TW201501840A - 含鐵及鉬之粉壓坯 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種製造含鐵及鉬之粉壓坯之方法。其亦係關於由該方法製造之粉壓坯。

Description

含鐵及鉬之粉壓坯
本發明係關於一種用於製造含鐵及鉬之粉壓坯之方法。其亦係關於由該製程製造之粉壓坯。
鉬鐵為具有鉬含量通常為60-80重量%之鐵鉬合金。
在大部分商業應用中，鉬鐵係藉由碳熱還原、鋁熱還原或矽熱還原自三氧化鉬(MoO3)而製造。碳熱法產生高碳鉬鐵，而後兩種產生低碳鉬鐵。低碳鉬鐵比高碳合金更常見。藉由此等方法製造之鉬鐵塊通常具有約9g/cm3密度。由於塊之高熔點(例如商品級FeMo70具有1950℃之熔點)，且由於鋼熔體之溫度相當較低，鉬鐵溶解主要受延長鉬鐵溶解時間之擴散過程影響，因此將塊溶於鋼熔體中可為困難的。另一因素為在鋁熱還原及矽熱還原中，原料成本高。此外，在此等方法中，可能在熔渣中損失約2%之鉬。
發明目的
本發明之目的為提供一種適用於在熔融行業(例如鋼、鑄造及超合金行業)中添加鉬之新穎的含鐵及鉬之材料，及一種以相當成本有效之方式製造該材料之方法。
另一目的為提供一種具有於鋼熔體中之相當快速溶解時間 之新穎的含鐵及鉬材料，及一種以相當成本有效之方式製造該材料之方法。
另一目的為提供一種低碳且高鉬之新穎的含鐵及鉬之材料，及一種以相當成本有效之方式製造該材料之方法。
另一目的為提供當添加至熔融物中時可易於處理之材料，及一種以相當成本有效之方式製造該材料之方法。
藉由包括以下步驟之製造含鐵及鉬之粉壓坯的方法，至少在一定程度上達成上述目的中之至少一者：a)混合：含鐵粉末，氧化鉬粉末，含碳粉末，液體，較佳為水，視情況選用之黏合劑及/或潤滑劑及/或熔渣形成劑；b)壓實以提供多個生壓坯。
較佳地，生壓坯具有1.0-4.0g/cm3範圍內之幾何密度。當在工業製造中使熔融物成合金時，非還原性生壓坯可用作傳統製造鉬鐵合金之替代物或甚至用作氧化鉬之替代物。可以比標準等級鉬鐵低的成本製造含鐵及/或鉬之生壓坯。其多孔結構有助於鋼熔體中之快速溶解時間。
在本申請案中，術語「生坯(green)」用於生的或非還原性粉壓坯。在本申請案中，術語粉壓坯包括團塊、濾餅、壓實板片及其他形狀之壓實聚結物。
乾物質組成係指乾燥試樣之組成，亦即排除存在於生壓坯中之任何水分。水分含量定義為除結晶水外存在於生壓坯中之水。水分含量可根據ASTM D2216-10藉由乾燥失重(loss on drying；LOD)分析來測定。
在一些具體實例中，乾燥生坯聚結物以降低水分含量至小於10重量%。水分含量定義為除結晶水外存在於生坯丸粒中之水。水分含量可根據ASTM D2216-10藉由乾燥失重(loss on drying；LOD)分析來測定。當在高溫下加熱時，藉由乾燥生壓坯至水分含量小於10重量%，由於液體快速汽化使破裂之風險降至最低。較佳地，生坯聚結物經乾燥至水分含量小於5重量%，更佳小於3重量%。
如藉由申請中申請專利範圍所定義之生壓坯可藉由所提出方法製造。
如藉由申請中申請專利範圍所定義之還原性粉壓坯可藉由所提出方法製造。
當在熔融操作中與鉬合金化時，粉壓坯可替代傳統製造之鉬鐵合金。可以比標準等級鉬鐵低的成本製造含鐵及/或鉬之粉壓坯。含鐵及鉬之粉壓坯比標準等級鉬鐵溶解更快。視還原時間、碳相對於可還原氧化物量之相對量及還原溫度而定，可部分或完全還原粉壓坯中之氧含量。可易於將粉壓坯輸送至傳送帶上而無滾離之風險。
圖1示意性概述根據本發明製造含鐵及鉬之團塊的方法。
現將更詳細且參看圖式描述本發明。關於團塊之製造描述於本發明。但是，其他種類之粉壓坯可藉由用可壓實呈諸如濾餅或板片之其他形式之粉末的機器替代壓塊機的方法製造。
圖1示意性概述根據本發明製造含鐵及鉬之團塊的方法。在混合站30中，藉由混合含鐵粉末、含碳粉末、氧化鉬粉末及水來製備粉末混合物。可分批或連續在混合站30中執行混合。
