专利名称：一种生产均匀超细金属粉体材料的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种生产均匀超细金属粉末的方法，特别是一种采用带式连续还原炉生产均匀金属粉体材料，如钨粉、钼粉、镍粉、钴粉等的方法，用该方法生产的金属粉末，可广泛应用于高性能钨、钼结构材料和功能材料，同时均匀钨粉也是制备均匀碳化钨粉末和高性能硬质合金的关键材料。本发明还涉及一种生产均匀超细粉体材料的装置。
背景技术：
粒度均匀的超细粉末是制备性能优异的结构材料、工具材料的关键材料，如粒度、成份均匀的超细钨粉是制备粒度均匀碳化钨粉末和组织结构均匀的高性能硬质合金的关键材料。
目前制备超细、纳米粉体材料的方法很多，但大多数方法都很难制造粒度均匀的超细粉末，虽然平均粒度很小甚至达到纳米水平，但粒度的分布范围很宽，存在严重的“夹粗”现象，得到的粉末不适合于制备高性能的结构材料和工具材料。
目前生产钨、钼、镍、钴等金属粉末时普遍采用推舟式单管、双管、四管、十四管、十五管炉等设备。上述设备都需要采用烧舟装料，在氢气或者氨分解气体保护下还原或者热分解。烧舟的四角及两端是最容易形成还原气流“死角”之处，导致还原气流分布不均匀。因而烧舟中粉体材料的还原速度也不均匀，造成部分粉末已经还原，而另一部分粉末还没有还原透的“夹生”现象。虽然提高温度或延长还原时间可以消除“夹生”现象，保证还原粉末的氧含量合格，但提高还原温度或延长还原时间使得先还原的部分粉末发生长大现象，造成粉体材料出现粒度不均匀的“夹粗”现象；同时由于上述设备中多管的存在，造成每一根炉管的截面温度场严重不均匀，进一步加剧了粉体材料的“夹粗”现象。与此同时，上述设备多为非连续式，非全自动，生产过程中人为因素很多，如人工推舟，人工装舟、卸料等，存在装料不均匀、卸料不干净等现象，不可避免造成还原后粉末粒度和成份的不均匀，即“夹生”、“夹粗”现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术存在的缺陷，提供一种生产成份、粒度均匀的无“夹生”、无“夹粗”现象、满足制备性能优异的结构材料、工具材料需要的均匀超细金属粉体材料的方法。
本发明所要解决的另一技术问题是提供生产该均匀超细金属粉体材料的装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是通过自动给料装置将粉体材料均匀地布在粉料传送带上，通过粉料传送带将物料匀速进入还原炉体；还原气体沿粉料传送带宽度方向气流速度一致；还原炉体的温度按工艺需要分为多区，每区中炉管的温度场均匀一致，厚度均匀的物料匀速经过每一个截面的温度场和气流场一致的高温区中还原，得到均匀超细的金属粉末，采用冷却装置对金属粉末进行冷却；金属粉末采用全密闭自动回收。
所述的还原气体是氢气或者氨分解气体，或者固体炭。
还原段总长为8～20米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带宽度610～1500mm；布料厚度10～40mm，布料宽度550mm；还原气体流量10～25m3/h；还原温度450～900℃；传送带速度10～30mm/min。
一种生产均匀超细金属粉体材料的装置，由前辅助纠偏轮、后辅助纠偏轮、前全密闭装置、后全密闭装置、自动给料装置、还原炉体、传动装置、全密闭粉末收集装置、粉料传送带、气体流量控制装置和冷却装置组成，所述的粉料传送带由传动装置驱动并设在前辅助纠偏轮和后辅助纠偏轮上，所述的粉料传送带穿过依次密封串联连接的前全密闭装置、自动给料装置、还原炉体、冷却装置、全密闭粉末收集装置和后全密闭装置，所述的还原炉体设有气体流量控制装置。
