CN109746454B - 一种不锈钢粉的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉末冶金的技术领域，具体涉及一种不锈钢粉的加工工艺，包括如下加工步骤，熔炼：向中频炉中加入固体的不锈钢，加热使其熔融；向中频炉的炉口内于熔融液的表层加入碎玻璃，使碎玻璃将熔融液表层完全覆盖；继续加热熔炼至碎玻璃与固体不锈钢全部融化；水雾化制粉：不锈钢熔融液倒入中间包中，从中间包的底部流入高压喷盘，从高压喷盘穿出后落入雾化桶内；在雾化桶内从高压喷盘喷出的高压水冲击熔融液柱，将熔融液柱打击粉碎形成不锈钢粉；脱水及烘干：将不锈钢粉依次经过脱水及烘干，得到产品不锈钢粉；采用本发明的加工工艺，可以降低不锈钢粉被氧化的风险，从而降低不锈钢粉的氧含量。

Description

一种不锈钢粉的加工工艺

技术领域

本发明涉及粉末冶金的技术领域，具体涉及一种不锈钢粉的加工工艺。

背景技术

雾化法是一种制备金属粉末的常用方法，该方法采用水或惰性气体击碎金属或合金熔体而制得粉末，其中采用水进行雾化的称为水雾化，水雾化是以水作为雾化介质，由于水的热容比比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强，所以水雾化制取的金属粉末颗粒形状为不规则状，具有良好的压缩性和成型性。

但在金属粉末的加工过程中，容易使金属或合金熔体受到大气的氧化，生成的氧化物在水雾化制粉中进入金属粉末，直接影响了粉末颗粒表面的光滑度，氧含量越高，金属粉末的流动性就越差。水雾化金属粉末中的氧主要以氧化物的形式存在，这些氧化物比纯铁硬得多，在成型时容易划伤模具，而且在烧结时，氧化物被高温还原，是产品的孔隙增多，制品严重脱碳，金相组织变坏，影响产品的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以降低产品的氧含量的不锈钢粉的加工工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种不锈钢粉的加工工艺，包括如下加工步骤：

（1）熔炼：向中频炉中加入固体的不锈钢，加热使其熔融；向中频炉的炉口内于熔融液的表层加入碎玻璃，使碎玻璃将熔融液表层完全覆盖；继续加热熔炼至碎玻璃与固体不锈钢全部融化；

（2）水雾化制粉：将步骤（1）中的不锈钢熔融液倒入中间包中，从中间包的底部流入高压喷盘，从高压喷盘穿出后落入雾化桶内；在雾化桶内从高压喷盘喷出的高压水冲击熔融液柱，将熔融液柱打击粉碎形成不锈钢粉；

（3）脱水及烘干：将步骤（2）得到的不锈钢粉依次经过脱水及烘干，得到产品不锈钢粉。

通过采用上述技术方案，玻璃是非晶无机非金属材料，是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的，它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物；本发明中的碎玻璃选自普通玻璃，其化学组成是Na₂SiO₃、CaSiO₃、SiO₂或Na₂O·CaO·6SiO₂等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。不锈钢熔炼过程中，加入保护层碎玻璃，碎玻璃质量轻于不锈钢，因此始终漂浮在不锈钢表层，起到隔绝空气的作用，可以有效的防止不锈钢在熔炼过程中被氧化，可以降低不锈钢内存在的氧含量；熔炼后，通过水雾化制粉、脱水机烘干即制得不锈钢粉。

作为优选，所述步骤（1）中，加入碎玻璃的量控制在1-3cm厚。

通过采用上述技术方案，优化保护层碎玻璃的覆盖厚度，即不浪费，也不影响不锈钢的熔炼，还可起到较好的保护隔离空气作用。

作为优选，所述步骤（2）中在不锈钢熔融液倒入中间包前，先对中间包预热，使中间包的内部温度不低于不锈钢的熔点。

通过采用上述技术方案，避免不锈钢熔融液倒入中间包时被冷却而导致局部提前结块，影响成品性能。

作为优选，所述中间包包括内部的坩埚和包裹在坩埚外部的加热套，所述加热套上开设有加热口，向所述加热口内持续吹入火焰，对坩埚加热至其内部温度不低于不锈钢的熔点。

作为优选，所述步骤（2）中，不锈钢熔融液从坩埚的开口倒入后，从坩埚底部漏下并流入高压喷盘。

通过采用上述技术方案，坩埚的耐高温性能好，先对坩埚加热使其温度上升后再倾倒不锈钢熔融液，一方面避免提前冷却结块而将坩埚底端的出孔堵住，另一方面也可避免加长不锈钢熔融液的冷却时间而使其易被氧化。

