CN102266945A - 一种铁基合金粉末的球磨工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁基合金粉末的球磨工艺及装置，铁基合金粉末含铁大于80%，它包括湿法球磨机和离心机（19），湿法球磨机包括电机及变速装置（1）、立式磨筒（2）、立式搅拌轴（3）、机体（4）以及料浆泵（5），经循环球磨、离心干燥后得到铁基合金粉末。本发明的有益效果是：自动化程度高，操作简便，改变了出料方式，减少了人工操作，进出料周期可缩短30-50分钟，可增加班产量20-50%；制粉效率高出2-5倍，一次成品率高达70%以上，本装置可以不间断运行96小时以上，降低了噪音和球磨耗电，而且作业间几乎无粉尘，耗电量减少60-80%，从而大幅度降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属合金粉末的制造领域，特别涉及一种铁基合金粉末的球磨工艺及装置，具体说是一种以铁为主要成分（Fe>80%）的多元铁基合金湿法球磨成粉末的球磨工艺及装置。
背景技术
铁基合金是硬面材料中使用量大而广的一类，这类材料最大的特点是综合性能良好，使用范围很宽，而且材料价格低廉，在现代的生产中得到了广泛的使用，尤其是含Fe >80% (wt%)的软磁铁基合金，比如Fe-Si-Al、Fe-Si、Fe-Si-B等更是近年来新兴的软磁材料。
将熔炼制造的铁基合金制造成粉末，现有的制粉工艺分为两种类型：一类是利用合金的脆性机械粉碎、干法球磨制粉，另一类是通过雾化（水雾化、气雾化及水、气混合雾化）将合金钢水直接喷制成粉末。由于雾化喷制的粉末形貌是球型或近球型，而且粉末的粒度分布以粗粉末居多，导致粉末模压时致密性差，容易产生涡流损耗。其中，气雾化制粉成本太高，水雾化制粉含氧量太高，这是雾化制粉工艺的不足。所以，脆性的铁基合金当用于软磁材料时，往往采用机械粉碎、干法球磨制粉的工艺。其粉末多为不规则型，有利于模压成型和压制磁器件的致密性。
采用机械破碎、干法球磨制造粉末工艺，现有的工艺及装置大致有以下几种：
A、卧式滚筒球磨机球磨制造粉末。将合金粗颗粒加入卧式滚筒球磨机，物料与钢球按一定比例配比，选用不同直径的钢球，钢球大小也按一定配比加入。球磨时间根据球磨的物料和对粉末的粒度要求决定。出料时钢球与物料同时放出，过筛后将钢球与物料分开，再筛分达到细度要求的粉末。筛上粗粉返回球磨机。该工艺及装置的不足之处是：滚筒转速低（一般小于60转/分钟）导致生产效率低、出料与进料之间周期长、作业间粉尘多。
B、卧式振动球磨机球磨制造粉末。将合金粗颗粒加入卧式振动球磨机，物料与钢球按一定比例配比，选用不同直径的钢球，钢球大小也按一定配比加入，球磨时间根据球磨的物料和对粉末的粒度要求来决定。出料时钢球与物料需同时放出，过筛后将钢球与物料分开，再筛分达到细度要求的粉末，筛上粗粉返回球磨机。卧式振动球磨机的振动频率在100-300次/分钟，导致球磨机与物料因快速发热而不宜连续工作。而且，振动噪音大，出料方式也决定了作业间粉尘多、进出料之间的周期长。
C、气流磨制造合金粉末。原理是：小于40目的合金粗粉由磨机粉碎仓上部下料，均布在粉碎仓壁的气管将高压空气成对撞式喷入，使下落的物料发生高速碰撞被粉碎成粉末。调节分级叶轮频率使细粉被磨机的负压吸收到回收***，粗粉回到粉碎仓。气流磨的优点是进出料不停机、可连续生产，粉末可按粒径分级收集，作业间粉尘少，不足之处是产量小、单位耗电量比其他球磨机高3-5倍。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种铁基合金粉末的球磨工艺及装置，具体说是一种以铁为主要成分（Fe>80%）的多元铁基合金湿法球磨成粉末的球磨工艺及装置，提高制粉效率和成品率，增加班产量，改善作业环境，提高***的自动化程度，降低噪音和生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种铁基合金粉末的球磨装置，它包括湿法球磨机和离心机，所述的湿法球磨机包括电机及变速装置、立式磨筒、立式搅拌轴、机体以及料浆泵，所述的机体安装在立式磨筒上，电机及变速装置安装在机体的顶端，立式搅拌轴的上端与电机及变速装置的输出端连接穿过机体并伸至立式磨筒的底部，立式搅拌轴的下端设置有1~8根搅拌臂，搅拌臂间的安装相对角度为60~90°，搅拌臂之间的间距不小于50mm，立式搅拌轴与立式磨筒同心并垂直于水平面，立式磨筒的顶端设置有进料斗、料浆入口和球磨介质入口，立式磨筒的侧壁上还设置有水冷夹套，立式磨筒的底部设置有出料斗，出料斗通过料管与料浆泵的进料端连接，料浆泵的出料端分别与离心机和湿法球磨机的料浆入口连接。
所述的立式磨筒的顶端还设置有检修口和观察口。
所述的水冷夹套的下端设置有进口，水冷夹套的上端设置有出口，水冷夹套中安装有螺旋式阻流板。
所述的机体由机座、安装在机座上的轴承及轴承座组成。
所述的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1~1.2，其中内径为不小于500mm。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：0.5~2.5：0.5~3的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径小于2 mm；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间1~30小时，
（4）启动离心机进行液固分离，经干燥后即成粒径为100~2000目的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~30mm。
所述的铁基合金为含Fe >80%(wt%)的合金。