氧化鉬粉末在添加至混合站30之前，可在棒磨機10中研磨。當然可使用其他研磨機、碾磨機或壓碎機以使氧化鉬碎裂成較小粒子。此外，亦可藉由碾磨及/或研磨及/或壓碎使含鐵粉末及/或含碳粉末碎裂成較小粒子。
可在篩20中篩分經碾磨及/或研磨及/或壓碎之氧化鉬粒子以提供所需粒子分佈。自然地，亦可對含鐵粉末及/或含碳粉末施用篩分。
在一個具體實例中，混合氧化鉬粉末及含碳粉末且一起碾磨，且其後添加含鐵粉末並與氧化鉬粉末及含碳粉末混合。但是，可執行混合順序之任何組合。
下文以獨立標題各自描述氧化鉬粉末、含鐵粉末及含碳粉末。在標題含鐵及鉬之生壓坯下描述所添加粉末之量。
當混合時可視情況添加潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑。視情況選用之黏合劑可為有機或無機黏合劑。黏合劑可例如為部分替換含碳粉末之含碳黏合劑。其他黏合劑可例如為膨潤土及/或糊精及/或矽酸鈉及/或石灰。亦可使用明膠。視情況選用之熔渣形成劑可為石灰石、白雲 石及/或橄欖石。視情況選用之潤滑劑及/或黏合劑及/或視情況選用之熔渣形成劑之總量以混合物之乾物質含量計可為0.1-10wt%，更佳小於5wt%。其可在1-10重量%範圍內。由於生坯團塊藉由添加水及鐵變得足夠堅固以在還原爐中還原而無嚴重破裂，所以黏合劑為視情況選用。若添加潤滑劑較佳以混合物之乾物質含量計0.1-2%的量添加，例如約0.5-1重量%。潤滑劑可例如為硬脂酸鋅。但是，可添加用於粉末冶金之其他潤滑劑。較佳地既不使用黏合劑、亦不使用潤滑劑或熔渣形成劑。含鐵粉末當在濕條件下混合時增強團塊，從而沒有必要使用黏合劑。藉此可降低雜質的量。
液體(較佳為水)較佳以混合物之乾物質含量計1-10重量%，較佳2-7重量%之量添加。在一些具體實例中為2-5重量%。
製得之粉末混合物自混合站30轉移至壓塊機40。在壓塊機40中，粉末混合物經壓塊以提供多個生坯團塊。
壓塊機40較佳為滾壓機。但是，可使用其他種類之壓塊機40，其包括(但不限於)機械活塞壓力機、液壓機、螺旋壓力機、團塊擠壓機。此外，壓塊機40可經能夠壓實混合物之其他機器取代。例如(但不限於)濾餅可在壓濾機中製造，薄片或板片可在兩個逆向轉動輥之間製造。
在一個具體實例中，粉末混合物在相當低壓力下壓實。壓實壓力之下限可低至20kg/cm2，但典型地為至少50kg/cm2。壓實壓力較佳在80-1000kg/cm2，更佳100-500kg/cm2範圍內。已發現低壓實壓力改善經製得之生壓坯之品質。
在一個具體實例中，在較高壓力(例如1000-10000kg/cm2)下操作壓塊機。較高壓力可用於增加生坯團塊之幾何密度。
自粉末混合物製造之生坯團塊較佳在還原爐60中還原。或者，非還原性生坯團塊可用作鐵及鋼製造中之合金化添加劑。
在將生坯團塊轉移至還原爐60之前視情況使其在乾燥器50中乾燥。可使用許多不同種類之工業乾燥器。亦可在無主動式加熱之情況下，例如在環境空氣溫度下乾燥團塊。在乾燥器中，可藉由氣體蒸氣或藉由真空移除水蒸汽。可乾燥生坯團塊直至已達到所需水分含量。可乾燥生坯團塊至水分含量小於10重量%，更佳小於5重量%，最佳小於3重量%。可在50-250℃，更佳80-200℃，最佳100-150℃範圍內之溫度下乾燥生坯團塊。為改善方法經濟性，乾燥時間較佳在10-120分鐘，更佳在20-60分鐘範圍內。但更長乾燥時間當然亦可行。水分含量定義為除結晶水外存在於生坯團塊中之水。水分含量可根據ASTM D2216-10藉由乾燥失重(loss on drying；LOD)分析來測定。
較佳在還原爐60中還原生坯團塊。還原爐較佳為連續式爐，但亦可為分批式爐。連續式爐6具有入口7及出口8，且團塊在還原期間自入口7輸送至出口8。在一較佳具體實例中，使用帶式爐。當然可使用其他爐類型，例如移動樑爐。
在800-1500℃、較佳800-1350℃範圍內之溫度下還原生坯團塊。在一些具體實例中為1000-1200℃。還原時間至少為10分鐘，較佳在至少20分鐘期間還原。在一些具體實例中在至少30分鐘期間。藉由監測CO/CO2形成，可確定何時完成還原製程。還原時間較佳為至多10小時，較佳至多2小時，更佳至多1小時。視還原時間、還原溫度及團塊中碳與可還原氧化物之間的關係而定；可部分或完全還原團塊之可還原氧化物。
