轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉制取粉末冶金制品的工藝研究_廖選

1、轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉制取粉末冶金制品的工藝研究廖選,陶朗,陳德明(攀枝花鋼鐵研究院,四川攀枝花市617000【摘要】以攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉為主要原料,經(jīng)過(guò)科學(xué)配方及合理的壓制燒結(jié)工藝制度,成功地研制出性能優(yōu)異的粉末冶金制品,并進(jìn)行了工業(yè)性生產(chǎn),產(chǎn)品性能達(dá)到或超過(guò)G B2688-81、FZ12601265標(biāo)準(zhǔn)。為合理開(kāi)發(fā)利用攀鋼二次資源提供了一條良好途徑?！娟P(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐灰鐵粉;粉末冶金制品;含油軸承;二次資源R esearch on the Process of Production Powder MetallurgicalProducts with Iron Powder of Converter Ash

2、Liao Xuan,Tao Lang,Chen2De ming(Panz hihua I ron and S teel Research Instit ute,Panz hihua S ichuan617000,Chi naAbstractUsing Pangang iron powder of ash from converter as primary mate2 rial,after scientic proportion and reasonable pressing and sintering process,powdermetallurgical products have been

3、 developed sucessfully and produced industrially.The properties of the products attained or exceed the national standard G B2688-81,FZ12601265.A good way is provided for utilizing reasonbly Pangang thesecond resource.K eyw ordsPangang;iron powder of converter ash;powder metallurgical prod2 ucts;oil-

4、containing bearing;the second resource1前言攀鋼煉鋼廠在從事煉鋼生產(chǎn)的同時(shí),為保護(hù)環(huán)境收集了大量的轉(zhuǎn)爐塵污泥,經(jīng)過(guò)磨礦、選礦及還原處理后生產(chǎn)出了轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉。多次試驗(yàn)證明,該鐵粉顆粒在顯微鏡下表面形貌為球狀,具有成型差、松比大的特點(diǎn),這使得該種鐵粉壓制性能較差,壓制后彈性后效大,生坯容易出現(xiàn)缺陷。因此,國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)使用轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生產(chǎn)出粉末冶金制品的報(bào)道。采用攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉為主要原料,配加部分鐵鱗鐵粉,通過(guò)配方調(diào)整,利用粉末冶金鐵基制品的工藝特點(diǎn)和原理1,在收稿日期:2000-06-19實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)上都取得了成功。通過(guò)不同配比的調(diào)整,成功地試制出了Fe-

5、C系列的含油軸承,如東風(fēng)汽車的前后自動(dòng)蹄襯套、1041車隔套、拖拉機(jī)上倒檔端襯套、分離爪襯套等。這對(duì)攀鋼改善環(huán)境污染、變廢為寶,挖掘二次資源利用價(jià)值,提高整體經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。2原料成分及特點(diǎn)試驗(yàn)原料有攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和攀枝花西區(qū)粉末冶金廠生產(chǎn)的鐵鱗還原鐵粉。轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉由于是收集轉(zhuǎn)爐煙塵后經(jīng)過(guò)選礦和還原處理等工藝生產(chǎn)出來(lái)的,因此其顆粒大部分為球狀,而西區(qū)鐵鱗還原鐵粉顆粒為疏松多孔的棉球狀。轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉原料由于生產(chǎn)成本低廉,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng),市場(chǎng)前景廣闊,具有較高的利用價(jià)值。其化學(xué)成分如表1所示,物理性能如表2所示。表1鐵粉化學(xué)成分試樣TFe C Si V Ti S P Mn氫損鹽酸不溶物

6、試樣松比g/cm3流動(dòng)性s/50g壓縮性g/mm3成型性MPa+80目%+100目%+200目%-200目%-325目%3試驗(yàn)方法、設(shè)備311試驗(yàn)主要設(shè)備混料機(jī)(自制,實(shí)驗(yàn)室用、壓機(jī)、臥式燒結(jié)爐(自制,實(shí)驗(yàn)室用、振動(dòng)篩(自制,非標(biāo)準(zhǔn)件、錐形混料機(jī)(自制、YA32-100型、YA32-315型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)、63噸J21型沖床、RS J-35-11Q型35KW 燒結(jié)爐、C616型車床。312工藝流程用轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉與西區(qū)鐵鱗還原鐵粉混配制取Fe-C系列的含油軸承工藝流程見(jiàn)圖1。污泥鐵粉、還原鐵粉、添加劑混料壓制成型燒結(jié)真空浸油精整后處理產(chǎn)品圖1含油軸承工藝流程圖313試驗(yàn)方法首先,按一定比例稱取

