CN1179810C - 雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法 - Google Patents
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Abstract
该发明公开了一种采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法，包括配料、熔炼、雾化成形、筛分等。该方法由于采用在惰性气体保护及全密封的条件下对原料粉加热熔化并直接通过高压、强气流惰性气体雾化成球状粉末，而具有工艺流程短，将熔化后的熔液直接雾化成形，工艺连续、操作方便可靠，产品质量及球化效果好、硬度高、生产成本较背景技术下降50%以上，生产率成倍提高、能耗低，产品用于堆焊、喷焊流动性、填充性好等特点。克服了背景技术存在的或生产工艺复杂、产品质量及稳定性差、生产成本高；或对生产设备性能要求高、工艺控制难度大、球化率低、产品粒度的均匀性差，难以生产200目以下的球状细粉等弊病。
Description
技术领域
本发明属于一种生产硬质合金粉料(末)的方法，特别是一种采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法。用该方法生产的球状铸造碳化钨粉，可广泛用于对耐磨等性能要求较高的金属零部件表面的补强处理。
背景技术
球状铸造碳化钨(WC)粉，因其熔点高(2600℃)硬度高和优良的耐磨性、在喷焊、堆焊时良好的流动性及填充性等，被广泛地应用于石油、地质、工程机械及轧辊等对耐磨、耐高温性能要求较高的零部件金属表面的补强，以有效提高其工作效率和使用寿命。传统的铸造WC粉是采用石墨管炉或可倾式熔炼炉将WC和金属W(钨)粉混合，在带空气的炉腔中熔化后，在石墨熔铸模中冷却成细树枝状的合金块——WC·W2C的共晶体后，再通过球磨机等机械方法将其磨成粉末。采用此种方法生产的铸造WC粉末存在生产成本高、产品质量稳定性差、产品的硬度与WC·W2C的理论值相差甚远，加之微粒形状不规则，流动性和填充性差又影响其喷焊或堆焊时的使用性能。针对上述缺陷，有人设计了一种将WC原料制成自耗性旋转式电极(阳极)，与不熔性阴极在轴线方向正对，工作时高速旋转的WC阳极在电弧的作用下熔化并在离心力的作用下抛离电极，抛离电极的WC液滴、液片在表面张力的作用下最终形成球状粉末。该方法生产的铸造WC粉末虽然具有纯度较高、无夹渣，粉末的成球性好等特点，但却存在设备成本高，WC自耗电极的制造较复杂，铸造WC粉末生产率低，生产成本高，难以实现规模化生产等弊病；此外当WC熔液过热度不够时亦存在因球化前凝固而影响其成球性的弊病。
而在EP0687650A1的专利文献中，公开了一种通过等离子火焰在坩锅中将WC+W熔化，然后将熔液以一定的熔液流束倾倒于一个快速旋转的冷却板上，在惰性气体保护下制得WC球状粉末。此种方法虽然具有工艺流程较短、产品成份稳定、晶粒细，硬度较高，流动性较好，在进行喷焊及堆焊时有较好的使用性能；其综合性能明显优于按传统方法生产的铸造WC粉；但却存在冷却板的材质及旋转速度对产品的质量影响较大、亦难以有效地调节、控制，球化效率较低，产品粒度的均匀性较差且难以生产200目以下的细粉等缺陷。
因此，上述生产方法存在或生产工艺复杂、产品质量及稳定性差、生产成本高，产品用于喷焊或堆焊时流动性和填充性差，对金属表面的补强效果差；或对生产设备的性能要求高、工艺控制难度大、球化率低、产品粒度的均匀性差，而且难以生产200目以下的球状细粉等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法。以达到简化生产工艺流程，连续产业化作业，操作控制方便、可靠，产品质量及球化效果好，有效提高生产率、降低能耗及生产成本等目的。
本发明的解决方案是将WC和金属钨粉按比例混合，在惰性气体保护下熔化后，立即将其熔液(熔液滴或熔液末)置于喷射式高压惰性气体的强气流条件下直接雾化成球状细粉，最后经冷却筛分即成。因此，本发明方法包括：
A、配料：将粒度为0.6～100μm的碳化钨(WC)粉和金属钨(W)粉，按重量份计：碳化钨粉∶钨粉＝1.0∶0.5～2.5的比例混合均匀，配制成混合粉料待用；
B、熔炼：首先将石墨管式高温熔炼炉预热至2600℃～3500℃后，在惰性气体保护下将上述待用的混合粉料送入管式炉腔，在自由下落过程中将其熔炼成碳化钨熔液滴或熔液束；
C.雾化成形：将碳化钨熔液滴或熔液束立即经炉管下端的锥形管口或喷嘴输出并置于高压喷射的惰性气体的强气流环境中，使熔液滴或熔液束在强气流的冲击下在雾化成形容器中雾化成球状粉末并沉积于容器底部；惰性气体则输往粉尘分离器、分离出的粉末作为目的物待用；而经分离处理后的惰性气体则返回循环使用；
