Способ термической обработки железного порошка Советский патент 1984 года по МПК B22F1/00 

а

О)

4

СО Изобретение относится к nopouiKOBofi металлургии, в частности к способам термической обработки железного пороШка, 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 J1). 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 отжига происходит окисление. Реакция окислением сопровождается обильным выделением тепла, за счет чего «роисходит спекание железного порошка и ухудшаются его физико-механические свойства. Из практики порошковой металлургии известно, что при получении порошка желе за добавление небольшого количества воды в восстановительную среду оказывает положительное влияние (2J. Однако )еболыиое количество воды для довосстановления железного порошка по углероду дает незначительный эффект и очень длительно по времени. Наиболее близким по технической сушности и достигаемому результату к изобретению является способ термической обработки железного порошка, по которому отжиг порошка проводят в две стадии: сначала в окислите. среде, затем в восстановительной. Отжиг в окислительной атмосфере производят в контролируемой по содержанию кислорода атмосфере инертного газа 3. Однако та(ой режим термической обработки приводит ; увеличению расхода восстановительного газа. Кроме того, наличие свобо.дного кислорода в смеси п 1иводит к увеличению кислорода в порон1ке, т.е. вызывает дополнительпое окисление самого порошка, что, в свою очередь, ухудшает восстанавливаемость материала. Целью изобретения является повышение качества порошка и снижение его стоимости. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки железного порошка, включающе.му двухстадийный отжиг сначала в окислительной атмосфере, затем в восстановительной, отжиг в окислительной атмосфере г(роводят в смеси перегретого пара и водорода. При 3toM содержание водорода в смеси составляет 8-10%. Перегретый пар при температуре и выше диссоциирует по ураинению . 2Н, -t- 4Н(1) В peay.fijTaTe образования атомарного кислорода перегретый пар при этой те.мпературе реагирует с углеродом по уравнению HjO + С + Зккал СО + И (1) Из уравнения реакции (И) видно, что она идет с поглощением тепла, т.е. применение пара для окисления углерода, содержа1цегося в порошке, исключает перегрев за счет окисления. Таким образом, на первой стадии окисления углерода железный поро- шок не имеет температуру 1200 + 20°С, когда происходит спекание порошк.а и образование структуры готового изделия. В окисленном железном nopoujKe всегда имеется окисел FejOj -- гематит, который на первой стадии отжига железного порошка (вторая стадия окисления углерода) выступает в качестве катализатора Н;,0 + -f 9г -f Юккал (III) Водород, вводимый в смесь на первой стадии отжига, химически нейтрален но отношению к у лероду, но добавка его в смесь сдвигает реакцию (III), влево, и основной становится конкурируюпхая реакция (II). Таким образом, на первой стадии отжига происходит окисление углерода, содержащегося в железе. Кроме того, наличие водорода в смеси, а также его выделение вследствие пиролиза водь1, приводит к частичному восстановлению железа на первой стадии отжига, а главное, что восстапон,.ение идет с поглощением тепла. - 2РезО. + НЛ-) + 5,2 ккал ЗРеО - HjO- 15,2 ккал FeO + + - 6,7 ккал FejOs + + 6,7 ккал (I Из приведенных уравнений видно на первой стадии отжига происходит окисление углерода (II III) и вынос виде газов СО и СОд, так и частичное восстановление железа, но главной яв.чяется реакция по окислению углерода. Так как реакции И и iV идут с поглощением тепла, то и отсутствует перегрев и спекание порошка, а это, в свою очередь, при дальнейшей обработке порошка не требует дробления готового порошка, что в свою очередь, улучшает физико-механические свойства порошка, так как отсутствует излишний наклеп. Замена среды, содержащей азот и кислород, на пар позволяет снизить себестоимость получаемого порошка, как за счет применения более дешевого окислителя углерода - пара, так и за счет уменьшения количества водорода, применяемого на второй стадии отжига, для восстановления железа. В предложенном способе окисление железа на первой стадии не происходит, а более того, частично железо даже восстанавливается. Пример. В шахтную печь устанавливается контейнер с железным порошком. В

днище контейнера по всей площади имеются отверстия, через которые подается смесь пар 4- водород. Контейнер выдерживается с подачей окислительной среды в течение 2 ч при температуре 1100-1120°С.

Исходный железный порощок имеет следующий состав, /о: железо 95,1; углерод 1,5;

кислород 3,2; кремний 0,15; марганец 0,40; сера 0,02; фосфор 0,02.

Через 2 ч подача перегретого пара прекращается и подается чистый водород в течение 3ч.

Химический состав железного порощкз после термической обработки приведен в. таблице.

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.

НЕ более

99,2 0,020,200,150,40

93

1

92

99,3 0,016 0,150,150,40

8

90

99,3 0.015 0,150,150,40

10

89

99,3 0,030,120,13О.,40

11 Уплотняемость порошка при усилии 7 Тс/CN 7,22 г/см (при обработке смесью, содержащей 8,10/о водорода). Из таблицы видно, что наиболее чистый железный порощок от углерода и кислорода получают с использованием предложенного способа при содержании водорода в смеси 8-10% (анализ железного порошка, обработаиного смесью, содержащей 9% водорода, дает те же результаты. По сравнению с известным способом предложенный способ позволяет получать железный порощок более высокого качества и со снижением его стоимости.

0,020,02

0,020,02

0,020,02

0,020,02 При стоимости i м Ni - 0,08 р; Од - 0,09 р; пара - 0,027, при условии расхода 60 MV ч на первой стадии отжига железного порошка по известному способу расходуется газа на 6,77 р, а по предложенному способу расходуется смеси на 1,5 р, т.е. в 4,5 раза дешевле. На второй стадии отжига водород экономится за счет уменьшения времени на восстановление в 1,3 раза. Таким образом, применение перегретого пара в смеси с водородом дает возможность интенсифицировать процесс окисления углерода, а конечный продукт получить более дешевым и с улучшенными характеристика.ми.