CN109865842B - 一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，包括采用雾化法进行粉末制备，包括以下步骤：S1：对原材料进行分拣分级；S2：清洗并脱水；S3：制定工艺配比，熔炼并添加配料；S4：雾化制粉；S5：脱水干燥；S6：筛选检测。本发明的有益效果是使得不锈钢边角废料回收利用，减少材料的浪费，提高不锈钢边角废料的利用率，采用不锈钢废边角板料进行金属粉末的制备，加工成本低，原材料充足，采用雾化法制备金属粉末，生产效率高，可以制备绝大多数的金属及其合金粉末，金属粉末质量可控，达到3D打印及增材制造使用要求。
Description
技术领域
本发明属于金属粉末制备技术领域，尤其是涉及一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺。
背景技术
对于不锈钢成套装备的制造企业，在生产设备的过程中，每年将产生大量不锈钢下脚料，造成大量材料的浪费。随着3D打印技术及增材制造被广泛应用，金属粉末作为最重要的打印材料之一，应用领域不断扩展，市场需求急剧增加。目前，3D打印和增材制造的最重要材料金属粉末主要还是要靠进口，只有快速国产化，才能彻底摆脱国外企业的牵制。而3D打印材料正是3D打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。目前，利用水雾化制备球形金属粉末主要是采用二次水雾化的方法，通过提高雾化水的压力，通过两次水雾化制得球形金属粉末。但是该方法的实现是采用双层的水雾化喷嘴进行两次雾化，需要对设备进行改造，增加了人力成本和生产成本，制得的金属粉末质量不好，不能达到3D打印使用要求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，采用雾化法对不锈钢废边角板料进行雾化制备粉末，对不锈钢废边角板料进行充分利用，提高其回收利用率，不锈钢粉末质量可控，达到3D打印及增材制造使用要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，采用雾化法进行粉末制备，包括以下步骤：
S1：对原材料进行分拣分级；
S2：清洗并脱水；
S3：制定工艺配比，熔炼并添加配料；
S4：雾化制粉；
S5：脱水干燥；
S6：筛选检测。
进一步的，步骤S1包括以下步骤：
S11：利用识别液对原材料进行纯度检测；
S12：对检测后的原材料表面进行清理；
S13：对表面清理后的原材料进行尺寸分级。
进一步的，步骤S3包括以下步骤：
S31：计算所需原材料的重量，对清洗脱水后的原材料进行称重，进行熔炼；
S32：计算所需配料的重量，添加配料，进行成分调整；
S33：脱氧除渣。
进一步的，步骤S4包括以下步骤：
S41：调整熔化后的金属溶液温度至浇注温度；
S42：将达到浇注温度的金属溶液进行雾化，制备金属粉末；
S43：对金属粉末进行收集，并进行脱水处理。
进一步的，步骤S11中的识别液为不锈钢材质识别液。
进一步的，步骤S31中的熔炼时采用的熔化设备为中频感应炉。
进一步的，步骤S32中的配料包括但不限于铬、镍、锰、硅、磷、硫、钼。
进一步的，雾化法为高压水雾化或水气联合雾化。
进一步的，步骤S43中的粉末收集为真空收集，并进行真空脱水处理。
进一步的，S6中检测包括但不限于质量检测、化学成分检测和物理特性检测。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于采用上述技术方案，使得不锈钢设备生产加工企业的大量的不锈钢边角废料回收利用，减少材料的浪费，提高不锈钢边角废料的利用率，采用不锈钢废边角板料进行金属粉末的制备，加工成本低，原材料充足，采用雾化法制备金属粉末，生产效率高，可以制备绝大多数的金属及其合金粉末，金属粉末质量可控，达到3D打印及增材制造使用要求；