作为优选，所述步骤（2）中，高压喷盘内设置有相互独立的内环水路和外环水路，内环水路上通入高压水，外环水路上通入冷却水，高压水与冷却水均斜向下喷而射向熔融液柱，高压水的喷射终点位于冷却水的喷射终点上方。

作为优选，所述高压水的水压为35-60 MPa。

通过采用上述技术方案，内环水路与外环水路配合，使熔融液柱下落过程中被两波水流冲击，第一波为上方的内环水路的高压水，将熔融液柱冲击后形成粉末，然后被下方的冷却水喷射降温冷却，降低其被氧化的风险。

作为优选，所述高压水的喷射角度为45°，冷却水的喷射角度为60°。

通过采用上述技术方案，两个角度配合，是经过大量试验测试验证出的结果，在该两个角度配合下，冲击成粉末的不锈钢粉可以被迅速降温冷却，氧含量可以相对更低。

作为优选，所述步骤（2）中，雾化桶中持续通有惰性保护气。

通过采用上述技术方案，惰性保护气使雾化桶中处于无氧气的氛围中，可以有效的避免不锈钢熔融液在水雾化制粉过程中被氧化，从而降低不锈钢粉的氧含量。

作为优选，所述步骤（3）中，在真空烘干机中烘干，烘干后的产品进行筛分及合批，得到成品不锈钢粉。

通过采用上述技术方案，真空烘干机中烘干，避免不锈钢粉在烘干时被氧化，进一步降低不锈钢粉的氧含量。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

（1）通过在熔炼过程中在不锈钢粉表面覆盖保护层，将不锈钢与氧气隔绝，起到保护作用，可以防止其在熔炼过程中被氧化，从而降低不锈钢粉的氧含量；

（2）通过在水雾化制粉过程中，对中间包预热，用高压水结合冷却水对熔融液柱冲击成粉并冷却降温，降低了不锈钢粉被氧化的风险，降低其氧含量；

（3）通过在雾化桶中持续通入惰性保护气，使水雾化制粉过程中处于无氧氛围，且烘干过程在真空烘干机中操作，进一步降低了不锈钢粉被氧化的风险，使本发明的不锈钢粉的氧含量最低达到1400 ppm。

附图说明

图1为本发明的水雾化制粉步骤的原理图。

附图标记：1、坩埚；2、加热套；3、加热口；4、高压喷盘；41、高压入口；42、高压喷嘴；43、常压入口；44、常压喷嘴；5、熔融液柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进行进一步的说明。

本发明公开了一种不锈钢粉的加工工艺，主要生产的产品是304不锈钢粉和316不锈钢粉，也可用于生产其他型号的不锈钢粉，下面以304不锈钢粉为例进行详细的说明。

实施例1

一种不锈钢粉的加工工艺，具体加工步骤如下：

（1）熔炼：向中频炉中加入待加工型号的固体的不锈钢，加热使固体的不锈钢熔融；然后将粒径较小的碎玻璃从中频炉的炉口加入炉内，并将熔融液的表层完全覆盖住，覆盖厚度为3cm，起到隔绝氧气的保护作用；继续加热熔炼至碎玻璃和固体不锈钢全部融化；其中，碎玻璃越细越利于对不锈钢起到阻隔空气的保护作用，本发明中采用的是经过破碎的粒度为0.5-1.5cm的玻璃碎渣；

