Способ термической обработки железного порошка
1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА, включающий двухстадийный отжиг сначала в окислительной атмосфере, затем - в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что, с целью повышения качества порошка и снижения его стоимости, отжнг в О1 ислительной атмосфере проводят в смеси перегtjeToro пара и водорода. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание водорода в смеси составляет 8-100/0.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1066743 у5!). В 22 F I/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3499377/22-02 (22) !3.10.82 (46) !5.01.84. Бюл.. № 2 (72) В. Г. Плеханов (71) Рубцовский проектно-конструкторский технологический институт тракторостроения: (53) 621.762.32 (088.8) (56) I. Патент Японии № 48-34509, кл. 12 С 24, опублик. 1973.
2. Джонс В. Основы порошковой металлургии, ч. «Производство металлических порошков». М., 1964, с. 39,54.
3. Авторское свидетельство СССР № 676384, кл, В 22. F 1/00, 1978. (54) (57) I. СГ1ОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА, включающий двухстадийный отжиг сначала в окислительйой атмосфере, затем — в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что, с целью повышения качества порошка и снижения его стоимости, отжиг в окислительной атмосфере проводят в смеси перегоетого пара и водорода.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание водорода в смеси составляет 8-10 /о.
1066743
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам термической обработки железного порош ка, Известен способ термической обработки железного порошка, по которому отжиг проводят в две стадии: сначала при 8501120"С в окислительной среде, а затем при 700-900 С в восстановительной атмосфере 111.
Создание окислительной атмосферы на первой стадии отжига позволяет обезуглеродить исходный порошок. На второй стадии отжига порошок рафинируют от кислорода газовым восстановителем. Однако при термической обработке порошка известным способом на первой стадии отжнга происходит окисление. Реакция окислением сопровождается обильным выделением тепла, за счет чего происходит спекание железного порошка и ухудшаются его физико-механические свойства.
Из практики порошковой металлургии известно, что при получении порошка железа добавление небольшого количества воды в восста новительную среду оказывает положительное влияние 12) .
Однако небольшое количество воды лля довосстановленпя железного порошка по утлероду дает незначительный эффект и очень длительно llo времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ термической Обработки железного поро IKH, по которому отжиг порошка проводят в две стадии: сначала в окислительHoH среде, затем в восстановительHOH.
Отжиг в Окислнтельной атмосфере производят k: контролируемой по солер>канию кислород-I атмосфере инертного газа 13).
Одн>Hlко такой режим термической обработки приводит к увеличению расхода восстановительного àçà. К,роме того,,наличие свободного кислорода в смеси приводит к увеличению кислорода в порошке, т.е. вызывает дополнительное окисление самого порошка, что, в свою очередь, ухудшает восстанавл иваемость материала.
Целью изобретения является повышение качества порошка и сии>кение его стоимости.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обрабогки железного порошка, включающему двухстадийный отжиг сначала в окислительной атмосфере, затем в восстановительной, отжиг в окислительной атмосфере проводят B смеси перегретого пара и водорода.
При этом содерж ание Бодо(>ода T3 (меси составляет 8-10%.
Перегретый пар прн температуре 100() С и выше диссоциир ет по уравнению .
2Н O 2O + 4II(1) В розу.Г3 тате образования атомарного кислорода перегретый пар при этой температуре реагирует с углеродом пп уравнению
l I>C) + С + Зккал- СО + II> (ll)
Из уравнения реакции (II) видно, что она идет с поглощением тепла, т.е. применение пара для окисления углеродd, содержащегося в порошке, исклк>ча т перегрев за счет окисления. Таким образом, на первой стадии окисления углерода железный порошок не имеет температуру 1200 + 20 С, когда происходит спекание порошка и образованне структуры готового изделия. В окисленном железном порошке всегда имеется окисел Fc O> — гематит, который на первой ,стадии зтжига железного порошка (вторая
15 стадия окисления углерода) ьч Icyllacт в качестве катализатора
Н,О + СО, I .:Îä +Я + 10ккал (III)
Водород, вводимый в смесь На первой эО стадии отжига, химически нейтрален Ilо отношению к углероду, Но добавка его в смесь сдвигает реак kHko (111), H;leHO, и основной становится конкурирующая реакция (II).