2.在进行不锈钢废边角板料熔炼之前，对不锈钢废边角板料进行纯度检测，并制定配比工艺，使得金属粉末成分可靠，质量可以充分保证；
3.在不锈钢废边角板料在进行熔炼时加入配料，保证金属粉末的化学元素组成和物理性能，满足不同类型金属粉末的制备；
4.采用雾化方法进行金属粉末的制备，氧含量较低，固化速度快，纯度高，金属粉末的粒径均匀，金属粉末的质量可控。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明涉及一种利用不锈钢废边角板料制备粉末的工艺，对生产不锈钢成套设备的制造企业产生的边角料进行回收利用，将不锈钢废边角板料作为原材料进行不锈钢粉末的制备，制备的不锈钢粉末用于3D打印使用，提高不锈钢废边角板料的回收利用率，降低不锈钢粉末生产成本，同时，不锈钢粉末质量可控。
上述的利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，采用雾化法进行粉末制备，该雾化法可以是高压水雾化，也可以是水气联合雾化，根据实际需求进行选择。高压水雾化制备粉末的方法具有两种方式：一种称为敞开式，采用敞开式雾化时，采用敞开式的设备，雾化环境与大气通，粉末如对氧敏感的话，则易氧化，所以，敞开式雾化一般用于制作对粉末的氧含量要求不高或不易氧化的硅铁粉、铬铁粉、铜合金粉、热喷涂用的镍基合金粉等粉末。水气联合雾化用于生产高级不锈钢(MIM)金属粉、焊料或铁硅磁性金属粉等。根据实际生产的金属粉末的类型进行雾化法的选择。
该利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，具体包括以下步骤：
S1：对原材料进行分拣分级，这里，原材料为生产后设备后产生的不锈钢废边角板料，通过对不锈钢废边角板料进行筛选分级，根据制备的不同类型的金属粉末选择不同类型的不锈钢废边角板料，选用不同成分的不锈钢边角废料进行金属粉末的制作，使得制备的金属粉末质量可控，且使得制备的金属粉末的性能达到使用需求。对不锈钢废边角板料的分拣分级具体包括以下步骤：
S11：利用识别液对原材料进行纯度检测：在进行金属粉末制备之前，对不锈钢废边角板料进行挑选，选择优质的不锈钢废边角板料，即表面质量较好的不锈钢废边角板料，不具有杂质。不锈钢废边角板料选择完成后，采用识别液对不锈钢废边角板料进行检测，根据检测的结果进行分拣，这里识别液为不锈钢材质识别液，该不锈钢材质识别液为市售产品，根据实际需求进行选择，采用不锈钢材质识别液对不锈钢废边角板料进行类型、组分的检测，掌握不锈钢废边角板料的组成成分，以此保证不锈钢废边角板料的纯度，进而保证制备的金属粉末的质量，使得金属粉末的质量可控。
S12：对检测后的原材料表面进行清理，对经过不锈钢材质识别液检测后的不锈钢废边角板料的表面进行清理，将不锈钢废边角板料表面的保护薄膜等边角料清除干净，减少制备金属粉末过程中杂质的引入，保证制备的金属粉末的质量。对不锈钢废边角板料表面的杂质的清理方式可以是人工清理，也可以是通过清理设备进行清理，或者是其他清理方式，根据实际需求进行选择。
S13：对表面清理后的原材料尺寸进行分级，对表面清理干净的不锈钢废边角板料进行尺寸的挑选分级，以使得不锈钢废边角板料的尺寸满足后续的熔炼时熔炼设备的要求，不会因尺寸过大不能放入熔炼设备中，根据熔炼设备的进料口的尺寸设定不锈钢废边角板料的规定尺寸，大于该规定尺寸的不锈钢废边角板料送至剪板机进行裁剪，使其大小符合尺寸要求，便于后期的熔炼。
