專利名稱：鐵系粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵系粉末的制備方法，更為詳細(xì)地，涉及一種采用通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制得的鋼水制備鐵系粉末的方法。
背景技術(shù)：
最近隨著在汽車及機(jī)械中需要的具有復(fù)雜形狀的燒結(jié)用部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為其原料使用的鐵系粉末的使用量劇增。燒結(jié)用部件需要經(jīng)過以下過程:將作為原料的鐵系粉末填充在具有符合目的的制造產(chǎn)品形狀的模具內(nèi)部后，施加4-7噸/cm2的高壓而進(jìn)行壓縮成型，而且為了賦予物理及機(jī)械特性，在高溫中進(jìn)行燒結(jié)處理以獲得高密度的燒結(jié)體。特別是，為了制造汽車用燒結(jié)部件，粉末本身需要具備優(yōu)異的質(zhì)量以能夠制造合適的粒度、流動(dòng)度、外觀密度、成型密度、高潔凈度等的高密度燒結(jié)體。眾所周知，通過水霧化方法制備的鐵系粉末與還原鐵系粉末不同，不存在進(jìn)行還原工藝時(shí)在粉末內(nèi)部氧化物被還原的位置上殘留氣孔的現(xiàn)象，所以幾乎不存在內(nèi)部氣孔，因此在施加相同壓力時(shí)的成型密度顯示為比還原鐵系粉末高出0.5g/cm3以上，因此適合于高密度燒結(jié)部件的制造。而且，當(dāng)制備鐵系粉末時(shí)，非常重要的是，通過最大限度地減少對(duì)成型性產(chǎn)生不良影響的碳(C)、氧(O)、氮(N)、硫(S)和磷(P)等雜質(zhì)以維持鐵系粉末的高潔凈度。除了高潔凈度、高成型密度等優(yōu)異質(zhì)量，對(duì)鐵系粉末所要求的又一個(gè)重要因素是制備方法的經(jīng)濟(jì)性。目前，在電弧爐中使廢鐵再熔解后，經(jīng)過如脫碳、脫磷等氧氣吹煉的精煉方法形成鋼水，之后通過水霧化方法制備了鐵系粉末。但是，由于現(xiàn)有技術(shù)再利用雜質(zhì)含量不同的廢鐵，因此將鋼水的成分保持在規(guī)定的水平需要消耗很多時(shí)間和成本。而且，通常進(jìn)行水霧化的鋼水的表面張力較高，因此當(dāng)在水霧化方法中鋼水成為粉末時(shí)，出現(xiàn)粉末形狀形成為球形化的傾向，于是在壓制粉末時(shí)成型材料的成型強(qiáng)度下降，從而在輸送中成型材料可能會(huì)產(chǎn)生不希望的破損。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是為了解決所述的問題而提出的，其目的在于提供一種鐵系粉末的制備方法，該方法向中間包(tundish)提供通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制備的鐵系鋼水，并且對(duì)通過與所述中間包連接的噴嘴排出的所述鋼水進(jìn)行水霧化來實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方案為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的鐵系粉末的制備方法包括以下步驟:向中間包提供通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制備的鐵系鋼水；及對(duì)通過與所述中間包連接的噴嘴排出的所述鋼水進(jìn)行水霧化。在所述煉鋼工藝中，可在不進(jìn)行鐵水預(yù)處理的情況下將從煉鐵工藝中放出的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐并進(jìn)行精煉。在裝入所述轉(zhuǎn)爐前的所述鐵水的溫度范圍可為1，2500C -1, 450°C，硫(S)含量可為 0.005wt%-0.lwt%0所述鐵系粉末的制備方法可進(jìn)一步包括以下步驟:向所述中間包提供鋼水之前向所述鋼水添加含硫物質(zhì)，使得包含在所述鋼水中的硫(S)含量達(dá)到0.lwt%-0.2wt%。通過所述煉鋼工藝精煉的鋼水中的碳(C)含量可為0.001wt%-0.lwt%，磷(P)含量可為 0.001wt%-0.02wt%o所述鐵系粉末的制備方法還可包括以下步驟:對(duì)通過由所述水霧化制備的鐵系粉末進(jìn)行脫水、干燥及還原熱處理。