生坯團塊視情況在還原之前於低溫下進行熱處理。可在200-800℃，更佳400-700℃範圍內之溫度下熱處理生坯團塊。較佳地，視情況選用之低溫下熱處理進行10分鐘至小於2小時，較佳小於1小時。藉由低溫下熱處理，可以控制方式使視情況選用之潤滑劑燃盡。另外，三氧化鉬可還原成二氧化鉬。此可用作在先前段落中所述之還原前或當製造部分還原性團塊時的預還原步驟。可在與還原相同之爐中進行200-800℃下之視情況選用之熱處理。亦可組合視情況選用之熱處理及視情況選用之乾燥。
出乎意料地是已發現團塊可在高溫下還原而無明顯之MoO3昇華損失。因此，所主張之方法產生引起最終產品中經改良之產率及更高鉬含量的簡化方法。亦即不需要執行關於MoO3之昇華損失的預先還原。
在還原期間，可由團塊中之碳源及可還原氧化物反應形成CO及CO2。另外，殘留的水分可汽化。可藉由量測CO及CO2之形成使還原時間最佳化，詳言之，因為CO2主要在CO形成後還原之最初幾分鐘期間形成，所以CO為主要的直至碳源耗盡或已還原所有可還原氧化物。
還原反應為吸熱的且需要熱。較佳藉由不影響爐內氛圍之加熱方式產生熱，更佳藉由電加熱產生熱。
爐60內之氛圍較佳藉由在爐之一個終端供應惰性或還原氣體，較佳弱還原氣體，且在相反終端處抽空氣體(例如反應氣體(例如CO、CO2及H2O)及所供應氣體)，更佳在爐60之出口側80逆流供應惰性或還原氣體，且在爐60之入口側70抽空氣體來控制。亦即，較佳逆流供應惰性或還原氣體。所供應氣體可包括氬氣、N2、H2、CO、CO2或其任何混合物。例如，H2/N2具有按體積計諸如5：95、20：80、40：60、80：20及95：5之關係。在 一個具體實例中，氛圍包含20-60vol%之H2及剩餘N2。與例如H2/N2(5：95)相比，該氛圍可降低N2吸入，且其可增加還原性丸粒之密度。亦可以CO(例如自燃燒天然氣)供應該氛圍。當然，可供應惰性或還原性其他氣體混合物至爐中。
較佳地，在0.1-5個標準大氣壓，較佳0.8-2個標準大氣壓範圍內之壓力下，更佳在1.0-1.5個標準大氣壓，最佳1.05-1.2個標準大氣壓範圍內之壓力下操作爐。
在還原爐之出口80處，將團塊轉移至冷卻部分90，用於將團塊在非氧化氛圍(例如還原性或惰性)中冷卻至低於200℃之溫度以避免團塊再氧化，更佳在惰性氛圍中低於150℃。氛圍可例如為氬氣、N2、H2或H2/N2(例如按體積計5：95)之任何混合物。亦可採用其他氛圍。若期望團塊中具有極低含量氮氣，則可在無氮氣氛圍(諸如氬氣氛圍)中冷卻團塊。
圖2展示如何製造團塊之方法。在混合站300中，藉由在摻合機300中混合含鐵粉末、含碳粉末、氧化鉬粉末及水製備粉末混合物。傳送帶110將托盤120傳送至混合站300。在混合站300中，托盤120經來自摻合機310之混合物填充。托盤120其後傳送至壓塊站40且同時另一托盤120傳送至待經來自摻合機310之混合物填充之混合站300。在壓塊站400中，托盤上之混合物藉由網狀印模410衝壓從而形成一組生坯團塊。所見圖案用參考數字420表示。固持生坯團塊之托盤120其後繼續傳送至還原爐600，此處示意性展示為帶式爐。當然可使用其他爐類型，例如移動樑爐。乾燥站視情況可安置在壓塊站與還原爐600之間。
氧化鉬粉末
氧化鉬粉末較佳為三氧化鉬粉末。該粉末亦可為二氧化鉬粉末或三氧化鉬粉末與二氧化鉬粉末之混合物。
鉬粉末應包括50-80%之Mo，殘留元素為氧及雜質。氧化鉬級別愈純，可製得之含鐵及鉬之粉壓坯愈純。但是，另一方面，愈純級別之MoO3愈昂貴。
在一較佳具體實例中，使用工業級MoO3。該等粉末不如更純級別之MoO3昂貴，且可含有在用碳固態還原中難以還原之氧化物。該等氧化物之實例為例如Al2O3、SiO2及MgO。幸而當在鋼熔體中合金化時此等氧化物可易於移至熔渣相中，且可因此允許其在產物中。
