专利名称：铁系粉末的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铁系粉末的制备方法，更为详细地，涉及一种采用通过炼铁工艺及炼钢工艺制得的钢水制备铁系粉末的方法。
背景技术：
最近随着在汽车及机械中需要的具有复杂形状的烧结用部件产业的发展，作为其原料使用的铁系粉末的使用量剧增。烧结用部件需要经过以下过程:将作为原料的铁系粉末填充在具有符合目的的制造产品形状的模具内部后，施加4-7吨/cm2的高压而进行压缩成型，而且为了赋予物理及机械特性，在高温中进行烧结处理以获得高密度的烧结体。特别是，为了制造汽车用烧结部件，粉末本身需要具备优异的质量以能够制造合适的粒度、流动度、外观密度、成型密度、高洁净度等的高密度烧结体。众所周知，通过水雾化方法制备的铁系粉末与还原铁系粉末不同，不存在进行还原工艺时在粉末内部氧化物被还原的位置上残留气孔的现象，所以几乎不存在内部气孔，因此在施加相同压力时的成型密度显示为比还原铁系粉末高出0.5g/cm3以上，因此适合于高密度烧结部件的制造。而且，当制备铁系粉末时，非常重要的是，通过最大限度地减少对成型性产生不良影响的碳(C)、氧(O)、氮(N)、硫(S)和磷(P)等杂质以维持铁系粉末的高洁净度。除了高洁净度、高成型密度等优异质量，对铁系粉末所要求的又一个重要因素是制备方法的经济性。目前，在电弧炉中使废铁再熔解后，经过如脱碳、脱磷等氧气吹炼的精炼方法形成钢水，之后通过水雾化方法制备了铁系粉末。但是，由于现有技术再利用杂质含量不同的废铁，因此将钢水的成分保持在规定的水平需要消耗很多时间和成本。而且，通常进行水雾化的钢水的表面张力较高，因此当在水雾化方法中钢水成为粉末时，出现粉末形状形成为球形化的倾向，于是在压制粉末时成型材料的成型强度下降，从而在输送中成型材料可能会产生不希望的破损。
发明内容
技术问题本发明是为了解决所述的问题而提出的，其目的在于提供一种铁系粉末的制备方法，该方法向中间包(tundish)提供通过炼铁工艺及炼钢工艺制备的铁系钢水，并且对通过与所述中间包连接的喷嘴排出的所述钢水进行水雾化来实现。技术方案为了达到所述目的，本发明的优选实施例的铁系粉末的制备方法包括以下步骤:向中间包提供通过炼铁工艺及炼钢工艺制备的铁系钢水；及对通过与所述中间包连接的喷嘴排出的所述钢水进行水雾化。在所述炼钢工艺中，可在不进行铁水预处理的情况下将从炼铁工艺中放出的铁水装入转炉并进行精炼。在装入所述转炉前的所述铁水的温度范围可为1，2500C -1, 450°C，硫(S)含量可为 0.005wt%-0.lwt%0所述铁系粉末的制备方法可进一步包括以下步骤:向所述中间包提供钢水之前向所述钢水添加含硫物质，使得包含在所述钢水中的硫(S)含量达到0.lwt%-0.2wt%。通过所述炼钢工艺精炼的钢水中的碳(C)含量可为0.001wt%-0.lwt%，磷(P)含量可为 0.001wt%-0.02wt%o所述铁系粉末的制备方法还可包括以下步骤:对通过由所述水雾化制备的铁系粉末进行脱水、干燥及还原热处理。所述还原热处理可通过使经过所述水雾化分离成液滴并冷却的铁系粉末在6000C -1, 200°C的还原氛围下进行反应而实现。在所述还原热处理后，当所述铁系粉末中的硫(S)平均含量超过0.01wt%时，可反复进行所述还原热处理。有益效果如上所述，根据本发明的铁系粉末的制备方法具有如下的效果。在本发明中，与再熔解废料不同，对液体状态的铁水进行炼钢处理而直接制备铁系粉末，从而能够提供优异质量的粉末并且降低制造成本。据此，能够对采用所述铁系粉末的汽车及机械关联部件产业的技术及价格竞争力的提高做出重大贡献。而且，能够节约再熔解废铁时需要的能量，从而能够减少CO2的排放。而且，通过使用在炼钢工艺中由含有规定量的硫的铁水精炼成的钢水制备粉末，从而能够增加通过水雾化工艺粉末化的铁系粉末的成型强度。
图1是表示本发明一个实施方案的使用钢水的铁系粉末的制备方法的工艺图。图2是表示对从与中间包连接的喷嘴部排出的钢水进行水雾化工艺的图。