所述還原熱處理可通過使經(jīng)過所述水霧化分離成液滴并冷卻的鐵系粉末在6000C -1, 200°C的還原氛圍下進(jìn)行反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。在所述還原熱處理后，當(dāng)所述鐵系粉末中的硫(S)平均含量超過0.01wt%時(shí)，可反復(fù)進(jìn)行所述還原熱處理。有益效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的鐵系粉末的制備方法具有如下的效果。在本發(fā)明中，與再熔解廢料不同，對(duì)液體狀態(tài)的鐵水進(jìn)行煉鋼處理而直接制備鐵系粉末，從而能夠提供優(yōu)異質(zhì)量的粉末并且降低制造成本。據(jù)此，能夠?qū)Σ捎盟鲨F系粉末的汽車及機(jī)械關(guān)聯(lián)部件產(chǎn)業(yè)的技術(shù)及價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的提高做出重大貢獻(xiàn)。而且，能夠節(jié)約再熔解廢鐵時(shí)需要的能量，從而能夠減少CO2的排放。而且，通過使用在煉鋼工藝中由含有規(guī)定量的硫的鐵水精煉成的鋼水制備粉末，從而能夠增加通過水霧化工藝粉末化的鐵系粉末的成型強(qiáng)度。


圖1是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的使用鋼水的鐵系粉末的制備方法的工藝圖。圖2是表示對(duì)從與中間包連接的噴嘴部排出的鋼水進(jìn)行水霧化工藝的圖。
具體實(shí)施例方式通過參照附圖和后述的具體示例性實(shí)施方案，應(yīng)能清楚地理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征以及用于實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)和特征的方法。但是，本發(fā)明并非限定在以下公開的示例性實(shí)施方案，可以實(shí)現(xiàn)為各種不同的形態(tài)。本發(fā)明的實(shí)施方案只是用于完整地公開本發(fā)明，并且是為了向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地告知本發(fā)明的范疇而提供的，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)用權(quán)利要求書的保護(hù)范圍來定義。在通篇說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的結(jié)構(gòu)要素。下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選示例性實(shí)施方案的使用鋼水的鐵系粉末的制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。需要說明的是，在本發(fā)明的說明中，當(dāng)認(rèn)為對(duì)相關(guān)公知功能或者結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明可能會(huì)影響本發(fā)明的要旨時(shí)，省略其詳細(xì)說明。圖1是示意地表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的使用鋼水的鐵系粉末的制備方法的工藝圖。
如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選示例性實(shí)施方案的鐵系粉末的制備方法包括以下步驟:向中間包提供通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制備的鐵系鋼水；及對(duì)通過與所述中間包連接的噴嘴排出的所述鋼水進(jìn)行水霧化。本發(fā)明的特征在于，將在煉鐵工藝中制備的鐵水作為鐵系粉末的制備原料來使用。所述煉鐵工藝包括通過高爐工藝(其為一般煉鐵工藝)或FINEX熔融還原工藝，而且在1，5000C -1, 600°C范圍內(nèi)出鐵并將鐵水投入到鐵水搬運(yùn)車后裝入轉(zhuǎn)爐。所述放出的鐵水的主要成分可為碳(C) 4wt%以上、硅(Si) 0.l_lwt%、錳(Mn)0.1-0.5wt%、磷(P)0.06-0.2wt%jt(S)0.005-0.lwt%、鉻(Cr)0.lwt% 以下、鈦(Ti)0.lwt%以下、釩(V) 0.lwt%以下和銅(Cu) 0.01%以下。在1250°C-1450°C范圍內(nèi)，將所述硫(S)成分為0.005-0.lwt%的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐中。與本發(fā)明不同地，通常，在制造板坯等的連鑄工藝中，在將鐵水裝入轉(zhuǎn)爐之前在鋼包(ladle)中投放鐵水后通過鐵水預(yù)處理過程(例如，脫硫處理)將硫的含量控制在
