CN107790734A - 一种制备不锈钢粉末的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种制备不锈钢粉末的工艺方法，包括：将超级精铁矿还原为海绵铁；超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；在还原气氛条件下，利用3D打印真空气雾化设备对海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；对铁水进行真空熔炼，制备钢水；利用3D打印真空气雾化设备对钢水进行气雾化，获取金属粉末；利用氮气对金属粉末进行冷却，对冷却后的金属粉末进行磁选、筛分，获取粉末产品；如此，在利用3D打印真空气雾化设备对海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，进一步提高了粉末的纯度。

Description

一种制备不锈钢粉末的工艺方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种制备不锈钢粉末的工艺方法。
背景技术
不锈钢粉末是市场上需求最大的一种金属粉末产品，约占市场需求的50％。现有技术中，一般都是利用废钢作为原料制备不锈钢粉末，但是有些类型的不锈钢主要用于纸浆、造纸用设备热交换器，染色设备，胶片冲洗设备、管道等；还用于电磁阀门的小零件等等。在钢材使用过程中，材料表面常附着有各种污垢，另外用于阀门的小零件也很难分解出来，导致市场上废钢混杂，杂质较多。因此，基于该废钢制备出的不锈钢粉末的纯度和流动性都受到一定的影响，对于后期的熔融冶炼而言，废钢中的杂质对产品质量也会有非常严重的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种制备不锈钢粉末的工艺方法，用于解决现有技术中在制备不锈钢粉末时，由于不锈钢中的杂质较多，导致制备出的不锈钢粉末纯度低，流动性不高，进而导致基于该不锈钢粉末制备出的产品质量得不到保证的技术问题。
本发明实施例提供一种制备不锈钢粉末的工艺方法，所述方法包括：
获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在还原气氛条件下，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；
向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；
利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；
利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品。
上述方案中，所述将所述超级精铁矿还原为海绵铁，还包括：
以氢气作为还原气体，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为所述海绵铁。
上述方案中，所述利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末，包括：
将所述钢水分批次倒入3D打印真空气雾化设备的中间包中；
将所述中间包的钢水依次转入所述3D打印真空气雾化设备的喷吹设备中，利用所述喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末。
上述方案中，所述超级精铁矿包括：粒度为2～5cm的第一精铁矿及粒度≧5cm的第二精铁矿。
上述方案中，所述第一精铁矿的质量百分比为80～85％；所述第二精铁矿的质量百分比为15～20％。
上述方案中，所述海绵铁的粒度为2～5cm。
上述方案中，所述海绵铁各化学成分的质量百分比包括：TFe≧95.0％，MFe≧90.0％，Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
上述方案中，在所述锰铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.5～2％；Mn：80～83％；Fe：14～18％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述铬铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：5～6％；Fe：15～20％；Cr：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述镍铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.03～0.5％；Fe：30～40％；Ni：50～60％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述钼铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.1～0.2％；Fe：45～50％；Mo：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
上述方案中，所述粉末产品的粒径包括：20μm～55μm。
上述方案中，所述粉末产品中各化学成分的质量百分比包括：C≦0.07％，Si≦1.0％，S≦0.03％，P≦0.035％，Mn≦0.035％，16.0％≦Cr≦18.0％，10.0％≦Ni≦14.0％，2.0％≦Mo≦3.0％。
本发明实施例提供了一种制备不锈钢粉末的工艺方法，所述方法包括：获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；在还原气氛条件下，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品；如此，利用超级精铁矿还原的海绵铁替代废钢作为制备原料，避免了废钢中的杂质，确保了粉末的纯度；另外，在利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，进一步提高了粉末的纯度。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的制备不锈钢粉末的工艺方法流程示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中在制备不锈钢粉末时，由于废钢中的杂质较多，导致制备出的不锈钢粉末纯度低，流动性不高，进而导致基于该不锈钢粉末制备出的产品质量得不到保证的技术问题，本发明提供了一种制备不锈钢粉末的工艺方法，所述方法包括：获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；在还原气氛条件下，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品。