本发明的有益效果是：①上述球磨***自动化程度高，操作简便；②上述***为湿法球磨，与现有的干法球磨相比，球磨介质的加入改变了出料方式，因此，减少了人工操作，进出料周期可缩短30-50分钟，可增加班产量20-50%；而且作业间几乎无粉尘；③与现有的干法球磨工艺相比，本装置球磨原理更先进，浆料自上而下形成循环球磨，制粉效率高出2-5倍，一次成品率高达70%以上；④与现有的干法球磨相比，球磨产生的热量被冷却水带走，使本装置可以不间断运行96小时以上；⑤现有的干法球磨机需悬空才能转动或振动，支撑部位靠基础固定。本***湿法球磨机整体放置于平整的地面，有利于变动设备间的位置调整，磨筒无需运动也降低了球磨电耗，同时，降低了磨筒因转动与钢球产生的噪音；⑥与气流磨制粉工艺相比，耗电量减少60-80%，从而大幅度降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的俯视图
图中，1-电机及变速装置，2-立式磨筒，3-立式搅拌轴，4-机体，5-料浆泵，6-搅拌臂，7-水冷夹套，8-出料斗，9-进料斗，10-料浆入口，11-球磨介质入口，12-检修口，13-观察口，14-进口，15 -出口，16-螺旋式阻流板，17-机座，18-轴承及轴承座，19-离心机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1：一种铁基合金粉末的球磨装置，如图1、图2，它包括湿法球磨机和离心机19，所述的湿法球磨机包括电机及变速装置1、立式磨筒2、立式搅拌轴3、机体4以及料浆泵5，所述的机体4安装在立式磨筒2上，电机及变速装置1安装在机体4的顶端，立式搅拌轴3的上端与电机及变速装置1的输出端连接穿过机体4并伸至立式磨筒2的底部，立式搅拌轴3的下端设置有1~8根搅拌臂6，搅拌臂6间的安装相对角度为60~90°，搅拌臂6之间的间距不小于50mm，立式搅拌轴3与立式磨筒2同心并垂直于水平面，立式磨筒2的顶端设置有进料斗9、料浆入口10和球磨介质入口11，立式磨筒2的侧壁上还设置有水冷夹套7，立式磨筒2的底部设置有出料斗8，出料斗8通过料管与料浆泵5进料端连接，料浆泵5的出料端分别与离心机和湿法球磨机的料浆入口10连接。
所述的立式磨筒2的顶端还设置有检修口12和观察口13。
所述的水冷夹套7的下端设置有进口14，水冷夹套7的上端设置有出口15，水冷夹套7中安装有螺旋式阻流板16。
所述的机体4由机座17、安装在机座17上的轴承及轴承座18组成。
所述的立式磨筒2的内径和高度的比值为1：1-1.2，其中内径为不小于500mm。
其基本工作过程如下：按一定比例将钢球、球磨介质、物料分别通过进料斗9、料浆入口10和球磨介质入口11加入湿法球磨机，启动料浆泵5，加入的球磨介质应不溶解物料和易于液固分离，钢球采用含铬的轴承钢，直径不小于4mm，根据要求选不同的直径配比，球磨时间根据球磨的物料和对粉末的粒度要求来决定。开启电机及变速装置1，电机及变速装置1驱动的立式搅拌轴3带动搅拌臂6作同步转动，由搅拌臂6带动钢球、物料和球磨介质作圆周转动，钢球因重力作用形成自由落体运动，两种运动形成的动能和势能使钢球产生冲击力和剪切力，从而使物料粉碎，料浆泵5使料浆从上述湿法球磨机底部抽出回到湿法球磨机上端入口形成循环。当物料每次自上而下经过立式磨筒2里的钢球时，都被层层钢球反复冲击和剪切而球磨成粉末。球磨产生的热量被夹套的冷却水带走，料浆泵5的出料端分别与离心机19和湿法球磨机的料浆入口10连接。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含85%Fe-9.6%Si-5.4%Al铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：1：1.5的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为1.5mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间1小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-100目的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~12mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表一：
表一：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据一
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <1.5 | 100（0.15mm） | 1 | 200 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 150 | 110.6 | 73.73.4 | 3.4 g/ |
实施例2：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含85%Fe-9.6%Si-5.4%Al铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：0.8：1.2的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为1.2mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1.1；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间1.2小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-200目的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为8~20mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表二：
