铁粉的应用

背景及概述^[1][2]

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术。由于粉末冶金技术的粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或 很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本，粉末冶金技术在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

随着粉末冶金工业的飞速发展，粉末冶金制品正向高密度、高强度、高精度、形状复杂方向发展。铁粉是粉末冶金的重要原料。生产铁粉的主要方法是还原法和雾化法。电解法和羰基法主要用于制造磁性材料所需要的高纯度、细粒度铁粉。还原法是利用固体或气体还原剂(如木炭、氢等)还原铁的氧化物制成海绵铁，然后加以粉碎。

雾化法系用高压水流或空气流把熔融铁水流冲击成雾状，制成铁粉。铁粉的质量指标包括化学成分、粒度组成、松装密度、流动性、压缩性等。还原铁粉通俗是利用焦炭、木炭、无烟煤、水煤气、转化天然气、分解氨、氢等固体或气体还原剂还 原铁精矿、轧钢铁鳞等铁的氧化物制取海绵状的铁。

还原铁粉作为粉末冶金制品的主要原料，它对粉末冶金制品的性能具有重 要影响。流动性是粉末冶金重要的工艺参数之一，其优劣直接影响生产效率，同时对于形状复杂件、细长件、大高度件等，流动性差将导致装粉时模具充填不佳，甚至出现搭桥从而响制件的成形以及密度均匀性等。而还原铁粉由于颗粒形貌独特，导致其流动性能控制相对较难，因此，需要研究一种改善还原铁粉流动性的工艺方法。

应用^[2][3][4]

还原铁粉已有近百年的生产历史，我国铁粉生产始于1956年，1958年开始发展还原 铁粉生产。主要应用于粉末冶金工业、焊条制造、药厂、食品添加剂等方面。其应用举例如下：

1. 还原铁粉用作为制备钕铁硼合金的原料之前需要压制成短棒压块，这种短棒压块在真空感应炉中熔炼钕铁硼合金时其冶炼工艺与采用纯铁为原料时完全相同。然而，高纯还原铁粉比重小(1.5g-2.0g/cm3)、质量轻、体积大，不宜直接用作为冶 炼钕铁硼合金的含铁原料使用。

通过在高纯还原铁粉中加入少量的粘结剂并用模具将其压 制成比重6.5g-7.2g/cm3高比重的短棒压块制品可使之转变成为类似纯铁块的优质含铁原料。由于高纯还原铁粉短棒压块制品质量优、生产成本低，所以，是一种比较理想的替代纯铁作为生产钕铁硼合金的新型含铁原料。由于高纯还原铁粉的化学成分与纯铁相近，并且，纯净度更高，价格也比较低廉。

所以，采用高纯还原铁粉压块替代纯铁作为生产钕铁硼合金的原料不但能够确保钕铁硼的质量，而且，还可以有效地降低其生产成本。生产实践表明：采用还原铁粉压块替代纯铁生产的烧结钕铁硼合金的磁能积达到5565MGoe,与采用相同工艺以纯铁为原料生产的钕铁硼合金相当。

2. 高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢，采用高纯还原铁粉用作为炼钢原料，压制成短棒压块制品。

这种短棒压块适用于在真空感应电炉或常规感应电炉中熔炼不锈钢作为原料使用，其冶炼工艺与采用工业纯铁为原料时完全相同，即：在通电熔化前将短棒压块制品与其它金属原料一起放入到坩锅内，熔化后不断地补加余下的原料。

由于还原铁粉的化学成分与纯铁相近，并且，纯净度相对更高，价格也比较低廉。所以，对于那些采用工业纯铁生产的不锈钢完全可以用还原铁粉压块进行替代，不但能够确保不锈钢的质量，而且，还可以有效地降低不锈钢的生产成本。

制备^[5]

一种改善还原铁粉性能的还原铁粉生产工艺，将含铁粉料、焦粉和熔剂混匀后加入窑中进行初还原，其中初还原的温度控制为1160℃±10℃，初还原完成后得到海绵铁生粉；再将海绵铁生粉加入精还原炉中，并采用含H2的还原性气体进行精还原得到还原铁，其中海绵铁生粉TFe≥97.2％，C≤0.30％，精还原的正常还原温度为940～950℃；对还原铁解碎、合批后得到还原铁粉，并控制还原铁粉?200目的质量比为48～54％，所述的含铁粉料、焦粉和熔剂的质量配比为：(1.5～2.0)：1：(1/8～1/6)。

通过调整铁鳞原料粒度分布、海绵铁破碎粒度分布、初还原温度、精还原温度，来改善还原铁粉的性能。

主要参考资料

[1] 金属材料简明辞典

[2] 张忠凯;张盛田;张忠华;张忠坤;王计贞;王磊 .一种低碳低硫还原铁粉的制备方法.CN201110398605.7，申请日20111205

[3] 郭长庆;曹杰瑞.一种用还原铁粉替代纯铁冶炼钕铁硼合金的方法.CN201710451419.2，申请日 2017061

[4] 郭长庆;曹杰瑞. 一种用高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法.CN201710451201.7，申请日20170615

[5] 黄贞益;唐木生;张龙;赵宗海;张丽娜;姚学军;姜子敬.一种改善还原铁粉性能的还原铁粉生产工艺 .CN201710219962.X ，申请日20170406