下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例一
本实施例提供一种制备不锈钢粉末的工艺方法，如图1所示，所述方法包括：
S101，获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；
为了避免废钢中的杂质，提高粉末纯度，本实施例获取超级精铁矿，采用超级精铁矿作为制备原料，将所述超级精铁矿还原为海绵铁。所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；所述超级精铁矿包括：粒度为2～5cm的第一精铁矿及粒度≧5cm的第二精铁矿。所述第一精铁矿的质量百分比为80～85％；所述第二精铁矿的质量百分比为15～20％。
这里，是以氢气作为还原气体，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为所述海绵铁。其中，所述非高炉炼铁工艺是用精铁矿、粉煤灰、石灰石，直接在氢气的还原气氛中还原出铁水，铁水经过渗碳处理(与粉煤灰反应)，冶炼成不锈钢省去了传统炼钢的焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢过程，进而避免了环境污染。所述精铁矿的质量百分比为95％，所述粉煤灰的质量百分比为3％，所述石灰石的质量百分比2％。
这里，所述海绵铁的粒度为2～5cm，所述海绵铁的化学成分的质量百分比包括：全铁TFe≧95.0％，磁性铁MFe≧90.0％，Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
S102，在还原气氛下，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；
将超级精铁矿还原为海绵铁之后，在还原气氛条件下，将所述海绵铁直接倒入3D打印真空气雾化设备中，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水。其中，-0.1Mpa≤真空压力≤0.1Mpa，熔融温度：1600～1700℃，优选地为1650℃。
这里，所述3D打印真空气雾化设备包括：熔炼炉及真空气雾化设备；熔炼炉与真空气雾化设备相连，熔炼炉在真空气雾化设备上方，所述熔炼炉可以具体是还原性熔炼炉。在利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，可以进一步提高粉末的纯度。
S103，向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；
本步骤中分别向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水。
在所述锰铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.5～2％；Mn：80～83％；Fe：14～18％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述铬铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：5～6％；Fe：15～20％；Cr：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述镍铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.03～0.5％；Fe：30～40％；Ni：50～60％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述钼铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.1～0.2％；Fe：45～50％；Mo：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
S104，利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；
然后利用3D打印真空气雾化设备的喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；具体地，将气氛感应熔炼炉内的所述钢水分批次倒入3D打印真空气雾化设备的中间包中；将所述中间包的钢水通过导流管依次转入所述喷吹设备中，在超音速气流下，利用喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末。
S105，利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品；
最后利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选去除杂质和铁粉、利用筛网对金属粉末进行筛分，获取相应粒度的粉末产品；所述筛网的目数包括270～380目、400目～500目、500目～600目、600目～700目，最后获取四种粒径级别的3D打印用粉末产品。
所述粉末产品为球粒，粒径在20μm～55μm(270目～700目)之间。所述粉末产品中各化学成分的质量百分比包括：C≦0.07％，Si≦1.0％，S≦0.03％，P≦0.035％，Mn≦0.035％，16.0％≦Cr≦18.0％，10.0％≦Ni≦14.0％，2.0％≦Mo≦3.0％。
实施例二
