CN109317688B - 一种气雾化铁硅铝粉的制备方法 - Google Patents

一种气雾化铁硅铝粉的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气雾化铁硅铝粉的制备方法，包括如下步骤：利用两台熔炼炉分别熔炼铁硅合金和铝，熔炼炉口均采用氮气保护；将铁硅合金熔体和铝熔体一起浇注入中间包中，通过所述中间包底部的漏嘴进入气雾化室，利用高压氮气进行雾化混合熔体成液滴，液滴冷却后即制得铁硅铝粉。本发明可以克服非真空状态下，由于铁硅铝熔点不同造成低熔点的铝会产生氧化造渣堵塞漏嘴导致气雾化过程无法进行的重大障碍，使得非真空状态时气雾化过程仍然能够顺利进行，制得的铁硅铝粉性能能够达到客户需求，金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。

Description

一种气雾化铁硅铝粉的制备方法
技术领域
本发明属于合金粉末制备领域，具体涉及一种气雾化铁硅铝粉的制备方法。
背景技术
金属中铁的熔点为1583℃，硅的熔点为1410℃，而铝的熔点为660℃，在非真空条件下三种金属熔炼合金时，铝在熔体中极易氧化造渣，在气雾化过程中铝渣会阻碍熔体通过直径约5mm的漏嘴进入气雾化室导致生产过程无法正常进行。
现有技术生产气雾化铁硅铝粉普遍是采用真空炉熔炼铁硅铝合金，然后将合金熔体再通过气雾化方法，利用高压氮气进行气雾化合金熔体制得铁硅铝粉。其优点是制备的铁硅铝粉含氧量低，利用该铁硅铝粉制得的金属磁粉芯各项性能优越，但缺点也很明显，在熔炼每一炉合金时都需要对设备抽取真空的操作，而且真空设备造价高昂，生产过程复杂，生产效率低，产品成本高。
CN201110324086.X提供了一种高磁导率低功耗铁硅铝磁粉芯的制造方法，其中铁硅铝粉的制备采用保护剂覆盖非真空中频感应电炉用来熔炼铁硅铝合金熔体；将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，该发明合金熔炼采用非真空中频感应电炉，比目前使用的真空感应电炉熔炼成本更低，设备投资少，生产过程操作方便。但铁硅铝合金在非真空条件下熔炼时，铝与铁、硅熔炼时温度相同，铝容易氧化，不利于氧含量的有效控制。
发明内容
本发明旨在不明显降低后端产品性能的情况下，提供一种在非真空条件下气雾化制造铁硅铝粉的方法，以降低设备和生产成本，同时提高生产率。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现。
一种气雾化铁硅铝粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、利用两台熔炼炉分别熔炼一定配比的铁硅合金和铝，熔炼炉口均采用氮气气氛保护；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，一起浇注入中间包中；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包底部的漏嘴进入气雾化室，利用高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述液滴冷却后即制得铁硅铝粉。
进一步地，所述熔炼炉采用中频感应熔炼炉。
进一步地，所述铁硅合金和所述铝的配比满足Si含量7～12％wt，Al含量4～8％wt，Fe含量余量。
进一步地，所述铁硅合金熔体的浇注温度为1580～1700℃，所述铝熔体的浇注温度为810～1000℃。
进一步地，所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时采用对向浇注的方式。
进一步地，所述铁硅合金熔体浇注时的流速为12～13kg/min，所述铝熔体浇注时的流速为0.7～0.9kg/min。
进一步地，所述高压氮气的压力为35～40kg。
进一步地，所述高压氮气的流速为40～50m3/min。
进一步地，所述漏嘴的直径为5～8mm。
本发明的有益效果：
本发明在开放条件下分别熔炼铁硅合金和铝，然后采用对向浇注的方式将熔体浇入中间包中，混合熔体通过漏嘴导入气雾化室，利用高压氮气将金属熔体击碎成液滴并在气雾化室冷却成粉末。这样制得的铁硅铝粉的球形度良好，由于生产过程简单，生产效率高，成本大幅下降，避免使用昂贵的真空设备和复杂的抽真空操作，生产设备及制备过程成本得到明显降低，同时氧含量可以控制在450ppm以下，成品率可达80％以上。
本发明可以克服非真空状态下，由于铁硅铝熔点不同造成低熔点的铝会产生氧化造渣堵塞漏嘴导致气雾化过程无法进行的重大障碍，使得非真空状态时气雾化过程仍然能够顺利进行，本发明的方法同样适用于两种或两种以上熔点不同的金属熔融时，避免熔点低的金属出现氧化造渣。
本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备方法所使用的制备系统；
图2为本发明制备方法实施例1制备的铁硅铝粉的表面形貌；
其中：
1、第一熔炼炉，2、第二熔炼炉，3、中间包，4、气雾化室，5、氮气储罐，6、集粉室。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限制本发明。