（2）水雾化制粉：如图1所示，本发明中的中间包包括内部的石英坩埚1和包裹在坩埚1外部的加热套2，加热套2上开设有加热口3；先通过加热口3，向加热套2内持续通入燃气火焰，对加热套2内的坩埚1进行加热，使坩埚1的内部温度不低于不锈钢的熔点；然后将中频炉内的不锈钢熔融液从坩埚1的开口倒入坩埚1内后，从坩埚1底部孔径为5mm的细孔内漏下，并流入高压喷盘4；由于碎玻璃的密度相比于不锈钢粉轻，因此在从中频炉向外倾倒熔融液时，玻璃熔融液会始终漂浮在不锈钢熔融液的表面且漂向远离倾倒侧的中频炉内部，最终不锈钢熔融液倒出后其会留在中频炉内部；

如图1所示，高压喷盘4内设置有相互独立的两圈水路，即内环水路和外环水路，高压喷盘4的一侧与内环水路连通设置有高压入口41，高压喷盘4的下表面于内环水路上设置有高压喷嘴42，高压喷嘴42的喷射角度为相对于熔融液柱5倾斜向下45°；高压喷盘4的一侧与外环水路连通设置有常压入口43，高压喷盘4的下表面于外环水路上设置有常压喷嘴44，常压喷嘴44的喷射角度为相对于熔融液柱5倾斜向下60°；操作时，用高压泵向高压入口41通入高压水，高压水的水压控制在35 MPa，用多级泵向常压入口43通入冷却水；从而使自上而下形成两拨水流，上方的高压水冲击，下方的冷却水进行冷却降温；

从坩埚1内漏下至高压喷盘4的熔融液柱5先被高压喷嘴42喷射出的高压水打击粉碎形成不锈钢粉末后，被下方的冷却水迅速冷却降温，缩短了不锈钢粉末的冷却时间，可以相对降低不锈钢粉被氧化的概率，相对降低氧含量，提高不锈钢粉的质量；

上述的熔融液柱5从高压喷盘4穿出后落入雾化桶内，雾化桶中持续通有惰性保护气，可以是氮气，也可是氩气，起到隔绝氧气，避免被氧化的作用，在雾化桶内实现将熔融液柱5打击粉碎形成不锈钢粉；雾化桶的上段为圆筒形结构、下段为锥形筒体结构，形成的不锈钢粉沉淀在下层的锥形筒内，雾化水则分层且位于不锈钢粉的上层，通过分层处理，从雾化桶的底部将不锈钢粉收集出来；

（3）脱水及烘干：将上述收集出来的不锈钢粉装入离心袋中，用吊装设备将离心袋放入平板式上卸料离心机中进行离心脱水，脱水后转入真空烘干机中真空烘干，然后经过筛分、合批及包装，得到成品不锈钢粉；利用本发明实施例1的工艺制备的不锈钢粉，氧含量为1600ppm。