較佳地，至少90重量%之氧化鉬粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為300μm之測試篩，且至少50重量%之氧化鉬粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為125μm之測試篩。更佳地，至少90重量%之氧化鉬粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為125μm之測試篩，且至少50重量%之氧化鉬粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為45μm之測試篩。本申請案中之標稱孔徑尺寸係根據ISO 565：1990且其藉此以引用的方式併入。
在一個具體實例中，至少90重量%，更佳至少99重量%之氧化鉬粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為250μm，更佳125μm，最佳45μm之測試。
含鐵粉末
含鐵粉末較佳為含有至少80wt% Fe，較佳至少90wt% Fe，更佳至少95wt% Fe，最佳至少99wt% Fe之鐵粉。鐵粉可為鐵海綿粉末及/ 或水霧化鐵粉及/或氣霧化鐵粉及/或鐵濾塵及/或鐵污泥粉末。舉例而言，來自Höganäs AB,Sweden之濾塵X-RFS40為合適之粉末。
鐵粉可由氧化鐵粉末部分或完全替換，例如(但不限於)由來自FeO、Fe2O3、Fe3O4、FeO(OH)、(Fe2O3*H2O)群中之一或多者組成的粉末。氧化鐵粉末可例如為鐵銹屑。
在一個具體實例中，含鐵粉末含有至少50重量%之金屬鐵、更佳至少80wt%之金屬鐵、最佳至少90wt%之金屬鐵。
較佳地，至少90重量%之含鐵粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為125μm之測試篩，且至少50重量%之含鐵粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為45μm之測試篩。
在一個具體實例中，至少90重量%，更佳至少99重量%之含鐵粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為125μm，更佳45μm之測試篩。在一個實例中，至少90重量%，更佳至少99重量%之含鐵粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為20μm之測試篩。
含碳粉末
含碳粉末較佳選自以下之群：次煙煤、煙煤、褐煤、無煙煤、石墨、焦炭、石油焦及生物碳(諸如木炭)，或自此等資源加工之含碳粉末。含碳粉末可例如為煙灰、碳黑、活性碳。含碳粉末亦可為不同含碳粉末之混合物。
關於含碳粉末之選擇，可考慮碳之反應性，因為鉬之生產力以及產率視此因素而定。需要高反應性。詳言之，需要在低溫(較佳<700℃)下反應之含碳粉末。舉例而言，德國褐煤(褐煤)通常在比石油焦更 低之溫度下反應，且因此由於在低溫下具有相當高的反應性而為合適的。木炭、煙煤及次煙煤亦可展現相當高的反應性。尤其合適之實例為煙灰、碳黑及活性碳。石墨由於其高密度亦可為合適的。
含碳粉末之量較佳藉由分析氧化鉬粉末及視情況選用之含鐵粉末中氧化物之量來測定。較佳測定可還原氧化物之量。氧含量可例如藉由LECO® TC400分析。此外，較佳亦考慮粉壓坯中最大允許碳含量。較佳地，選擇與氧化鉬粉末及含鐵粉末中之可還原金屬氧化物化學計算匹配量或稍微過量之量。但是，碳含量亦可低於化學計算量。
