專利名稱：霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種生產(chǎn)硬質(zhì)合金粉料(末)的方法，特別是一種采用霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法。用該方法生產(chǎn)的球狀鑄造碳化鎢粉，可廣泛用于對耐磨等性能要求較高的金屬零部件表面的補強處理。
背景技術(shù)：
球狀鑄造碳化鎢(WC)粉，因其熔點高(2600℃)硬度高和優(yōu)良的耐磨性、在噴焊、堆焊時良好的流動性及填充性等，被廣泛地應(yīng)用于石油、地質(zhì)、工程機械及軋輥等對耐磨、耐高溫性能要求較高的零部件金屬表面的補強，以有效提高其工作效率和使用壽命。傳統(tǒng)的鑄造WC粉是采用石墨管爐或可傾式熔煉爐將WC和金屬W(鎢)粉混合，在帶空氣的爐腔中熔化后，在石墨熔鑄模中冷卻成細樹枝狀的合金塊——WC·W2C的共晶體后，再通過球磨機等機械方法將其磨成粉末。采用此種方法生產(chǎn)的鑄造WC粉末存在生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、產(chǎn)品的硬度與WC·W2C的理論值相差甚遠，加之微粒形狀不規(guī)則，流動性和填充性差又影響其噴焊或堆焊時的使用性能。針對上述缺陷，有人設(shè)計了一種將WC原料制成自耗性旋轉(zhuǎn)式電極(陽極)，與不熔性陰極在軸線方向正對，工作時高速旋轉(zhuǎn)的WC陽極在電弧的作用下熔化并在離心力的作用下拋離電極，拋離電極的WC液滴、液片在表面張力的作用下最終形成球狀粉末。該方法生產(chǎn)的鑄造WC粉末雖然具有純度較高、無夾渣，粉末的成球性好等特點，但卻存在設(shè)備成本高，WC自耗電極的制造較復(fù)雜，鑄造WC粉末生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高，難以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)等弊??；此外當WC熔液過熱度不夠時亦存在因球化前凝固而影響其成球性的弊病。
而在EP0687650A1的專利文獻中，公開了一種通過等離子火焰在坩鍋中將WC+W熔化，然后將熔液以一定的熔液流束傾倒于一個快速旋轉(zhuǎn)的冷卻板上，在惰性氣體保護下制得WC球狀粉末。此種方法雖然具有工藝流程較短、產(chǎn)品成份穩(wěn)定、晶粒細，硬度較高，流動性較好，在進行噴焊及堆焊時有較好的使用性能；其綜合性能明顯優(yōu)于按傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的鑄造WC粉；但卻存在冷卻板的材質(zhì)及旋轉(zhuǎn)速度對產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大、亦難以有效地調(diào)節(jié)、控制，球化效率較低，產(chǎn)品粒度的均勻性較差且難以生產(chǎn)200目以下的細粉等缺陷。
因此，上述生產(chǎn)方法存在或生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品用于噴焊或堆焊時流動性和填充性差，對金屬表面的補強效果差；或?qū)ιa(chǎn)設(shè)備的性能要求高、工藝控制難度大、球化率低、產(chǎn)品粒度的均勻性差，而且難以生產(chǎn)200目以下的球狀細粉等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計一種采用霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法。以達到簡化生產(chǎn)工藝流程，連續(xù)產(chǎn)業(yè)化作業(yè)，操作控制方便、可靠，產(chǎn)品質(zhì)量及球化效果好，有效提高生產(chǎn)率、降低能耗及生產(chǎn)成本等目的。