表二：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据二
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <1.2 | 200（0.075mm） | 1.2 | 160 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 300 | 243.8 | 81.27 | 3.2 g/ |
实施例3：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含83.7%Fe-7.8%Si-4.4%Al-4.1%Sb铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：1：1.2的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为1 mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间30小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-2000目的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~15mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表三：
表三：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据三
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <1 | 2000（0.007mm） | 30 | 2800 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 120 | 116.6 | 97.17 | 0.8g/ |
实施例4：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含84.6%Fe-6.8%Si-4.4%Al-4.2%Sb铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：1：0.5的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为0.8mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1.2；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间1.5小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-150目的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~12mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表四：
表四：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据四
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <0.8 | 150（0.1mm） | 1.5 | 260 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 180 | 175.8 | 86.18 | 3.3g/ |
实施例5：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含85%Fe-9.5%Si-5.5%Al铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：2.5：2的钢球、球磨介质、铁基合金加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为1 .4mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1.05；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间9小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-1500目、松装密度为1.2g/的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为12~30mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表五：
表五：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据五
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <1.4 | 1500（0.01mm） | 9 | 2500 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 140 | 138.2 | 92.17 | 1.2g/ |
实施例6：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含84%Fe-9.5%Si-6.5%Al铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：2：3的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为1 .3mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1.15；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间8.5小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-1200目、松装密度为1.8g/的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~15mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表六：
表六：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据六
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <0.5 | 1200（0.02mm） | 8.5 | 2400 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 120 | 118.2 | 87.13 | 1.8g/ |
实施例7：一种铁基合金粉末的球磨装置结构同实施例1。
一种铁基合金粉末的球磨工艺，具体而言为球磨含84.5%Fe-9.0%Si-6.5%Al铁基合金粉末，它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：0.5：1的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径为0.6mm，其中，湿法球磨机的立式磨筒的内径和高度的比值为1：1.2；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间18小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒度为-1800目、松装密度为0.9g/的铁基合金粉末。
所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~12mm。
所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
其工艺参数与测试数据如表七：
表七：铁基合金粉末的球磨工艺的工艺参数与测试数据七
| 进料粒径（mm） | 出料粒度（筛网目） | 球磨时间（小时） | 耗电量（度/吨） |
| <0.6 | 1800（0.005mm） | 18 | 3400 |
| 投入料（kg） | 成品重量（kg） | 成品率（%） | 松装密度 |
| 150 | 146.7 | 93.16 | 0.9g/ |
Claims (9)
1.一种铁基合金粉末的球磨装置，其特征在于：它包括湿法球磨机和离心机（19），所述的湿法球磨机包括电机及变速装置（1）、立式磨筒（2）、立式搅拌轴（3）、机体（4）以及料浆泵（5），所述的机体（4）安装在立式磨筒（2）上，电机及变速装置（1）安装在机体（4）的顶端，立式搅拌轴（3）的上端与电机及变速装置（1）的输出端连接穿过机体（4）并伸至立式磨筒（2）的底部，立式搅拌轴（3）的下端设置有1~8根搅拌臂（6），搅拌臂（6）间的安装相对角度为60~90°，搅拌臂（6）之间的间距不小于50mm，立式搅拌轴（3）与立式磨筒（2）同心并垂直于水平面，立式磨筒（2）的顶端设置有进料斗（9）、料浆入口（10）和球磨介质入口（11），立式磨筒（2）的侧壁上还设置有水冷夹套（7），立式磨筒（2）的底部设置有出料斗（8），出料斗（8）通过料管与料浆泵（5）进料端连接，料浆泵（5）的出料端分别与离心机和湿法球磨机的料浆入口（10）连接。
2.根据权利要求1所述的一种铁基合金粉末的球磨装置，其特征在于：所述的立式磨筒（2）的顶端还设置有检修口（12）和观察口（13）。
3.根据权利要求1所述的一种铁基合金粉末的球磨装置，其特征在于：所述的水冷夹套（7）的下端设置有进口（14），水冷夹套（7）的上端设置有出口（15），水冷夹套（7）中安装有螺旋式阻流板（16）。
4.根据权利要求1所述的一种铁基合金粉末的球磨装置，其特征在于：所述的机体（4）由机座（17）、安装在机座（17）上的轴承及轴承座（18）组成。
5.根据权利要求1所述的一种铁基合金粉末的球磨装置，其特征在于：所述的立式磨筒（2）的内径和高度的比值为1：1~1.2，其中内径为不小于500mm。
6.一种铁基合金粉末的球磨工艺，其特征在于：它包含以下步骤：
（1）将重量比为10：0.5~2.5：0.5~3的钢球、球磨介质、铁基合金分别加入前述的湿法球磨机里，铁基合金进料粒径小于2 mm；
（2）启动电机，变频调节搅拌轴转速（搅拌轴也可由电机和变速箱装配成恒定转速）；
（3）启动料浆泵，使浆料自上而下形成循环球磨，控制球磨时间1~30小时，
（4）启动离心机进行液固分离，干燥后即成粒径为100~2000目的铁基合金粉末。
7.根据权利要求6所述的一种铁基合金粉末的球磨工艺，其特征在于：所述的钢球采用含铬的轴承钢，直径为6~30mm。
8.根据权利要求6所述的一种铁基合金粉末的球磨工艺，其特征在于：所述的球磨介质为不溶解物料且易于液固分离的液态有机物。
9.根据权利要求6所述的一种铁基合金粉末的球磨工艺，其特征在于：所述的铁基合金为含Fe >80%(wt%)的合金。
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