可藉由量測還原性粉壓坯中碳及氧含量使含碳粉末之量最佳化(例如藉由在實驗室電爐中還原生壓坯且量測碳及氧含量)。基於量測值，可使含碳粉末之量最佳化以達成所製造粉壓坯中之所需碳及氧含量。一些可存在於氧化鉬粉末中之氧化物難以用碳還原。在還原最高溫度下對氧具有較高親和力之所有氧化物將以氧化物形式殘留在製成品中，且因此在還原製程中不消耗碳。該等氧化物可例如為Si、Ca、Al及Mg之氧化物，且例如若使用較粗糙級別之三氧化鉬(例如工業三氧化鉬)則可存在。但是，在鋼冶金之許多應用中，此等氧化物可例如藉由將其移至鋼熔體之熔渣中來處理且其可因此允許在粉壓坯中。若需要較低量之此等氧化物及元素，則可使用更純級別之三氧化鉬，例如含有較少量此等氧化物或不含此等氧化物之量的級別。
藉由控制含碳粉末之量且使其與生壓坯中之可還原氧化物之量匹配；可製得碳含量(還原後)小於10重量%，較佳小於5wt%，更佳小於1wt%，最佳小於0.5wt%之含鐵及鉬之粉壓坯。
但是亦有可能提供具有還原後有意高的碳含量之粉壓坯。例如1-5重量% C。當合金化高碳鋼時可使用該等粉壓坯。
較佳地，至少90重量%，更佳至少99重量%之含碳粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為125μm之測試篩，且至少50重量%之含碳粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為45μm之測試篩。
在一個具體實例中，至少90重量%，更佳至少99重量%之含碳粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為45μm之測試篩，且至少50重量%之含碳粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為20μm之測試篩。在一個實例中，至少90重量%，更佳至少99重量%之含碳粉末粒子通過標稱孔徑尺寸為20μm之測試篩。
含鐵及鉬之生壓坯
粉壓坯可為團塊、濾餅、薄片或其他壓實聚結物。
含鐵及鉬之生壓坯可具有以下以重量%計之乾物質組成：1-25 含鐵粉末；5-30 含碳粉末；視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘50-90氧化鉬粉末。
根據一個具體實例，含鐵及鉬之生壓坯可具有以下以重量%計之乾物質組成：1-15，較佳1-10 含鐵粉末，5-25，較佳10-20 含碳粉末， 視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘至少50-90氧化鉬粉末。
在一個具體實例中，生壓坯之乾物質組成由以重量%計之以下組成：1-15較佳1-10 含鐵粉末，5-25，較佳10-20 含碳粉末，剩餘50-90氧化鉬粉末。
關於元素，含鐵及鉬生壓坯較佳具有以下以重量%計之乾物質組成：1-25 Fe、15-40 O、5-25 C、小於15除O、C、Mo及Fe外之其他元素及剩餘為至少30 Mo。較佳以重量%計之乾物質組成為：1-15 Fe、15-40 O、5-25 C、小於15除O、C、Mo及Fe外之其他元素及剩餘為至少30 Mo。
元素可進一步限於：
- 鐵較佳在1.5-10重量%範圍內。
- 碳較佳為7-20重量%。
- 氧較佳為15-30重量%。
- 鉬較佳為40-65重量%。
- 其他元素較佳為至少1重量%及小於10重量%，更佳至少2重量%及小於7重量%。其他元素較佳僅以雜質形式存在。
在後續還原步驟中，隨著還原進行，粉壓坯中鐵及鉬之相對量將增加。當然對於其他殘留元素可相同。
當在熔融操作中合金化時，考慮Mo添加至熔融物中之價格 及/或產率，生壓坯可為MoO3粉末或標準FeMo之成本有效替代物。典型地，可例如在電弧爐(electrical arc furnace；EAF)中進行該添加且例如為Mo添加至不鏽鋼、工具鋼或高速鋼中。
生壓坯可具有至多5g/cm3或甚至至多6g/cm3之幾何密度。幾何密度較佳在1.0-4.0g/cm3範圍內。在其他具體實例中，幾何密度可在1.2-3.5g/cm3或1.2-3.0g/cm3範圍內。幾何密度可小於4g/cm3。密度可藉由增加壓實壓力而增加。較低幾何密度導致較高孔隙率，其咸信使粉壓坯之溶解時間更短。可根據ASTM 962-08量測幾何(包封)密度。
