СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА С НИЗКОЙ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ Российский патент 1994 года по МПК B22F9/04 B22F9/22 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения железного порошка с низкой насыпной плотностью ("легкого" порошка) из оксидов железа, в частности, из прокатной окалины, и может быть использовано для производства нового класса восстановленных железных "легких" порошков с целью изготовления высокопористых изделий (фильтров), антифрикционных и конструкционных изделий сложной конфигурации, фрикционных изделий, не содержащих асбест и пр.

Интерес к порошкам с низкой насыпной плотностью объясняется возможностью изготовления из них порошковых изделий со свойствами, сочетающими высокую пористость с хорошими прочностными характеристиками, что позволяет расширить номенклатуру порошковых изделий в сторону усложнения их конструкции, т. е. обеспечить изготовление высоких тонкостенных деталей, изделий с острыми углами, кромками и пр. Кроме того, установлено, что эти порошки дают стабильность размеров после спекания, хорошую обрабатываемость резанием и прокаливаемость.

Известен способ получения железной губки из прокатной окалины, который включает нагрев прокатной окалины при высоких температурах, перемешивание нагретой окалины для контакта с воздухом с целью ее максимального окисления в соответствии с химической формулой Fe₂O₃ и последующее восстановление полностью окисленного материала горячим водородом, причем оксид железа во время восстановления находится в неподвижном слое.

Способ обеспечивает высокое качество и однородность продукта, однако при его осуществлении очень мал выход порошка с низкой насыпной плотностью.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и результату является способ получения порошкового железа, разработанный формой "Пайрон корпорейшн", включающий восстановление прокатной окалины водородом. Этот способ выбран в качестве прототипа.

В известном способе отсортированная окалина прокатного производства проходит через ротационную сушилку и грохот, на котором отсеиваются крупные куски посторонних материалов, затем с помощью магнитного сепаратора из окалины удаляют частицы немагнитных материалов, после чего ее измельчают в шаровой мельнице и снова подвергают грохочению. После этого окалину, представляющую собой смесь оксидов железа, окисляют до Fe₂O₃ и в таком виде она поступает в восстановительную печь. В печи исходный материал перемещается на стальной ленте, в качестве газа-восстановителя используют чистый водород. После восстановления спек губчатого железа размалывают до порошкообразного состояния, просеивают и закладывают в бункеры.

В результате получают железные порошки с низкой насыпной плотностью и высокой прессуемостью. Сообщается, что восстановленное водородом порошковое железо типа R-12 разработано специально для употребления в тормозных колодках. Форма частиц его и внутренняя пористость определяют высокие фрикционные свойства и прочность неспеченного материала.

Следует отметить, что наши попытки воспроизвести приведенную выше известную технологию дали низкий выход "легкого" порошка (до 30% ), остальная масса губчатого железа при дальнейшем измельчении уплотнялась с образованием гранул с высокой насыпной плотностью (до 3,5 г/см³).

Уникальные свойства порошков с низкой насыпной плотностью (1,0-2,3 н/см³) объясняются неправильной формной частиц, распространенноcтью пор на поверхности и внутри самих частиц.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение - это разработка технологии максимального выхода "легких" порошков с насыпной плотностью 1,0-2,0 г/см³, т. е. создание условий для образования "сотовой" губчатой структуры железа при восстановлении его оксидов.

Такой технический результат, т. е. увеличение выхода порошка "легкой" фракции, может быть получен тем, что в известном способе, включающем сушку, измельчение, полное окисление и последующее восстановление железной окалины с размолом и классификацией полученного спека губчатого железа, в соответствии с изобретением, перед восстановлением проводят дополнительное измельчение железной окалины до заданной крупности порошка.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Известно, что имеющаяся в значительных количествах прокатная окалина является подходящим сырьем для получения железного порошка с низкой насыпной плотностью.

В прокатной окалине железо находится в основном в виде магнитного оксида Fe₃O₄. Попытки получить железную губку удовлетворительного качества восстановлением прокатной окалины путем высокотемпературного контакта с восстановителем, включая водород, были безуспешными.

Было установлено, что для получения наиболее "легкого" восстановленного железного порошка необходимо, чтобы в качестве исходного сырья использовался оксид железа с самым высоким содержанием кислорода - гематит с химической формулой Fe₂O₃. Этот оксид обеспечивает наиболее высокие показатели по пористости губчатого железа и по скорости его восстановления в токе водорода. Поэтому сначала необходимо полностью окислить прокатную окалину до высшего окисла Fe₂O₃ по реакции:
4Fe₃O₄(12FeO) + (3)О₂ -> 6Fe₂O₃ и лишь после этого проводить процесс восстановления по реакции:
Fe₂O₃ + 3H₂ -> 2Fe + 3H₂O
Эти операции, как и предшествующие полному окислению процессы сушки и измельчения прокатной окалины, без которых невозможно осуществление изобретения, являются существенными признаками данного изобретения, совпадающими с признаками прототипа.

Отличительным от прототипа признаком, без которого не может быть достигнут технический результат, а именно, увеличение выхода порошка с низкой насыпной плотностью, является процесс дополнительного измельчения окисленной железной окалины до заданной крупности порошка, который проводят перед восстановлением ибо отсутствие операции измельчения между переделами дает наклеп губчатого железа при его последующем измельчении после восстановлении, что в результате приводит к преимущественному получению "тяжелого" порошка.

П р и м е р. В качестве исходного сырья использовали отсортированную прокатную окалину кипящих марок сталей, содержащую, мас. % : Fe_общ. 72-74; Si ≅ 0,07; Mn ≅0,30. Окалину сушили при 700^оС и измельчали в шаровой мельнице в течение 15 мин до крупности 0,16 мм, затем проводили ее окисление горячим воздухом при 850^оС в печи КО-11 на остальном листе в слое высотой 20 мм. Полученный спек гематита измельчали до крупности 0,16 мм и восстанавливали на непрерывной ленте в токе водорода при 950^оС при высоте слоя 30 мм. Затем спек восстановленного губчатого железа измельчали до порошка крупностью 0,16 мм.

Полученный в результате порошок имел следующие характеристики:
Химический состав, мас. % : Fe_общ 98,5; О₂ 0,5;
Насыпная плотность 1,3 г/см³;
Максимальная крупность частиц 0,16 мм;
Удельная поверхность частиц (по прибору "Аккусорб") 2,3 м²/г;
Выход порошка с насыпной плотностью 1,3 г/см³ составил 97,3% ,

Использование: для производства нового класса восстановленных железных "легких" порошков с целью изготовления высокопористых изделий (фильтров), антифрикционных и конструкционных изделий сложной конфигурации, фрикционных изделий, не содержащих асбест и др. Сущность изобретения: способ включает сушку, измельчение, полное окисление и последующее восстановление железной окалины с размолом и классификацией полученного спека. Новым является то, что перед процессом восстановления проводят измельчение железной окалины до заданной крупности порошка.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА С НИЗКОЙ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ, включающий сушку, измельчение, полное окисление и последующее восстановление железной окалины с размолом и классификацией полученного спека губчатого железа, отличающийся тем, что перед восстановлением проводят дополнительное измельчение железной окалины до заданной крупности порошка.