用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法
2023-05-09 16:21:06 3
專利名稱：用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術領域內銅粉的製備方法，具體地說是一種用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法。
背景技術：
銅粉在粉末冶金工業、金剛石工具工業及電碳工業中用途廣泛，銅粉的松裝密度(以下稱松比)越低，壓縮性、成形填充性和燒結活性越好。國內現有銅粉的生產方法主要有以下三種電解法、水霧化後氧化還原法(AOR法)、水霧化不經氧化直接進行還原的方法。
電解法得到的銅粉的顆粒呈樹枝狀，比表面發達，因而壓縮性與燒結活性優異，但流動性差，生產耗電量大，尤其是生產中採用的硫酸鹽溶液會嚴重汙染環境，目前已逐步限制和淘汰。
水霧化法後氧化還原法(AOR法)主要採用以下步驟將電解銅塊及其它原料按比例熔煉、用水霧化、離心脫水、乾燥、氧化、破碎、還原、粉碎、篩分獲得低松比銅粉。這種方法的優點是銅粉的松比低於2.9g/cm3，但工藝流程長、複雜，由於高溫氧化時燒結嚴重，需經破碎工序處理，能耗大，生產成本高。
不經氧化直接進行還原的方法，可以中國專利申請號為03136699.6的技術方案為例，具有聲稱的「工藝流程縮短、後處理工序簡單」等特點，但由於該方法用脫水溼粉按化學處理方法來降低銅粉的松比，仍存在以下缺點1)在該申請的說明書中稱霧化後的脫水溼粉「無需經過乾燥及氧化工序」，意為該方法排除了已有技術的將被霧化銅粉進行乾燥的工序，而用經過離心脫水後的脫水溼粉直接進行還原。由於脫水溼粉的含水量在3～5％，銅粉所需的還原時間長，爐溫的溫度較高(450～620℃)，所需的能耗大，成本仍較高；2)脫水溼粉所處的物態使其不能被直接輸送至還原爐，通常要經歷排除上層水、將銅粉裝入布袋等容器內、再將容器內的銅粉移至還原爐中等步驟，勞動強度大，工序效率低，運送成本高；3)霧化水流為單焦點，只有一個交匯處，對銅液粒只能進行一次擊打。造成銅粉的松比在2.5～2.7g/cm3之間，松比仍較高，燒結活性較差，不能用於生產高性能的粉末冶金製品。
發明內容
本發明的目的是提供一種用水霧化乾粉還原製備銅粉的方法，縮短還原時間，降低還原溫度、能耗、勞動強度和成本，提高工效，產出低松比的銅粉。
本發明另一個目的在於提供一種細顆粒團聚狀的不規則形狀低松比銅粉，使製備的銅粉能用於生產高性能的粉末冶金製品。
為此，本發明採用如下的技術方案用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於採用環形多焦點噴射水流對銅液進行霧化，然後直接將霧化後的銅粉烘乾成乾粉，經還原燒結、破碎、篩分處理，得到細顆粒團聚狀的不規則銅粉。
本發明由於採用水霧化乾粉進行還原燒結，相對現有脫水溼粉的還原燒結，具有還原效果好、生產量大、縮短還原時間、降低還原溫度、能耗小(一般可降低20-30％的能耗)的優點。乾粉可通過運輸機械由管路直接送入還原爐，所需的勞動強度小，工效高，運送方便。
本發明採用環形多焦點噴射水流進行霧化，噴射水流可形成一個主焦點和多個輔焦點，對銅液粒進行多次擊打，改變了現有技術霧化水流的單焦點、一次擊打的慣例和定勢，使銅粉粒度更小，通過物理細化方式，使團聚更容易，為降低銅粉的松比提供了良好的基礎。此時的松比已為2.5～3.5g/cm3，氫損在0.5％以下，這樣的銅粉就不需要經過單獨的氧化、破碎工序，直接進入還原燒結工序，最後得到細顆粒團聚狀的不規則粉末，松比在1.8～2.5g/cm3，氫損在0.3％以下，流動性≤40s/50g。本製備方法得到的銅粉性能接近於電解銅粉，流動性要超過電解銅粉。
本發明用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉方法的全過程如下1)稱取電解銅塊料，逐步裝入熔煉爐；2)在銅熔煉覆蓋劑覆蓋保護下，於1150～1250℃溫度下將銅熔化；3)開啟高壓水泵；4)調霧化桶內氣氛至氧化性，調整桶內壓力至常壓或負壓，這樣在霧化時也將銅粉進行了氧化，此處的氧化改變了銅粉的表面張力，使團聚更容易；5)將熔化後的銅液轉到中間漏包，保持溫度在1150～1250℃之間，用環形多焦點噴射水流對通過中間漏包下漏的銅液進行霧化；6)將霧化後得到的銅粉烘乾成乾粉，送氨分解還原爐還原燒結成粉塊；7)破碎、水冷粉碎機粉碎粉塊，篩分粉碎後的銅粉得細顆粒團聚狀的銅粉。
