CN114367658A - 一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法，空心铁粉燃料包括空心铁粉，主要由铁粉基体和铁粉内部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。制备方法包括：选用空心铁粉为原料；渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空,通入氢气操作，保持炉内压力为0.4～0.6MPa，然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；筛分或破碎‑筛分。将制备得到的空心铁粉供给燃烧设备使用。本发明空心铁粉燃料不仅燃烧性好、热值高，且反应产物为氧化铁，氧化铁为重要工业原料，解决了单独使用氢气做燃料危险的问题。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种空心铁粉燃料及其制备、使用方 法。
背景技术
面对日益突出的能源安全和温室气体减排压力，研究“替代燃料”成为当前迫 切任务。金属燃料作为一种高热值的新型燃料，其能量密度远远高于煤、石油、 天然气等化石燃料，并且在燃烧的过程中不会产生硫氧化物、氮氧化物等有害气 体。同时，地球上拥有丰富的金属矿产资源，且金属冶炼技术成熟，能够为金属 燃料的应用提供坚实的基础。专利《一种纳米铁粉燃料发电方法及其装置》(申 请号：201710378169.4，公开号：CN107355300A)。公开了一种纳米铁粉燃料发 电方法及其装置，该方案以纳米铁粉为燃料，纳米铁粉与氧气混合后被点燃，产 生的热能转化为电能实现发电；对于燃烧产物Fe3O4，通过通入氢气还原Fe3O4， 实现对燃烧产物的回收。该发明的纳米铁粉发电方案绿色环保、无污染、可重复 利用，可替代现有不可再生能源。但是该方法需要纳米级铁粉，纳米级铁粉成本 较高，不利于工业应用，此外纳米铁粉燃烧热值有限。因此该铁粉燃料未见工业 生产应用。
基于金属燃料现状，现急需一种方便、实用的金属燃料制品来满足社会需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法，利用空心铁 粉制备一种空心储氢铁粉燃料，解决单独使用铁粉燃烧热值有限的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种空心铁粉燃料，包括空心铁粉，所述空心铁粉主要由铁粉基体和铁粉内 部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所 述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。
优选的，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，余量为 Fe和不可避免杂质。本发明空心铁粉基体的C<0.01％，以便最终空心铁粉燃烧 时降低碳排放。
优选的，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比还含有P：0.09％～0.24％。 由于P元素容易产生晶界偏析和产生磷化铁析出，破坏钢材塑性、韧性。通常情 况下，普通质量级钢中P≤0.045％，磷含量大于0.045％将显著降低钢材塑韧性， 这种低塑韧性的铁粉有利于燃烧时爆裂为无数细小颗粒，使燃烧更充分，且P 也为强发热元素，P的燃烧热值约为Fe的3倍，有利于提高热值。当然P含量 也不能太高，如果过高导致钢材塑性、韧性太低，从而导致燃烧时爆裂无力，不 容易爆裂为无数细小颗粒，因此上限定为0.24％。
优选的，还包括以下一种及以上内容：所述空心铁粉的粒径为50～100μm； 所述铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的 80％以上；所述基体外部整体闭合结构的空心铁粉中包括内部空腔为1个及以上， 其中，所述内部空腔为2个及以上的，各空腔之间相互独立或相互连通，所述内 部空腔为3个及以上的，各空腔之间部分独立，部分连通。
本发明空心铁粉粒径为50～100μm，粒径小于50μm，铁粉容易团聚，大于 100μm，颗粒过大不利于充分燃烧。铁粉基体为外部整体闭合的结构有利于氢气 的存储，至于铁粉内部空腔的数量，结构关系，连通与否，在外部整体闭合的前 提下对氢气的存储没有影响，即内部腔体可以是任意结构。另外，对氢气的存储 量要求不高的情况下，铁粉基体可以是未闭合结构。
铁粉基体是否为未闭合结构可以通过取样采用显微镜或扫描电镜观察。
一种如上所述空心铁粉燃料的制备方法，包括以下内容：
1)选用空心铁粉为原料；
2)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；直到渗氢结束，一直 保持炉内压力为0.4～0.6MPa；
3)筛分或破碎-筛分：所述筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除 烧结大颗粒得到所要的空心铁粉；所述破碎-筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉， 将烧结大颗粒破碎后再筛分去除剩余的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉。
本发明炉内压力为0.4～0.6MPa，大于0.4MPa有利于氢气扩散，若大于 0.6MPa则会引起不必要的工艺成本增加。直到渗氢结束，是为了防止外部空气 进入渗氢炉使铁粉氧化。升温至800～900℃，大于800℃有利于氢气扩散，若大 于900℃则会引起不必要的工艺成本增加。保温5～8小时同样是为了既保证铁粉 吸收更多的氢气，又能保证成本较低。所述烧结大颗粒为渗氢过程由于高温作用 导致不可避免的产生轻微粉末烧结，产生少量烧结大颗粒。
进一步的，所述作为原料的空心铁粉的制备方法包括以下内容：
制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对纯铁 进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；
粉末筛分：将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的粉末；