7、兩種鐵粉和適量添加劑,在混料機(jī)內(nèi)混勻后,在壓機(jī)上壓制成鐵基粉末冶金制品的壓坯(抽樣測(cè)試壓制性能,然后將壓坯放入燒結(jié)爐內(nèi)在還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié),控制燒結(jié)溫度在1150(出爐后抽樣測(cè)試燒結(jié)性能、金相組織,燒結(jié)好的制品經(jīng)浸油、精整、機(jī)加工后段處理成最終產(chǎn)品。4試驗(yàn)結(jié)果及分析411實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室配方的確定,主要依據(jù)粉末冶金廠家現(xiàn)有生產(chǎn)流程,盡可能多使用攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉,開(kāi)發(fā)出能為廣大用戶普遍接受的制品種類。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中進(jìn)行了鐵粉配比、添加劑的加入量、石墨加入量等正交條件試驗(yàn),確定的工藝參數(shù)如下:鐵粉配比:轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉鐵鱗鐵粉= 715215硬脂酸鋅加入量:018%石墨加入量:116%412工業(yè)性生產(chǎn)試

8、驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基礎(chǔ)上,到云南粉末冶金廠進(jìn)行了工業(yè)投料試驗(yàn),共投料315噸。在連續(xù)穩(wěn)定工業(yè)試驗(yàn)中,通過(guò)取樣檢測(cè),其物理性能和金相組織各項(xiàng)指標(biāo)都符合Fe -C系列國(guó)標(biāo)G B2688-81、FZ1360 1365牌號(hào)的指標(biāo)。其生產(chǎn)工藝參數(shù)如下:鐵粉配比:轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉鐵鱗鐵粉= 46硬脂酸鋅加入量:1%石墨加入量:116%機(jī)油加入量:0115%按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)、測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。表3工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果制品名稱物理性能金相組織密度g/mm3壓潰強(qiáng)度kgf/mm3硬度HB含油率%珠光體%石墨化隙%滲碳體%從產(chǎn)品金相圖可以看出,制品中存在細(xì)片狀珠光體,強(qiáng)度和硬度較高。另外,珠光體細(xì)而且豐富,從而使制品的耐磨性和壽命都

9、有所提高。試驗(yàn)證明,通過(guò)兩種鐵粉混配,改變了原來(lái)轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉成型性差的特點(diǎn),產(chǎn)品綜合合格率>95%。5討論511鐵粉原料轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉與其它還原鐵粉由于原料來(lái)源不同,生產(chǎn)工藝也存在較大差異,這使得轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉從顆粒表面形貌及性能上都存在很大差異。轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉來(lái)源于煉鋼廠回收的爐塵,通過(guò)濕式磨礦及重選處理后獲得;而其它鐵粉基本上來(lái)源于軋鋼鐵鱗,一般通過(guò)干式磨礦及磁選得到。從表面形貌來(lái)看,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉的顆粒表面形貌中有大量球狀顆粒,壓制性能較差,壓制后的生坯也經(jīng)常由于彈性后效較大而破裂;而其它還原鐵粉基本上以海綿狀為主或?yàn)槠渌杷傻牟灰?guī)則形狀,壓制性能較好。例如,西區(qū)鐵鱗還原鐵粉顆粒為疏松多孔

10、的海綿狀,河南焦作還原鐵粉有部分是疏松多孔的土豆?fàn)?武鋼鐵粉為疏松、不規(guī)則形貌。從生產(chǎn)試制過(guò)程來(lái)看,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉具有全鐵品位高、雜質(zhì)少的特點(diǎn)。另外,球形鐵粉顆粒在中、高壓力下才能塑性變形,所以今后可以進(jìn)行中、高密度制品的研制與開(kāi)發(fā),比如柴油機(jī)的進(jìn)氣導(dǎo)管、微型電機(jī)上的消磁圈(要求總鐵99%的純鐵粉等制品。熱鍛的高密度制品是我國(guó)的一個(gè)弱項(xiàng),含有球形顆粒的鐵粉還可以進(jìn)行該方面的試制和開(kāi)發(fā)。512鐵基粉末冶金制品的主要加工過(guò)程51211配方從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出,對(duì)制取的含油軸承影響較大的是鐵粉配比和石墨加入量。通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)確定,工業(yè)性試驗(yàn)中轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉的配比在64、55時(shí)都不能滿足Fe-

