[发明专利]金属粉末的气体还原设备及制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及铁粉等金属粉末的气体还原设备及制备方法。除铁粉外，该设备及方法也可用于钨粉、钼粉、铜粉、镍粉、钴粉等的制备。

背景技术

粉末注射成型是粉末冶金技术同塑料注射成形技术相结合的一项新工艺，其过程是将粉末与热塑性材料均匀混合后形成具有良好流动性的流态物质，而后把这种流态物质在注射成形机上经一定的温度和压力注入模具，从而制出形状复杂的坯块。粉末注射成型常用的粉末粒径大小一般在1～20um以下，粉末形状多为球形。

铁粉是粉末注射成型过程中重要的基础材料，其用量超过粉末注射成型所用粉末的50％，市场需求量非常巨大。由于粉末注射成型技术对于所用铁粉的性能要求为粒径小、粒度均匀、分布范围窄、流动性能好，而且多为球状或近球状，故现在市场上用于粉末注射成型超细铁粉主要为羰基法铁粉和水雾法铁粉。

羰基铁粉的生产过程对原料要求严格，一般以还原海绵铁为原料，同时需要制取纯度较高的一氧化碳，在高温、高压下完成合成反应和分解反应。羰基法生产出铁粉性能优异，达到注射成型超细铁粉要求，但羰基法生产铁粉的工艺流程较复杂、技术上难度较大、生产成本高，目前世界上只有德国、前苏联等少数几个国家掌握该工艺。

水雾法铁粉的生产是用高压水将熔融的钢液在雾化器内切断、分散、裂化而成为微小液滴，再经脱水、烘干、筛分、生粉高温还原、粉饼破碎、筛分、合批等工序精制而成。水雾化铁粉具有化学纯度高等优点，但水雾法生产过程能耗高、涉及到装置设备投资大、产品性能无法全部满足注射成型超细铁粉使用要求，故发展也受到一定程度的制约。

公开号为CN201677036U的实用新型专利提供了一种利用回转窑对铁粉进行二次氢还原的装置，并具体公开了a、一个两端分别设有进料装置和出料装置的长筒形反应容器；b、与该反应容器导通且远离所述进料装置的氢气进气管；c、反应容器安装在旋转支撑结构上并连接回转驱动装置。该文献同时还指出其还原方式可使铁粉与氢气充分接触而提高还原效果。

虽然采用回转窑并通过气体还原剂制备金属粉末的技术方案已被上述文献所公开，但是，回转窑采用的是炉内加热方式来达到还原反应所需的高温环境，因此炉内的还原气氛稳定性较差，工况波动大，必然会对所制备的金属颗粒的形态造成一定程度的影响。

公开号为CN201811564U的实用新型专利提供了一种多段式高温还原回转窑，该回转窑为一个由窑体、高温熔融还原段窑体和熔融排渣段窑体所构成的三段变径结构，其中，熔融排渣段窑体的管径＞高温熔融还原段窑体的管径＞窑体的管径。该专利文献未阐述“变径”的作用及带来的技术效果，因此只能推断其目的是为了实现上述三段的依次连接和分别驱动。另外，该专利文献同样采用的是炉内加热方式，故依然存在还原气氛不稳定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可制备出粒径小、粒度均匀的金属粉末的气体还原设备。此外，本发明还要提供一种可制备出粒径小、粒度均匀的金属粉末的制备方法。

为此，本发明的气体还原设备包括一个两端分别设有进料装置和出料装置的长筒形反应容器以及与该反应容器导通且远离所述进料装置的还原气进气管，该反应容器安装在旋转支撑结构上并连接回转驱动装置，此外，该反应容器是由反应段炉体以及分别位于该反应段炉体两端的进料段炉体和出料段炉体所构成，所述进料段炉体的端口和出料段炉体的端口分别经防进气结构连接进料装置和出料装置，所述反应段炉体的外部且位于进料段炉体和出料段炉体之间设有加热炉，进料段炉体和出料段炉体分别经旋转支撑结构支撑而使反应段炉体悬置于加热炉的炉腔内。

本发明的气体还原设备同样借鉴了回转窑的结构特点，但与现有回转窑不同的是，该设备并未采用炉内加热方式，而是通过位于反应段炉体外部的加热炉实现对反应容器的炉外加热，并且本发明还提供了将进料段炉体和出料段炉体分别经旋转支撑结构支撑而使反应段炉体悬置于加热炉的炉腔内进而实现炉外加热的具体技术手段。炉外加热的优点就在于反应段炉体内的还原气氛稳定性加强，加热炉内燃烧工况的变化对还原反应的影响减弱，从而在相对稳定的加热状态下使中间体粉末原料与气体还原剂旋转、混合，并随着气相迁移的发生，颗粒重组，生产出颗粒形貌接近或达到球状、颗粒粒径小、粒度均匀、分布范围窄、流动性能好的金属粉末。