CN112935165A - 一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置和方法 - Google Patents

一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置，按照工艺流程依次包括还原铁窑炉、耐热钢流筛、高温料仓、耐热锥形螺旋溜槽和液压机；还原铁窑炉的出料口通向耐热钢流筛，所述的耐热钢流筛之下设置高温料仓；高温料仓的出料口通向耐热锥形螺旋溜槽；耐热的锥形螺旋溜槽的金属化球团出料口通向液压机的模腔。本发明还公开了一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的方法。本发明创新的开辟出一种铁精矿粉直接还原铁和金属粉末热锻压技术的有机结合，生产制品出可替代铸造机械零部件毛坯的新方法，具有短流程，节能减排、高产高效、生态环保的特点。

Description

一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械 零部件的装置和方法
技术领域
本发明属于冶金技术和装备领域，具体涉及一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置和方法。
背景技术
直接还原铁/金属化球团(DRI)是冶炼品种钢、合金钢等优质钢必不可少的优质钢铁炉料，需要在冷态时，将残留的还原剂磁选分离出，将金属化球团(DRI)冷压成4.2t/m3左右的冷压块，称为MBI产品；或利用其500～800℃的显热，温压成5.0t/m3左右的热压块，称为HBI产品，才能为炼钢使用。
我国从2013年开始压缩普碳钢产能，鼓励开发非焦炼铁技术，及大力发展直接还原铁/金属化球团(DRI)的发展。所以，更有必要发展低成本高效的钢铁材料、机械零部件、特钢，更新的、前沿的、规模化、经济高效的新生产工艺技术，来武装和满足我国日益壮大和强大的机械制造业。
因此，发展低成本运作、节能减排降碳的一种铸件毛坯替代制品的装置和方法，就有了强大的生命力和发展空间。
金属热锻压机械零部件制品技术，是将金属粉末温热到600℃，将其加入液压机温压造型，再将造型块加热到1100～1150℃后，再热锻压成机械零部件或型材制品。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用金属化球团的高温显热，热分离热送热装热锻压机械零部件的装置和方法。
本专利创新提出一种将还原后的金属化球团直接进行热分离、热送热装到液压机的模腔，进行热锻压出机械零部件的新装置和方法。本发明将回转窑法或者竖炉法直接还原后的利用金属化球团的高温显热产品，在高温热态情况下，直接分离出残留的热态还原剂颗粒，再分离出残留的热态还原剂粉末，将利用金属化球团的高温显热，再进行气氛保护定量计量、热送热装到液压机的模腔中，利用利用金属化球团的高温显热的显热，锻压制备机械零部件或金属新材料的装置和方法。本发明创新的开辟出一种铁精矿粉直接还原和金属粉末热锻压技术的有机结合，生产制品出可替代铸造机械零部件毛坯的新方法，具有短流程，节能减排、高产高效、生态环保的特点。
具体技术方案如下：
本发明的目的之一是提供一种利用金属化球团(DRI)的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置，按照工艺流程依次包括还原铁窑炉、耐热钢流筛、高温料仓、耐热锥形螺旋溜槽和液压机；
所述的还原铁窑炉的出料口通向耐热钢流筛，所述的耐热钢流筛之下设置高温料仓，可使筛下物落入高温料仓；所述的高温料仓的出料口通向耐热锥形螺旋溜槽；所述的耐热锥形螺旋溜槽的金属化球团出料口，通向液压机的模腔。