D、筛分处理：将雾化成形的碳化钨粉末及经粉尘分离器分离出的粉末合并后，按要求筛分即得所需粒度的球状铸造碳化钨粉；筛分后的剩余物则作为原料返回利用。
上述混合粉料在惰性气体保护下，送入炉腔，在自由下落过程中熔炼，其熔炼过程为全密封式熔炼；惰性气体的输入压力为0.06～0.16MPa；混合粉料既可匀速，亦可断续加入。而所述置于高压喷射的惰性气体的强气流环境，其惰性气体的输出压力为0.8～5.0MPa，而强气流环境是指喷嘴口气体瞬时流速为1.2～5km/秒、流量为0.2～0.6kg/秒的负压涡流区。球状铸造碳化钨粉末的粒度为20～400目。
本发明由于采用在惰性气体保护及全密封的条件下对原料粉加热熔炼并直接雾化成形，因而具有工艺流程短，流程连续、操作控制方便、可靠，产品质量及球化效果好，硬度高，生产成本较背景技术下降50％以上，生产率成倍提高且能耗低，产品用于堆焊、喷焊其流动性和填充性好等特点。
实施例1
本实施例以总重量40％的碳化钨粉与60％的金属钨粉配制成混合粉料，粉料粒度均≤30μm；其中WC粉中含C：6.0％、游离C：0.2％，Fe：0.1％，Cr：0.05％，V：0.02％，Si：0.02％，Ti：0.05％，Mo+Co+Ni：0.1％；金属W粉中下列各元素的含量(wt％)分别为Fe：0.5，Cr：0.3，V：0.02，Si：0.02，Ti：0.05，Mo+Co+Ni：0.5；
本实施例采用双中频石墨管式炉作为熔炼炉，熔炼炉炉管长1600mm，炉管内径φ35mm，下端束流孔直径φ10mm，内喷嘴孔径φ30mm，外喷嘴采用环缝形喷嘴，内径φ35mm，外径φ36mm，雾化气采用氩气，压力1.5MPa，流量0.25kg/秒；中频电源频率1800HZ，功率300kw；雾化成形容器容积5.5m3，上设排气孔和出料口。
生产时先将管式炉炉腔加热到3200℃后，通过螺旋给料机以20kg/小时的速度在氩(Ar)气保护下匀速向熔炼腔供料，氩气压力0.08MPa；粉料在炉管中自由落下时被熔化，熔液经束流孔呈断续的熔液束进入内喷嘴流出，并在外喷嘴喷出的高压、强气流及所形成的负压涡流的冲击下在雾化桶中被雾化成球状细粉末并沉积于雾化成形桶底部，作为物料定期由出料口排出；氩气经排气孔输往粉尘分离器，经分离处理后氩气返回循环使用；分离出的粉粒连同雾化成形桶输出的物料，经40目及60目两级筛分，从而制得40～60目球状铸造碳化钨粉。
实施例2
本实施例以生产-325目球状铸造碳化钨粉为例，原料及混合粉料的配制及熔炼炉均与实施例1同。
本实施例熔炼时供料速度为10kg/小时，保护气体氩气压力0.12MPa；雾化气体压力3.0MPa，流量0.40kg/秒。熔化后的熔液以熔液滴的形式由内喷嘴输出并在外喷嘴喷出的强大惰性气体气流作用下被雾化成球状细粉；过325目筛后，其筛得物即为-325目球状铸造碳化钨产品。
Claims (3)
1、一种雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法，该方法包括：
A、配料：将粒度为0.6～100μm的碳化钨粉和金属钨粉，按重量份计：碳化钨粉∶钨粉＝1.0∶0.5～2.5的比例混合均匀，配制成混合粉料待用；
B、熔炼：首先将石墨管式高温熔炼炉预热至2600℃～3500℃后，在惰性气体保护下将上述待用的混合粉料送入管式炉腔，在自由下落过程中将其熔炼成碳化钨熔液滴或熔液束；
C、雾化成形：将碳化钨熔液滴或熔液束立即经炉管下端的锥形管口或喷嘴输出并置于喷射的惰性气体输出压力为0.8～5.0MPa，喷嘴口气体瞬时流速为1.2～5km/秒、流量为0.2～0.6kg/秒的负压涡流环境中，使熔液滴或熔液束在强气流的冲击下在雾化成形容器中雾化成球状粉末并沉积于容器底部；惰性气体则输往粉尘分离器、分离出的粉末作为目的物待用；而经分离处理后的惰性气体则返回循环使用；
D、筛分处理：将雾化成形的碳化钨粉末及经粉尘分离器分离出的粉末合并后，按要求筛分即得所需粒度的球状铸造碳化钨粉；筛分后的剩余物则作为原料返回利用。
2、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨粉的方法，其特征在于所述混合粉料在惰性气体保护下送入炉腔，在自由下落过程中熔炼，其熔炼过程为全密封式熔炼；惰性气体的输入压力为0.06～0.16MPa；混合粉料既可匀速，亦可断续加入。
3、按权利要求1所述生产球状铸造碳化钨的方法；其特征在于所述球状铸造碳化钨粉末的粒度为20～400目。
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