含還原鐵及鉬之粉壓坯
粉壓坯可為團塊、濾餅、薄片或其他壓實聚結物。
含鐵及鉬之粉壓坯可具有以下以重量%計之組成：2-30 Fe、小於30 O、小於20 C、小於15除O、C、Mo及Fe外之其他元素及剩餘為至少40 Mo，較佳最小50 Mo。
含還原鐵及鉬之粉壓坯適當地具有以下以重量%計之組成：1-20 Fe、小於10 O、小於10 C、小於15除O、C、Mo及Fe外之其他元素及剩餘為至少40 Mo，較佳最少50 Mo。
O含量較佳小於10重量%，更佳小於8重量%，甚至更佳小於6重量%，最佳小於4重量%，且較佳地僅少數氧含量來自尚未還原之氧化鉬，亦即含有MoOx(其中x0.5)之粉壓坯。較佳地，基本上所有氧化鉬經還原成Mo，亦即其中x大約為0。本文中，殘留氧含量主要來自難還原之氧化鉬粉末及含鐵粉末中之氧化物，例如Si、Ca、Al及Mg之氧化物。使用更純級別之氧化鉬粉末、含鐵粉末及含碳粉末，可製得氧含量 小於2重量%之粉壓坯(視需要)。但是，因為在鋼熔體冶金中可處理許多此等難還原之氧化物(例如將其移至熔渣相中)，所以可允許其在含鐵及鉬之粉壓坯中。氧之下限可為約0重量%，但典型地氧為至少1重量%，更典型地為至少2重量%。
粉壓坯中之鉬含量可藉由改變氧化鉬粉末相對於含鐵粉末之相對比例來控制。對於基本上完全還原之粉壓坯(亦即含有MoOx之粉壓坯，其中x<0.5)，鉬含量較佳控制在60-95重量%範圍內。Mo含量更佳在65-95wt%範圍內，Mo含量最佳在70-95wt%範圍內。出人意料的是，已發現鉬含量為80-95重量%之經還原粉壓坯具有極高溶解速率。此結果係由於高得多之比表面積且不管此等合金之極高熔點(2100-2500℃)。
藉由平衡碳添加，有可能控制經還原粉壓坯之碳含量小於5wt%，小於2wt.%，小於1wt.%，小於0.5wt.%或小於0.1wt.%。當合金化低碳鋼時可例如使用低碳粉壓坯。但是，在一些應用中，例如在製造高碳鋼或鑄鐵中，可能需要碳含量在1-5重量%範圍內。
粉壓坯之鐵含量較佳在1-20重量%，更佳2-10重量%，最佳2-5重量%範圍內。粉壓坯中之鐵含量可藉由改變含鐵粉末相對於氧化鉬粉末之相對比例來控制。
當在熔融操作中合金化時，考慮Mo添加至熔融物中之價格及/或產率，經還原粉壓坯可為MoO3粉末或標準FeMo之成本有效替代物。典型地，可例如在電弧爐(EAF)中進行該添加且例如為Mo添加至不鏽鋼、工具鋼或高速鋼中。
視粉末混合物之純度而定，粉壓坯可能含有包括難以還原之 氧化物之其他元素。可允許除Mo、Fe、C及O外之其他元素至小於15重量%。除O、C、Mo及Fe外之其他元素的總量較佳小於10重量%，更佳小於7重量%。其他元素之量主要藉由三氧化鉬之純度來控制，但亦可來自含鐵粉末、含碳粉末中之雜質，且來自在加熱、還原或冷卻期間與周圍氛圍中之元素的反應。使用高純度級別之三氧化鉬、含鐵粉末及含碳粉末；除O、C、Mo及Fe外之其他元素之總量視需要可保持小於1重量%。來自Si、Ca、Al及Mg之群的元素若存在於粉壓坯中，則主要以氧化物形式結合。舉例而言，在鋼熔體中，呈矽氧化物形式結合之矽可比溶解於合金晶格中之矽更容易處理。在一些具體實例中，其他元素可限制在至少1重量%或至少2重量%。其他元素包括雜質。
較佳地，在一些具體實例中，以重量%計之其他元素限於：最大2 N，更佳最大1 N；最大1 S，更佳最大0.5 S；最大2 Al，更佳最大1.5 Al；最大2 Mg，更佳最大1 Mg；最大2 Na，更佳最大1 Na；最大4 Ca，更佳最大2 Ca；最大6 Si，更佳最大3 Si；最大1 K，更佳最大0.5 K；最大1 Cu，更佳最大0.5 Cu；最大1 Pb，更佳最大0.1 Pb；最大1 W，更佳最大0.1 W； 最大1 V，更佳最大0.1 V；且其餘元素較佳最大各為0.5，更佳最大各為0.1，最佳最大各為0.05。
