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1、粉体制备技术课第6单元课程单元教学设计（20122013学年第二学期）单元名称：雾化法生产钢铁粉末-水雾化法生产钢铁粉末所属系部： 冶金与建筑工程系 制定人： 李国平 合作人： 制定时间： 2013.07.06 莱芜职业技术学院粉体制备技术课程单元教学设计单元标题： 雾化法生产钢铁粉末-水雾化法生产钢铁粉末单元教学学时4在整体设计中的位置第6次授课班级上课时间周 月 日第 节至周 月 日第 节上课地点教学目标能力目标知识目标素质目标1、了解水雾化制粉实验室管理制度2、熟悉雾化制粉实验室安全操作规程3、掌握水雾化制取纯铁粉、合金粉设备操作要点、注意事项、设备故障诊断与处理1、了解水雾化制取纯铁粉
2、、合金钢粉基本原理与工艺流程2、熟悉水雾化制粉设备的操作规程和操作要点3、雾化粉末的后续处理组织现场生产与企业管理能力训练任务任务1、雾化法制取金属粉末及合金粉末基础任务2、水雾化法制取钢铁粉末工艺本次课使用的外语单词无案例和教学材料（指教材或讲义、课件、参考资料、仪器、设备等）案例1.（摘自）案例2.案例3.资料。仪器、设备。附件：教学教案项目二：雾化法生产钢铁粉末子项目1：水雾化法生产钢铁粉末指导教师： 李国平莱芜职业技术学院冶金与建筑工程系2013.07.06任务1：雾化法制取金属粉末及合金粉末基础1.1 水雾化铁粉图片 莱钢粉末冶金厂水雾化铁粉 莱钢粉末厂水雾化纯铁粉LAP100.29
3、 金石水雾化铁粉JSW200 水雾化粉未制品未腐蚀（100） 水雾化粉未制品腐蚀（100） 水雾化粉未制品腐蚀（400） 莱钢粉末厂雾化制粉电炉（15吨）学院雾化设备水雾化喷盘 浇注及烤包莱钢粉末厂浇包-生产型1.2 雾化法制取金属与合金粉末的优点1.2.1 基本知识雾化法是利用高速流体直接击碎液体金属或合金而制得金属粉末的方法，应用较广泛。用雾化法可生产熔点低于1700的各种金属及合金粉末。锡、铟、铅、铝、铜、镍、铁以及各种铁合金、铝合金、镍合金、低合金钢、不锈钢、高速钢和高温合金等都能用雾化法制成粉末。制造过滤器用的球形青铜粉、不锈钢粉、镍粉几乎全是采用雾化法生产的。用雾化法制取金属与合金
4、粉末具有下列特点： 雾化时金属呈熔融状态，由于在熔炼过程中较易添加各种合金元素，因而可以制得各种成分的合金粉末。 每个粉末颗粒具有相同和均匀的化学成分，没有偏析，即每个颗粒体内不存在化学成分的微观不均匀性。 粉末颗粒的形状、大小和结构，以及粒度分布可通过改变雾化工艺和调节工艺参数，在较宽的范围内调整。 雾化粉末的非金属夹杂物较少，纯度较高，适于制造高强度、高密度、高性能的粉末冶金制品。 粉末氧化的可能性主要在颗粒表面，粉末的氧化程度，可通过调节雾化工艺参数进行调整。采用先进的雾化装置，严格的雾化工艺条件，可获得含氧量低于0.01%的优质合金粉末。 可制得松装密度和振实密度较大，压缩性能较好的粉
5、末。 粉末性能重复性好，适于大批量生产。 工艺流程简单，设备不复杂，投资少，不论规模大小，其技术经济指标都较合理。 可以采用资源丰富廉价的原料（废钢、铸铁等）。由于雾化法制造金属与合金粉末具有上述优点，所以近年来得到了迅速发展。目前世界上雾化法生产钢铁粉末的增长趋势大于还原法。当然，对于熔点较高的金属与合金，用雾化法制得小于10m的细粉仍然是困难的。1.2.2 雾化法的基本原理雾化就是熔融的金属液流备高速运动的气流或液流介质切断、分散、裂化成微小液滴的过程。雾化的几种形式：金属液流雾化过程喷嘴结构1. 喷嘴设计要求2. 喷嘴结构形式防止喷嘴堵塞和液流回旋采取的措施：环形喷射示意图V型喷射示意图
6、1.2.3 影响雾化粉末性能的工艺因素1. 雾化介质主要包括雾化介质的类型和压力2. 影响粉末性能的工艺因素主要包括流体金属的表面张力、流体金属的黏度、过热度、喷嘴直径、其他因素等。任务2：水雾化法制取钢铁粉末工艺基本知识：（1）水雾化法制取钢铁粉末的流程及优点（2）水雾化钢铁粉末的制造工艺（3）水雾化钢铁粉末的主要性能指标能力培养目标：熟练操作水雾化制粉设备，熟练雾化制粉工艺。2.1水雾化法制取钢铁粉末的流程及优点当前，高压水雾化是铁粉、低碳钢粉及合金钢粉的主要生产方法。水雾化制取铁粉和合金钢粉的设备工艺如图2-13所示。在制取铁粉与钢粉的各种雾化工艺中，水雾化法不仅成本较低，而且制得的粉末
