CN104190950A - 一种铁粉生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁粉生产工艺，包括如下步骤：(1)将铁矿、内配碳和催化剂混合，然后制成圆铁柱；(2)将所述圆铁柱进行第一次还原，得海绵铁；(3)将所述海绵铁进行湿法磨选，得第一次铁粉；然后进行第二次还原，得第二次铁粉；再经破碎、筛分，得成品。本发明的有益效果为：通过采用以上工艺步骤生产的铁粉，不仅拥有优质的化学性能，还具有良好的压缩性和成型性，是制备高端粉末冶金零件的优质原料。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种铁粉生产工艺。
背景技术
铁粉为尺寸小于1mm的铁的颗粒集合体，是粉末冶金工业中一种最重要的金属粉末。铁粉在粉末冶金生产中用量最大，其耗用量约占金属粉末总消耗量的85％左右。
铁粉的制备方法主要有还原法及雾化法，还原法主要由优质铁精矿(TFe≥70％)或优质铁鳞经过隧道窑催化还原得到一次铁粉，然后将获得的一次铁粉在氢气条件下，进行第二次还原，得到二次铁粉，由还原法生产的铁粉成型性较好，但压缩性较差；雾化法主要由废钢、生铁在电炉中融化，再经过LF炉调质，并用高压水(或高压气体)将钢水冲击成微笑颗粒并沉降得到一次铁粉，然后将一次铁粉烘干，并在氢气条件下，进行第二次还原，得到二次铁粉，由雾化法生产的铁粉压缩性较好，但成型性较差。
天然微合金铁粉是一种优质铁粉，由于其含有V、Ti、Ni、Go、Cr等有益元素，是用于高密度、高强度粉末冶金零件制作的优质原料。因此，急待研发出一种既具有良好的压缩性，又具有良好的成型性的天然微合金铁粉的生产方法。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种既具有良好的压缩性，又具有良好的成型性的铁粉生产工艺。
本发明所采取的技术方案是一种铁粉生产工艺，包括如下步骤：
(1)将铁矿、内配碳和催化剂按照质量比为95～105：16～20：13～17进行混合，然后制成圆铁柱；
(2)将所述圆铁柱放入还原罐内，然后把焦炭粉末和石灰石粉末的混合物填充在圆铁柱与还原罐之间的空隙中，进行第一次还原，得海绵铁；
(3)将所述海绵铁进行湿法磨选，得第一次铁粉；然后将所述第一次铁粉进行第二次还原，得第二次铁粉；再经破碎、筛分，得成品。
作为优选，为了提高金属化率，所述步骤(1)中，铁矿、内配碳和催化剂的质量比为100:18:15；所述铁矿为钒钛磁铁矿；所述圆铁柱的直径为130～260mm，长为130～300mm；金属化率是指直接还原炼铁的产品中金属铁含量占总铁量的百分率。
作为优选，为了在第一次还原时，促进还原反应能够顺利的进行，所述步骤(1)中，内配碳和催化剂的粒度≤0.38mm；内配碳中碳元素的质量含量≥75％；催化剂为钠盐。
作为优选，为了在第一次还原时，圆铁柱的受热均匀，所述步骤(2)中，还原罐为碳化硅还原罐。
作为优选，为了第一次还原时，还原反应进行的较为彻底，所述步骤(2)中，第一次还原时的温度为1000℃～1170℃，时间为30～38h。
作为优选，所述步骤(3)中，湿法磨选包括以下步骤：将所述海绵铁置入第一台球磨机中进行粉碎，得碎铁矿，然后将所述碎铁矿置入第二台球磨机中继续粉碎，再用磁选机选出精矿1；接着将所述精矿1置入第三台球磨机中进行粉碎，然后用另一台磁选机选出精矿2；所述精矿2经摇床、过滤得第一次铁粉。
作为优选，为了方便对海绵铁的破碎以及对精矿的挑选，所述三台球磨机为平衬板球磨机；所述两台磁选机为顺流式磁选机。
作为优选，为了使得一次铁粉的粒度能达到预定要求，所述第一台球磨机中的钢球由直径为16mm、12mm和8mm的钢球按照质量比为3:3:4混合组成；所述第二台球磨机中的钢球由直径为16mm、12mm和8mm的钢球按照质量比为3:3:4混合组成；所述第三台球磨机中的钢球采用直径为8mm的钢球。
作为优选，由于所得一次铁粉含有15～20％的水分，为了第二次还原的顺利进行以及还原反应的彻底进行，所述步骤(3)中，第二次还原采用湿料入炉的形式，还原剂为氢气，还原温度为800℃～960℃，时间为4～8h。
本发明的有益效果在于：通过采用上述工艺生产的铁粉，不仅具有了由还原法生产的铁粉的良好成型性，而且具有了由雾化法生产的铁粉的良好压缩性，还因为其品位高，硅、锰的含量极低，拥有优质的化学性能；由于钒钛磁铁矿天然固溶有V、Ti、Ni、Go、Cr等有益元素，由其生产出的铁粉还是制备高端粉末冶金零件的优质原料。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图；
图2为湿法磨选的工艺流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。
实施例1
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为75％的内配碳、氯化钠按照质量比为100：17：14均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.38mm；然后将其压制成直径为130mm，长为130mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为3mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1000℃，时间为30h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，质量为9t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为800℃，时间为4h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
实施例2
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为90％的内配碳和氯化钠按照质量比为100：18：15均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.25mm；然后将其压制成直径为150mm，长度为160mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为1mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1060℃，时间为32h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm，长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，总质量为9t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
接着采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为830℃，时间为5h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉的进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
实施例3
