Способ получения железного порошка

 

Изобретение относится к производству железного порошка. Цель - повышение качества и улучшение технологических свойств. Расплав нагревают до 1600 - 1650^oС, что обеспечивает в фокусе распыления температуры 1400- 1500^oC, распыляют сжатым воздухом при давлении 4 атм, температура конца распыления 1450^oC. Первая стадия термообработки происходит при 850^oC 3 ч в среде азота с содержанием O₂ ≅ 1%, вторая стадия - при 900^oC 3 ч в среде водорода со скоростью нагрева 20^oC/мин, охлаждение - в водороде. Получается порошок высокого качества с низким содержанием примесей и высокими технологическими свойствами. Таким образом, применение описанного способа позволяет без дополнительных капитальных вложений получать порошок высшего качества с насыпной плотностью в пределах 2,2 - 2,5 г/см³ и формуемостью 2,3 - 7,2 г/см³. 4 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству железного порошка. Целью изобретения является повышение качества железного порошка и улучшение его технологических свойств. Предложенный способ осуществляют следующим образом. Готовится исходный расплав железоуглеродистого материала с содержанием кремния, не превышающим 0,03% Расплав нагревается до 1600 1650^oС. Температура перегрева расплава определяется тем, что в существующих устройствах для распыления расплава за время его транспортировки в зону распыления он охлаждается на 100 150^oC. Таким образом, расплав, нагретый до 1600 1650^oC, в фокусе распыления имеет температуру 1500^oC. При этой температуре расплав распыляют, например, сжатым воздухом. Выбор диапазона температур распыления определяется следующим. При температурах 1400 1500^oC при распылении расплава в образующих каплях интенсивно проходит процесс выгорания углерода с выделением окиси углерода СО. В результате этого в каплях образуются полости, при остывании порошок принимает форму тонкостенных полых скорлупообразных частиц с низкой насыпной плотностью (в пределах 2,2-2,5 г/см³). Повышение температуры расплава до свыше 1500^oC требует значительных энергозатрат, но не дает соответствующего повышения положительного эффекта (уменьшения насыпной плотности либо повышения формуемости). Уменьшение температуры расплава в фокусе распыления до ниже 1400^oC приводит к резкому торможению реакции обезуглероживания. При этом резко уменьшается количество выделяемой окиси углерода и порошок получается в виде плотных сфероидальных частиц с высокой насыпной плотностью и плохой формуемостью (табл. 2). После распыления образовавшийся порошок-сырец подвергают двухстадийному восстановительному отжигу, причем на первой стадии отжига обеспечивают прочное спекание окисными пленками, образующимися на поверхности каждой частицы в процессе распыления. С целью обеспечения прочного спекания и сохранения окисных пленок на поверхности частиц первую стадию отжига ведут в нейтральной атмосфере, например азота, с содержанием кислорода, не превышающим 1% скорость нагрева порошка поддерживают в пределах 10 20^oC/мин, нагревают его до температуры спекания оксидов и выдерживают при этой температуре в течение 2 3 ч. Диапазон скоростей нагрева обусловлен тем, что при скорости менее 10^oC/мин на поверхности частиц образуется толстый слой спека, состоящий из высших окислов железа, которые затем необходимо восстановить до железа. Это отрицательно сказывается как на экономических показателях оборудования, так и на качестве готового порошка, так как последующее восстановление порошка при общепринятой технологии оказывается недостаточно полным. При скорости нагрева более 20^oC/мин не происходит заметного улучшения спекания при значительном увеличении расхода топлива на нагрев (табл. 3). При выдержке порошка, нагретого до температуры спекания оксидов, менее 2 ч обезуглероживание порошка оказывается неполным, что приводит к снижению его технологических свойств. При выдержке более 3 ч увеличение степени обезуглероживания не оправдывает увеличения энергозатрат на термообработку порошка (табл. 4). Ограничение содержания кислорода в атмосфере нейтрального газа на первой стадии отжига обусловлено также тем, что при большем содержании кислорода образуется большое количество высших окислов железа, в результате чего снижается качество готового порошка. Содержание углерода в порошке регулируется на стадии подготовки расплава и распыления его сжатым воздухом. После завершения первой стадии отжига проводят вторую стадию при 850 950^oC в восстановительной атмосфере, например в среде водорода или диссоциированного аммиака (нагрев, выдержка в течение 1 3 ч и охлаждение). Таким образом, при распылении расплава за счет выделения газообразной окиси углерода СО образуется порошок-сырец, частицы которого имеют форму полых тонкостенных скорлупообразных гранул. На первой стадии отжига происходит спекание частиц распыленного порошка друг с другом окисными пленками. При этом образуются развитые конгломераты, характеризующиеся общим окисным слоем спеченных частиц. Одновременно на этой стадии происходит обезуглероживание частиц порошка со стороны внутренней поверхности окисных пленок. На второй стадии происходит восстановление спекшихся окисных пленок, что обуславливает образование на конгломератах спеченных частиц прочных железных каркасов. При размоле разламывание происходит не по границам частиц, как при общепринятой технологии, а по тонким скорлупообразным стенкам, в результате чего образуется порошок с высокоразвитой поверхностью частиц. П р и м е р. Выплавлен расплав с содержанием: C 4,2% Si 0,03% Температура начала распыления 1500^oC. Температура конца распыления 1450^oC. Распыление ведется сжатым воздухом с расходом 4000 нм³/ч и давлением 4 атм (кг/см²). Расход расплава при распылении 200 кг/мин. Термообработка: I стадия скорость нагрева 15^oC/мин, температура нагрева 850^oC, выдержка 3 ч, среда азот, содержание кислорода O₂ ≅ 1% II стадия скорость нагрева 20^oC/мин. температура нагрева 900^oC, выдержка 3 ч, среда водород. Охлаждение в водороде. Готовый порошок имеет следующий состав, мас. Fe 99,64; C 0,02; Si 0,03; Mn 0,048; S 0,011; P 0,015; CO 0,17; н/о 0,06. Таким образом, применение описанного способа получения железного порошка позволяет без дополнительных капитальных вложений получать порошок высшего качества с насыпной плотностью в пределах 2,2 2,5 г/см³ и формуемостью 2,3 7,2 г/см³ вместо порошка обычного качества.

Формула изобретения

Способ получения железного порошка, включающий подготовку расплава, распыление его сжатым воздухом, двухстадийный восстановительный отжиг полученного порошка-сырца и последующее его дробление, отличающийся тем, что, с целью повышения качества железного порошка и улучшения его технологических свойств, распыление ведут при температуре расплава в фокусе распыления 1400 1500^oС, первую стадию отжига ведут в инертной среде с содержанием кислорода не более 1% со скоростью нагрева 10 20 град./мин до температуры спекания оксидов железа и выдержке при этой температуре в течение 2 3 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): ОАО "СеверСталь"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): ООО "ССМ - Тяжмаш"

Номер и год публикации бюллетеня: 12-2004

Договор № 18857 зарегистрирован 25.03.2004

Извещение опубликовано: 27.04.2004        

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

---