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G B2688-81、FZ12601265標(biāo)準(zhǔn)。為合理開發(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,為保護(hù)環(huán)境收集了大量的轉(zhuǎn)爐塵污泥,經(jīng)過磨礦、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,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,國內(nèi)外還未見使用轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生產(chǎn)出粉末冶金制品的報道。采用攀鋼轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉為主要原料,配加部分鐵鱗鐵粉,通過配方調(diào)整,利用粉末冶金鐵基制品的工藝特點和原理1,在收稿日期:2000-06-19實驗室及工業(yè)上都取得了成功。通過不同配比的調(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。這對攀鋼改善環(huán)境污染、變廢為寶,挖掘二次資源利用價值,提高整體經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。2原料成分及特點試驗原料有攀鋼轉(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)過選礦和還原處理等工藝生產(chǎn)出來的,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,市場競爭能力較強(qiáng),市場前景廣闊,具有較高的利用價值。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試驗方法、設(shè)備311試驗主要設(shè)備混料機(jī)(自制,實驗室用、壓機(jī)、臥式燒結(jié)爐(自制,實驗室用、振動篩(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試驗結(jié)果及分析411實驗室試驗實驗室配方的確定,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,開發(fā)出能為廣大用戶普遍接受的制品種類。實驗室試驗中進(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,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、驗在實驗室試驗基礎(chǔ)上,到云南粉末冶金廠進(jìn)行了工業(yè)投料試驗,共投料315噸。在連續(xù)穩(wěn)定工業(yè)試驗中,通過取樣檢測,其物理性能和金相組織各項指標(biāo)都符合Fe -C系列國標(biāo)G B2688-81、FZ1360 1365牌號的指標(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%按國家標(biāo)準(zhǔn)檢測、測試結(jié)果見表3。表3工業(yè)試驗結(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。試驗證明,通過兩種鐵粉混配,改變了原來轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉成型性差的特點,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)爐污泥鐵粉來源于煉鋼廠回收的爐塵,通過濕式磨礦及重選處理后獲得;而其它鐵粉基本上來源于軋鋼鐵鱗,一般通過干式磨礦及磁選得到。從表面形貌來看,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為其它疏松的不規(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)試制過程來看,轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉具有全鐵品位高、雜質(zhì)少的特點。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的一個弱項,含有球形顆粒的鐵粉還可以進(jìn)行該方面的試制和開發(fā)。512鐵基粉末冶金制品的主要加工過程51211配方從試驗結(jié)果中可以看出,對制取的含油軸承影響較大的是鐵粉配比和石墨加入量。通過檢測試驗確定,工業(yè)性試驗中轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉和鐵鱗還原鐵粉的配比在64、55時都不能滿足Fe-

11、C系列含油軸承的穩(wěn)定生產(chǎn)試驗。雖然55的配比個別件壓潰強(qiáng)度達(dá)到廠控指標(biāo),但長套件的壓潰強(qiáng)度不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),后來選取了轉(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。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?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。試驗中通過提高石墨加入量提高了制品的壓潰強(qiáng)度,從而達(dá)到了國標(biāo)G B2688-81、FZ13601

12、365牌號的指標(biāo)。另外,硬脂酸鋅加入量為1%,機(jī)油加入量為0115%。51212壓制過程轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉在壓制試驗過程中存在較大困難,主要是壓制后脫模壓力較大和生坯容易裂碎兩個問題。其原因是轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉含有大量球形鐵粉,在壓制過程中鐵粉顆粒發(fā)生扭曲變形,同時產(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,從而可滿足試驗生產(chǎn)要求。51213燒結(jié)過程轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉的生坯在燒結(jié)過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,保溫時間相應(yīng)有所延長,這都是轉(zhuǎn)爐污泥鐵粉生坯的燒結(jié)特性。其燒結(jié)過程工藝參數(shù)如下:燒結(jié)溫度1150、燒結(jié)時間2h預(yù)熱溫度700、預(yù)熱時間3175h冷卻時間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)行了對比試驗,其結(jié)果見表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對比試驗結(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/60萬次珠光體%G B2688-81 FZ13601365>357012012>50注:G B2688-81、FZ13601365牌號,為Fe-Cu-C系列,各項指標(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。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)勢互補(bǔ),從而在壓制時產(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,其各項性能達(dá)到國際G B2688-81、FZ 13601365牌號標(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,使用壽命延長。3本次工業(yè)試驗針對轉(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48 的應(yīng)用之一 ,除此之外 ,在組織選礦生產(chǎn)時 進(jìn)行方案決策 , 在選廠技術(shù)改造時進(jìn)行方 案比較等方面亦可運用此方法 。我們認(rèn) 為 ,該方法避免了人為因素對評判結(jié)果的 影響 ,能全面客

18、觀地反映真實情況 ,其科學(xué) 性是以往僅采用單項或某幾項指標(biāo)作為評 價目標(biāo)所不能相比的 。另外 , 如采用計算 機(jī)語言將文中的方法程序化 , 則運用起來 更為簡便 。 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 2001 年第 3 期 礎(chǔ) . 化工礦山技術(shù) ,1989 年第 3 期 作者簡介 : 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 ,高級工 程師 ,長期從事選礦科研 、 設(shè)計 及生產(chǎn)管理專業(yè)技術(shù)工作 , 完 成多項重要科研設(shè)計項目 , 公 開發(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 , 1996 , ( 9 :15 【13】