S2：对分拣分级后的原材料进行清洗并脱水，将经过分拣分级的符合尺寸规格的不锈钢废边角板料送至清洗设备处进行清洗，将不锈钢废边角板料表面的油污、泥沙等杂质清洗掉，减少制备金属粉末时杂质的引入，不锈钢废边角板料清洗干净后进行脱水处理，脱干表面的金属水分，避免由于水分影响金属粉末制备的后续的熔炼工序。这里清洗脱干设备为清洗脱干一体机，为市售产品，根据实际需求进行选择，也可以选择振动清洗机和烘干机，进行不锈钢废边角板料清洗和脱水，或者是选择其他设备进行不锈钢废边角板料的清洗和脱干，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。
S3：制定工艺配比，熔炼并添加配料，根据需要制备的金属粉末的质量性能要求，制定工艺配比及熔炼工艺。具体的，根据需要制备的金属粉末的重量及金属粉末的质量性能要求，计算所需的不锈钢废边角板料的重量和所需的其他配料的重量，制定工艺配比，不锈钢废边角板料的重量确定后，对不锈钢废边角板料进行熔炼，并在熔炼的过程中添加配料，对熔融后的不锈钢废边角板料进行成分进行调整，以使得制备的金属粉末达到质量和性能的要求。具体包括以下步骤：
S31：制定配比工艺，根据需要制备的金属粉末，同时根据测得的不锈钢废边角板料的成分的检测，按照金属粉末化学成分国际标准，计算所需的不锈钢废边角板料的重量，以及配料的重量，对清洗脱干后的不锈钢废边角板料进行称重，将称重后的不锈钢废边角板料装入熔炼设备中，进行不锈钢废边角板料的熔炼，这里，熔炼设备为中频感应炉，为市售产品，根据实际需求进行选择。
S32：添加配料，进行成分调整：待中频感应炉中的不锈钢废边角板料全部熔化后，根据待制备的金属粉末的质量性能的要求，向熔融的不锈钢废边角板料溶液中加入配料，进行成分的调整，配料的重量根据上述步骤计算的重量进行添加，这里配料包括但不限于合金元素铬、镍、锰、硅、磷、硫、钼，根据实际需求进行种类选择添加。
S33：脱氧除渣，对熔融的不锈钢金属液加入脱氧剂，进行脱氧，脱氧完成后，将中频感应炉功率归零，快速扒渣，直至除渣干净，进行除渣，将杂质清楚干净，便于后续雾化制粉。这里，脱氧剂为市售产品，根据实际需求进行选择。
S4：脱氧除渣后的不锈钢废边角板料金属溶液进行雾化，制备金属粉末。该雾化法制备金属粉末的原理是：进入雾化塔内的金属溶液，在超高压水流作用下破碎成大量细小的金属液滴，细小的液滴在飞行过程中在表面张力和惰性气体流的共同作用下，快速冷却，形成亚球形或球形颗粒，达到制粉的目的。该不锈钢废边角板料的金属溶液进行雾化制备粉末，具体包括以下步骤：
S41：调整熔化后的金属溶液温度至浇注温度，利用测温仪测量脱氧除渣后的不锈钢废边角板料的金属溶液的温度，若该金属溶液的温度达到浇注温度时，则进行浇注，将金属溶液导入保温中间包内，进行后续雾化工序；若该金属溶液的温度没有达到浇注温度时，则对金属溶液进行温度调整，使之达到浇注温度，进行浇注，便于后续雾化制备金属粉末。这里，测温仪可以是接触式测温仪，也可以是非接触式测温仪，或则是其他类型的测温仪，均为市售产品，根据实际需求进行选择。浇注温度根据不锈钢的材质成分进行确定，不同的不锈钢的浇注温度不同。
S42：将达到浇注温度的金属溶液导入雾化塔内进行雾化，制备粉末，具体地，将达到浇注温度的金属溶液导入烘烤过的保温中间包中，经过中间包底部的导流嘴流到雾化塔内，在雾化塔内的高压喷嘴喷出的高压水的作用下，将流下的金属溶液的液柱击碎雾化，形成大小颗粒均匀金属液滴，细小的液滴在飞行过程中在表面张力作用下，快速冷却，形成亚球形或球形颗粒，形成金属粉末。
S43：对金属粉末进行收集，并进行脱水处理，雾化后的金属粉末在雾化塔内的惰性气体的保护作用下，流到雾化塔下方的收集装置中进行收集，并进行脱水处理。这里不锈钢粉末收集为真空收集，并进行真空脱水处理。
S5：脱水干燥，将收集脱水后的金属粉末送至真空干燥机内，进行抽真空干燥处理，去除金属粉末的水分。