11、C系列含油軸承的穩(wěn)定生產(chǎn)試驗(yàn)。雖然55的配比個(gè)別件壓潰強(qiáng)度達(dá)到廠控指標(biāo),但長(zhǎng)套件的壓潰強(qiáng)度不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),后來(lái)選取了轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉鐵鱗鐵粉=46的配比進(jìn)行了工業(yè)穩(wěn)定試驗(yàn)。由于轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉粒度較粗,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉的加入量相對(duì)降低,而增加鐵鱗鐵粉加入量目的是,提高壓坯成型性和生坯強(qiáng)度以及燒結(jié)件的壓潰強(qiáng)度2,使工業(yè)試驗(yàn)?zāi)軡M足廠控指標(biāo),所以配方確定為轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉鐵鱗鐵粉=46。其次,石墨加入量為116%,比在其它鐵鱗還原鐵粉中加入量提高約20%,這是由于轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉壓制性能較差,壓坯強(qiáng)度較低的原因。試驗(yàn)中通過(guò)提高石墨加入量提高了制品的壓潰強(qiáng)度,從而達(dá)到了國(guó)標(biāo)G B2688-81、FZ13601

12、365牌號(hào)的指標(biāo)。另外,硬脂酸鋅加入量為1%,機(jī)油加入量為0115%。51212壓制過(guò)程轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉在壓制試驗(yàn)過(guò)程中存在較大困難,主要是壓制后脫模壓力較大和生坯容易裂碎兩個(gè)問(wèn)題。其原因是轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉含有大量球形鐵粉,在壓制過(guò)程中鐵粉顆粒發(fā)生扭曲變形,同時(shí)產(chǎn)生較大的應(yīng)力,當(dāng)外力卸去后,由于生坯內(nèi)部的應(yīng)力較大使得壓件彈性后效很大導(dǎo)致所謂的掉邊掉角現(xiàn)象;而其它的鐵鱗鐵粉由于大部分為海綿狀,分枝交叉較多,在壓制過(guò)程中鐵粉相互間由于齒合較好,因此彈性后效較小,不容易發(fā)生掉邊掉角現(xiàn)象,從而可滿足試驗(yàn)生產(chǎn)要求。51213燒結(jié)過(guò)程轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉的生坯在燒結(jié)過(guò)程中性能與其它鐵鱗還原鐵粉也完全不同,鐵鱗還原鐵粉生坯

13、在燒結(jié)后體積普遍收縮,使鐵基粉末冶金制品尺寸有所減少;而轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生坯在燒結(jié)時(shí)類似于銅基粉末冶金制品,出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象,燒結(jié)后的粉末冶金制品尺寸有所增大。另外,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生坯的燒結(jié)溫度也較鐵鱗還原鐵粉稍高一些,保溫時(shí)間相應(yīng)有所延長(zhǎng),這都是轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生坯的燒結(jié)特性。其燒結(jié)過(guò)程工藝參數(shù)如下:燒結(jié)溫度1150、燒結(jié)時(shí)間2h預(yù)熱溫度700、預(yù)熱時(shí)間3175h冷卻時(shí)間515h,緩冷段2h,急冷段215h推舟速度30min/舟513制品性能為便于比較各種鐵粉生產(chǎn)的制品性能,在其它條件相同的情況下,分別用鐵鱗還原鐵粉、武鋼鐵粉、焦作鐵粉進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知,當(dāng)鐵粉配比為轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉西區(qū)

14、鐵鱗鐵粉=73,硬脂酸鋅加入量1%(與正交試驗(yàn)相比增加012%,為了提高含油率2,石墨加入量114%配比,所得含油軸承的各項(xiàng)指標(biāo)不僅達(dá)到Fe-C系列標(biāo)準(zhǔn),而且達(dá)到了更高一個(gè)檔次的Fe-C-Cu系列標(biāo)準(zhǔn),完全可以代替Fe-C-Cu系列含油軸承使用。表4對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果鐵粉配比物理性能金相轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉西區(qū)鐵鱗粉密度g/mm3壓潰強(qiáng)度kgf/mm3硬度HB含油率%磨損量g/60萬(wàn)次珠光體%G B2688-81 FZ13601365>357012012>50注:G B2688-81、FZ13601365牌號(hào),為Fe-Cu-C系列,各項(xiàng)指標(biāo)高于FZ12601265的Fe-C系列,廠方為了控制質(zhì)量