所述的耐热锥形螺旋溜槽为上窄下宽，呈“塔”状。
本发明的原料为铁精矿粉需要采用造球盘造球，再采用转窑法或者竖炉法直接还原生产的金属化球团(DRI)产品，其中混合了残留的还原剂，残留的还原剂的粒度一般在1～20mm，呈粉状和颗粒状相混合，在温度1000～1050℃状态下，采用常规的方法很难将其跟金属化球团(DRI)产品彻底分离。
使用上述装置时，将还原铁密闭进入耐热钢流筛震动筛分，粗颗粒还原剂，通过热流筛出料口流出，形窑炉中温度1000～1050℃的混合了还原剂的金属化球团，通过还原铁窑炉出料口，成残留的粗颗粒还原剂；筛下物即金属化球团和还原剂细粉及个别相同于金属化球团粒度的还原剂颗粒，落入高温料仓。
筛下物从高温料仓自动、自流进入耐热锥形螺旋溜槽，经过数圈的离心旋转，由于金属化球团球度较大，真密度在2.2～3.8t/m3，而还原剂粉的松状密度仅为0.8t/m3左右，并且呈粉状或不规则小颗粒状，二者离心力相差悬殊，流动速度差别也大，加上耐热锥形螺旋溜槽又是呈“塔”状，金属化球团又为球度很高球状颗粒，加上螺旋溜槽的斜度在50°～70°，金属化球团下流运动的离心力更大，运动的速度越来越快，当物料到达耐热锥形螺旋溜槽底部时，靠近耐热锥形螺旋溜槽中心内壁处自动分离出残留煤粉，从耐热锥形螺旋溜槽的残留煤粉出料口流出，形成残留煤粉；而由于金属化球团(DRI)经数圈螺旋溜槽的离心旋转下流，DRI的离心运行速度快、离心力大，并且相互之间发生多次磨蹭和剐蹭，金属化球团表面粘附的煤粉也几乎被剐蹭干净，当到达耐热锥形螺旋溜槽底部时，耐热锥形螺旋溜槽外壁处，自动形成耐热溜槽金属化球团出料口，彻底、干净的分离出金属化球团(DRI)。
彻底分离出残留还原剂的金属化球团密闭输入液压机的模腔，经一次或几次热锻压为机械零部件制品，其密度在7.2～7.8t/m3。
为了保温和防氧化，可进行如下改进：
进一步，所述的金属化球团出料口与液压机之间设置液压机进料装置，将金属化球团密闭输入液压机的模腔；所述的液压机进料装置包括真空给料盒和通向液压机的模腔的绝热底板，所述的金属化球团出料口通向真空给料盒；相应于所述的真空给料盒设置往复液压缸，所述的往复液压缸可推动真空给料盒在绝热底板上向模腔滑动。
从金属化球团出料口进入到真空给料盒的金属化球团显热温度在1000℃左右，通过往复液压缸将真空给料盒向前推送，由于绝热真空给料盒是无底、无盖的结构，通过摩擦地板进入到模腔的上部，将其灌入金属化球团，绝热真空给料盒再往后运动，将模腔的上部刮平，回归原位。
再进一步，所述的真空给料盒采用双层310S或314耐热钢制作，中间抽取真空，内壁设有氮气孔，起到防氧化和降温作用。
再进一步，绝热底板采用保温绝热、耐磨复合底板制作，防止其吸热和降温。
进一步，所述的金属化球团出料口连接金属化球团溜槽；所述的金属化球团溜槽的出口处设置气动阀门。与还原剂分离的金属化球团可经气动阀门直接进入真空给料盒里。
进一步，所述的高温料仓和耐热锥形螺旋溜槽的外部均设置保温层。
进一步，所述的金属化球团的溜槽外部设置保温层。
再进一步，所述的保温层为氧化铝保温棉。
再进一步，高温料仓为采用310S或314材质制作。
进一步，所述的耐热钢流筛为密闭筛，材质采用310S或314材质。
进一步，还原铁窑炉中的1000～1050℃温度的金属化球团与还原剂的混合物，在分离出残留还原剂、达到真空给料盒的整个过程中，均采取了密闭、保温措施，防止金属化球团氧化和降温。
进一步，耐热锥形螺旋溜槽的残留煤粉出料口连接煤粉出溜槽；残留煤粉出料口与煤粉出溜槽均设有逆风阀或卸灰阀装置，有效防止了空气的进入，并采取充盈氮气的保护措施，整个筛分、料仓几个工序均充盈氮气，防止空气进入。