在一些具體實例中，Si以重量%計之含量在0.5-3範圍內，Ca含量在0.3-2範圍內，Al含量在0.1-1範圍內，及/或Mg含量在0.1-1範圍內。
較佳地，粉壓坯中Si、Ca、Al及Mg之群的元素若以氧化物形式結合存在，則為至少50重量%，較佳至少90重量%。
氮含量主要視粉壓坯還原及冷卻期間氛圍中之氮含量而定。藉由在此等步驟中控制氛圍，可使氮含量小於0.5wt%，較佳小於0.1wt%，且最佳小於0.05wt%。
還原性粉壓坯可經製造具有至多6g/cm3，較佳小於4.5g/cm3之幾何密度。其可小於4.0g/cm3。對於在鋼熔體中之快速溶解，還原性粉壓坯較佳具有在1.0-4.0g/cm3範圍內之幾何密度。其他可能範圍包括1.2-3.5g/cm3、1.2-3.0g/cm3、1.5-3.9g/cm3及2.0-4.0g/cm3。範圍之既定上限及下限可彼此組合以形成新範圍。密度可藉由改變生壓坯之壓塊壓力來控制。較高還原溫度亦可增加密度。藉由控制製程參數，有可能製造幾何密度小於2.0g/cm3之還原性粉壓坯，以及幾何密度介於2.0-4.0g/cm3之間或甚至高至6g/cm3之還原性粉壓坯。
較低密度導致較高孔隙率，其咸信使粉壓坯之溶解時間更短。另一方面，較高密度增加既定體積鉬之量。根據ASTM 962-08量測幾何密度。
實施例
藉由使180g細粒狀鐵粉(<40μm，>99wt% Fe，來自Höganäs AB之X-RSF40)與1000g氧化鉬(MoO3 92.5wt%，SiO2 7.5wt%，<40μm)及176g石墨粉末(<40μm)混合來製備混合物。向該混合物中添加7dl水。在壓塊機中使用75kg/cm2之壓實壓力壓實該混合物。生坯團塊其後在室溫下乾燥至水分為0.5wt%。
生坯團塊經肉眼檢測及處理。未觀察到破裂識別。在分批式爐中在1300℃溫度下，在95vol% N2及5vol% H2氛圍中還原生坯團塊20分鐘之時間段。
其後使還原性團塊冷卻至大約100℃之溫度，隨後抽空氛圍且自爐中移出。還原性團塊經肉眼檢測。未觀察到破裂識別。
10‧‧‧棒磨機
20‧‧‧篩
30‧‧‧混合站
40‧‧‧壓塊機
50‧‧‧乾燥器
60‧‧‧還原爐
70‧‧‧入口側
80‧‧‧出口側
90‧‧‧冷卻部分

Claims (25)

  1. 一種製造含鐵及鉬之粉壓坯的方法，其包括以下步驟：a)混合：含鐵粉末，氧化鉬粉末，含碳粉末，液體，較佳為水，視情況選用之黏合劑及/或潤滑劑及/或熔渣形成劑，及b)壓實以提供至少一個生壓坯。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由在壓塊機中壓塊來壓實以提供多個生坯團塊。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在兩個逆向轉動輥之間壓實該混合物以提供呈至少一種板片形式之該等生壓坯。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中將該板片壓碎成顆粒。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，在壓濾機中壓實該混合物以提供呈至少一種濾餅形式之該等生壓坯。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之方法，其進一步包括以下步驟：c)乾燥該至少一個生壓坯。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該乾燥步驟包括以下中之至少一個：乾燥該至少一個生壓坯至水分含量小於5重量%，較佳小於3重量%； 在50-250℃，較佳80-200℃，更佳100-150℃範圍內之溫度下乾燥該至少一個生壓坯。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項之方法，其進一步包括以下步驟：還原該至少一個生壓坯以提供至少一個還原性粉壓坯。