具体实施例方式通过参照附图和后述的具体示例性实施方案，应能清楚地理解本发明的优点和特征以及用于实现这些优点和特征的方法。但是，本发明并非限定在以下公开的示例性实施方案，可以实现为各种不同的形态。本发明的实施方案只是用于完整地公开本发明，并且是为了向本领域的技术人员完整地告知本发明的范畴而提供的，本发明应当用权利要求书的保护范围来定义。在通篇说明书中，相同的附图标记表示相同的结构要素。下面，参照附图对本发明优选示例性实施方案的使用钢水的铁系粉末的制备方法进行详细的说明。需要说明的是，在本发明的说明中，当认为对相关公知功能或者结构的详细说明可能会影响本发明的要旨时，省略其详细说明。图1是示意地表示本发明一个实施方案的使用钢水的铁系粉末的制备方法的工艺图。
如图1所示，本发明的一个优选示例性实施方案的铁系粉末的制备方法包括以下步骤:向中间包提供通过炼铁工艺及炼钢工艺制备的铁系钢水；及对通过与所述中间包连接的喷嘴排出的所述钢水进行水雾化。本发明的特征在于，将在炼铁工艺中制备的铁水作为铁系粉末的制备原料来使用。所述炼铁工艺包括通过高炉工艺(其为一般炼铁工艺)或FINEX熔融还原工艺，而且在1，5000C -1, 600°C范围内出铁并将铁水投入到铁水搬运车后装入转炉。所述放出的铁水的主要成分可为碳(C) 4wt%以上、硅(Si) 0.l_lwt%、锰(Mn)0.1-0.5wt%、磷(P)0.06-0.2wt%jt(S)0.005-0.lwt%、铬(Cr)0.lwt% 以下、钛(Ti)0.lwt%以下、钒(V) 0.lwt%以下和铜(Cu) 0.01%以下。在1250°C-1450°C范围内，将所述硫(S)成分为0.005-0.lwt%的铁水装入转炉中。与本发明不同地，通常，在制造板坯等的连铸工艺中，在将铁水装入转炉之前在钢包(ladle)中投放铁水后通过铁水预处理过程(例如，脱硫处理)将硫的含量控制在
0.005wt%以下，这种工艺需要约45分钟，而且铁水温度最多下降50°C。脱硫处理指的是，在装入于钢包中的铁水中添加生石灰等后进行搅拌，从而去除在铁水中包含的硫成分的工艺。炼钢工艺指的是，通过对在炼铁工艺中放出的铁水中包含的如碳、硅、锰、磷和硫的杂质进行精炼，从而降低碳含量并去除杂质的工艺，其可使用转炉等。在本发明中不需要常规炼钢工艺所需的铁水预处理工艺。即，无需在铁水预处理过程中去除铁水中所含有的硫，从而能够防止如上所述的温度下降，而且也能够缩短工艺时间。所述去除硫的工艺在铁水预处理工艺以外的工艺中也能够在所述炼钢工艺的转炉中实现。所述硫起到减少钢水的表面张力的作用，从而当钢水在后述的水雾化工艺中成为粉末时，其起到使得粉末的形状具有非球形的不规则形状的作用。接下来，所述铁系粉末的制备方法进一步包括以下步骤:向所述钢水添加含硫物质以使向所述中间包供给之前的钢水中包含的硫(S)含量达到0.lwt%-0.2wt%。通过添加用于增加所述钢水内的硫含量的物质来降低钢水的粘度(钢水的流动性增加)，使得在后述的水雾化时，即在向降落的钢水喷射高压水的工艺中制备的粉末的形状具有非球形的不规则形状，从而在对粉末进行压缩成型时，能够增加成型体的成型强度。作为能够增加所述硫含量的物质，可使用硫化铁(FeS)等含硫铁合金，所述铁合金可在精炼的钢水被装入至钢包并被供给到中间包之前添加至所述钢包中。在所述炼钢工艺中，将从所述炼铁工艺放出的铁水在所述转炉中进行30-60分钟的氧化反应，从而将所述铁水精炼成所含成分中的碳(C)含量为0.001-0.lwt%、磷(P)含量为0.001wt%-0.02wt%范围的钢水。此时，之所以将钢水成分中的碳含量保持为0.001-0.lwt%，原因是当钢水通过水雾化成为粉末时，若碳(C)含量低于0.001wt%,则在刚进行水雾化之后,在粉末表面上产生5-15 μ m左右的氧化亚铁(FeO)氧化层，从而在后续的还原热处理工艺中所需的时间、还原气的消耗量增多而导致生产效率下降，并且制备成本上升。