进一步，液压机的模腔上口平面也充满了氮气气氛保护装置，防止高温物料被氧化。
对于耐热锥形螺旋溜槽可作出如下改进。
进一步，耐热锥形螺旋溜槽为4～6圈螺旋状。
进一步，耐热锥形螺旋溜槽的斜度为50°～70°。
对于耐热钢流筛可作出如下改进。
进一步，耐热钢流筛的筛孔为5～5.5mm。
对于液压机可作出如下改进。
进一步，所述的液压机为四梁四柱型快锻液压机。
具体地，可通过液压机第三梁位置高低，调整模腔的容积大小，从而实现模腔里存放的金属化球团重量与热压机械零部件制品的重量相吻合。
模腔的金属化球团装满后，上模利用金属化球团的1000℃左右的显热，在合金热压模具内下压并下行，按要求下压到指定的位置后液压机的压强达到250～350MPa/cm2时，再上升，液压机第三粱下面往复液压缸下拉液压机第三梁，使下模相对上升，顶出机械零部件制品。
进一步，配合所述的液压机设置机械臂。机械零部件制品顶出后，通过机械臂将其取出并放置在铁笼中缓冷。
根据工艺技术的需要和其它要求，机械零部件制品也可通过机械臂，将其继续放置在气氛保护加热炉中，进一步加热到1150～1200℃以上，再进行调质或加温处理，再加入液压机的模腔里，再进行第二次热锻压或再进行热处理；此刻，机械零部件制品的密度达到7.6～7.8t/m3。
本发明的目的之二是提供一种使用上述装置的利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的方法，其包括如下步骤：
S1.采用回转窑法或者竖炉法直接还原生产金属化球团，得混合了还原剂与金属化球团的还原铁混合料Ⅰ；
S2.还原铁窑炉中温度1000～1050℃的还原铁混合料Ⅰ通过还原铁窑炉出料口，密闭进入耐热钢流筛震动筛分，粒度粗颗粒还原剂通过热流筛出料口排出，金属化球团与还原剂细粉通过筛孔，得还原铁混合料Ⅱ，落入高温料仓；
S3.还原铁混合料Ⅱ从高温料仓自动、自流进入耐热锥形螺旋溜槽，经过数圈的离心旋转，还原剂细粉等非金属化球团物料从耐热溜槽的残留煤粉出料口流出，金属化球团从耐热锥形螺旋溜槽外壁处的金属化球团出料口流出；
S4.真空给料，将金属化球团输入液压机的模腔，锻压获得机械零部件制品。
进一步，步骤S1中，所述的金属化球团为先采用铁精矿粉采用造球盘造球，再直接还原获得。
进一步，步骤S1中，直接还原使用的还原剂为颗粒煤或型煤，粒度在1～20mm。
进一步，所述的金属化球团的粒度为￠2～￠4.5mm。
进一步，步骤S3中，耐热锥形螺旋溜槽的斜度为50°～70°。
进一步，步骤S4获得的机械零部件制品的密度为6.2～7.6t/m3。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用了铁精矿粉经造球盘造球再还原获得的金属化球团作为原料，其中含有还原剂残留，在温度1000～1050℃状态下，很难将其跟金属化球团彻底分离。本发明采用两步处理方法，将其彻底分离。第一步：将物料密闭诺如耐热钢流筛震动筛分，脱除大颗粒还原剂。第二步：经过锥形螺旋溜槽离心旋转下流，利用金属化球团与还原剂的密度、形状差别，使两者分离。
2、本发明整个过程均采取密闭、保温措施，防止金属化球团氧化和降温，可使液压机模腔中的金属化球团的显热温度仍保持在1000℃左右
3、本发明中利用金属化球团的高温显热，直接热送热装热锻压部件，利用金属化球团的显热直接进行热锻压。
