Способ получения железного порошка

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению железных порошков путем восстановления железосодержащего сырья, в том числе природных руд. В предложенном способе, включающем нагрев железосодержащего сырья в присутствии твердого восстановителя в несмешивающихся слоях до 1100-1200С, выдержку при этой температуре до образования губчатого железа, охлаждение, дробление, рассев, выделение неметаллических включений магнитной сепарацией, водородный отжиг при 850-950С в течение 1,5-2,0 часа, измельчение и классификацию, согласно изобретению в качестве железосодержащего сырья используют мартитовую руду, а на стадиях дробления, рассева, измельчения и классификации осуществляют дополнительное выделение неметаллических включений аспирацией при скорости воздушного потока 0,1-0,3 м/сек. Обеспечивается упрощение способа получения восстановленного железного порошка и улучшение его качества.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению железных порошков путем восстановления железосодержащего сырья, в том числе природных руд.

Известен способ получения железного порошка путем восстановления порошковых руд, их концентратов или окалины с применением в качестве восстановителей твердого углерода, в котором восстанавливаемый материал и восстановитель помещают несмешивающимися слоями в тигли, установленные на поду нагревательной печи. Затем продукты восстановления подвергают обжигу в токе водорода или диссоциированного аммиака.

Способ направлен на предохранение железного порошка от загрязнения восстановителем или продуктами его разложения, а также обеспечивает устранение наклепа, полученного частицами порошка при его измельчении, и более полное восстановление окислов железа.

(Авторское свидетельство СССР №112200, МПК B 22 F 9/20, 1949 г.)

Этот способ имеет следующие недостатки:

- диффузионный процесс восстановления при температуре выдержки 900-1100С протекает очень медленно, и время выдержки при этих температурах достигает 100 и более часов;

- получение восстановленного порошка по этому способу требует обязательного использования химически чистого сырья, так как все содержащиеся в нем примеси полностью переходят в готовый порошок и их содержание увеличивается пропорционально содержанию удаляемого кислорода.

Известен способ производства железного порошка фирмой “Hoganas” (Швеция).

Сырьем является высокообогащенная магнетитовая руда, помещенная в огнеупорные керамические трубы со смесью коксовой мелочи и известняка, которое восстанавливают в туннельных печах при температуре порядка 1200С. Полученное губчатое железо после разгрузки подвергают дроблению, магнитной сепарации, водородному отжигу в конвейерной печи при 800-900С, измельчению cпека до кондиционного порошка.

Отожженный порошок характеризуется хорошими технологическими свойствами: химический состав (мас.%): С=0,01; S<0,015; Р<0,015; потери при прокаливании в водороде - 0,20 мас.%; уплотняемость при давлении 600 МПа - 6,98 г/см3; прочность прессовки при давлении 600 – 21 МПа.

(В.Ф.Князев и др. Бескоксовая металлургия железа. - М.: Металлургия, 1972, с. 139).

Для получения такого порошка используется концентрат глубокого обогащения магнетитовой руды. Исходная руда подвергается тонкому измельчению и обогащается по сложной многоступенчатой схеме, включая обработку азотной кислотой, так как все имеющиеся примеси после восстановления полностью переходят в порошок.

Известно использование аспирации в сочетании с очисткой аспирируемого воздуха от пыли в порошковой металлургии, в частности, при получении порошков железа методом восстановления окислов железа твердым восстановителем в несмешивающихся слоях. При производстве порошков восстановленного железа для уменьшения уноса материала с аспирируемым воздухом скорость входа потока воздуха во всасывающее отверстие аспирационного отсоса ограничивают значениями 0,4 м/с, 0,7 м/с, не более 1 м/с - в зависимости от величины частиц аспирируемого материала. Таким образом, при восстановлении железа из магнетитового (Fe3O4) сырья аспирация используется только для удаления образующейся пыли.

(В.Б.Акименко и др. Аспирация при получении и обработке порошковых материалов, 1979 г., Экспресс-информация, “Черметинформация”, сер. 28, вып. 5, с. 1-3).