所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，通過環形噴嘴噴射形成環形多焦點噴射水流，所述的噴嘴上設置有8～12個孔，孔的等效孔徑優選為1.8～2.6mm；霧化水壓的優選為8～15Mpa，孔的噴流角優選為9～25°，由於孔存在噴流角，多個孔噴射的水流形成了環形多焦點噴射水流，噴嘴的噴射主焦點的水柱夾角的優選在25～45°。實踐證明，上述優選參數有利於降低銅粉松比。
所用中間漏包的漏嘴孔徑優選為3～6mm。
所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，乾粉直接還原燒結時，溫度優選在300～450℃，相對脫水溼粉還原所需的450～620℃溫度而言，溫度低，能耗小。
所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，採用真空蒸汽烘乾銅粉，除去銅粉中的水份，自動化程度高，能耗低、效率高，細顆粒團聚形狀完好。
所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，篩分後的銅粉進行了抗氧化處理，防止銅粉在空氣中被氧化，保存時間長。
由上述製備方法得到的低松比銅粉，銅粉中純銅的重量佔總重量的比例≥99.5％，雜質≤0.2％，氫損≤0.3％，松比g/cm31.8～2.5，流速s/50g≤40，粒度-100目～-325目，細顆粒團聚狀的不規則形狀。粉末具有發達的表面、優良的流動性，良好的燒結活性，良好的壓製成型性、壓縮性和成型填充性能，能用於製造高性能的粉末冶金製品。
本發明通過物理細化和化學處理二者的結合，有效控制和降低銅粉的松裝密度，具有以下優點1)霧化工序的噴射水流能多次擊打銅液粒，使之顯著改變霧化銅粉顆粒形狀及內部結構，提高了銅粉的細顆團聚效果，大大降低了銅粉的松比；2)能加速銅粉的氧化速度及深度，還原燒結時有助於獲得細顆粒團聚狀銅粉，降低銅粉的松比；3)無需設置單獨的氧化、破碎工序，可以直接還原燒結得到松比在1.8～2.5g/cm3的銅粉，工藝流程短，生產成本低；4)相對於脫水溼粉製得銅粉的方法，本發明採用多焦點水霧化後經烘乾得到的乾粉直接進行還原燒結，使兩者霧化銅液的技術手段不同、霧化後銅粉的加工路徑不同，取得了縮短還原時間、用較低的溫度即可實現還原燒結、大大降低能耗和製造成本的有益效果；5)可將乾粉直接輸送至還原爐內，便於連續化生產，所需的勞動強度小，工效高；6)本發明製得的銅粉性能接近於電解銅粉，流動性超過電解銅粉，能用於製造高性能的粉末冶金製品。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為實施例1低松比水霧化純銅粉末的細顆粒團聚不規則形狀形貌。
圖2為實施例2低松比水霧化純銅粉末的細顆粒團聚不規則形狀形貌。
具體實施例方式
實施例1本發明的製備方法如下
1)稱取優質的1#電解銅塊250kg，逐步裝入熔煉爐；2)在銅熔煉覆蓋劑覆蓋保護下，在熔煉爐中於1150～1250℃溫度下，將銅熔化；3)開啟高壓水泵；4)調霧化桶內氣氛至氧化性，調整桶內壓力至常壓；5)將熔化後的銅液轉到中間漏包，中頻感應保溫，溫度保持在1150～1250℃之間，漏孔孔徑為Φ5.0mm；採用環形多焦點噴嘴噴出的多焦點水流對通過中間漏包下漏的銅液進行霧化，噴嘴設置的孔數為12個，孔的等效孔徑為Φ2.0mm，霧化水壓為14Mpa，孔的噴流角為18°，環形噴嘴的噴射主焦點的水柱夾角為45度；6)將霧化後的銅粉經真空蒸汽烘乾得到粉末的氫損為0.45％，幹銅粉的松比為3.11g/cm3；烘乾後的幹銅粉送氨分解還原爐還原燒結成粉塊，還原溫度為400～420℃；7)破碎、水冷粉碎機粉碎粉塊，篩分粉碎後的銅粉，然後對銅粉的表面進行抗氧化處理。製得的銅粉，Cu99.52％，松比2.24g/cm3，流速34.15g/50g，粒度-100目，氫損0.20％，顆粒形狀為細顆粒團聚不規則形狀，如附圖1所示。
