转炉污泥铁粉制取粉末冶金制品的工艺研究_廖选

1、转炉污泥铁粉制取粉末冶金制品的工艺研究廖选,陶朗,陈德明(攀枝花钢铁研究院,四川攀枝花市617000【摘要】以攀钢转炉污泥铁粉为主要原料,经过科学配方及合理的压制烧结工艺制度,成功地研制出性能优异的粉末冶金制品,并进行了工业性生产,产品性能达到或超过G B2688-81、FZ12601265标准。为合理开发利用攀钢二次资源提供了一条良好途径。【关键词】转炉灰铁粉;粉末冶金制品;含油轴承;二次资源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前言攀钢炼钢厂在从事炼钢生产的同时,为保护环境收集了大量的转炉尘污泥,经过磨矿、选矿及还原处理后生产出了转炉污泥铁粉。多次试验证明,该铁粉颗粒在显微镜下表面形貌为球状,具有成型差、松比大的特点,这使得该种铁粉压制性能较差,压制后弹性后效大,生坯容易出现缺陷。因此,国内外还未见使用转炉污泥铁粉生产出粉末冶金制品的报道。采用攀钢转炉污泥铁粉为主要原料,配加部分铁鳞铁粉,通过配方调整,利用粉末冶金铁基制品的工艺特点和原理1,在收稿日期:2000-06-19实验室及工业上都取得了成功。通过不同配比的调整,成功地试制出了Fe-

5、C系列的含油轴承,如东风汽车的前后自动蹄衬套、1041车隔套、拖拉机上倒档端衬套、分离爪衬套等。这对攀钢改善环境污染、变废为宝,挖掘二次资源利用价值,提高整体经济效益具有重大意义。2原料成分及特点试验原料有攀钢转炉污泥铁粉和攀枝花西区粉末冶金厂生产的铁鳞还原铁粉。转炉污泥铁粉由于是收集转炉烟尘后经过选矿和还原处理等工艺生产出来的,因此其颗粒大部分为球状,而西区铁鳞还原铁粉颗粒为疏松多孔的棉球状。转炉污泥铁粉原料由于生产成本低廉,市场竞争能力较强,市场前景广阔,具有较高的利用价值。其化学成分如表1所示,物理性能如表2所示。表1铁粉化学成分试样TFe C Si V Ti S P Mn氢损盐酸不溶物

6、试样松比g/cm3流动性s/50g压缩性g/mm3成型性MPa+80目%+100目%+200目%-200目%-325目%3试验方法、设备311试验主要设备混料机(自制,实验室用、压机、卧式烧结炉(自制,实验室用、振动筛(自制,非标准件、锥形混料机(自制、YA32-100型、YA32-315型四柱式万能液压机、63吨J21型冲床、RS J-35-11Q型35KW 烧结炉、C616型车床。312工艺流程用转炉污泥铁粉与西区铁鳞还原铁粉混配制取Fe-C系列的含油轴承工艺流程见图1。污泥铁粉、还原铁粉、添加剂混料压制成型烧结真空浸油精整后处理产品图1含油轴承工艺流程图313试验方法首先,按一定比例称取

7、两种铁粉和适量添加剂,在混料机内混匀后,在压机上压制成铁基粉末冶金制品的压坯(抽样测试压制性能,然后将压坯放入烧结炉内在还原气氛下进行烧结,控制烧结温度在1150(出炉后抽样测试烧结性能、金相组织,烧结好的制品经浸油、精整、机加工后段处理成最终产品。4试验结果及分析411实验室试验实验室配方的确定,主要依据粉末冶金厂家现有生产流程,尽可能多使用攀钢转炉污泥铁粉,开发出能为广大用户普遍接受的制品种类。实验室试验中进行了铁粉配比、添加剂的加入量、石墨加入量等正交条件试验,确定的工艺参数如下:铁粉配比:转炉污泥铁粉铁鳞铁粉= 715215硬脂酸锌加入量:018%石墨加入量:116%412工业性生产试

8、验在实验室试验基础上,到云南粉末冶金厂进行了工业投料试验,共投料315吨。在连续稳定工业试验中,通过取样检测,其物理性能和金相组织各项指标都符合Fe -C系列国标G B2688-81、FZ1360 1365牌号的指标。其生产工艺参数如下:铁粉配比:转炉污泥铁粉铁鳞铁粉= 46硬脂酸锌加入量:1%石墨加入量:116%机油加入量:0115%按国家标准检测、测试结果见表3。表3工业试验结果制品名称物理性能金相组织密度g/mm3压溃强度kgf/mm3硬度HB含油率%珠光体%石墨化隙%渗碳体%从产品金相图可以看出,制品中存在细片状珠光体,强度和硬度较高。另外,珠光体细而且丰富,从而使制品的耐磨性和寿命都