提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，对粉末进行分离，分离 得到空心铁粉粉末；
所述粉末筛分和提取空心铁粉的顺序不分先后。
本发明过热度为100～150℃和雾化压力为2.0～4.0MPa是为了保证雾化效果， 既不堵水口，也能保证出粉率。铁粉粒径为50～100μm，粒径小于50μm，铁粉 容易团聚，大于100μm，颗粒过大不利于充分燃烧。
优选的，所述渗氢炉为真空管式炉，或其它形式具备真空、加热和加压条件 的炉子；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气的操作进行1～5次，目的是保证炉 内氢气的纯净度；所述筛分采用震动筛，所述破碎采用对辊破碎机；所述经筛分 得到的空心铁粉的粒径为50～100μm；将筛分去除的烧结大颗粒经破碎后再筛分 一次，去除剩余的烧结大颗粒，提高合格空心铁粉的收得率。
优选的，所述纯铁为工业纯铁，其化学成分重量百分比为：C<0.005％，余 量为Fe和不可避免杂质；所述筛分采用震动筛；空心铁粉提取采用气流分级机 进行分离。
本发明工业纯铁C<0.005％，是为了保证得到的空心铁粉基体的C<0.01％， (熔炼及增磷过程会引起少量增碳，导致成品空心铁粉略高于工业纯铁原料碳含 量)以便最终空心铁粉燃烧时降低碳排放。空心铁粉提取采用气流分级机进行分 离，分离得到的空心铁粉既包括基体外部整体闭合的，又包括基体外部整体未闭 合的。
进一步的，所述作为原料的空心含磷铁粉的制备方法，将磷铁细粉与空心铁 粉混合均匀，放入真空加热炉中，对真空加热炉进行抽真空，通入氩气操作后， 升温至920～950℃，保温4～5小时，随炉冷却；所述磷铁细粉重量百分比为 0.5％～1％，其余为空心铁粉。
本发明加热温度920～950℃，温度大于920℃会显著增加磷的扩散速度，但 如果大于950℃铁粉烧结现象明显，因此控制在920～950℃之间。保温4～5小时， 大于4小时既可保证磷扩散完全，若大于5小时则会引起不必要的工艺成本增加。 所述磷铁细粉重量百分比为0.5％～1％，由于P元素容易产生晶界偏析和产生磷 化铁析出，破坏钢材塑性、韧性。这种低塑韧性的铁粉有利于燃烧时爆裂为无数 细小颗粒，使燃烧更充分，且P也为强发热元素，有利于提高热值。通过研究磷 铁细粉重量百分比为0.5％～1％之间效果最好。通过上述向铁粉中增磷处理后， 铁粉中磷含量为0.09％～0.24％。
优选的，所述真空加热炉为真空管式炉中，或其它形式具备真空和加热条件 的炉子；所述对真空加热炉进行抽真空，通入氩气的操作进行1～5次，目的是尽 量保证炉内气体不含氧气；所述磷铁细粉粒径小于2μm；所述磷铁细粉化学成分 重量百分比为：P20％～25％，C<1％，余量为Fe和不可避免杂质。
本发明磷铁细粉粒径小于2μm显著增加磷铁粉比表面积，可提高磷铁中磷 向铁粉中的扩散速度，有利于增磷。磷铁细粉P20％～25％，C<1％，P20％～25％ 的磷铁属常规产品，容易获得，C<1％是为了避免增磷处理过程磷铁中大量C元 素扩散至铁粉中，引起铁粉增C。
一种空心铁粉燃料的使用方法，将上述制备得到的空心铁粉5h内直接供给 燃烧设备使用。针对该使用方法，可以将空心铁粉燃料的制备工艺作为燃烧设备 燃料入口的前道工序，确保在5h内直接供给燃烧设备使用。
一种空心铁粉燃料的使用方法，将上述经包装制备得到的空心铁粉供给燃烧 设备使用。针对该使用方法，主要是针对异地燃烧设备使用受运输、存储等因素 的限制需要对空心铁粉燃料进行密闭包装。当然经包装制备得到的空心铁粉也可 以作为本地燃烧设备的备用燃料进行使用。
进一步的，将最终筛分后得到的空心铁粉采用密闭包装。铁粉从渗氢炉取出 到包装，总时间控制在5h内。铁粉从渗氢炉取出后，包括破碎、筛分、包装总 时间控制在5h内是为了保证铁粉不被氧化，如果表面生成氧化膜会降低铁粉燃 烧速度。
空心铁粉用于燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧，燃烧温度达到 1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用，生成的FeOX粉 经冷却后进行收集。
所述的燃烧设备可以是各种高温炉窑、特种发电设备等，尤其是带有粉末喷 射燃烧系统的加热设备中。
氢气燃烧热值极高，是目前除核能之外燃烧热值最高的元素，达到 142351kJ/kg，但是单独使用氢气做燃料危险，氢气极易燃，与空气混合能形成 爆炸性混合物，遇热或明火即发生爆炸。并且比空气轻，在室内使用和储存时， 漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。本发明利用空心铁粉制备一种 空心储氢铁粉燃料，其有益效果是：
本发明以空心铁粉为原料，通过渗氢工艺使铁粉内部空腔及铁基体充满或溶 解氢气，一方面避免氢气在运输或使用过程中的泄漏，解决了单独使用氢气做燃 料危险的问题。另一方面该空心铁粉燃料在燃烧过程中，氢气膨胀使铁粉爆裂成 无数微细铁粉颗粒，使铁粉燃烧更为充分，加上高热值的氢气燃料同时参与燃烧， 提高了空心铁粉燃料的燃烧热值。本发明空心铁粉燃料具有燃烧性好、不团聚、 热值高的特点，不仅易于生产，且反应产物为氧化铁，氧化铁为重要工业原料。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明 及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
工业生产中广泛采用真空雾化工艺来制备金属粉末，真空雾化工艺的优点在 于细粉收得率高，其主要缺点是大量粉末内部含有闭合的空腔。含有空腔的粉末 称为空心粉。粉末中的空腔是金属粉末的主要缺陷之一，增材制造成形结构中孔 洞主要来源于粉末内部空腔，大量孔洞的存在导致合金拉伸强度和屈服强度下 降，尤其使缺口持久寿命和疲劳性能明显恶化。本发明有效利用空心铁粉制备燃 料，可变废为宝，为该技术工业应用开辟一条新途径。
实施例1～3
本发明制备工艺简单，将增材制造成中废弃的空心铁粉作为原料，然后采用 渗氢工艺，使铁粉内部空腔及铁基体充满或溶解氢气，具体制备方法如下：
1)制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对 纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；所述工业纯铁化学成分重量百分比为： C<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