實施例2本發明的製備方法如下1)稱取優質的1#電解銅塊250kg，逐步裝入熔煉爐；2)在銅熔煉覆蓋劑覆蓋保護下，在熔煉爐中於1150～1250℃溫度下，將銅熔化；3)開啟高壓水泵；4)調霧化桶內氣氛至氧化性，調整桶內壓力至負壓；5)將熔化後的銅液轉到中間漏包，中頻感應保溫，溫度保持在1150～1250℃之間，漏孔孔徑為Φ4.5mm；採用環形多焦點噴嘴噴出的多焦點水流對通過中間漏包下漏的銅液進行霧化，噴嘴上設置的孔數為9個，孔的等效孔徑為Φ2.4mm；霧化水壓為9Mpa，孔的噴流角為10°，環形噴嘴的噴射主焦點的水柱夾角為30度；6)將霧化後的銅粉經真空蒸汽烘乾得到粉末的氫損為0.4％，幹銅粉的松比為3.23g/cm3；烘乾後的幹銅粉送氨分解還原爐還原燒結，還原溫度為380～400℃；7)破碎、水冷粉碎機粉碎粉塊，篩分粉碎後的銅粉，然後對銅粉的表面進行抗氧化處理。製得的銅粉Cu99.76％，松比2.30g/cm3，流速33.5g/50g，粒度-100目，氫損0.19％，顆粒形狀為細顆粒團聚不規則形狀，如附圖2所示。
權利要求
1.用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於採用環形多焦點噴射水流對銅液進行霧化，然後直接將霧化後的銅粉烘乾成乾粉，經還原燒結、破碎、篩分處理，得到細顆粒團聚狀的不規則形狀銅粉。
2.根據權利要求1所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於該方法的具體步驟如下1)稱取電解銅塊，裝入熔煉爐；2)在銅熔煉覆蓋劑覆蓋保護下，於1150～1250℃溫度下將銅熔化；3)開啟高壓水泵；4)調霧化桶內氣氛至氧化性，調整桶內壓力至常壓或負壓；5)將熔化後的銅液轉到中間漏包，保持溫度在1150～1250℃之間，用環形多焦點噴射水流對通過中間漏包下漏的銅液進行霧化；6)將霧化後得到的銅粉烘乾成乾粉，送氨分解還原爐還原燒結成粉塊；7)破碎、水冷粉碎機粉碎粉塊，篩分粉碎後的銅粉得細顆粒團聚狀的銅粉。
3.根據權利要求1或2所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於通過環形噴嘴噴射形成環形多焦點噴射水流，所述的噴嘴上設置有8～12個孔，孔的等效孔徑為1.8～2.6mm。
4.根據權利要求3所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於霧化水壓在8～15Mpa，孔的噴流角為9～25°，噴嘴的噴射主焦點的水柱夾角在25～45°。
5.根據權利要求4所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於中間漏包的漏嘴孔徑為3～6mm。
6.根據權利要求5所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於所述的乾粉直接還原燒結時，溫度在300～450℃。
7.根據權利要求6所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於採用真空蒸汽烘乾銅粉。
8.根據權利要求7所述的用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於對篩分後的銅粉進行抗氧化處理。
9.根據權利要求1-8任一項權利要求所述的製備方法製備的低松比銅粉，其特徵在於所述的銅粉中純銅的重量佔總重量的比例≥99.5％，雜質≤0.2％，氫損≤0.3％，松比g/cm31.8～2.5，流速s/50g≤40，粒度-100目～-325目，形狀細顆粒團聚狀的不規則形狀。
全文摘要
本發明是一種用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法。現有不經氧化直接進行還原的方法，銅粉所需的還原時間長，爐溫的溫度較高，所需的能耗大，成本仍較高；勞動強度大，工序效率低，運送成本高；不能用於生產高性能的粉末冶金製品。本發明用水霧化乾粉還原製備低松比銅粉的方法，其特徵在於採用環形多焦點噴射水流對銅液進行霧化，然後直接將霧化後的銅粉烘乾成乾粉，經還原燒結、破碎、篩分處理，得到細顆粒團聚狀的不規則銅粉。本發明採用多焦點水霧化後經烘乾得到的乾粉直接進行還原燒結，取得了縮短還原時間、用較低的溫度即可實現還原燒結、大大降低能耗和製造成本的有益效果；勞動強度小，工效高；能用於製造高性能的粉末冶金製品。
文檔編號B22F9/08GK1799734SQ200510062008
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月12日 優先權日2005年12月12日
發明者駱張國, 祝淳清, 胡仁良, 諸國強, 唐衛東, 孫生谷 申請人:紹興市吉利來金屬材料有限公司