实施例2

实施例2的加工工艺与实施例1的区别在于：步骤（1）中，加入碎玻璃的量控制在1cm厚，其余与实施例1一致，得到实施例2的不锈钢粉，测得其氧含量为1670 ppm。

实施例3

实施例3的加工工艺与实施例1的区别在于：步骤（1）中，加入碎玻璃的量控制在2cm厚，其余与实施例1一致，得到实施例3的不锈钢粉，测得其氧含量为1700ppm。

实施例4

实施例4的加工工艺与实施例1的区别在于：步骤（2）中，高压水的水压为45 MPa，其余与实施例1一致，得到实施例4的不锈钢粉，测得其氧含量为1480 ppm。

实施例5

实施例5的加工工艺与实施例1的区别在于：步骤（2）中，高压水的水压为54 MPa，其余与实施例1一致，得到实施例5的不锈钢粉，测得其氧含量为1400 ppm。

实施例6

实施例6的加工工艺与实施例1的区别在于：步骤（2）中，高压水的水压为60 MPa，其余与实施例1一致，得到实施例6的不锈钢粉，测得其氧含量为1500 ppm。

对比例1

申请公布号为CN 106270540 A 的发明专利申请中实施例3制备的合金粉，其氧含量为3060ppm。

对比例2

申请公布号为CN 107876786 A 的发明专利申请中实施例二制备的金属粉末，其氧含量为1800ppm以下。

对比例3

采用申请公布号为CN 107876786 A 的发明专利申请中实施例二的制备方法，制备304不锈钢粉，检测其氧含量为1920ppm。

由实施例1-6可知，本发明的加工工艺加工得到的不锈钢粉，其氧含量均小于0.2%，国际标准为小于0.3%，一般不锈钢粉的氧含量在0.2-0.3%，而采用本发明的加工工艺，将不锈钢粉的氧含量降低至0.2%以下，提高了不锈钢粉产品的综合性能。由对比例1-2并结合对比例3可知，本发明的加工工艺相比于其他的加工方法，可以相对降低金属粉末及不锈钢粉的氧含量，从而改善不锈钢粉的性能。

本发明可以相对降低产品不锈钢粉的氧含量，具体原理如下：

通过在中频炉内不锈钢熔融液的表层覆盖一层碎玻璃保护层，起到隔绝氧气的作用，由于碎玻璃比不锈钢轻很多，在熔炼过程中，玻璃层始终漂浮在不锈钢熔融液的表层，保护效果好；中间包预先加热，可以相对缩短不锈钢熔融液的冷却时间，使其在进入高压喷盘前处于较高的温度；进入高压喷盘后被上下两层水流作用，上方的水流，即高压水柱喷射向熔融液柱5，使熔融液柱5迅速被冲击形成粉末，然后被下方的水流，即冷却水流喷射降温，双重水路配合，先冲击形成粉末，再对粉末进行快速降温，缩短降温时间，降低产品的氧含量；雾化桶中持续通入氮气或氩气等惰性气体，起到隔绝氧气的保护作用，可以进一步的降低产品的氧含量；烘干时在真空烘干机中烘干，进一步保证了无氧烘干操作，降低了产品的氧含量，从而提高不锈钢粉的综合性能。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种不锈钢粉的加工工艺，其特征在于，包括如下加工步骤：

（1）熔炼：向中频炉中加入固体的不锈钢，加热使其熔融；向中频炉的炉口内于熔融液的表层加入碎玻璃，使碎玻璃将熔融液表层完全覆盖；继续加热熔炼至碎玻璃与固体不锈钢全部融化；

（2）水雾化制粉：将步骤（1）中的不锈钢熔融液倒入中间包中，从中间包的底部流入高压喷盘，从高压喷盘穿出后落入雾化桶内；在雾化桶内从高压喷盘喷出的高压水冲击熔融液柱，将熔融液柱打击粉碎形成不锈钢粉；

（3）脱水及烘干：将步骤（2）得到的不锈钢粉依次经过脱水及烘干，得到产品不锈钢粉；

所述步骤（2）中，高压喷盘内设置有相互独立的内环水路和外环水路，内环水路上通入高压水，外环水路上通入冷却水，高压水与冷却水均斜向下喷而射向熔融液柱，高压水的喷射终点位于冷却水的喷射终点上方；所述高压水的水压为35-60 MPa；

所述高压水的喷射角度为45°；所述冷却水的喷射角度为相对于熔融液柱倾斜向下60°，且冷却水与高压喷盘底面的夹角为60°。

2.根据权利要求1所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述步骤（1）中，加入碎玻璃的量控制在1-3cm厚。

3.根据权利要求1所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述步骤（2）中在不锈钢熔融液倒入中间包前，先对中间包预热，使中间包的内部温度不低于不锈钢的熔点。

4.根据权利要求3所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述中间包包括内部的坩埚和包裹在坩埚外部的加热套，所述加热套上开设有加热口，向所述加热口内持续吹入火焰，对坩埚加热至其内部温度不低于不锈钢的熔点。

5.根据权利要求4所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，不锈钢熔融液从坩埚的开口倒入后，从坩埚底部漏下并流入高压喷盘。

6.根据权利要求1所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述步骤（2）中，雾化桶中持续通有惰性保护气。

7.根据权利要求1所述的不锈钢粉的加工工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，在真空烘干机中烘干，烘干后的产品进行筛分及合批，得到成品不锈钢粉。

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