9、有所提高。试验证明,通过两种铁粉混配,改变了原来转炉污泥铁粉成型性差的特点,产品综合合格率>95%。5讨论511铁粉原料转炉污泥铁粉与其它还原铁粉由于原料来源不同,生产工艺也存在较大差异,这使得转炉污泥铁粉从颗粒表面形貌及性能上都存在很大差异。转炉污泥铁粉来源于炼钢厂回收的炉尘,通过湿式磨矿及重选处理后获得;而其它铁粉基本上来源于轧钢铁鳞,一般通过干式磨矿及磁选得到。从表面形貌来看,转炉污泥铁粉的颗粒表面形貌中有大量球状颗粒,压制性能较差,压制后的生坯也经常由于弹性后效较大而破裂;而其它还原铁粉基本上以海绵状为主或为其它疏松的不规则形状,压制性能较好。例如,西区铁鳞还原铁粉颗粒为疏松多孔

10、的海绵状,河南焦作还原铁粉有部分是疏松多孔的土豆状,武钢铁粉为疏松、不规则形貌。从生产试制过程来看,转炉污泥铁粉具有全铁品位高、杂质少的特点。另外,球形铁粉颗粒在中、高压力下才能塑性变形,所以今后可以进行中、高密度制品的研制与开发,比如柴油机的进气导管、微型电机上的消磁圈(要求总铁99%的纯铁粉等制品。热锻的高密度制品是我国的一个弱项,含有球形颗粒的铁粉还可以进行该方面的试制和开发。512铁基粉末冶金制品的主要加工过程51211配方从试验结果中可以看出,对制取的含油轴承影响较大的是铁粉配比和石墨加入量。通过检测试验确定,工业性试验中转炉污泥铁粉和铁鳞还原铁粉的配比在64、55时都不能满足Fe-

11、C系列含油轴承的稳定生产试验。虽然55的配比个别件压溃强度达到厂控指标,但长套件的压溃强度不能达到标准,后来选取了转炉污泥铁粉铁鳞铁粉=46的配比进行了工业稳定试验。由于转炉污泥铁粉和铁鳞还原铁粉粒度较粗,转炉污泥铁粉的加入量相对降低,而增加铁鳞铁粉加入量目的是,提高压坯成型性和生坯强度以及烧结件的压溃强度2,使工业试验能满足厂控指标,所以配方确定为转炉污泥铁粉铁鳞铁粉=46。其次,石墨加入量为116%,比在其它铁鳞还原铁粉中加入量提高约20%,这是由于转炉污泥铁粉压制性能较差,压坯强度较低的原因。试验中通过提高石墨加入量提高了制品的压溃强度,从而达到了国标G B2688-81、FZ13601

12、365牌号的指标。另外,硬脂酸锌加入量为1%,机油加入量为0115%。51212压制过程转炉污泥铁粉在压制试验过程中存在较大困难,主要是压制后脱模压力较大和生坯容易裂碎两个问题。其原因是转炉污泥铁粉含有大量球形铁粉,在压制过程中铁粉颗粒发生扭曲变形,同时产生较大的应力,当外力卸去后,由于生坯内部的应力较大使得压件弹性后效很大导致所谓的掉边掉角现象;而其它的铁鳞铁粉由于大部分为海绵状,分枝交叉较多,在压制过程中铁粉相互间由于齿合较好,因此弹性后效较小,不容易发生掉边掉角现象,从而可满足试验生产要求。51213烧结过程转炉污泥铁粉的生坯在烧结过程中性能与其它铁鳞还原铁粉也完全不同,铁鳞还原铁粉生坯

13、在烧结后体积普遍收缩,使铁基粉末冶金制品尺寸有所减少;而转炉污泥铁粉生坯在烧结时类似于铜基粉末冶金制品,出现膨胀现象,烧结后的粉末冶金制品尺寸有所增大。另外,转炉污泥铁粉生坯的烧结温度也较铁鳞还原铁粉稍高一些,保温时间相应有所延长,这都是转炉污泥铁粉生坯的烧结特性。其烧结过程工艺参数如下:烧结温度1150、烧结时间2h预热温度700、预热时间3175h冷却时间515h,缓冷段2h,急冷段215h推舟速度30min/舟513制品性能为便于比较各种铁粉生产的制品性能,在其它条件相同的情况下,分别用铁鳞还原铁粉、武钢铁粉、焦作铁粉进行了对比试验,其结果见表4。从表4可知,当铁粉配比为转炉污泥铁粉西区