2)粉末筛分：采用震动筛将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的 粉末；
3)提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，采用气流分级机对 粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末；
4)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 保持炉内压力为0.4～0.6MPa直到渗氢结束，然后升温至800～900℃，保温5～8 小时，随炉冷却至室温；所述渗氢炉为真空管式炉，也可以是其它形式具备真空、 加热和加压条件的炉；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作，反复1～5次， 保证炉内氢气的纯净度；
5)筛分：将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除烧结大颗粒得到所要的空 心铁粉，空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，空心铁粉的粒径为 50～100μm，铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重 量的80％以上；
将制备得到的空心铁粉5h内直接喷入燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧， 燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用， 生成的FeOX粉经冷却后进行收集。
以上工艺及产品的具体参数详见表1、2中的实施例1～3。
实施例4～6
本发明制备工艺简单，将增材制造成中废弃的空心铁粉作为原料，然后采用 渗氢工艺，使铁粉内部空腔及铁基体充满或溶解氢气，具体制备方法如下：
1)制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对 纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；所述工业纯铁化学成分重量百分比为： C<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
2)提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，采用采用气流分级 机对粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末；
3)粉末筛分：采用震动筛将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的 粉末；
4)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 保持炉内压力为0.4～0.6MPa直到渗氢结束，然后升温至800～900℃，保温5～8 小时，随炉冷却至室温；所述渗氢炉为真空管式炉，也可以是其它形式具备真空、 加热和加压条件的炉；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作，反复1～5次后， 保证炉内氢气的纯净度；
5)破碎-筛分：所述破碎-筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，利用对辊破碎机 将烧结大颗粒破碎后再筛分去除难破碎的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉，空心 铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，空心铁粉的粒径为50～100μm， 铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的80％以 上；
6)包装：为避免铁粉表面氧化，所有铁粉从渗氢炉取出到包装，总时间控制 在5h内，包装采用密闭包装，待用。
将包装的空心铁粉喷入燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧，燃烧温度达到 1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用，生成的FeOX粉 经冷却后进行收集。
以上工艺及产品的具体参数详见表1、2中的实施例4～6。
实施例7～8
本发明制备工艺简单，将增材制造成中废弃的空心铁粉作为原料，然后采用 增磷、渗氢工艺，使含磷铁粉内部空腔及铁基体充满或溶解氢气，具体制备方法 如下：
1)制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对 纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；所述工业纯铁化学成分重量百分比为： C<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
2)提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，采用采用气流分级 机对粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末；
3)粉末筛分：采用震动筛将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的 粉末；
4)混粉：首先采用球磨机制备磷铁细粉，磷铁细粉粒径小于2μm。所述磷 铁化学成分重量百分比为：P含量20％～25％，余量为Fe和不可避免杂质。然后 将磷铁粉与空心铁粉在混料机中混合均匀，所述磷铁细粉重量百分比为 0.5％～1％，其余为空心铁粉；
5)铁粉增磷：将磷铁细粉与空心铁粉混合均匀，放入真空加热炉中，对真 空加热炉进行抽真空，通入氩气操作后，反复1～5次后充满氩气，保证炉内气体 不含氧气；升温至920～950℃，保温4～5小时，随炉冷却；所述真空加热炉为真 空管式炉中，或其它形式具备真空和加热条件的炉子；