4、本发明减少了工序，高产、高效、低成本。本发明是将DRI产品和其显热进行技术应用再延伸；并且，还进一步缩短了常规DRI生产过程及热锻压机械零部件制备过程的流程，减少了多道工序，将DRI生产和热锻压制备技术有机结合在一体，延伸了DRI应用的产业链，将铁精矿粉经还原处理后，直接生产制备出终端的机械零部件产品，同时，也大大缩短了热锻压流程，减少了工序，同时，又充分利用了金属化球团产品的1000℃左右温度的显热，进一步降低了运行成本，最大限度做到了节能减排。单条生产线年产能在1.0～5.0万吨，产能比铸造法提高了3～5倍，比铸造法的运行成本降低了40％以上。
5、本发明将看似不相关的两套技术进行了有机结合。本发明将的直接还原的金属化球团(DRI)炉料生产技术和金属粉末热锻压机械零部件制备技术，本来不相干的两项技术进行了有机结合，将铁精矿粉经1000～1050℃还原后，又充分利用了金属化球团的1000℃左右温度的显热，直接锻压制备出终端的机械零部件制品或型材，具有延长铁矿粉或DRI产业链，节能减排、高产高效、生态环保的制备出终端机械零部件制品。
6、本发明的制品可替代部分铸铁件。本发明的制品可以替代50％以上的低标号铸铁机械零部件毛坯产品。
7、节能减排，生态环保。本发明将铁精矿粉经还原处理后，直接生产制备出终端的机械零部件制品，同时，也大大缩短了热锻压流程，减少了工序，还充分利用了金属化球团产品的1000℃左右温度的显热，进一步降低了运行成本，后续热锻压工序，也无需再加热了，最大限度做到了节能减排、生态环保。
附图说明
图1为具体实施方式中利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置的示意图；
图中：1、还原铁窑炉；1-1、还原铁窑炉出料口；2、耐热钢流筛；2-1、热流筛出料口；3、高温料仓；3-1、高温料仓出料口；4、耐热锥形螺旋溜槽；4-1、金属化球团出料口；4-2、残留煤粉出料口；5、液压机；5-1、合金热压模具；5-2、模腔；5-3、上模；5-4、液压机第三梁；5-5、第三梁往复液压缸；5-6下模；6、真空给料盒；7、绝热底板；8、往复液压缸；9、金属化球团溜槽；10、气动阀门；11、保温层；12、煤粉出溜槽；13、机械臂；14、铁笼；15、还原铁混合料Ⅰ；16、还原铁混合料Ⅱ；17、金属化球团；18、热压机械零部件制品；19、残留煤颗粒。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置，如图1所示，按照工艺流程依次包括还原铁窑炉1、耐热钢流筛2、高温料仓3、耐热锥形螺旋溜槽4和液压机5；
所述的还原铁窑炉1的出料口通向耐热钢流筛2，所述的耐热钢流筛2之下设置高温料仓3，可使筛下物落入高温料仓3；所述的高温料仓3的出料口通向耐热锥形螺旋溜槽4；
所述的耐热锥形螺旋溜槽4的底部包括残留煤粉出料口4-2和金属化球团出料口4-1；
残留煤粉出料口4-2连接煤粉出溜槽12；残留煤粉出料口4-2与煤粉出溜槽12均设有逆风阀或卸灰阀装置；
金属化球团出料口4-1连接金属化球团溜槽9；所述的金属化球团溜槽9的出口处设置气动阀门10；
所述的耐热锥形螺旋溜槽4为4～6圈螺旋；耐热锥形螺旋溜槽的斜度为50°～70°；
所述的高温料仓3和耐热锥形螺旋溜槽4的外部均设置保温层11；，所述的保温层11为氧化铝保温棉；
所述的耐热钢流筛2为密闭筛，其筛孔为5～5.5mm；
所述的液压机5为四梁四柱型快锻液压机，其包括可通过上顶缸推动的上模5-3、固定于下固定梁的下模5-6、固定于液压机第三梁5-4上的合金热压模具5-1；液压机第三梁5-4通过第三梁往复液压缸5-5推动，可通过液压机第三梁5-4位置高低，调整合金热压模具5-1的模腔5-2的容积；