所述的还原炉体是在炉体底部设有耐火材料，在所述的耐火材料上垫有碳化硅板，在所述的碳化硅板上部设有炉管，在所述的碳化硅板下方沿炉体轴向均匀设有沿炉体径向水平贯穿设置的下加热管，在所述的炉管上方沿炉体轴向均匀设有沿炉体径向水平贯穿设置的上加热管，在所述的炉体的侧壁和顶部设有保温材料，在所述的炉体侧壁沿炉体轴向均匀设有沿炉体径向水平设置且对应于所述的炉管的进气管。
所述的全密闭粉末收集装置是在支架上设有由减速机驱动的并与所述的粉料传送带对应的物料刷，在所述的支架上还设有与所述的粉料传送带对应的刮料板和与所述的物料刷和刮料板对应的左下料斗和右下料斗，在所述的左下料斗和右下料斗下部分别设有左气动蝶阀组和右气动蝶阀组。
采用上述技术方案的生产均匀超细金属粉体材料的方法及其装置，原料通过自动给料装置进入粉料传送带，自动给料装置具有全自动均匀给料功能，能调整给料厚度和布料宽度，能自动均匀地将原料分布在粉料传送带上，确保给料稳定、均匀。粉料传送带由传动装置驱动，对粉料传送带有矫直、调平、对中功能，确证粉料传送带处于还原炉体的中心。前辅助纠偏轮、后辅助纠偏轮具有辅助纠偏功能。由粉料传送带装载原料匀速进入还原炉体的炉管中，粉料传送带的速度可以调整，从而适应工艺的需要；还原炉体由炉管和耐火材料、保温材料组成，炉管采用波纹结构以保证炉管的强度；还原炉体采用多温区独立控温，并采用上下两面加热的结构，在还原炉炉管底下垫碳化硅板，从而保证还原炉中同一截面炉管宽度方向的温度一致；同时采用在炉体侧壁沿炉体轴向均匀设有沿炉体径向水平设置且对应于炉管的进气管结构保证同一截面炉管宽度方向的气流一致。全密闭系统可以实现还原气体的回收。原料匀速通过同一截面温度场、气流场均匀的还原炉体，均匀还原或热分解后在冷却装置冷却再进入全密闭粉末收集装置，实现粉体材料的全密闭自动收集，防止粉体材料的氧化。全密闭粉末收集装置还能实现粉料传送带的清洗。
本实用新型的优点和显著效果，表现为生产的金属粉体材料成份、粒度均匀，质量稳定；适合生产中颗粒、超细、纳米粉体材料；密闭系统可以实现还原气体的回收；设备自动化程度高，使用该装置能够规模化生产，自动化程度高，生产能力大，工艺流程短，生产效率高，生产成本低，粉末粒度均匀，特别适合生产中颗粒、超细及纳米粉末。
图1是本实用新型结构示意图；图2是沿图1中A-A线剖视图；图3是沿图1中B-B线剖视图；图4是图1中C向视图；图5是连续带式炉与其他设备还原的钨粉对比图。
具体实施例方式
参见图1、图2、图3和图4，在前辅助纠偏轮1和后辅助纠偏轮7上设有由传动装置5驱动的粉料传送带8，所述的粉料传送带8穿过依次密封串联连接的前全密闭装置2、自动给料装置3、还原炉体4、冷却装置10、全密闭粉末收集装置6和后全密闭装置11，所述的还原炉体4设有气体流量控制装置9；还原炉体4是在炉体20底部设有耐火材料21，在耐火材料21上垫有碳化硅板22，在碳化硅板22上部设有炉管23，在碳化硅板22下方沿炉体20轴向均匀设有沿炉体20径向水平贯穿设置的下加热管24，在炉管23上方沿炉体20轴向均匀设有沿炉体20径向水平贯穿设置的上加热管25，在炉体20的两侧壁设有耐火纤维炉膛26，顶部设有吊装式耐火纤维炉顶27，在炉体20侧壁沿炉体20轴向均匀设有沿炉体20径向水平设置且对应于炉管23的进气管28；全密闭粉末收集装置6是在支架12上设有由减速机13驱动的、与所述的粉料传送带8对应的物料刷14，在所述的支架12上还设有与所述的粉料传送带8对应的刮料板15和与所述的物料刷14和刮料板15对应的左下料斗16和右下料斗17，在所述的左下料斗16和右下料斗17下部分别设有左气动蝶阀组18和右气动蝶阀组19。
实施例1本实例以蓝钨为原料还原生产中颗粒钨粉，蓝钨的费氏粒度(FSSS)为14微米，主要杂质含量为Mo≤20ppm，Fe≤10ppm，Co≤10ppm，Ni≤7ppm，Mn≤10ppm。