实际应用中，利用实施例一提供的方法制备316L不锈钢粉末时，具体实现如下：
为了避免废钢中的杂质，提高粉末纯度，本实施例获取超级精铁矿，采用超级铁矿作为制备原料，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为海绵铁。
其中，所述非高炉炼铁工艺是用精铁矿、粉煤灰、石灰石，直接在氢气的还原气氛中还原出铁水，铁水经过渗碳处理(与粉煤灰反应)，冶炼成不锈钢省去了传统炼钢的焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢过程，进而避免了环境污染。所述精铁矿的质量百分比为95％，所述粉煤灰的质量百分比为3％，所述石灰石的质量百分比2％。
所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe为80％，SiO2为1.6％，CaO为0.35％；MgO为0.3％；S为0.01％，P为0.09％；其余为杂质；所述超级精铁矿包括：粒度为2～5cm的第一精铁矿及粒度≧5cm的第二精铁矿。所述第一精铁矿的质量百分比为88％；所述第二精铁矿的质量百分比为12％。所述超级精铁矿可以为巴西矿粉。
将超级精铁矿还原为海绵铁之后，将所述海绵铁直接倒入3D打印真空气雾化设备中，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水。其中，在利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，可以进一步提高粉末的纯度。其中，真空压力为-0.1Mpa，熔融温度为1650℃。
然后，向所述铁水中加入0.5kg低碳锰铁、8kg高碳铬铁、8kg低碳镍铁、0.8kg钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水。
在所述锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金中，各化学成分的质量百分比如表1所示：
表1
然后利用3D打印真空气雾化设备的喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；具体地，将气氛感应熔炼炉内的所述钢水分批次倒入3D打印真空气雾化设备的中间包中；将所述中间包的钢水通过导流管依次转入所述喷吹设备中，在超音速气流下，利用喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末。
最后利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选去除杂质和铁粉、利用筛网对金属粉末进行筛分，获取相应粒度的粉末产品；所述筛网的目数包括270～380目、400目～500目、500目～600目、600目～700目，最后获取四种粒径级别的3D打印用粉末产品。
所述粉末产品为球粒，粒径在20μm～55μm(270目～700目)之间。所述粉末产品中各化学成分的质量百分比包括：C≦0.07％，Si≦1.0％，S≦0.03％，P≦0.035％，Mn≦0.035％，16.0％≦Cr≦18.0％，10.0％≦Ni≦14.0％，2.0％≦Mo≦3.0％。
实施例二
实际应用中，利用实施例一提供的方法制备316L不锈钢粉末时，具体实现如下：
为了避免废钢中的杂质，提高粉末纯度，本实施例获取超级精铁矿，采用超级铁矿作为制备原料，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为海绵铁。
其中，所述非高炉炼铁工艺是用精铁矿、粉煤灰、石灰石，直接在氢气的还原气氛中还原出铁水，铁水经过渗碳处理(与粉煤灰反应)，冶炼成不锈钢省去了传统炼钢的焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢过程，进而避免了环境污染。所述精铁矿的质量百分比为95％，所述粉煤灰的质量百分比为3％，所述石灰石的质量百分比2％。
所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe为72％，SiO2为1.8％，CaO为0.33％；MgO为0.26％；S为0.02％，P为0.08％；其余为杂质；所述超级精铁矿包括：粒度为2～5cm的第一精铁矿及粒度≧5cm的第二精铁矿。所述第一精铁矿的质量百分比为80％；所述第二精铁矿的质量百分比为20％。所述超级精铁矿可以为巴西矿粉。
这里，是以氢气作为还原气体，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为所述海绵铁。所述海绵铁的粒度为2～5cm，所述海绵铁的化学成分包括：TFe≧95.0％，MFe≧90.0％，Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。本实施例中，所述超级精铁矿的重量为30kg，获取到的海绵铁为25kg。
将超级精铁矿还原为海绵铁之后，将所述海绵铁直接倒入3D打印真空气雾化设备中，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水。其中，在利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，可以进一步提高粉末的纯度。其中，真空压力为-0.1Mpa，熔融温度为1650℃。
然后，向所述铁水中加入0.7kg中碳锰铁、6.8kg高碳铬铁、8.5kg中碳镍铁、1.2kg钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水。
在所述锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金中，各化学成分的质量百分比如表2所示：
表2
然后利用3D打印真空气雾化设备的喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；具体地，将气氛感应熔炼炉内的所述钢水分批次倒入3D打印真空气雾化设备的中间包中；将所述中间包的钢水通过导流管依次转入所述喷吹设备中，在超音速气流下，利用喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末。