本發(fā)明的解決方案是將WC和金屬鎢粉按比例混合，在惰性氣體保護下熔化后，立即將其熔液(熔液滴或熔液末)置于噴射式高壓惰性氣體的強氣流條件下直接霧化成球狀細粉，最后經(jīng)冷卻篩分即成。因此，本發(fā)明方法包括A、配料將粒度為0.6～100μm的碳化鎢(WC)粉和金屬鎢(W)粉，按重量份計碳化鎢粉∶鎢粉＝1.0∶0.5～2.5的比例混合均勻，配制成混合粉料待用；B、熔煉首先將石墨管式高溫熔煉爐預(yù)熱至2600℃～3500℃后，在惰性氣體保護下將上述待用的混合粉料送入管式爐腔，在自由下落過程中將其熔煉成碳化鎢熔液滴或熔液束；C.霧化成形將碳化鎢熔液滴或熔液束立即經(jīng)爐管下端的錐形管口或噴嘴輸出并置于高壓噴射的惰性氣體的強氣流環(huán)境中，使熔液滴或熔液束在強氣流的沖擊下在霧化成形容器中霧化成球狀粉末并沉積于容器底部；惰性氣體則輸往粉塵分離器、分離出的粉末作為目的物待用；而經(jīng)分離處理后的惰性氣體則返回循環(huán)使用；D、篩分處理將霧化成形的碳化鎢粉末及經(jīng)粉塵分離器分離出的粉末合并后，按要求篩分即得所需粒度的球狀鑄造碳化鎢粉；篩分后的剩余物則作為原料返回利用。
上述混合粉料在惰性氣體保護下，送入爐腔，在自由下落過程中熔煉，其熔煉過程為全密封式熔煉；惰性氣體的輸入壓力為0.06～0.16MPa；混合粉料既可勻速，亦可斷續(xù)加入。而所述置于高壓噴射的惰性氣體的強氣流環(huán)境，其惰性氣體的輸出壓力為0.8～5.0MPa，而強氣流環(huán)境是指噴嘴口氣體瞬時流速為1.2～5km/秒、流量為0.2～0.6kg/秒的負壓渦流區(qū)。球狀鑄造碳化鎢粉末的粒度為20～400目。
本發(fā)明由于采用在惰性氣體保護及全密封的條件下對原料粉加熱熔煉并直接霧化成形，因而具有工藝流程短，流程連續(xù)、操作控制方便、可靠，產(chǎn)品質(zhì)量及球化效果好，硬度高，生產(chǎn)成本較背景技術(shù)下降50％以上，生產(chǎn)率成倍提高且能耗低，產(chǎn)品用于堆焊、噴焊其流動性和填充性好等特點。
實施例1本實施例以總重量40％的碳化鎢粉與60％的金屬鎢粉配制成混合粉料，粉料粒度均≤30μm；其中WC粉中含C6.0％、游離C0.2％，F(xiàn)e0.1％，Cr0.05％，V0.02％，Si0.02％，Ti0.05％，MO+CO+Ni0.1％；金屬W粉中下列各元素的含量(wt％)分別為Fe0.5，Cr0.3，V0.02，Si0.02，Ti0.05，MO+CO+Ni0.5；本實施例采用雙中頻石墨管式爐作為熔煉爐，熔煉爐爐管長1600mm，爐管內(nèi)徑φ35mm，下端束流孔直徑φ10mm，內(nèi)噴嘴孔徑φ30mm，外噴嘴采用環(huán)縫形噴嘴，內(nèi)徑φ35mm，外徑φ36mm，霧化氣采用氬氣，壓力1.5MPa，流量0.25kg/秒；中頻電源頻率1800HZ，功率300kw；霧化成形容器容積5.5m3，上設(shè)排氣孔和出料口。
生產(chǎn)時先將管式爐爐腔加熱到3200℃后，通過螺旋給料機以20kg/小時的速度在氬(Ar)氣保護下勻速向熔煉腔供料，氬氣壓力0.08MPa；粉料在爐管中自由落下時被熔化，熔液經(jīng)束流孔呈斷續(xù)的熔液束進入內(nèi)噴嘴流出，并在外噴嘴噴出的高壓、強氣流及所形成的負壓渦流的沖擊下在霧化桶中被霧化成球狀細粉末并沉積于霧化成形桶底部，作為物料定期由出料口排出；氬氣經(jīng)排氣孔輸往粉塵分離器，經(jīng)分離處理后氬氣返回循環(huán)使用；分離出的粉粒連同霧化成形桶輸出的物料，經(jīng)40目及60目兩級篩分，從而制得40～60目球狀鑄造碳化鎢粉。
實施例2本實施例以生產(chǎn)-325目球狀鑄造碳化鎢粉為例，原料及混合粉料的配制及熔煉爐均與實施例1同。