另外，当碳(C)含量高于0.lwt%时，即使通过还原热处理工艺也不能完全去除粉末内的碳而形成碳化物，由此会导致硬度值的上升，从而会降低粉末的成型性能。另外，之所以将钢水成分中的磷(P)含量保持为0.001-0.02wt%，是因为为了使磷成分含量下降到0.001wt%的水平,需要使用双洛法(double-slag method),因此该双洛法需要更长的氧化反应时间，从而转炉工艺变得更长。当磷成分含量高于0.02被％时，最终产品会呈现脆性，因此会降低产品寿命。在所述转炉中，通过氧化反应的钢水在1550°C _1750°C的温度范围内通过钢包出炉，而且在所述钢包中，将1530°C -1700°C温度的钢水以100kg/min-3吨/min的喷出速度向钢包下部的中间包出钢，并使钢水通过位于中间包下部的内径为10mm-40mm的圆形陶瓷孔(喷嘴)向下部的水雾化工艺腔室内落下。在所述钢包中，当钢水温度未达到1530°C时，钢水会凝固，由此无法继续进行工艺；当钢水温度超过1700°C时，对钢包耐火物、中间包耐火物施加超负载，从而对生产作业带来很大的危险。当钢水的喷出速度小于100kg/min时，会导致生产效率的下降，不但成为成本上升的主要原因，而且要处理10吨以上的钢水非常困难；当钢水的喷出速度高于3吨/min时，由于水雾化及水冷却所需要的水的总量较多，因此会导致装置规模的指数级增长，极大地增加投资成本。图2为表明对从与中间包连接的喷嘴部排出的钢水进行水雾化工艺的示意图。所述水雾化可以采用用于现有铁系粉末制备法的装置。通过所述陶瓷孔(喷嘴)向水雾化工艺腔室流入的钢水，由于其与通过位于所述腔室上部且用于喷射高压水的喷嘴以50-300巴的压力喷射的水进行冲撞，从而分离成500 μ m以下大小的液滴，该液滴通过在所述腔室内部以20-80%的容积装填的冷却水及所述喷射的水进行淬火并成为粉末，使得在所述粉末中150μπι(100目)以下大小的粉末所占比例为80-95%。此时由于在高温中水与铁直接接触，因此在粉末表面上会有氧化层覆盖。当所述高压水的压力小于50巴时，粉末的表面粗糙度下降，而且不能获得80%以上的150μπι以下的粉末。当高压水的压力为300巴以上时，粉末的平均粒度变小，因此不能获得期望大小范围的(100目以下的粉末为80%以上且95%以下)粉末，从而会导致产率下降。在所述粉末与腔室内的工艺用水及冷却水分离后，经过脱水处理及干燥处理而干燥成含水量为0.lwt%,之后使包括氢的还原气体流过并在600°C -1, 200°C温度下进行热处理使得氧的含量为0.2wt%以下。通过所述还原热处理将所述铁系粉末的硫(S)平均含量控制在0.01wt%以下。当所述铁系粉末的硫平均含量经过所述还原热处理后超过0.01wt%时，反复进行所述还原热处理。之后，经过粉碎工艺、分级工艺以及混合工艺将粉末控制为平均大小为50-100 μ m,45 μ m以下大小的粉末的比率为40%以下，150 μ m以下大小的粉末的比率为80-95% 范围。在刚进行水雾化工艺之后的粉末的粒度分布中，当100目以下的粉末占80-95%时才能最大限度地减少后续工艺中损失的粉末的量，由此可以提高粉末的产率。
当100目以下的粉末占80%以下时，大于100目的粉末将超过20%，这样会使粉末产率下降至80%以下，此时需要进行将大粉末作为废料来处理等不必要的作业，因此不优选；当粉末产率提高至95%以上时，平均粒度会下降至50 μ m的水平，而且325目以下的粉末的比率将超过40%，这样会使粉末的流动性变差(30秒/50g以上)，在成型工艺中向模具内装入粉末的速度变慢，从而生产效率变差，且由于流动性的变差，在成型体的内部会产生密度不均的区域。此外，对于相同密度的成型体所需的成型压力升高，由此对模具反复施加高压,从而缩短模具寿命。下面，通过实施例详细说明本发明的使用钢水的铁系粉末的制备方法。但以下的实施例只是用于举例说明本发明，本发明的内容并不局限于以下的实施例。