最后利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选去除杂质和铁粉、利用筛网对金属粉末进行筛分，获取相应粒度的粉末产品；所述筛网的目数包括270～380目、400目～500目、500目～600目、600目～700目，最后获取四种粒径级别的3D打印用粉末产品。
所述粉末产品为球粒，粒径在20μm～55μm之间，平均粒径为25μm。所述粉末产品中各化学成分的质量百分比包括：C≦0.07％，Si≦1.0％，S≦0.03％，P≦0.035％，Mn≦0.035％，16.0％≦Cr≦18.0％，10.0％≦Ni≦14.0％，2.0％≦Mo≦3.0％。
本发明实施例提供的制备不锈钢粉末的工艺方法能带来的有益效果至少是：
本发明实施例提供了一种制备不锈钢粉末的工艺方法，所述方法包括：获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；在还原气氛下利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；利用所述3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品；如此，该方法可以利用超级精铁矿还原的海绵铁替代废钢作为制备原料，避免了废钢中的杂质，确保了粉末的纯度；另外，在利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行熔融时，海绵铁中少量的Fe2O3可以对熔融物中的杂质进行氧化去除，进一步提高了粉末的纯度；与传统的制备方法相比，生产成本也会降低；并且利用非高炉炼铁工艺将超级精铁矿还原成海绵铁时，省去了传统炼钢的焦化、烧结、高炉炼铁、转炉炼钢过程，进而避免了环境污染。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备不锈钢粉末的工艺方法，其特征在于，所述方法包括：
获取超级精铁矿，将所述超级精铁矿还原为海绵铁；所述超级精铁矿中各化学成分的质量百分比包括：TFe≧70％，SiO2％≦2.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在还原气氛条件下，利用3D打印真空气雾化设备对所述海绵铁进行抽真空、熔融，获取铁水；
向所述铁水中加入锰铁、铬铁、镍铁、钼铁合金进行真空熔炼，制备超音速喷吹用钢水；
利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末；
利用氮气对所述金属粉末进行冷却，对冷却后的所述金属粉末进行磁选、筛分，获取相应粒度的粉末产品。
2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述将所述超级精铁矿还原为海绵铁，还包括：
以氢气作为还原气体，利用非高炉炼铁工艺将所述超级精铁矿还原为所述海绵铁。
3.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述利用3D打印真空气雾化设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末，包括：
将所述钢水分批次倒入3D打印真空气雾化设备的中间包中；
将所述中间包的钢水依次转入所述3D打印真空气雾化设备的喷吹设备中，利用所述喷吹设备对所述钢水进行气雾化，获取金属粉末。
4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述超级精铁矿包括：粒度为2～5cm的第一精铁矿及粒度≧5cm的第二精铁矿。
5.如权利要求4所述的工艺方法，其特征在于，所述第一精铁矿的质量百分比为80～85％；所述第二精铁矿的质量百分比为15～20％。
6.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述海绵铁的粒度为2～5cm。
7.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述海绵铁各化学成分的质量百分比包括：TFe≧95.0％，MFe≧90.0％，Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
8.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，在所述锰铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.5～2％；Mn：80～83％；Fe：14～18％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述铬铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：5～6％；Fe：15～20％；Cr：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述镍铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.03～0.5％；Fe：30～40％；Ni：50～60％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％；
在所述钼铁合金中，各化学成分的质量百分比包括：C：0.1～0.2％；Fe：45～50％；Mo：48～50％；Si≦1.0％，S≦0.1％，P≦0.1％。
9.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述粉末产品的粒径包括：20μm～55μm。
10.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述粉末产品中各化学成分的质量百分比包括：C≦0.07％，Si≦1.0％，S≦0.03％，P≦0.035％，Mn≦0.035％，16.0％≦Cr≦18.0％，10.0％≦Ni≦14.0％，2.0％≦Mo≦3.0％。
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