CN106312085B - 一种提高水雾化铁粉或钢粉细粉率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高雾化铁粉或钢粉细粉率的方法，其特征在于：氧化铁皮制成氧化铁皮粉末后，将氧化铁皮粉末装入发送罐，铁皮粉平均粒度D504～6μm；采用高压气流将氧化铁皮粉末输送到雾化器中，氧化铁皮粉末的流量为1.8～4.2kg/min；高速的粉末在高压水中迅速分散，并随水流从雾化器的喷嘴处喷出，击碎从水口下落中的铁水或钢水制得铁粉或钢粉，然后利用还原气体还原铁粉或钢粉中氧，还原气体采用氢气或氢气与氮气混合气体，还原温度为300～500℃，还原时间20～40min，从而制得铁粉或钢粉。

Description

一种提高水雾化铁粉或钢粉细粉率的方法
技术领域
本发明属于冶金材料工程领域，特别涉及一种提高水雾化铁粉或钢粉细粉率的方法。
背景技术
铁粉和钢粉的生产历来在粉末冶金工业中占有重要地位，其生产工艺、产品种类、质量和产量直接影响粉末冶金工业的发展。在粉末冶金技术领域中，雾化法制取金属粉末是一种现代化的生产工艺。自1965年美国A.0.Smith公司率先以工业规模生产水雾化铁粉以来，由于水雾化铁粉生产工艺的高灵活性和工业化生产潜力大，世界各工业国家纷纷采用和发展了水雾化铁粉和钢粉的生产工艺，并形成规模经济生产。
水雾化法是通过高速、高压的水流作为雾化和冷却介质，快速撞击熔融铁水或钢水，从而引起液流破碎的制粉方法。制粉方式主要是高压水流从环缝喷嘴或V型喷嘴喷出呈倒锥状，同时，液流自由下落，在锥顶角处被水流击碎制得粉末。虽然这样可以大批量稳定生产铁粉或钢粉，但是粉末粒度较大，高压水动能转化率不高。有研究表明：在水雾化过程中，只有1％高速水流的动能转化为破碎铁粉或钢粉的表面能，粉体粒度很难进一步细化，冷却速度很难再提高。当今粉末冶金技术要求制取性能更优越的铁粉或钢粉，如粉体粒度更细，分布更窄，球形度更高。采用超声波技术或高压水喷枪设计是当今生产超细铁粉或钢粉的主要手段，但质量和价格不能满足市场需求，其原因是工艺参数难以控制，产品成品率不高。现有的研究中有通过提高雾化水流压力和流量、提高铁水或钢水的过热度、输液管的内径和突出长度等措施来细化铁粉或钢粉粒度。很少有人在雾化介质方面做工作，中南大学的研究者在气雾化制备金属或合金粉末时，不改变雾化压力向雾化气体中加入盐增大气体密度提高气体冲击力，同时，盐的线膨胀系数小在高温易爆裂，以达到细化金属粉末目的。该方法的缺点成形后金属粉末中残余盐很难完全洗净，这会对后续粉末冶金压实密度有影响，再者，由于盐溶于水，所以不适用于制备水雾化铁粉或钢粉。
技术方案
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高水雾化铁粉或钢粉细粉率的方法，在普通水雾化制备铁粉或钢粉条件下，不需要提高高压水的压力和流量，只需改变雾化和冷却介质水流冲击动量，就可以大幅度提高铁粉或钢粉细粉率，并使粉末粒度分布更窄，经济成本较为低廉。
一种提高雾化铁粉或钢粉细粉率的方法，氧化铁皮制成氧化铁皮粉末后，将氧化铁皮粉末装入发送罐，铁皮粉平均粒度D50≤4～6μm；采用高压气流将氧化铁皮粉末输送到雾化器中，氧化铁皮粉末的流量为1.8～4.2kg/min；高速的粉末在高压水中迅速分散，并随水流从雾化器的喷嘴处喷出，击碎从水口下落中的铁水或钢水制得铁粉或钢粉，然后利用还原气体还原铁粉或钢粉中氧，还原气体采用氢气或氢气与氮气混合气体，还原温度为300～500℃，还原时间20～40min，从而制得纯度高、粒度小及分布窄铁粉或钢粉。