Известен способ получения железного порошка путем восстановления железосодержащего сырья, в частности, чистовой окалины проката низкоуглеродистых марок сталей. Вначале окалина подвергается предварительной обработке: грохочению с целью отделения крупных включений, сушке при 300-500С в атмосфере дымовых газов для освобождения от масел и других горючих примесей. Сухая окалина с влажностью не более 0,5% и температурой не выше 120С подвергается магнитной сепарации для удаления неметаллических механических включений, в основном, огнеупорного боя. Затем окалина измельчается. Сырьем для производства восстановленного железного порошка является прокатная окалина, содержащая (мас.%): Fe 75; C 0,4; Si 0,06-0,1; Cr 0,03; S 0,012; P 0,010; Mn 0,25. В качестве восстановителя применяется термоантрацитовый штыб, содержащий (мас.%): С 75; золы 10-20; Feобщ 5; Si 1,8; углеводородов (СnНm) с влажностью 1,5-2% - 0,7. Подготовленную окалину и восстановительную смесь загружают в карбидокремниевые капсели несмешивающимися слоями. Капсели помещают в туннельную печь, где происходит их нагрев до 1180С в течение 20 часов, выдержка при 1180С – 44 часа, охлаждение до 100С - 25 часов. При охлаждении частично происходит вторичное окисление губки. Губчатое железо в виде полого цилиндра подвергают очистке, дроблению, измельчению. Порошок рассеивается, проходит магнитную сепарацию и отжигается в водороде при 800-900С в конвейерных печах. После отжига спек измельчают и классифицируют. Полученный порошок имеет следующие характеристики: химический состав (мас.%): С 0,02; Si 0,10; Mn 0,35; S 0,02; P 0,015. Потеря массы при прокаливании в водороде - 0,25 мас.%. Уплотняемость при давлении 700 МПа - 7,0 г/см3. Прочность прессовки при плотности 6,5 г/см3 – 22 МПа.

(Акименко В.Б. и др. Металлургия железных и легированных порошков. - М.: Металлургия, 1992, с. 152-155 - прототип).

Недостатком этого способа является наличие в окалине проката низкоуглеродистых марок сталей примесей (Cr, Cu, Ni и др.), которые полностью остаются в губчатом железе и в готовом порошке, ухудшая тем самым его технологические свойства. Например, по ГОСТ 380-71, ГОСТ 10-50-74 и др. содержание примесей в низкоуглеродистых сталях колеблется в широких пределах: 0,25-0,70% Mn; до 0,3% Cr; 0,3% Ni и 0,3% Сu. Кроме того, фазовый состав окалины характеризуется высоким содержанием немагнитного вюстита (до 50%, остальное - магнетит), значительная доля которого удаляется в “хвосты”, что резко снижает выход годного порошка. Необходимо отметить также, что высокотемпературная сушка окалины (до 500С) для удаления масел (0,5-1,0%) создает неблагоприятную экологическую атмосферу вокруг такого производства, а нестабильный химический и фазовый состав окалины приводит к существенным колебаниям технологических свойств готового порошка.

Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании дешевого способа получения восстановленного железного порошка с максимальным выходом годного.

Технический результат изобретения состоит в упрощении способа получения восстановленного железного порошка с улучшением его качества.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения железного порошка, включающем нагрев железосодержащего сырья в присутствии твердого восстановителя в несмешивающихся слоях до 1100-1200С, выдержку при этой температуре до образования губчатого железа, охлаждение, дробление, рассев, выделение неметаллических включений магнитной сепарацией, водородный отжиг при 850-950С в течение 1,5-2,0 часов, измельчение и классификацию, согласно изобретению в качестве железосодержащего сырья используют мартитовую руду, а на стадиях дробления, рассева, измельчения и классификации осуществляют дополнительное выделение неметаллических включений аспирацией при скорости воздушного потока 0,1-0,3 м/сек.

Известно, что для получения железного порошка восстановлением магнетита (Fe3O4) используют глубоко очищенные концентраты магнетитовых руд (Fe3O4) или окалину (Fe3O4) проката низкоуглеродистых марок сталей, позволяющие производить кондиционный порошок с низким содержанием примесей (Si0,10 мас.%; Р0,02 мас.%; S0,015 мас.% и т.д.).

Нами было установлено, что максимальный выход кондиционного железного порошка может быть достигнут при использовании в качестве исходного сырья необогащенной (в состоянии добычи) мартитовой руды (Fe2O3), содержащей несколько процентов примесей в виде SiO2, CaO, Аl2O3 и др.

Эта руда обеспечивает высокие показатели по выходу годного порошка при выполнении следующих технологических требований:

- исходная руда не измельчается и не обогащается перед восстановлением в туннельной печи, как это делается при использовании магнетитового сырья, включая чистовую окалину;

- восстановленное губчатое железо дробится и классифицируется для получения порошка-сырца при скорости воздушного потока аспирационной системы в пределах 0,1-0,3 м/сек;

- спек порошка, отожженного в водороде, измельчается и классифицируется при скорости воздушного потока аспирационной системы также в пределах 0,1-0,3 м/сек.