6)渗氢：将增磷处理的空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空,通入 氢气操作，保持炉内压力为0.4～0.6MPa直到渗氢结束，然后升温至800～900℃， 保温5～8小时，随炉冷却至室温；所述渗氢炉为真空管式炉，也可以是其它形式 具备真空、加热和加压条件的炉子；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 反复1～5次后，保证炉内氢气的纯净度；
7)筛分：将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除烧结大颗粒得到所要的 空心铁粉，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，P： 0.09％～0.24％，空心铁粉的粒径为50～100μm，述铁粉基体外部整体闭合结构的 空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的80％以上。
将制备得到的空心铁粉5h内直接喷入燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧， 燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用， 生成的FeOX粉经冷却后进行收集。
以上工艺及产品的具体参数详见表1、2中的实施例7～8。
实施例9～10
本发明制备工艺简单，将增材制造成中废弃的空心铁粉作为原料，然后采用 增磷、渗氢工艺，使含磷铁粉内部空腔及铁基体充满或溶解氢气，具体制备方法 如下：
1)制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对 纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；所述工业纯铁化学成分重量百分比为： C<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
2)粉末筛分：采用震动筛将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的 粉末；
3)提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，采用采用气流分级 机对粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末；
4)混粉：首先采用球磨机制备磷铁细粉，磷铁细粉粒径小于2μm。所述磷 铁化学成分重量百分比为：P含量20％～25％，余量为Fe和不可避免杂质。然后 将磷铁粉与空心铁粉在混料机中混合均匀，所述磷铁细粉重量百分比为 0.5％～1％，其余为空心铁粉；
5)铁粉增磷：将磷铁细粉与空心铁粉混合均匀，放入真空加热炉中，对真 空加热炉进行抽真空，通入氩气操作后，反复1～5次后充满氩气，保证炉内气体 不含氧气；升温至920～950℃，保温4～5小时，随炉冷却；所述真空加热炉为真 空管式炉中，或其它形式具备真空和加热条件的炉子；
6)渗氢：将增磷处理的空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空,通入 氢气操作，保持炉内压力为0.4～0.6MPa直到渗氢结束，然后升温至800～900℃， 保温5～8小时，随炉冷却至室温；所述渗氢炉为真空管式炉，也可以是其它形式 具备真空、加热和加压条件的炉子；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 反复1～5次，保证炉内氢气的纯净度；
7)破碎-筛分：所述破碎-筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，利用对辊破碎 机将烧结大颗粒破碎后再筛分去除难破碎的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉，所 述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，P：0.09％～0.24％，空心铁 粉的粒径为50～100μm，铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空 心铁粉总重量的80％以上；
8)包装：为避免铁粉表面氧化，所有铁粉从渗氢炉取出到包装，总时间控制 在5h内，包装采用密闭包装，待用。
将包装的空心铁粉喷入燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧，燃烧温度达到 1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用，生成的FeOX粉 经冷却后进行收集。
以上工艺及产品的具体参数详见表1、2中的实施例9～10。
表1空心铁粉燃料组成
| 实施例 | C，wt％ | P，wt％ | 外部整体闭合占比，wt％ |
| 1 | 0.0089 | \ | 82 |
| 2 | 0.0092 | \ | 85 |
| 3 | 0.0079 | \ | 92 |
| 4 | 0.0065 | \ | 88 |
| 5 | 0.0091 | \ | 83 |
| 6 | 0.0066 | \ | 90 |
| 7 | 0.0090 | 0.15 | 86 |
| 8 | 0.0088 | 0.18 | 87 |
| 9 | 0.0087 | 0.21 | 89 |
| 10 | 0.0080 | 0.23 | 88 |
表2制备工艺各项关键参数及效果见下表
本发明空心铁粉原料除了采用上述的真空雾化工艺制备，还可以采用模板法 制备。所述的模板法是一种从包覆粉末的制备技术发展而来的空心粉末制备方 法，即各种形状的模板通过吸附作用或在界面发生反应，使金属、金属氧化物或 无机非金属沉积在模板上形成壳层，然后通过溶解或者是热处理(灼烧)的方法去 除模板，得到所需的空心粉末。模板可采用有机聚合物，也可用可分解的陶瓷或 无机粉末。目前研究得较多的是采用聚合物分散在水溶液中形成乳液或胶体溶 液，再在其乳滴或胶体颗粒表面沉积所需的外壳，从而得到具有空心结构的粉末。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限 制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中 部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方 案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种空心铁粉燃料，其特征在于，包括空心铁粉，所述空心铁粉主要由铁粉基体和铁粉内部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。