一种气雾化铁硅铝粉的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、利用两台熔炼炉分别熔炼一定配比的铁硅合金和铝，熔炼炉口均采用氮气气氛保护；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，一起浇注入中间包3中；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包3底部的漏嘴进入气雾化室4，利用高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述液滴冷却后即制得铁硅铝粉。
本发明在开放条件下分别熔炼铁硅合金和铝，然后采用对向浇注的方式将熔体浇入中间包3中，混合熔体通过漏嘴导入气雾化室4，利用高压氮气将金属熔体击碎成液滴并在气雾化室4冷却成粉末。这样制得的铁硅铝粉的球形度良好，由于生产过程简单，生产效率高，成本大幅下降，避免使用昂贵的真空设备和复杂的抽真空操作，生产设备及制备过程成本得到明显降低，同时氧含量可以控制在450ppm以下，成品率可达80％以上。本发明可以克服非真空状态下，由于铁硅铝熔点不同造成低熔点的铝会产生氧化造渣堵塞漏嘴导致气雾化过程无法进行的重大障碍，使得非真空状态时气雾化过程仍然能够顺利进行，本发明的方法同样适用于两种或两种以上熔点不同的金属熔融时，避免熔点低的金属出现氧化造渣。
优选地，所述熔炼炉采用中频感应熔炼炉，所述铁硅合金和所述铝的配比满足Si含量7～12％wt，Al含量4～8％wt，Fe含量余量。
优选地，所述铁硅合金熔体的浇注温度为1580～1700℃，所述铝熔体的浇注温度为810～1000℃，所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时采用对向浇注的方式，所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速为分别为12～13kg/min、0.7～0.9kg/min。本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化。
优选地，所述高压氮气的压力为35～40kg，所述高压氮气的流速为40～50m3/min，所述漏嘴的直径为5～8mm。以上雾化参数可以制得能够达到客户需求的铁硅铝粉性能。
优选地，所述铁硅合金替换为铁和硅。可以避免铁硅合金的制备，减少原料成本的投入。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
以下以具体实施例说明本发明的具体制备步骤。
实施例1
步骤1、使用第一熔炼炉1熔炼铁硅合金，使用第二熔炼炉2熔炼铝金属，第一熔炼炉1和第二熔炼炉2的熔炼炉口均采用氮气气氛进行保护，其中铁硅合金和铝金属的用量满足Si含量7％wt，Al含量4％wt，Fe含量余量；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，采用对向浇注的方式一起浇注入中间包3中；所述铁硅合金熔体的浇注温度为1580℃，所述铝熔体的浇注温度为810℃。所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速分别为12kg/min、0.7kg/min。本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包3底部的漏嘴进入气雾化室4，利用氮气储罐5提供高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述高压氮气的压力为35kg。所述高压氮气的流速为40m3/min。所述漏嘴的直径为5mm。所述液滴冷却后通过粉末收集管收集到集粉室6，最后制得铁硅铝粉。
所制得的铁硅铝粉平均粒径31μm，氧含量400ppm，150目筛网筛下物的成品率占81％，图2为铁硅铝粉的表面形貌，球形度良好。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
实施例2
步骤1、使用第一熔炼炉1熔炼铁硅合金，使用第二熔炼炉2熔炼铝金属，第一熔炼炉1和第二熔炼炉2的熔炼炉口均采用氮气气氛进行保护，其中铁硅合金和铝金属的用量满足Si含量10％wt，Al含量6％wt，Fe含量余量；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，采用对向浇注的方式一起浇注入中间包3中；所述铁硅合金熔体的浇注温度为1650℃，所述铝熔体的浇注温度为1000℃。所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速分别为12.5kg/min、0.8kg/min。本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包3底部的漏嘴进入气雾化室4，利用氮气储罐5提供高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述高压氮气的压力为37kg。所述高压氮气的流速为42m3/min。所述漏嘴的直径为5mm。所述液滴冷却后通过粉末收集管收集到集粉室6，最后制得铁硅铝粉。
所制得的铁硅铝粉平均粒径30μm，氧含量420ppm，150目筛网筛下物的成品率占81％。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
实施例3