15、,選取13601365指標(biāo)。此外,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉混和制品相比,在硬度值、含油率、珠光體都比較高,而磨損量更具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。這是由于轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉含有大量球形顆粒,生坯在燒結(jié)后膨脹使密度減小,因而使燒結(jié)后制品的孔隙度有所增大,從而使制品的含油率較大,約18%;而焦作鐵粉等其它鐵鱗還原鐵粉制品由于燒結(jié)后收縮含油率僅14%左右。轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉由于總鐵含量高達(dá)99%以上,雜質(zhì)相對(duì)較少,加入的石墨與金屬鐵接觸較多,因此珠光體高達(dá)7080%,已達(dá)中檔制品的標(biāo)準(zhǔn)。而焦作鐵粉由于總鐵97%,雜質(zhì)含量相對(duì)較多,珠光體只有50%。由于轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉含有球形狀鐵粉,剛性好,使其硬度高達(dá)HB91以上,而焦作

16、鐵粉硬度只在HB64左右,這也使轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉制品的磨損量很小,僅為焦作粉鐵1/51,這也就決定了該種制品使用壽命明顯高于焦作鐵粉等其它鐵粉制品。利用攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉,在生產(chǎn)中的關(guān)鍵是調(diào)整好混料的比例,使兩種鐵粉優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),從而在壓制時(shí)產(chǎn)生部分球形顆粒的塑性變形,而極大地降低球形鐵粉顆粒在壓制中的彈性后效,就能獲得生產(chǎn)上所需制品的壓制性能和燒結(jié)性能,達(dá)到制品質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外,由于兩種鐵粉的形貌不一樣,改善了單純用一種鐵粉的壓制性能和燒結(jié)性能,從而降低產(chǎn)品廢品率。采用焦作鐵粉生產(chǎn)115mm薄壁件、厚齒輪襯套廢品率在40%以上,而采用攀鋼混合鐵粉生產(chǎn)同樣產(chǎn)品的廢品率僅為10%。6結(jié)論1

17、本試驗(yàn)明確提出了利用顆粒形狀為球形狀的轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉與攀鋼鐵鱗還原鐵粉配加,生產(chǎn)出了Fe-C系列含油軸承產(chǎn)品,其各項(xiàng)性能達(dá)到國(guó)際G B2688-81、FZ 13601365牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。2攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉混合,制得的粉末冶金制品的金相組織中珠光體細(xì)而且豐富,從而使制品耐磨性成倍增長(zhǎng),使用壽命延長(zhǎng)。3本次工業(yè)試驗(yàn)針對(duì)轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉顆粒的特性,即表面形貌為球狀、成型差、松比大,采用了適當(dāng)?shù)姆椒?(下轉(zhuǎn)第48頁(yè)48 的應(yīng)用之一 ,除此之外 ,在組織選礦生產(chǎn)時(shí) 進(jìn)行方案決策 , 在選廠技術(shù)改造時(shí)進(jìn)行方 案比較等方面亦可運(yùn)用此方法 。我們認(rèn) 為 ,該方法避免了人為因素對(duì)評(píng)判結(jié)果的 影響 ,能全面客

18、觀地反映真實(shí)情況 ,其科學(xué) 性是以往僅采用單項(xiàng)或某幾項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng) 價(jià)目標(biāo)所不能相比的 。另外 , 如采用計(jì)算 機(jī)語(yǔ)言將文中的方法程序化 , 則運(yùn)用起來(lái) 更為簡(jiǎn)便 。 參 考 文 獻(xiàn) 【1】 石大鑫等 . 灰色系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與數(shù)學(xué)基 ( 上接第 26 頁(yè) 2001 年第 3 期 礎(chǔ) . 化工礦山技術(shù) ,1989 年第 3 期 作者簡(jiǎn)介 : 湯雁斌 , 男 ,35 歲 ,1990 年畢業(yè)于中南工業(yè)大 學(xué)選礦專業(yè) ,工學(xué)學(xué)士 ,高級(jí)工 程師 ,長(zhǎng)期從事選礦科研 、 設(shè)計(jì) 及生產(chǎn)管理專業(yè)技術(shù)工作 , 完 成多項(xiàng)重要科研設(shè)計(jì)項(xiàng)目 , 公 開(kāi)發(fā)表論文 10 余篇 。 【9 】 Mason T. J . et al. , Ult rasonics , 1990 , ( 28 :333 【10】 Kat suyoshi Kobayashi et al. ,Ult rason2 ic ,2000 , ( 38 :676681 【11】 Namgoong E. et al. , Thin solid Films , 1984 , ( 120 :153159 【12 】 趙 逸 云 , 馮 若 , 鮑 慈 光. 化 學(xué) 通 報(bào) , 1996 , ( 9 :15 【13】