S6：筛选检测，将干燥后的金属粉末送至振动筛分选机内进行筛选，去除金属粉末内的杂质，提高金属粉末的质量。金属粉末筛选后，进行金属粉末粒度分级，分级后，对金属粉末进行检测，检测包括但不限于金属粉末的质量、化学成分、物理特性，例如检测金属粉末的化学成分、粒度分布、粉末的球形度、流动性、松装密度等。
S7：根据制备要求对不锈钢粉末进行调配分级，并进行包装入库。
采用上述方法制备的MIM316L不锈钢粉末的化学成分及含量如下表：
采用上述方法制备的MIM316L不锈钢粉末的物理性能及含量如下表：
| D10％(um) | D50％(um) | D90％(um) | T.D.振实密度(g/cm3) |
| 2.756 | 8.211 | 22.83 | 4.67 |
由上述两表内容可以知道，采用上述方法制备的金属粉末，其化学成分及含量和物理性能均达到国际标准，且生产成本低，产品的质量可控。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使得不锈钢设备生产加工企业的大量的不锈钢边角废料回收利用，减少材料的浪费，提高不锈钢边角废料的利用率，采用不锈钢废边角板料进行金属粉末的制备，加工成本低，原材料充足，采用雾化法制备金属粉末，生产效率高，可以制备绝大多数的金属及其合金粉末，金属粉末质量可控，达到3D打印及增材制造使用要求；在进行不锈钢废边角板料熔炼之前，对不锈钢废边角板料进行纯度检测，并制定配比工艺，使得金属粉末成分可靠，质量可以充分保证；在不锈钢废边角板料在进行熔炼时加入配料，保证金属粉末的化学元素组成和物理性能，满足不同类型金属粉末的制备；采用雾化方法进行金属粉末的制备，氧含量较低，固化速度快，纯度高，金属粉末的粒径均匀，金属粉末的质量可控。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (1)
1.一种利用不锈钢废边角板料制作粉末的工艺，其特征在于：采用雾化法进行粉末制备，所述雾化法为高压水雾化或水气联合雾化，包括以下步骤：
S1：对原材料进行分拣分级；
S2：清洗并脱水；
S3：制定工艺配比，熔炼并添加配料；
S4：雾化制粉：脱氧除渣后的不锈钢废边角板料金属溶液进行雾化，制备金属粉末；
S5：脱水干燥：将收集脱水后的金属粉末送至真空干燥机内，进行抽真空干燥处理，去除金属粉末的水分；
S6：筛选检测：包括质量检测、化学成分检测和物理特性检测；
S7：对不锈钢粉末进行调配分级，并进行包装入库；
所述步骤S1包括以下步骤：
S11：利用不锈钢材质识别液对所述原材料进行纯度检测；
S12：对检测后的原材料表面进行清理；
S13：对表面清理后的原材料进行尺寸分级；
所述步骤S3包括以下步骤：
S31：计算所需原材料的重量，对清洗脱水后的原材料进行称重，进行熔炼，熔炼时采用的熔化设备为中频感应炉；
S32：计算所需配料的重量，添加所述配料，进行成分调整；
S33：脱氧除渣，对熔融的不锈钢金属液加入脱氧剂，进行脱氧，脱氧完成后，将中频感应炉功率归零，快速扒渣，直至除渣干净；
所述步骤S4包括以下步骤：
S41：调整熔化后的金属溶液温度至浇注温度；
S42：将达到浇注温度的所述金属溶液进行雾化，制备金属粉末；具体的，将达到浇注温度的金属溶液导入烘烤过的保温中间包中，经过中间包底部的导流嘴流到雾化塔内，在雾化塔内的高压喷嘴喷出的高压水的作用下，将流下的金属溶液的液柱击碎雾化，形成大小颗粒均匀金属液滴，细小的液滴在飞行过程中在表面张力作用下，快速冷却，形成亚球形或球形颗粒，形成金属粉末；
S43：对所述金属粉末进行收集，并进行真空脱水处理；具体的，雾化后的金属粉末在雾化塔内的惰性气体的保护作用下，流到雾化塔下方的收集装置中进行收集，并进行真空脱水处理；
所述工艺所制备的MIM316L不锈钢粉末的物理性能及含量如下：
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