本实例采用连续带式炉作为还原设备，还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带8宽度610mm。布料厚度10mm，布料宽度550mm。采用氢气还原，氢气流量10m3/h。还原温度750℃。传送带速度10mm/min。还原后得到成份、粒度均匀的钨粉，氧含量在0.05～0.17％之间，费氏粒度(FSSS)在1.94～2.04微米之间，粒度分布集中，无“夹生”、无“夹粗”现象，如图5所示。
实施例2本实例以蓝钨为原料还原生产超细钨粉，蓝钨的费氏粒度(FSSS)为14微米，主要杂质含量为Mo≤20ppm，Fe≤10ppm，Co≤10ppm，Ni≤7ppm，Mn≤10ppm。
本实例采用连续带式炉作为还原设备，还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带8宽度610mm。布料厚度25mm，布料宽度550mm。采用氢气还原，氢气流量25m3/h。还原温度750℃。传送带速度25mm/min。还原后得到成份、粒度均匀的超细钨粉，氧含量在0.2～0.25％之间，费氏粒度(FSSS)在0.17～0.2微米之间，粒度分布集中，无“夹生”、无“夹粗”现象。
实施例3本实例以草酸钴为原料还原生产超细钴粉，草酸钴的费氏粒度(FSSS)为1.0微米。
本实例采用无舟皿连续带式炉作为还原设备，还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带8宽度610mm。布料厚度40mm，布料宽度550mm。采用氨分解气体还原，气体流量25m3/h。还原温度450。传送带速度30mm/min。还原后得到成份、粒度均匀的钴粉，氧含量在0.15～0.2％之间，费氏粒度(FSSS)在0.60～0.64微米之间，粒度分布集中，无“夹生”、无“夹粗”现象。主要杂质含量为0≤0.30％，Fe≤10ppm，Na≤7ppm，Mn≤10ppm，S≤30ppm。
实施例4本实例以草酸镍为原料还原生产球形超细镍粉，草酸镍的费氏粒度(FSSS)为1微米。
本实例采用连续带式炉作为还原设备，还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带8宽度610mm。布料厚度30mm，布料宽度550mm。采用氨分解气体还原，气体流量10～25m3/h。还原温度650℃。传送带速度20mm/min。还原后得到成份、粒度均匀的镍粉，氧含量在0.25～0.30％之间，费氏粒度(FSSS)在0.6～0.65微米之间，粒度分布集中，无“夹生”、无“夹粗”现象。主要杂质含量为O≤0.2％，Fe≤15ppm，Cr≤7ppm，Co≤10ppm，S≤30ppm。
实施例5本实例以氧化钼为原料还原生产钼粉，氧化钼的费氏粒度(FSSS)为4微米，主要杂质含量为Fe≤12ppm，Co≤8ppm，Ni≤7ppm，Mn≤10ppm。
本实例采用连续带式炉作为还原设备，还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带8宽度610mm。布料厚度40mm，布料宽度550mm。采用氢气还原，氢气流量20m3/h。还原温度750℃。传送带速度25mm/min。还原后得到成份、粒度均匀的钼粉，氧含量在0.15～0.2％之间，费氏粒度(FSSS)在2.7～3.0微米之间，粒度分布集中，无“夹生”、无“夹粗”现象。
权利要求
1.一种生产均匀超细金属粉体材料的方法，其特征是通过自动给料装置将粉体材料均匀地布在粉料传送带上，通过粉料传送带将物料匀速进入还原炉体；还原气体沿粉料传送带宽度方向气流速度一致；还原炉体的温度按工艺需要分为多区，每区中炉管的温度场均匀一致，厚度均匀的物料匀速经过每一个截面的温度场和气流场一致的高温区中还原，得到均匀超细的金属粉末，采用冷却装置对金属粉末进行冷却；金属粉末采用全密闭自动回收。