2.根据权利要求1所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，余量为Fe和不可避免杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比还含有P：0.09％～0.24％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，还包括以下一种及以上内容：
所述空心铁粉的粒径为50～100μm；
所述铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的80％以上；
所述基体外部整体闭合结构的空心铁粉中包括内部空腔为1个及以上，其中，所述内部空腔为2个及以上的，各空腔之间相互独立或相互连通，所述内部空腔为3个及以上的，各空腔之间部分独立，部分连通。
5.一种权利要求1～4任一项所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，包括以下内容：
1)选用空心铁粉为原料；
2)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作，然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；直到渗氢结束，一直保持炉内压力为0.4～0.6MPa；
3)筛分或破碎-筛分：所述筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除烧结大颗粒得到所要的空心铁粉；所述破碎-筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，将烧结大颗粒破碎后再筛分去除剩余的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉。
6.根据权利要求5所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，所述作为原料的空心铁粉的制备方法包括以下内容：
制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；
粉末筛分：将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的粉末；
提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，对粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末。
7.根据权利要求6所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，将磷铁细粉与空心铁粉混合均匀，放入真空加热炉中，对真空加热炉进行抽真空，通入氩气操作后，升温至920～950℃，保温4～5小时，随炉冷却；所述磷铁细粉重量百分比为0.5％～1％，其余为空心铁粉。
8.根据权利要求5所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，还包括以下一种及以上内容：
所述渗氢炉为真空管式炉，或其它形式具备真空、加热和加压条件的炉子；
所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气的操作进行1～5次；
所述筛分采用震动筛，所述破碎采用对辊破碎机；
所述经筛分得到的空心铁粉的粒径为50～100μm；
将筛分去除的烧结大颗粒经破碎后再筛分一次，去除剩余的烧结大颗粒。
9.根据权利要求6所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，还包括以下一种及以上内容：
所述纯铁为工业纯铁，其化学成分重量百分比为：C<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
所述筛分采用震动筛；
空心铁粉提取采用气流分级机进行分离。
10.根据权利要求7所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，还包括以下一种及以上内容：
所述真空加热炉为真空管式炉中，或其它形式具备真空和加热条件的炉子；
所述对真空加热炉进行抽真空，通入氩气的操作进行1～5次；
所述磷铁细粉粒径小于2μm；
所述磷铁细粉化学成分重量百分比为：P20％～25％，C<1％，余量为Fe和不可避免杂质。
11.根据权利要求5～10任一项所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，将最终筛分后得到的空心铁粉采用密闭包装。
12.根据权利要求11所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，铁粉从渗氢炉取出到包装，总时间控制在5h内。
13.一种权利要求1～4所述的空心铁粉燃料的使用方法，其特征在于，将权利要求5～10制备得到的空心铁粉5h内直接用于燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧，燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用，生成的FeOX粉经冷却后进行收集。
14.一种权利要求1～4所述的空心铁粉燃料的使用方法，其特征在于，将权利要求11～12制备得到的空心铁粉用于燃烧设备中，并在氧气辅助下燃烧，燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeOX粉，释放出的热量被吸收利用，生成的FeOX粉经冷却后进行收集。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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