（2）熔化镍冶炼炉渣还原铁并合金化

将镍冶炼炉渣还原铁放入中频感应炉升温至1300℃，使镍渣还原铁全部熔化至熔融状态，向熔融的铁水中加入称量好的金属镍量，待加入的金属镍全部融化后，继续升温保持在1550℃左右，加入除渣剂，并扒渣脱除部分杂质。

（3）高压水雾化

合金液通过漏眼流入雾化器，高压水将合金液在雾化器内破碎成微小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末。在雾化过程中，雾化速度达到100kg/min以上，雾化压力由6～12MPa可调节，高压水既是动力源，又是冷却剂，由于从喷嘴喷出的高压水具有很高的流速，水束冲击金属液时，水的动能传递给金属液滴，转换成表面能，形成无数个细小颗粒；同时，熔融状态的金属液滴把热量传递给水，并迅速凝固，这一过程是整个水雾化预合金粉末工艺的关键技术之一，经真空脱水机脱水后的湿粉含水量小于10%，由烘干机烘干后送入振动冷床，再经筛分后成为雾化生粉。

（4）生粉高温氢气气氛还原

生粉高温还原是用推舟还原炉处理料层厚度为20㎜，用液氨分解气作为保护性和还原性气体，采用950℃～1100℃的还原温度和2～5小时的还原时间，以保证预合金粉充分还原，所得成品粉末性能较好。

生粉高温还原过程中的主要化学反应如下：

4Fe₃C＋Fe₃O₄﹦15Fe＋4CO

Fe₃O₄＋H₂﹦3FeO＋H₂O

Fe₃C＋FeO﹦4Fe＋CO

FeO＋H₂﹦Fe＋H₂O

在还原过程中，铁粉中的Fe₃O₄得到还原，溶于Fe中的C（Fe₃C）也被脱掉，既进行脱碳、脱氧、降低粉末颗粒硬度、提高粉末塑性的过程，又要进行粉末颗粒团聚过程，使细的粉末颗粒之间或细的粉末粘结于粗的粉末颗粒表面进行粉末颗粒团聚，使粉末颗粒表面复杂，类似海绵状，这是提高雾化铁粉成型性的关键，也是提高水雾化铁粉质量的重要方法之一。

（5）粉饼破碎、筛分、合批

生粉经高温还原生成的粉饼，先经过辊式破碎机破碎成＜15㎜的碎块，再经锤式破碎机锤磨成细粉，锤式破碎机是调整铁粉松装密度的重要手段之一，可提高铁粉松装密度，提高细粉含量，通过多级破碎制成最终产品粉末。

试验用的原辅材料和产出的预合金钢粉末主要化学成分如下表所示：

表1 镍渣还原铁化学成分/%

表2 电解镍成分/%

表3 预合金粉末的化学成分和物理-工艺性能

Claims

1.一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：

a.镍冶炼炉渣还原铁是在中频感应炉中熔化成铁水，再把金属镍加入进行完全合金化；

2.根据权利要求1所述的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其镍冶炼炉渣还原铁在中频感应炉升温至1300℃，使镍渣还原铁全部熔化至熔融状态，向熔融的铁水中加入称量好的金属镍量，待加入的金属镍全部融化后，继续升温保持在1550℃，加入造渣剂并扒渣脱除部分杂质。

3.根据权利要求1所述的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于其合金液通过漏眼流入雾化器，雾化器喷射出的高压水流击打合金液使之成为小液滴，小液滴落到收集桶中冷却成为粉末；在雾化过程中，雾化速度达到100kg/min以上，雾化压力由6～12MPa可调节。

4.根据权利要求1所述的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于脱水过程采用经真空脱水机脱水，脱水后的湿粉含水量小于10%，由烘干机烘干后送入振动冷床，再经筛分后成为雾化生粉。

5.根据权利要求1所述的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于雾化生粉高温还原是用推舟还原炉处理料层厚度为20㎜，用液氨分解气作为保护性和还原性气体，采用950～1100℃的还原温度和2～5小时的还原时间。

6.根据权利要求1所述的一种利用冶炼炉渣还原铁生产水雾化合金粉末的方法，其特征在于所述的生粉经高温还原生成的粉饼，先经过辊式破碎机破碎成＜15㎜的碎块，再经锤式破碎机锤磨成细粉。