0.005wt%以下，這種工藝需要約45分鐘，而且鐵水溫度最多下降50°C。脫硫處理指的是，在裝入于鋼包中的鐵水中添加生石灰等后進(jìn)行攪拌，從而去除在鐵水中包含的硫成分的工藝。煉鋼工藝指的是，通過對(duì)在煉鐵工藝中放出的鐵水中包含的如碳、硅、錳、磷和硫的雜質(zhì)進(jìn)行精煉，從而降低碳含量并去除雜質(zhì)的工藝，其可使用轉(zhuǎn)爐等。在本發(fā)明中不需要常規(guī)煉鋼工藝所需的鐵水預(yù)處理工藝。即，無需在鐵水預(yù)處理過程中去除鐵水中所含有的硫，從而能夠防止如上所述的溫度下降，而且也能夠縮短工藝時(shí)間。所述去除硫的工藝在鐵水預(yù)處理工藝以外的工藝中也能夠在所述煉鋼工藝的轉(zhuǎn)爐中實(shí)現(xiàn)。所述硫起到減少鋼水的表面張力的作用，從而當(dāng)鋼水在后述的水霧化工藝中成為粉末時(shí)，其起到使得粉末的形狀具有非球形的不規(guī)則形狀的作用。接下來，所述鐵系粉末的制備方法進(jìn)一步包括以下步驟:向所述鋼水添加含硫物質(zhì)以使向所述中間包供給之前的鋼水中包含的硫(S)含量達(dá)到0.lwt%-0.2wt%。通過添加用于增加所述鋼水內(nèi)的硫含量的物質(zhì)來降低鋼水的粘度(鋼水的流動(dòng)性增加)，使得在后述的水霧化時(shí)，即在向降落的鋼水噴射高壓水的工藝中制備的粉末的形狀具有非球形的不規(guī)則形狀，從而在對(duì)粉末進(jìn)行壓縮成型時(shí)，能夠增加成型體的成型強(qiáng)度。作為能夠增加所述硫含量的物質(zhì)，可使用硫化鐵(FeS)等含硫鐵合金，所述鐵合金可在精煉的鋼水被裝入至鋼包并被供給到中間包之前添加至所述鋼包中。在所述煉鋼工藝中，將從所述煉鐵工藝放出的鐵水在所述轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行30-60分鐘的氧化反應(yīng)，從而將所述鐵水精煉成所含成分中的碳(C)含量為0.001-0.lwt%、磷(P)含量為0.001wt%-0.02wt%范圍的鋼水。此時(shí)，之所以將鋼水成分中的碳含量保持為0.001-0.lwt%，原因是當(dāng)鋼水通過水霧化成為粉末時(shí)，若碳(C)含量低于0.001wt%,則在剛進(jìn)行水霧化之后,在粉末表面上產(chǎn)生5-15 μ m左右的氧化亞鐵(FeO)氧化層，從而在后續(xù)的還原熱處理工藝中所需的時(shí)間、還原氣的消耗量增多而導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，并且制備成本上升。另外，當(dāng)碳(C)含量高于0.lwt%時(shí)，即使通過還原熱處理工藝也不能完全去除粉末內(nèi)的碳而形成碳化物，由此會(huì)導(dǎo)致硬度值的上升，從而會(huì)降低粉末的成型性能。另外，之所以將鋼水成分中的磷(P)含量保持為0.001-0.02wt%，是因?yàn)闉榱耸沽壮煞趾肯陆档?.001wt%的水平,需要使用雙洛法(double-slag method),因此該雙洛法需要更長(zhǎng)的氧化反應(yīng)時(shí)間，從而轉(zhuǎn)爐工藝變得更長(zhǎng)。當(dāng)磷成分含量高于0.02被％時(shí)，最終產(chǎn)品會(huì)呈現(xiàn)脆性，因此會(huì)降低產(chǎn)品壽命。在所述轉(zhuǎn)爐中，通過氧化反應(yīng)的鋼水在1550°C _1750°C的溫度范圍內(nèi)通過鋼包出爐，而且在所述鋼包中，將1530°C -1700°C溫度的鋼水以100kg/min-3噸/min的噴出速度向鋼包下部的中間包出鋼，并使鋼水通過位于中間包下部的內(nèi)徑為10mm-40mm的圓形陶瓷孔(噴嘴)向下部的水霧化工藝腔室內(nèi)落下。在所述鋼包中，當(dāng)鋼水溫度未達(dá)到1530°C時(shí)，鋼水會(huì)凝固，由此無法繼續(xù)進(jìn)行工藝；當(dāng)鋼水溫度超過1700°C時(shí)，對(duì)鋼包耐火物、中間包耐火物施加超負(fù)載，從而對(duì)生產(chǎn)作業(yè)帶來很大的危險(xiǎn)。