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該還原包括以下中之至少一個：在800-1500℃，較佳800-1350℃，更佳1000-1200℃範圍內之溫度下還原；在至少10分鐘，較佳至少20分鐘期間還原；在供應惰性或還原氣體，較佳供應弱還原氣體之爐中還原在0.1-5個標準大氣壓，較佳0.8-2個標準大氣壓，更佳1.05-1.2個標準大氣壓範圍內之操作壓力下還原。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之方法，其中該壓實係在20-1000kg/cm2，較佳50-500kg/cm2，更佳80-500kg/cm2範圍內之壓力下執行。
  11. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項之方法，其中該壓實係在1000-10000kg/cm2，較佳2000-5000kg/cm2範圍內之壓力下執行。
  12. 如申請專利範圍第8項至第11項中任一項之方法，其中該方法進一步包括以下步驟：在非氧化氛圍中冷卻該等還原性粉壓坯至低於200℃，更佳低於150℃之溫度，較佳在惰性氛圍中。
  13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項之方法，其中在步驟a)中 添加包含以下以重量%計之乾物質：1-25 含鐵粉末；5-30 含碳粉末；視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘50-90 氧化鉬粉末。
  14. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項之方法，其中在步驟a)中添加包含以下以重量%計之乾物質：1-15 含鐵粉末；5-25 含碳粉末；視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘50-90 氧化鉬粉末。
  15. 如申請專利範圍第1項至第14項中任一項之方法，其中步驟a)之液體為以該所添加乾物質之1-10重量%之量添加的水。
  16. 一種生壓坯，其具有以下以重量%計之乾物質組成：1-25 含鐵粉末；5-30 含碳粉末；視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘50-90 氧化鉬粉末。
  17. 如申請專利範圍第16項之生壓坯，其具有以下以重量%計之乾物質組 成：1-15 含鐵粉末；5-25 含碳粉末；視情況選用之0.1-10 潤滑劑及/或黏合劑及/或熔渣形成劑；及剩餘50-90 氧化鉬粉末。
  18. 如申請專利範圍第16項或第17項之生壓坯，其中該等生壓坯具有在1.0-4.0g/cm3範圍內之幾何密度。
  19. 如申請專利範圍第16項至第18項中任一項之生壓坯，其中該等粉壓坯為團塊。
  20. 一種還原性粉壓坯，其具有以下以重量%計之組成：1-30 Fe；小於30 O；小於20 C；小於15其他元素；及剩餘至少40 Mo。
  21. 如申請專利範圍第19項之還原性粉壓坯，其具有以下以重量%計之組成：1-20 Fe；小於10 O；小於10 C；小於15其他元素；及 剩餘至少40 Mo，較佳至少50 Mo。
  22. 如申請專利範圍第20項至第21項中任一項之還原性粉壓坯，其中Mo為80-95重量%。
  23. 如申請專利範圍第20項至第22項中任一項之還原性粉壓坯，其中C小於0.5重量%且O小於4重量%。
  24. 如申請專利範圍第20項至第23項中任一項之還原性粉壓坯，其中該等粉壓坯具有1.0-4.0g/cm3範圍內之幾何密度。
  25. 如申請專利範圍第20項至第24項中任一項之還原性粉壓坯，其中該等粉壓坯為團塊。
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