7、性能能满足高密度粉末冶金制品生产的需要，特别是粉末热锻的需要。因此，对于生产铁粉和低合金钢粉来说，水雾化法值得推广。2.1.1 工艺流程2. 工艺特点 采用高压水作为雾化介质，水的黏度与密度比气体介质大。因此，当水流和气流速度相同时，水雾化的动能大，对金属液流的破碎能力比气体雾化大。有人做过试验，用水雾化法制取得青铜粉末时，小于0.147mm（-100目）粉末的收得率为93%，而用气体雾化时，小于0.147mm粉末收得率仅为62%。 水雾化工艺制得的粉末，其颗粒为不规则状，成形性较好，适用于冷成形和冷预成形-热成形工艺。 水雾化法由于冷却凝固速度很快，因此粉末颗粒的晶粒细小，碳化物及合金元素的
8、偏析很小，成分均匀。 水雾化粉末的含氧量较高，一般为0.5%1%。为了降低粉末的含氧量，应在保护气氛（氢或分解氨）中进行还原处理； 水雾化法投资少，生产成本较低，特别适用于铁粉及低合金钢粉的生产，也可生产绝大多数牌号的不锈钢粉；若配合其他措施，水雾化法也可以生产高速钢粉末。2.1.2 水雾化钢铁粉末的制造工艺1. 主要的工艺参数原料成分：优质废钢过热度： 150250 喷射压力：用高压水（通常为58MPa（5080个大气压）进行雾化产品化学成分：成分分析精炼：成分分析2. 制造工艺（1）冶炼温度 不低于1650度（2）钢液雾化及原粉处理 二次还原2.1.3 水雾化纯铁粉生产现以水雾化生产Fe系
9、列铁粉为例，阐述水雾化生产铁粉的工艺流程及技术要求。工艺流程如图2-14所示。1冶炼钢液用废钢及生铁等金属冶炼成雾化粉末所需要的合格钢液必须达到表2-2所列的性能。钢液的出钢温度要求达到1680；雾化开始温度应不低于1650。图2-14 生产Fe系列铁粉的工艺流程表2-2 水雾化粉末所需钢液的成分（%）牌号CSiMnPSCuNiMoCrFe-10.10.20.050.150.0150.0150.10.10.050.1Fe-20.10.20.050.150.0150.0150.10.10.050.1Fe-2Ni-0.5Mo0.10.050.150.150.0150.11.72.00.50.60.
10、1注：Cu、Ni、Mo、Cr在Fe-1和Fe-2粉末钢液中的残余总量不大于0.2%。2钢液雾化及原粉处理钢液雾化时要求钢液要有一定的雾化速度、恒定不变的水压与流量和合理的水锥角度等。例如：钢液雾化速度为125150kg/min；高压水压力为9MPa（Fe-1）和7MPa（Fe-2）；环缝喷嘴，缝隙为0.6mm，水锥顶角为4048；雾化所得到的湿粉旋流脱水和真空脱水后浓缩，再经烘干得到干粉原粉。原粉经筛分及批量混合后达到表2-3所示质量要求。表2-3 原粉混合后的性能项目Fe-1Fe-2Fe-2Ni-0.5MoC/%0.150.150.1O/%1.21.21.2松装密度/gcm32.93.13.
11、13.43.13.463m粉末4550253545503. 原粉还原及粉末成品处理原粉在还原炉中进行还原，该炉的还原能力为600kg/h。因此，全厂年产量可达到4320t。还原过程控制的主要工艺参数是：最高炉温：1000左右；全工艺时间：约150min；氨分解气的流量：70m3/h；粉末料厚约40mm。还原后的铁粉经破碎、粉碎、筛分及合批即成为成品粉末。在合批过程中，通过抽样测定松装密度，控制合批时间，决定最后的产品质量。粉末的成品包装是在真空包装机中进行。莱钢粉末厂钢带炉二次还原退火2.1.4 水雾化钢铁粉末的主要性能指标见表2-4、2-5、2-6表2-4 水雾化钢铁粉末的化学成分（%）牌号
12、Fe-1Fe-2Fe-2Ni-0.5MoC0.020.020.02Si0.050.050.05Mn0.150.150.20P0.0150.0150.02S0.0150.0150.02H2损0.200.200.20O0.220.25Ni1.72.0Mo0.50.6酸不溶物0.200.200.20表2-5 水雾化钢铁粉末的物理工艺性能牌号Fe-1Fe-2Fe-2Ni-0.5Mo松装密度/gcm32.60.13.00.13.00.1流动性/s(50g)-1332830压缩性/gcm3392MPa6.56.66.3588 MPa7.07.036.8粒度组成/%200180m5151520180100m25452545205010069m24402040204069m154015351040压坯强度/MPa=6.3g/cm38=6.5g/cm318=6.6g/cm311=6.8g/cm318=7.0g/cm340=7.03g/cm320注：压坯强度是在不用润滑剂的条件下测定的。表2-6 水雾化钢铁粉末的试样烧结性能牌号Fe-1Fe-2Fe-2Ni-0.5Mo抗拉强度/MPa=6.3g/cm3300=6.5g/cm3125=6.6g/cm3120=6.8g/cm3450=7.0g/cm3180=7.03g/cm3170伸长率/%=6.3g/cm31=6.5g/c