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为80％的内配碳、氯化钠按照质量比为100：19：16均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.20mm；然后将其压制成直径为170mm，长为190mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为2.5mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1090℃，时间为34h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，质量为9t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为860℃，时间为6h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
实施例4
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为75％的内配碳、氯化钠按照质量比为100：20：17均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.15mm；然后将其压制成直径为190mm，长为230mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为1.5mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1120℃，时间为35h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，质量为9t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为890℃，时间为7h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
实施例5
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为80％的内配碳、氯化钠按照质量比为100：20：14均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.15mm；然后将其压制成直径为230mm，长为260mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为1.5mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1150℃，时间为36h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，质量为9t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为930℃，时间为7h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
实施例6
先将钒钛磁铁矿破碎，然后与碳元素质量含量为75％的内配碳、氯化钠按照质量比为100：17：16均匀混合，且内配碳和氯化钠的粒度为0.30mm；然后将其压制成直径为260mm，长为300mm的圆铁柱。将所述圆铁柱置入碳化硅还原罐中，空隙用粒度为2mm的焦炭粉末与石灰石粉末的混合物填充。接着将所述碳化硅还原罐放上窑车，推入隧道窑，进行第一次还原，温度为1170℃，时间为38h，得海绵铁。
将所述海绵铁置入直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机的钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成；接着将所得碎铁矿置入另一台直径为900mm,长度为6000mm的平衬板球磨机中粉碎，该球磨机中钢球由3t直径为16mm、3t直径为12mm和4t直径为8mm的钢球混合组成，再用700GS顺流式磁选机从所得铁矿中选出精矿1。随后用直径为1200mm，长度为6000mm的平衬板球磨机将所述精矿1粉碎，该球磨机中的钢球直径为8mm，质量为9.0t，再用400GS顺流式磁选机选出精矿2，接着经摇床、过滤，得第一次铁粉。
采用湿料入炉的形式将所述第一次铁粉进行第二次还原，还原剂为氢气，温度为960℃，时间为8h，得第二次铁粉；再经解碎、筛分和合批，得成品天然微合金铁粉。
对上述铁粉进行化学分析，具体见表1；对其物理—工艺性能分析，具体见表2。
表1
表2
通过表1和表2可以看出，采用以上工艺生产出的铁粉，不仅具有良好的成型性和压缩性，还具有优质的化学性能，品味高，而且还含有V、Ti、Ni、Go、Cr等有益元素，具有良好的市场前景。
Claims (9)
1.一种铁粉生产工艺，包括如下步骤：
(1)将铁矿、内配碳和催化剂按照质量比为95～105：17～20：14～17进行混合，然后制成圆铁柱；
(2)将所述圆铁柱放入还原罐内，然后把焦炭粉末和石灰石粉末的混合物填充在圆铁柱与还原罐之间的空隙中，进行第一次还原，得海绵铁；
(3)将所述海绵铁进行湿法磨选，得第一次铁粉；然后将所述第一次铁粉进行第二次还原，得第二次铁粉；再经破碎、筛分，得成品。
2.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，铁矿、内配碳和催化剂的质量比为100:18:15；所述铁矿为钒钛磁铁矿；所述圆铁柱的直径为130～260mm，长为130～300mm。
3.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，内配碳和催化剂的粒度≤0.38mm；内配碳中碳元素的质量含量≥75％；催化剂为钠盐。
4.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，还原罐为碳化硅还原罐。
5.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(2)中，第一次还原时的温度为1000℃～1170℃，时间为30～38h。
6.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，湿法磨选包括以下步骤：将所述海绵铁置入第一台球磨机中进行粉碎，得碎铁矿，然后将所述碎铁矿置入第二台球磨机中继续粉碎，再用磁选机选出精矿1；接着将所述精矿1置入第三台球磨机中进行粉碎，然后用另一台磁选机选出精矿2；所述精矿2经摇床、过滤得第一次铁粉。
7.根据权利要求6所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述三台球磨机为平衬板球磨机；所述两台磁选机为顺流式磁选机。
8.根据权利要求6或7所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述第一台球磨机中的钢球由直径为16mm、12mm和8mm的钢球按照质量比为3:3:4混合组成；所述第二台球磨机中的钢球由直径为16mm、12mm和8mm的钢球按照质量比为3:3:4混合组成；所述第三台球磨机中的钢球采用直径为8mm的钢球。
9.根据权利要求1所述的铁粉生产工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，第二次还原采用湿料入炉的形式，还原剂为氢气，还原温度为800℃～960℃，时间为4～8h。
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