本實施例熔煉時供料速度為10kg/小時，保護氣體氬氣壓力0.12MPa；霧化氣體壓力3.0MPa，流量0.40kg/秒。熔化后的熔液以熔液滴的形式由內(nèi)噴嘴輸出并在外噴嘴噴出的強大惰性氣體氣流作用下被霧化成球狀細粉；過325目篩后，其篩得物即為-325目球狀鑄造碳化鎢產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法；其特征在于該方法包括A、配料將粒度為0.6～100μm的碳化鎢粉和金屬鎢粉，按重量份計碳化鎢粉∶鎢粉＝1.0∶0.5～2.5的比例混合均勻，配制成混合粉料待用；B、熔煉首先將石墨管式高溫熔煉爐預(yù)熱至2600℃～3500℃后，在惰性氣體保護下將上述待用的混合粉料送入管式爐腔，在自由下落過程中將其熔煉成碳化鎢熔液滴或熔液束；C、霧化成形將碳化鎢熔液滴或熔液束立即經(jīng)爐管下端的錐形管口或噴嘴輸出并置于高壓噴射的惰性氣體的強氣流環(huán)境中，使熔液滴或熔液束在強氣流的沖擊下在霧化成形容器中霧化成球狀粉末并沉積于容器底部；惰性氣體則輸往粉塵分離器、分離出的粉末作為目的物待用；而經(jīng)分離處理后的惰性氣體則返回循環(huán)使用；D、篩分處理將霧化成形的碳化鎢粉末及經(jīng)粉塵分離器分離出的粉末合并后，按要求篩分即得所需粒度的球狀鑄造碳化鎢粉；篩分后的剩余物則作為原料返回利用。
2.按權(quán)利要求1所述生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法；其特征在于所述混合粉料在惰性氣體保護下送入爐腔，在自由下落過程中熔煉，其熔煉過程為全密封式熔煉；惰性氣體的輸入壓力為0.06～0.16MPa；混合粉料既可勻速，亦可斷續(xù)加入。
3.按權(quán)利要求1所述生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法；其特征在于所述高壓噴射的惰性氣體的強氣流環(huán)境，其惰性氣體的輸出壓力為0.8～5.0MPa，而強氣流環(huán)境是指噴嘴口氣體瞬時流速為1.2～5km/秒、流量為0.2～0.6kg/秒的負壓渦流區(qū)。
4.按權(quán)利要求1所述生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢的方法；其特征在于所述球狀鑄造碳化鎢粉末的粒度為20～400目。
全文摘要
該發(fā)明公開了一種采用霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法，包括配料、熔煉、霧化成形、篩分等。該方法由于采用在惰性氣體保護及全密封的條件下對原料粉加熱熔化并直接通過高壓、強氣流惰性氣體霧化成球狀粉末，而具有工藝流程短，將熔化后的熔液直接霧化成形，工藝連續(xù)、操作方便可靠，產(chǎn)品質(zhì)量及球化效果好、硬度高、生產(chǎn)成本較背景技術(shù)下降50％以上，生產(chǎn)率成倍提高、能耗低，產(chǎn)品用于堆焊、噴焊流動性、填充性好等特點?？朔吮尘凹夹g(shù)存在的或生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本高；或?qū)ιa(chǎn)設(shè)備性能要求高、工藝控制難度大、球化率低、產(chǎn)品粒度的均勻性差，難以生產(chǎn)200目以下的球狀細粉等弊病。
文檔編號C01B31/00GK1488463SQ03117989
公開日2004年4月14日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者顏維, 戴煜, 羊建高, 王利民, 李玉璽, 李偉勤, 李睿, 顏 維 申請人:自貢硬質(zhì)合金有限責任公司, 湖南省頂立新材料工程中心有限公司