Таким образом, на первой стадии отжига происходит окисление углерода, содержагцегося в железе. Кроме того, наличие водорода в смеси, а так>ке его выделение вследствие пиролиза воды, приводит к частичному восстановлению железа на первой стадии отжига, а главное, что восстапоь, ение идет с поглощением тепла.
ЗЕед05 + Н -"2Ге О -> Н., О -ь- 5,2 ккал
ГезО ЗГеΠ— H O- 15,2 ккал
Fe0 + Н - Ге + Н О - 6,7 ккал
Fe,0 + 3H> 2Fe + ЗН О - 16,7 ккал (I )
Из приведенных уравнений впдщк что. па первой стадии отжига происходит как
Окисление углерода (ll 111) и вынос его в виде газов СО н СОа, так и частичн н восстановление железа, но главной является реакция»о окислению углерода.
Так как реакции 11 н IV идут с поглощением тепла, То и отсутствует переl ров и спекание порошка, а это, в свою Очередь, при дальнейшей обработке порошка нс требует дробления готового порошка, что в свою очередь, улучшает физико-механические свойства порошка, так как Огсутствует излишний наклеп.
Замена среды, содержащей азот и кислород, на пар позволяет снизить себестоимость получаемого порошка, как за счет применения более дешевого окн лителя углерода — - пара, так и за счет уменьшения количества водорода, применяемого на второй стадии отжига, для восстанов ieHHH железа. В предложенном способе окисление железа на первой стадии Не происходит, а более того, частично железо даже восстанавливается.
Пример. В шахтную печь устанав.IHI33ется контейнер с железным порошком. В
1066743 днище контейнера по всей площади имеются отверстия, через которые подается смесь пар + водород. Контейнер выдерж ивается с подачей окислительной среды в течение
2 ч при температуре 1100-1120 С.
Исходный железный порошок имеет следующий состав, о/o. железо 95,1; углерод 1,5;
НЕ более
99,2 0,02 0,20
0,15 0,40
0,02 0,02
0,15
99,3 0,016 0,15
0,02 0,02
0,40
0,02 0,02
99,3 0.015 0,15 0,15 0,40
0,02
0,13 0,40
99,3 0,03 0,12
Уплотняемость порошка при усилии
7 Тс/см -7,22 г/смз (при обработке смесью, содержащей 8,10% водорода).
Из таблицы видно, что наиболее чистый железный порошок от углерода и кислорода получают с использованием предложенного способа при содержании водорода в смеси
8-10 /о {анализ железного порошка, обра ботанного смесью, содержащей 9 /о водорода, дает те же результаты.
По сравнению с известным способом предложенный способ позволяет получать железный порошок более высокого качества и со снижением его стоимости. (оставите.та Л. (Одина
Редактор Л. Повхан Техред И. Версс Корр ктор М. Демчик
Заказ 1090(/14 1ираж 779 I(одпнсное
ВНИИПИ Государственного комитета (ССР по делам изобретений н открытий
l 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугнская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Н О 93 нр 7
НдО 92 н и и О 90
Н, 10 и о 89 нд кислород 3,2; кремний 0,15; марганец 0,40; сера 0,02; фосфор 0,02.
Через 2 ч подача перегретого пара прео кращается и подается чистый водород в течение 3 ч.
Химический состав железного порошка после термической обработки приведен в, таблице.
При стоимости l мз Мх — 0,08 р; 0»вЂ”
0,09 р; пара — 0,027, при условии расхода
60 м /ч на первой стадии отжига железного порошка по известному способу расходуется газа на 6,77 р, а по предложенному способу расходуется смеси на !,5 р, т.е. в 4,5
35 раза дешевле. На второй стадии отжига водород экономится эа счет уменьшения времени на восстановление в 1,3 раза.
Таким образом, применение перегретого пара в смеси с водородом дает воэможность интенсифицировать процесс окисления углерода, а конечный продукт получить более дешевым и с улучшенными характеристиками.