<实施例1>对于在高炉中制备的铁水不用通过铁水预处理而在转炉中进行炼钢处理后，将钢水送到中间包，然后通过高压的水雾化装置制备了铁系粉末。所述钢水是通过控制由炼铁工艺制备的含碳量高的铁水成分而得到的钢水，并且在转炉中使用了氧化精炼方法作为控制钢水状态中的组分的方法。为了具体计算通过使用本发明可产生的成本降低的效果，将使用本发明铁系钢水的铁系粉末以及现有技术中的废铁在电弧炉中再熔解而制备了铁系粉末。将在高炉中制备的铁水投入到转炉中，并在转炉中对碳、硅、磷等成分进行氧化精炼而获得钢水后装入中间包，然后通过喷嘴使钢水落下的同时使用高压的水雾化装置制备了铁系粉末，并计算了本实施例每道工艺的费用及总费用，且表示在表I中。此外，再熔解废铁后在电炉中经过炼钢工艺获得钢水，并使用该钢水通过高压的水雾化工艺制备铁系粉末，并将每道工艺费用及总费用作对比材料，且表示在表I中。实际上，当本发明中所述的钢水直接作为原材料而使用的情况与现有技术中的废铁再熔解工艺相比较时，对在连铸工艺及再熔解工艺所需时间、进行真空脱气处理时进一步消耗的能源等的附加成本的节省效果也非常大。表I
权利要求
1.一种铁系粉末的制备方法，包括以下步骤: 向中间包提供通过炼铁工艺及炼钢工艺制备的铁系钢水；以及对通过与所述中间包连接的喷嘴排出的所述钢水进行水雾化。
2.根据权利要求1所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于， 所述炼钢工艺为在不进行铁水预处理的情况下将从所述炼铁工艺中排出的铁水装入转炉中并进行精炼。
3.根据权利要求2所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于， 在装入所述转炉前的所述铁水的温度范围为1，250 °C _1，450°C，硫(S)含量为0.005wt%-0.lwt%0
4.根据权利要求1所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤: 在向所述中间包提供所述钢水之前，向所述钢水添加含硫物质，使得所述钢水中的硫(S)含量达到 0.lwt%-0.2wt%o
5.根据权利要求1所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于， 通过所述炼钢工艺精炼的钢水中的碳(C)含量为0.001wt%-0.lwt%、磷(P)含量为0.001wt%-0.02wt%o
6.根据权利要求1所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤: 对通过所述水雾化制备的铁系粉末进行脱水、干燥及还原热处理。
7.根据权利要求6所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于， 所述还原热处理通过在600°C -1, 200°C的还原氛围中使经过所述水雾化分离成液滴并冷却的铁系粉末进行反应来实现。
8.根据权利要求7所述的铁系粉末的制备方法，其特征在于， 当所述铁系粉末中的硫(S)的平均含量在所述还原热处理后超过0.01wt%时，反复执行所述还原热处理。
全文摘要
本发明公开了一种利用钢水制备铁系粉末的方法。本发明的铁系粉末的制备方法包括以下步骤向中间包提供通过炼铁工艺及炼钢工艺制备的铁系钢水；及对通过与所述中间包连接的喷嘴排出的所述钢水进行水雾化。通过采用本发明，能够在不进行铁水预处理过程的情况下将从所述炼铁工艺排出的铁水装入转炉中后进行精炼，并由精炼出的钢水制备铁系粉末，从而能够经济地提供高洁净度的铁系粉末。
文档编号B22F9/08GK103209791SQ201180054543
公开日2013年7月17日 申请日期2011年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者H·N·金, 李谚植, 权五俊, 朴宣钟, 姜熹寿 申请人:Posco公司, 浦项产业科学研究院