Пример. В качестве исходного сырья использовали мартитовую руду крупностью <2,5 мм и содержащую (мас.%): Feобщ 65,0-67,0; SiО2 1,3-4,0; Аl2O3 0,5-1,0; CaO+MgO 0,4-0,8; Р2О5 0,06-0,10; S 0,03-0,10; MnO2 0,08-0,15. Руду сушили при температуре не выше 200С в барабанном сушиле и восстанавливали в туннельной печи при температуре 1180С. Полученное губчатое железо дробили и подвергали рассеву для выделения годной фракции порошка с размером частиц менее 0,16 мм при скорости воздушного потока аспирационной системы 0,2 м/сек с последующей магнитной сепарацией для выделения неметаллических включений. Затем порошок-сырец отжигали в токе водорода при температуре 900С в течение 2 часов при высоте слоя не более 25 мм. Спек отожженного порошка измельчали и классифицировали по фракции (-0,16 мм) при скорости воздушного потока аспирационной системы 0,19 м/сек.

Полученный в результате порошок имел следующие характеристики: химический состав (мас.%): Feобщ 99,5; Si 0,07; Mn 0,05; Al2O3+CaO+MgO 0,03; S 0,015; Р 0,015. Потеря массы при прокаливании в водороде - 0,15 мас.%. Уплотняемость при 700 МПа - 7,0 г/см3. Насыпная плотность - 2,43 г/см3 Прочность прессовки при плотности 6,5 г/см3 - 33,6 МПа. Максимальная крупность частиц - 0,16 мм. Выход порошка с насыпной плотностью 2,3-2,5 г/см3 составил 91,1%.

Получаемый таким образом порошок характеризуется более высокой прочностью прессовки - 33,6 МПа, в то время как у известных порошков NC100.24 и ПЖВ2.160.24 это значение не превышает 26 МПа.

Формула изобретения

Способ получения железного порошка, включающий нагрев железосодержащего сырья в присутствии твердого восстановителя в несмешивающихся слоях до 1100-1200С, выдержку при этой температуре до образования губчатого железа, охлаждение, дробление, рассев, выделение неметаллических включений магнитной сепарацией, водородный отжиг при 850-950С в течение 1,5-2,0 ч, измельчение и классификацию, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего сырья используют мартитовую руду, а на стадиях дробления, рассева, измельчения и классификации осуществляют дополнительное выделение неметаллических включений аспирацией при скорости воздушного потока 0,1-0,3 м/с.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии получения порошков редких и рассеянных элементов

Изобретение относится к технологии получения ультрадисперсных порошков, в частности к способам получения ультрадисперсных порошков меди
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения порошков металлов, например, молибдена, вольфрама и свинца

Изобретение относится к способам получения ферритовых порошков, применяемых в машиностроении, вычислительной технике, радиоэлектронике, приборостроении и других отраслях народного хозяйства, для изготовления устройств с определенными электромагнитными параметрами

Изобретение относится к способам получения порошка металлического железа путем переработки отработанных травильных растворов

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков меди из твердых металлических соединений

Изобретение относится к получению порошков высокочистых тугоплавких металлов, клапанных субоксидов тугоплавких металлов и клапанных металлов или их сплавов, пригодных для изготовления целого ряда электрических, оптических и прокатных изделий/деталей, получаемых из соответствующих их окислов при металлотермическом восстановлении в твердой или жидкой форме этих окислов, используя восстанавливающий агент, который поддерживает после воспламенения высокоэкзотермическую реакцию, предпочтительно осуществляемую при непрерывной или периодической подаче окисла, например при перемещении под действием силы тяжести
Изобретение относится к металлическим составам, взаимодействующим с водой с выделением тепла и водорода, и может применяться в комбинированных термоэлементах, в топливных элементах для генерации электрического тока, в промышленных и бытовых газогенераторах, в химии, металлургии

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу производства порошка тантала и устройству для его осуществления
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения никелевого порошка из закиси никеля
Изобретение относится к получению порошков клапанных металлов
Изобретение относится к способу получения порошков металлов или гидридов металлов элементов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та и Сr

Изобретение относится к способам получения порошка тугоплавкого металла
Изобретение относится к получению порошка вентильного металла для применения его в качестве материала анода для электролитических конденсаторов

Изобретение относится к производству газопоглотителей из порошка титана для электровакуумных и других приборов и может применяться в качестве газопоглотителя различных газов при пониженном давлении в рентгеновских трубках, в ускорителях элементарных частиц
Наверх