相应于金属化球团溜槽9设置液压机进料装置；所述的液压机进料装置包括真空给料盒6和通向液压机5中模腔5-2的绝热底板7，所述的金属化球团溜槽9通向真空给料盒6；相应于所述的真空给料盒6设置往复液压缸8，所述的往复液压缸8可推动真空给料盒6在绝热底板7上向模腔5-2滑动；
配合所述的液压机5设置机械臂13；
配合所述的机械臂13设置铁笼14。
使用上述装置制备热锻压机械零部件，包括如下步骤：
S1.制备金属化球团(DRI)
a.铁精矿粉原料配料、制微型球团
本发明专利要求铁精矿粉采用造球盘造球，氧化铁球团粒度在￠2～4.5mm。
将品位TFe68.5～71.5％铁精矿粉打磨到160～200目细度，按铁矿粉的重量比配加细度120～200目的金属铁粉或还原铁粉，有机粘结剂为市场上购买的糊精粉。
其重量比配料方法是：
铁精矿粉:金属铁粉:有机粘结剂(质量比)＝(87～93):(5～10):(2～3)；
将几种物料一起均匀搅拌、喷水混碾，使其总水份达到8～9％，采用造球盘造球，粒度在直径￠2～4.5mm，存放超过3～4h后再使用。
b.还原剂和氧化球团加工
还原剂为颗粒煤或型煤，粒度在1～20mm。
粒度在￠2～4.5mm氧化球团经烘干、烧结后，备用。
c.直接还原
粒度在1～20mm还原剂和粒度在￠2～4.5mm的烧结后的氧化球团，采用煤基或双基回转窑法、或者竖炉法，在1000～1050℃温度下，经过3～6h的直接还原生产的含金属化球团(DRI)的还原铁混合料Ⅰ15，从还原铁窑炉出料口1-1下落。
S2.一次热分离
还原铁窑炉中温度1000～1050℃的还原铁混合料Ⅰ15通过还原铁窑炉出料口1-1，密闭进入耐热钢流筛2震动筛分，粒度粗颗粒还原剂(+5.5mm)通过热流筛出料口2-1排出，金属化球团与还原剂细粉通过筛孔，得还原铁混合料Ⅱ16，落入高温料仓3；
S3.二次热分离
还原铁混合料Ⅱ16从高温料仓3自动、自流进入耐热锥形螺旋溜槽4，经过4～6圈的离心旋转下流，由于金属化球团的球状度较大，真密度在2.2～3.8t/m3，螺旋斜度在50～70°,而还原剂粉的松状密度仅为0.8t/m3左右，二者离心力相差悬殊，流速差别也大，加上耐热锥形螺旋溜槽又是呈“塔”状，金属化球团自流运动的离心力更大，下流运动的速度越来越快，当物料到达耐热锥形螺旋溜槽4底部时，靠近耐热锥形螺旋溜槽中心内壁处自动分离出残留煤颗粒19，从耐热锥形螺旋溜槽4的残留煤粉出料口4-2流出，形成粒度5～20mm的残留煤颗粒19；而由于金属化球团(DRI)经数圈溜槽的离心旋转，金属化球团的离心运行速度快、离心力大，并且相互之间发生多次磨蹭和剐蹭，金属化球团表面粘附的煤粉也几乎被剐蹭干净，当到达耐热锥形螺旋溜槽4底部时，耐热锥形螺旋溜槽4外壁处，自动形成金属化球团出料口4-2，彻底、干净地分离出金属化球团17。
S4.热锻压
金属化球团17经气动阀门10直接进入真空给料盒6里，进入到真空给料盒6的金属化球团17显热温度在1000℃左右，再通过往复液压缸8将真空给料盒6向前推送，由于绝热真空给料盒6是无底、无盖的结构，通过绝热底板7进入到模腔5-2的上部，将其灌满金属化球团17，绝热真空给料盒6再往后运动，将模腔5-2的上部刮平，回归到位，气动阀门10打开，再向真空给料盒6灌入金属化球团17，并关闭气动阀10，进行周而复始的循环工作；
模腔5-2的金属化球团17装满后，上模5-3利用金属化球团17的1000℃左右的显热，在合金热压模具5-1内下压并下行，按要求下压到指定的位置后液压机5的压强达到250～350MPa/cm2时，再上升，第三梁往复液压缸5-5下拉液压机第三梁5-4，使下模5-6相对上升，顶出热压机械零部件制品18，再通过机械臂13将其取出并放置在铁笼14中缓冷。机械零部件制品18的密度在6.2～7.6t/m3。