當(dāng)鋼水的噴出速度小于100kg/min時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降，不但成為成本上升的主要原因，而且要處理10噸以上的鋼水非常困難；當(dāng)鋼水的噴出速度高于3噸/min時(shí)，由于水霧化及水冷卻所需要的水的總量較多，因此會(huì)導(dǎo)致裝置規(guī)模的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，極大地增加投資成本。圖2為表明對(duì)從與中間包連接的噴嘴部排出的鋼水進(jìn)行水霧化工藝的示意圖。所述水霧化可以采用用于現(xiàn)有鐵系粉末制備法的裝置。通過所述陶瓷孔(噴嘴)向水霧化工藝腔室流入的鋼水，由于其與通過位于所述腔室上部且用于噴射高壓水的噴嘴以50-300巴的壓力噴射的水進(jìn)行沖撞，從而分離成500 μ m以下大小的液滴，該液滴通過在所述腔室內(nèi)部以20-80%的容積裝填的冷卻水及所述噴射的水進(jìn)行淬火并成為粉末，使得在所述粉末中150μπι(100目)以下大小的粉末所占比例為80-95%。此時(shí)由于在高溫中水與鐵直接接觸，因此在粉末表面上會(huì)有氧化層覆蓋。當(dāng)所述高壓水的壓力小于50巴時(shí)，粉末的表面粗糙度下降，而且不能獲得80%以上的150μπι以下的粉末。當(dāng)高壓水的壓力為300巴以上時(shí)，粉末的平均粒度變小，因此不能獲得期望大小范圍的(100目以下的粉末為80%以上且95%以下)粉末，從而會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率下降。在所述粉末與腔室內(nèi)的工藝用水及冷卻水分離后，經(jīng)過脫水處理及干燥處理而干燥成含水量為0.lwt%,之后使包括氫的還原氣體流過并在600°C -1, 200°C溫度下進(jìn)行熱處理使得氧的含量為0.2wt%以下。通過所述還原熱處理將所述鐵系粉末的硫(S)平均含量控制在0.01wt%以下。當(dāng)所述鐵系粉末的硫平均含量經(jīng)過所述還原熱處理后超過0.01wt%時(shí)，反復(fù)進(jìn)行所述還原熱處理。之后，經(jīng)過粉碎工藝、分級(jí)工藝以及混合工藝將粉末控制為平均大小為50-100 μ m,45 μ m以下大小的粉末的比率為40%以下，150 μ m以下大小的粉末的比率為80-95% 范圍。在剛進(jìn)行水霧化工藝之后的粉末的粒度分布中，當(dāng)100目以下的粉末占80-95%時(shí)才能最大限度地減少后續(xù)工藝中損失的粉末的量，由此可以提高粉末的產(chǎn)率。
當(dāng)100目以下的粉末占80%以下時(shí)，大于100目的粉末將超過20%，這樣會(huì)使粉末產(chǎn)率下降至80%以下，此時(shí)需要進(jìn)行將大粉末作為廢料來處理等不必要的作業(yè)，因此不優(yōu)選；當(dāng)粉末產(chǎn)率提高至95%以上時(shí)，平均粒度會(huì)下降至50 μ m的水平，而且325目以下的粉末的比率將超過40%，這樣會(huì)使粉末的流動(dòng)性變差(30秒/50g以上)，在成型工藝中向模具內(nèi)裝入粉末的速度變慢，從而生產(chǎn)效率變差，且由于流動(dòng)性的變差，在成型體的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生密度不均的區(qū)域。此外，對(duì)于相同密度的成型體所需的成型壓力升高，由此對(duì)模具反復(fù)施加高壓,從而縮短模具壽命。下面，通過實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的使用鋼水的鐵系粉末的制備方法。但以下的實(shí)施例只是用于舉例說明本發(fā)明，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于以下的實(shí)施例。<實(shí)施例1>對(duì)于在高爐中制備的鐵水不用通過鐵水預(yù)處理而在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行煉鋼處理后，將鋼水送到中間包，然后通過高壓的水霧化裝置制備了鐵系粉末。所述鋼水是通過控制由煉鐵工藝制備的含碳量高的鐵水成分而得到的鋼水，并且在轉(zhuǎn)爐中使用了氧化精煉方法作為控制鋼水狀態(tài)中的組分的方法。