步骤1、使用第一熔炼炉1熔炼铁硅合金，使用第二熔炼炉2熔炼铝金属，第一熔炼炉1和第二熔炼炉2的熔炼炉口均采用氮气气氛进行保护，其中铁硅合金和铝金属的用量满足Si含量12％wt，Al含量8％wt，Fe含量余量；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，采用对向浇注的方式一起浇注入中间包3中；所述铁硅合金熔体的浇注温度为1700℃，所述铝熔体的浇注温度为900℃。所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速分别为13kg/min、0.9kg/min。本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包3底部的漏嘴进入气雾化室4，利用氮气储罐5提供高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述高压氮气的压力为40kg。所述高压氮气的流速为50m3/min。所述漏嘴的直径为7mm。所述液滴冷却后通过粉末收集管收集到集粉室6，最后制得铁硅铝粉。
所制得的铁硅铝粉平均粒径29μm，氧含量425ppm，150目筛网筛下物的成品率占83％。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
实施例4
步骤1、使用第一熔炼炉1熔炼铁硅合金，使用第二熔炼炉2熔炼铝金属，第一熔炼炉1和第二熔炼炉2的熔炼炉口均采用氮气气氛进行保护，其中铁硅合金和铝金属的用量满足Si含量9％wt，Al含量5.5％wt，Fe含量余量；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，采用对向浇注的方式一起浇注入中间包3中；所述铁硅合金熔体的浇注温度为1700℃，所述铝熔体的浇注温度为950℃。所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速分别为13kg/min、0.9kg/min。本发明浇注时的温度条件、对浇的方式以及浇注流速可以使得铁硅合金熔体和铝熔体在浇注时可以达到一定程度的均匀化；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包3底部的漏嘴进入气雾化室4，利用氮气储罐5提供高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述高压氮气的压力为40kg。所述高压氮气的流速为47m3/min。所述漏嘴的直径为8mm。所述液滴冷却后通过粉末收集管收集到集粉室6，最后制得铁硅铝粉。
所制得的铁硅铝粉平均粒径28μm，氧含量450ppm，150目筛网筛下物的成品率占84％。
本发明气雾化铁硅铝粉的制备方法金属实收率较高、在非真空条件下可以实现工业化生产、操作简单、生产效率高、设备造价大幅下降，维护方便、产品性能较优秀。
对比例1
采用背景技术中的现有技术进行真空炉熔炼铁硅铝合金，然后将合金熔体再通过气雾化方法，利用高压氮气进行气雾化合金熔体制得的铁硅铝粉，平均粒径16μm，氧含量120ppm，150目筛网筛下物的成品率占88％。制备的铁硅铝粉含氧量低，但在熔炼每一炉合金时都需要对设备抽取真空的操作，由于真空设备造价高昂，生产过程复杂，生产效率低，产品成本高。
对比例2
采用背景技术中CN201110324086.X的方法采用非真空中频感应电炉用来熔炼铁硅铝合金熔体，将上述合金熔体经超高压水雾化制粉装置雾化成合金粉末，制得铁硅铝粉，所制得的铁硅铝粉平均粒径39μm，氧含量640ppm，150目筛网筛下物的成品率占74％。制备的铁硅铝粉含氧量较高，成品率也偏低。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、利用两台熔炼炉分别熔炼一定配比的铁硅合金和铝，熔炼炉口均采用氮气气氛保护；
步骤2、当熔炼好的铁硅合金熔体和铝熔体温度达到设定的浇注温度时，一起浇注入中间包中，其中，所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时采用对向浇注的方式，所述铁硅合金熔体的浇注温度为1580～1700℃，所述铝熔体的浇注温度为810～1000℃；
步骤3、铁硅合金熔体和铝熔体通过所述中间包底部的漏嘴进入气雾化室，利用高压氮气进行雾化混合熔体，将混合熔体击碎成液滴，所述液滴冷却后即制得铁硅铝粉。
2.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述熔炼炉采用中频感应熔炼炉。
3.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述铁硅合金和所述铝的配比满足Si含量7～12％wt，Al含量4～8％wt，Fe含量余量。
4.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述铁硅合金熔体和铝熔体浇注时的流速分别为12～13kg/min、0.7～0.9kg/min。
5.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述高压氮气的压力为35～40kg。
6.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述高压氮气的流速为40～50m3/min。
7.根据权利要求1所述气雾化铁硅铝粉的制备方法，其特征在于，所述漏嘴的直径为5～8mm。
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