还可将6.2～7.6t/m3的机械零部件制品18再进行气氛保护加热到1150～1200℃，再放置到模具中，继续采用液压机进行二次或三次热锻压，可生产热锻压出密度7.6～7.8t/m3的高密度、高强度机械零部件制品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的装置，其特征在于，按照工艺流程依次包括还原铁窑炉(1)、耐热钢流筛(2)、高温料仓(3)、耐热锥形螺旋溜槽(4)和液压机(5)；
所述的还原铁窑炉(1)的出料口通向耐热钢流筛(2)，所述的耐热钢流筛(2)之下设置高温料仓(3)；所述的高温料仓(3)的出料口通向耐热锥形螺旋溜槽(4)；所述的耐热锥形螺旋溜槽(4)的金属化球团出料口(4-1)通向液压机(5)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的金属化球团出料口(4-1)与液压机(5)之间设置液压机进料装置；所述的液压机进料装置包括真空给料盒(6)和通向液压机(5)中的模腔(5-2)的绝热底板(7)，所述的金属化球团出料口(4-1)通向真空给料盒(6)；相应于所述的真空给料盒(6)设置往复液压缸(8)，所述的往复液压缸(8)可推动真空给料盒(6)在绝热底板(7)上向模腔(5-2)滑动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的金属化球团出料口(4-1)连接金属化球团溜槽(9)；所述的金属化球团溜槽(9)的出口处设置气动阀门(10)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的耐热锥形螺旋溜槽(4)为4～6圈螺旋。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的高温料仓(3)和耐热锥形螺旋溜槽(4)的外部均设置保温层(11)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的保温层为氧化铝保温棉。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的耐热钢流筛(2)的筛孔为5～5.5mm。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，配合所述的液压机(5)设置机械臂(13)。
9.一种利用金属化球团的高温显热热分离热送热装热锻压机械零部件的方法，使用如权利要求1～8任一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1.采用回转窑法或者竖炉法直接还原生产金属化球团，得混合了还原剂与金属化球团的还原铁混合料Ⅰ；
S2.还原铁窑炉中温度1000～1050℃的还原铁混合料Ⅰ通过还原铁窑炉出料口，密闭进入耐热钢流筛震动筛分，金属化球团与还原剂细粉通过筛孔，得还原铁混合料Ⅱ，落入高温料仓；
S3.还原铁混合料Ⅱ从高温料仓自动、自流进入耐热锥形螺旋溜槽，经过数圈的离心旋转，还原剂细粉从耐热溜槽的残留煤粉出料口流出，金属化球团从耐热锥形螺旋溜槽外壁处的金属化球团出料口流出；
S4.真空给料，将金属化球团输入液压机的模腔，锻压获得机械零部件制品。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的金属化球团的粒度为￠2～￠4.5mm。
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