為了具體計(jì)算通過使用本發(fā)明可產(chǎn)生的成本降低的效果，將使用本發(fā)明鐵系鋼水的鐵系粉末以及現(xiàn)有技術(shù)中的廢鐵在電弧爐中再熔解而制備了鐵系粉末。將在高爐中制備的鐵水投入到轉(zhuǎn)爐中，并在轉(zhuǎn)爐中對(duì)碳、硅、磷等成分進(jìn)行氧化精煉而獲得鋼水后裝入中間包，然后通過噴嘴使鋼水落下的同時(shí)使用高壓的水霧化裝置制備了鐵系粉末，并計(jì)算了本實(shí)施例每道工藝的費(fèi)用及總費(fèi)用，且表示在表I中。此外，再熔解廢鐵后在電爐中經(jīng)過煉鋼工藝獲得鋼水，并使用該鋼水通過高壓的水霧化工藝制備鐵系粉末，并將每道工藝費(fèi)用及總費(fèi)用作對(duì)比材料，且表示在表I中。實(shí)際上，當(dāng)本發(fā)明中所述的鋼水直接作為原材料而使用的情況與現(xiàn)有技術(shù)中的廢鐵再熔解工藝相比較時(shí)，對(duì)在連鑄工藝及再熔解工藝所需時(shí)間、進(jìn)行真空脫氣處理時(shí)進(jìn)一步消耗的能源等的附加成本的節(jié)省效果也非常大。表I
權(quán)利要求
1.一種鐵系粉末的制備方法，包括以下步驟: 向中間包提供通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制備的鐵系鋼水；以及對(duì)通過與所述中間包連接的噴嘴排出的所述鋼水進(jìn)行水霧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于， 所述煉鋼工藝為在不進(jìn)行鐵水預(yù)處理的情況下將從所述煉鐵工藝中排出的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐中并進(jìn)行精煉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于， 在裝入所述轉(zhuǎn)爐前的所述鐵水的溫度范圍為1，250 °C _1，450°C，硫(S)含量為0.005wt%-0.lwt%0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟: 在向所述中間包提供所述鋼水之前，向所述鋼水添加含硫物質(zhì)，使得所述鋼水中的硫(S)含量達(dá)到 0.lwt%-0.2wt%o
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于， 通過所述煉鋼工藝精煉的鋼水中的碳(C)含量為0.001wt%-0.lwt%、磷(P)含量為0.001wt%-0.02wt%o
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟: 對(duì)通過所述水霧化制備的鐵系粉末進(jìn)行脫水、干燥及還原熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于， 所述還原熱處理通過在600°C -1, 200°C的還原氛圍中使經(jīng)過所述水霧化分離成液滴并冷卻的鐵系粉末進(jìn)行反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵系粉末的制備方法，其特征在于， 當(dāng)所述鐵系粉末中的硫(S)的平均含量在所述還原熱處理后超過0.01wt%時(shí)，反復(fù)執(zhí)行所述還原熱處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鋼水制備鐵系粉末的方法。本發(fā)明的鐵系粉末的制備方法包括以下步驟向中間包提供通過煉鐵工藝及煉鋼工藝制備的鐵系鋼水；及對(duì)通過與所述中間包連接的噴嘴排出的所述鋼水進(jìn)行水霧化。通過采用本發(fā)明，能夠在不進(jìn)行鐵水預(yù)處理過程的情況下將從所述煉鐵工藝排出的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐中后進(jìn)行精煉，并由精煉出的鋼水制備鐵系粉末，從而能夠經(jīng)濟(jì)地提供高潔凈度的鐵系粉末。
文檔編號(hào)B22F9/08GK103209791SQ201180054543
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者H·N·金, 李諺植, 權(quán)五俊, 樸宣鐘, 姜熹壽 申請(qǐng)人:Posco公司, 浦項(xiàng)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究院