2.根据权利要求1所述的一种生产均匀超细金属粉体材料的方法，其特征是所述的还原气体是氢气或者氨分解气体，或者固体炭。
3.根据权利要求1或2所述的一种生产均匀超细金属粉体材料的方法，其特征是还原段总长为8米，分5区控温，冷却段总长为8米，粉料传送带宽度610mm；布料厚度10～40mm，布料宽度550mm；还原气体流量10～25m3/h；还原温度450～900℃；传送带速度10～30mm/min。
4.实现权利要求1所述的生产均匀超细金属粉体材料的装置，由前辅助纠偏轮(1)、后辅助纠偏轮(7)、前全密闭装置(2)、后全密闭装置(11)、自动给料装置(3)、还原炉体(4)、传动装置(5)、全密闭粉末收集装置(6)、粉料传送带(8)、气体流量控制装置(9)和冷却装置(10)组成，其特征是所述的粉料传送带(8)由传动装置(5)驱动并设在前辅助纠偏轮(1)和后辅助纠偏轮(7)上，所述的粉料传送带(8)穿过依次密封串联连接的前全密闭装置(2)、自动给料装置(3)、还原炉体(4)、冷却装置(10)、全密闭粉末收集装置(6)和后全密闭装置(11)，所述的还原炉体(4)设有气体流量控制装置(9)。
5.根据权利要求4所述的生产均匀超细金属粉体材料的装置，其特征是所述的还原炉体(4)是在炉体底部设有耐火材料(21)，在所述的耐火材料(21)上垫有碳化硅板(22)，在所述的碳化硅板(22)上部设有炉管(23)，在所述的碳化硅板(22)下方沿炉体(20)轴向均匀设有沿炉(20)体径向水平贯穿设置的下加热管(24)，在所述的炉管(23)上方沿炉体(20)轴向均匀设有沿炉体(20)径向水平贯穿设置的上加热管(25)，在所述的炉体(20)的的两侧壁设有耐火纤维炉膛(26)，顶部设有吊装式耐火纤维炉顶(27)，在所述的炉体(20)侧壁沿炉体(20)轴向均匀设有沿炉体(20)径向水平设置且对应于所述的炉管(23)的进气管(28)。
6.根据权利要求5所述的生产均匀超细金属粉体材料的装置，其特征在于所述的炉管(23)为波纹炉管。
7.根据权利要求4、5或6所述的生产均匀超细金属粉体材料的装置，其特征是所述的全密闭粉末收集装置(6)是在支架(12)上设有由减速机(13)驱动的、与所述的粉料传送带(8)对应的物料刷(14)，在所述的支架(12)上还设有与所述的粉料传送带(8)对应的刮料板(15)和与所述的物料刷(14)和刮料板(15)对应的左下料斗(16)和右下料斗(17)，在所述的左下料斗(16)和右下料斗(17)下部分别设有左气动蝶阀组(18)和右气动蝶阀组(19)。
全文摘要
该发明公开了一种采用带式连续还原炉，生产均匀金属粉体材料的方法，包括保持均匀稳定温度场、气流场的方法、均匀布料的方法、还原方法以及粉体材料的全密闭收集方法等。该方法采用粉体传送带作为粉体材料的载体，通过自动给料装置将粉体材料均布于粉体传送带上，然后通过具有稳定温度场和气流场的连续式还原炉，得到成分均匀、粒度均匀的粉体金属材料，并采用全密闭收集方法收集还原后的粉末。这种方法工艺连续，自动化程度高，产量高，并能实现还原气体的回收利用。产品污染少、氧化程度低，产品的成分和粒度均匀，产品质量较背景技术大大提高。克服了背景技术存在的粉末粒度不均匀，即“夹粗”的现象。
文档编号B22F9/22GK1806971SQ200610031229
公开日2006年7月26日 申请日期2006年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者戴煜, 谭兴龙, 羊建高 申请人:戴煜, 谭兴龙