高压气流压力为0.4～0.8Mpa，高压水雾化压力为115～120Mpa。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明制得的铁粉或钢粉粒度更细且粒度分布更窄。铁皮粉分散于高压高速的水流中，在与铁液流或钢液流相碰撞，一方面提高能量转化率和雾化效率，另一方面，铁皮粉微小颗粒作为液滴形核中心，缩短液滴凝固时间以避免液滴凝固过程中长大，细化了铁粉或钢粉粒度。制得铁粉或钢粉粒度小且分布均匀，省去了进一步破碎工序。本发明采用的铁皮粉，其原料来源广泛，制备方法简单，价格便宜，后续还原方法也简单易行，所以应用该方法制备铁粉或钢粉经济成本较为低廉。
具体实施方式
下面通过一些实施例对本发明进一步说明。
采用轧钢时产生氧化铁皮为原料，经行星式球磨机磨成粉末，将铁皮粉装入发送罐内，以压缩空气或高压惰性气体(N2)作为粉末的载流气体，将粉末输送至限制型环缝雾化器中，高压高速铁皮粉与高压水汇流从喷嘴喷出将铁水流或钢水流击碎制得铁粉或钢粉，制得的铁粉或钢粉在还原装置由还原气体还原粉末中的氧。
本实验采用的铁皮粉平均粒度D50为4～6μm。空气压缩机输送高压气流压力为0.6Mpa，空气流量为3.5m3/min；高压水雾化压力为115～120Mpa，流量为180～200m3/min。铁水过热度为450～500K，液流直径为5～7mm。氧化铁皮粉末的流量为1.8～4.2kg/min；还原气体是氢气，还原温度为450℃，还原时间30min。
表1为铁水经正常水雾化工艺和水粉混合雾化工艺所得粉末粒度的比较，表2是两种工艺所制得的粉末粒度分布的比较。在两种工艺对比试验中，铁水的过热度，液流直径和喷嘴相同，水粉混合雾化制得的铁粉平均粒度D50为23.62μm，粒度分布在15.18μm～62.22μm之间，原来水雾化制得的铁粉平均粒度D50为63.55μm，粒度分布在55.08μm～180.56μm之间，两者平均粒度相差39.93μm，后者粒度分布区间远大于前者的粒度分布区间。因此，水粉混合雾化工艺制得的粉末粒度更细，粒度分布较窄。表3给出了两种工艺条件下铁粉经氢气还原后残余氧含量T.O，由分析结果可知，两种工艺下的铁粉经氢气还原后总氧含量相差不大。一般来说，氧化铁皮粉末流量和流速取决于载流气体流量和压力，也就是说，载流气体流量和压力越大，氧化铁皮粉末流量和流速越大，击碎铁水动能越大，制得的铁粉粒度越细，但是氧化铁皮粉末流量过大会造成雾化器中环缝喷嘴的堵塞，因此，本实验选择空气压缩机压力为0.6Mpa，空气流量为3.5m3/min，输送氧化铁皮粉末流量为4.2kg/min。
表1水雾化和水粉混合雾化所得粉末粒度对比
样品名称 试样编号 平均粒度D50/μm 雾化方式
Fe 1 23.62 水粉混合雾化
Fe 2 63.55 水雾化
表2水雾化和水粉混合雾化所得粉末粒度分布(μm)比较(重量百分比，wt％)
样品 编号 占比10％ 占比30％ 占比50％ 占比70％ 占比95％ 占比100％
Fe 1 ≤15.18 ≤18.98 ≤23.62 ≤30.46 ≤43.06 ≤62.22
Fe 2 ≤55.08 ≤58.42 ≤63.55 ≤70.22 ≤110.21 ≤180.56
表3两种工艺所得铁粉经氢气还原后残余氧含量T.O/ppm
样品名称 试样编号 T.O
Fe 1 55
Fe 2 62

Claims (1)

1.一种提高雾化铁粉或钢粉细粉率的方法，其特征在于：氧化铁皮制成氧化铁皮粉末后，将氧化铁皮粉末装入发送罐，其平均粒度D50为4～6μm；采用高压气流将氧化铁皮粉末输送到雾化器中，氧化铁皮粉末的流量为1.8～4.2kg/min；高速的粉末在高压水中迅速分散，并随水流从雾化器的喷嘴处喷出，击碎从水口下落中的铁水或钢水制得铁粉或钢粉，然后利用还原气体还原铁粉或钢粉中氧，还原气体采用氢气或氢气与氮气混合气体，还原温度为300～500℃，还原时间20～40min，从而制得铁粉或钢粉；所述的高压气流压力为0.4～0.8Mpa；所述的高压水雾化压力为115～120Mpa。
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