14、铁鳞铁粉=73,硬脂酸锌加入量1%(与正交试验相比增加012%,为了提高含油率2,石墨加入量114%配比,所得含油轴承的各项指标不仅达到Fe-C系列标准,而且达到了更高一个档次的Fe-C-Cu系列标准,完全可以代替Fe-C-Cu系列含油轴承使用。表4对比试验结果铁粉配比物理性能金相转炉污泥铁粉西区铁鳞粉密度g/mm3压溃强度kgf/mm3硬度HB含油率%磨损量g/60万次珠光体%G B2688-81 FZ13601365>357012012>50注:G B2688-81、FZ13601365牌号,为Fe-Cu-C系列,各项指标高于FZ12601265的Fe-C系列,厂方为了控制质量

15、,选取13601365指标。此外,转炉污泥铁粉和铁鳞还原铁粉混和制品相比,在硬度值、含油率、珠光体都比较高,而磨损量更具有比较明显的优势。这是由于转炉污泥铁粉含有大量球形颗粒,生坯在烧结后膨胀使密度减小,因而使烧结后制品的孔隙度有所增大,从而使制品的含油率较大,约18%;而焦作铁粉等其它铁鳞还原铁粉制品由于烧结后收缩含油率仅14%左右。转炉污泥铁粉由于总铁含量高达99%以上,杂质相对较少,加入的石墨与金属铁接触较多,因此珠光体高达7080%,已达中档制品的标准。而焦作铁粉由于总铁97%,杂质含量相对较多,珠光体只有50%。由于转炉污泥铁粉含有球形状铁粉,刚性好,使其硬度高达HB91以上,而焦作

16、铁粉硬度只在HB64左右,这也使转炉污泥铁粉制品的磨损量很小,仅为焦作粉铁1/51,这也就决定了该种制品使用寿命明显高于焦作铁粉等其它铁粉制品。利用攀钢转炉污泥铁粉和铁鳞还原铁粉,在生产中的关键是调整好混料的比例,使两种铁粉优势互补,从而在压制时产生部分球形颗粒的塑性变形,而极大地降低球形铁粉颗粒在压制中的弹性后效,就能获得生产上所需制品的压制性能和烧结性能,达到制品质量国家标准。另外,由于两种铁粉的形貌不一样,改善了单纯用一种铁粉的压制性能和烧结性能,从而降低产品废品率。采用焦作铁粉生产115mm薄壁件、厚齿轮衬套废品率在40%以上,而采用攀钢混合铁粉生产同样产品的废品率仅为10%。6结论1

17、本试验明确提出了利用颗粒形状为球形状的转炉污泥铁粉与攀钢铁鳞还原铁粉配加,生产出了Fe-C系列含油轴承产品,其各项性能达到国际G B2688-81、FZ 13601365牌号标准。2攀钢转炉污泥铁粉和铁鳞还原铁粉混合,制得的粉末冶金制品的金相组织中珠光体细而且丰富,从而使制品耐磨性成倍增长,使用寿命延长。3本次工业试验针对转炉污泥铁粉颗粒的特性,即表面形貌为球状、成型差、松比大,采用了适当的方法,(下转第48页48 的应用之一 ,除此之外 ,在组织选矿生产时 进行方案决策 , 在选厂技术改造时进行方 案比较等方面亦可运用此方法 。我们认 为 ,该方法避免了人为因素对评判结果的 影响 ,能全面客

18、观地反映真实情况 ,其科学 性是以往仅采用单项或某几项指标作为评 价目标所不能相比的 。另外 , 如采用计算 机语言将文中的方法程序化 , 则运用起来 更为简便 。 参 考 文 献 【1】 石大鑫等 . 灰色系统基础理论与数学基 ( 上接第 26 页 2001 年第 3 期 础 . 化工矿山技术 ,1989 年第 3 期 作者简介 : 汤雁斌 , 男 ,35 岁 ,1990 年毕业于中南工业大 学选矿专业 ,工学学士 ,高级工 程师 ,长期从事选矿科研 、 设计 及生产管理专业技术工作 , 完 成多项重要科研设计项目 , 公 开发表论文 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 】 赵 逸 云 , 冯 若 , 鲍 慈 光. 化 学 通 报 , 1996 , ( 9 :15 【13】