粉末冶金 第三讲 金属粉末的生产
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H298 17.163kJ
CO间接还原
固体C直接还原
当温度高于570℃时
3Fe2O3 C 2Fe3O4 CO Fe3O4 C 3FeO CO FeO C Fe CO
当温度低于570℃时
1 4
Fe3O4
C
3 4
Fe
CO
H298 108.962kJ H298 194.366kJ H298 158.356kJ
粉末冶金技术 第三讲
金属粉末的生产之1
➢固体碳还原法 ➢电解法制粉 ➢双流雾化法 ➢机械粉碎法
粉末制备技术分类
➢ 物理化学法：氧化还原、电解、由溶液沉 淀、热离解、由盐溶液沉淀、由气体沉淀、 氢化物分解、化学脆化法、铝热反应、金 属粉末的电沉积
➢ 机械法：雾化法、旋转电极法、超速凝固 法、脆性与延性材料的研磨
氢气还原W粉
➢ W粉颗粒细化还原法 ➢ 影响W粉粒度和纯度的因素
✓ 原料（含水量、杂质量） ✓ 氢气（湿度、流量） ✓ 温度、时间、料层厚度 ✓ 添加剂（Re、Li、K、Na）
电解法制粉特点
➢ 工艺流程简单，投资少 ➢ 可利用半成品和废料作原料 ➢ 产品纯度高 ➢ 压制性较好 ➢ 可以生产超细粉末 ➢ 耗能大，效率较低，成本较高，有环境污染
水溶液电解基本原理
Cu Cu2 2e
Cu2 2e Cu
水溶液电解生产铜装置示意图
电解的定量规律
m gIt
g W 96500n
m ——析出物质数量(g) g——电化当量 I——电流强度(A) t——电解时间（h) W——相对原子质量 n——原子价
成粉条件
电解Cu粉工艺过程
Pb阴极
CuSO4 粉末沉淀物
水力旋涡 分离器
料斗 还原炉 研磨机
筛wk.baidu.com 合批器 成品料仓
气雾化设备
水雾化生产铁粉工艺流程
合金元素
废钢
电炉 浇包 漏包 喷嘴 聚粉器
泵
退火炉 中间料仓
干燥机 过滤机 水力旋涡 分离器
筛子 料桶 合批器 成品料仓
水雾化设备
双流雾化参数
➢ 熔融金属过热度约75~150℃； ➢ 单孔漏嘴典型金属流速约为4.5~4.9kg/min； ➢ 在水速70~230m/s和压力5.5~21MPa下，通常水
雾化法制粉
雾化机理
双流雾化法
用高速气流或高压水流击碎金属液流。
双流雾化形式
➢ 平行喷射 ➢ 垂直喷射 ➢ 互成角度喷射
① V型喷射 ② 锥型喷射 ③ 旋涡环行喷射
双流雾化形式
双流雾化喷嘴结构
气雾化生产铁粉工艺流程
焦炭
废钢
化铁炉 前床 漏包 喷嘴
聚粉器 泵
双锥 混料机
中间料 仓
干燥机
过滤机
H298 167.670kJ
固体C直接还原
FeO CO Fe CO2 )CO2 C 2CO FeO C Fe CO
pCO pCO2 1atm
T1 6500C T2 6850C
Höganäs海绵铁工艺过程
矿石 焦炭 石灰石
磁选机 回转干燥器
混合料斗 焦炭破碎机
磁选
筛分
破碎
卸料
合批
包装
退火炉
包装
混合
包装 Höganäs工艺流程图
装料 隧道窑
焦炭还原铁鳞的设备工艺过程
焦炭、 石灰石
干燥机 粉碎机
铁鳞 储料斗
干燥机 装料机
磁选机 储料斗
粉碎机 分级机
粗粉碎机 细粉碎机
取样机 分级机
隧道窑 磁选机
还原炉
粉碎机
包装机
合批机 称量机 分级机
磁选机
成品铁粉
回转窑直接还原铁粉
电解法制粉
➢ 既是一种独立的制粉方法，有时又是某 些制粉方法的补充工序
机械粉碎法
➢ 压碎：碾压、辊轧、颚式破碎等 （碾压机、双辊滚碎机、颚氏破碎机） ➢ 击碎和磨削：球磨、棒磨等 （球磨机、棒磨机、振动球磨机、搅动球
磨机）
机械粉碎法
机械粉碎法
➢ 低成本、高产量、工艺简单 ➢ 一般适用于制备脆性材料的粉末 ➢ 颗粒形状不规则，尺寸不均匀
CO间接还原
当温度高于570℃时 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2 Fe3O4 CO 3FeO CO2 FeO CO Fe CO2 当温度低于570℃时
Fe3O4 4CO 3Fe 4CO2
H298 62.999kJ H298 22.395kJ H298 13.605kJ
Cu阳极
刷、洗、过滤
还原
研磨
过筛
铜粉
电解Cu粉经济指标
➢ 电流效率:一定电量电解出的产物实际重量与 理论上应电解出的产物重量之比
➢ 电能效率:在生产过程中生产一定质量的物质， 在理论上所需的电能与实际消耗的电能之比
i
M qIt
100%
e
理论耗能W0 实际耗能We
100%
影响粒度和电流效率的因素
➢金属离子浓度 ➢酸度（H+浓度） ➢添加剂
流速度为110~380L/min； ➢ 在气体压力350~9400kPa下，通常气体流量为
1~14m3/min，气体速度可能为20m/s~超音速。
双流雾化粉末性能
➢ 水雾化粉末形状一般很不规则，表面含 氧量较高
➢ 气雾化粉末形状一般近于球形，若用惰 性气体雾化，氧含量较低
粉末形状
机械粉碎法
➢ 靠压碎、击碎、磨削等作用将金属或合 金机械地粉碎成粉末
➢ 水溶液电解：铜、镍、银、铁、锡 ➢ 熔盐电解 ：难熔稀有金属 ➢ 有机电解质电解 ➢ 液体金属阴极电解
氢气还原W粉
➢ 黄色α相WO3(易挥发) ➢ 蓝色β相WO2.90
➢紫色γ相WO2.72 ➢褐色δ相WO2
WO3 0.1H 2 WO2.90 0.1H 2O WO2.90 0.18H 2 WO2.72 0.18H 2O WO2.72 0.72H 2 WO2 0.72H 2O WO2 H 2 W 2H 2O
固体碳还原法
固体碳还原金属氧化物时，还原反应体系中存 在下列反应平衡：
MeO CO Me CO2 CO2 C 2CO MeO C Me CO 2MeO C 2Me CO2
Fe粉、W粉
固体碳还原Fe粉
➢ 应用最广泛的制Fe粉方法 ➢ 成本低 ➢ 还原过程：
Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe
➢ 电流密度 ➢ 电解温度 ➢ 搅拌速度 ➢ 刷粉周期
电解铜粉
在低温、低湿度、 洁净空气中氧化 形成钝化膜
雾化法制粉
➢ 属机械制粉法 ➢ 应用广泛，生产规模仅次于还原法 ➢ 可以制备Pb、Sn、Al、Cu、Ni、Fe等金
属粉末，也可以制备青铜、黄铜、合金 钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末
雾化法制粉
CO间接还原
固体C直接还原
当温度高于570℃时
3Fe2O3 C 2Fe3O4 CO Fe3O4 C 3FeO CO FeO C Fe CO
当温度低于570℃时
1 4
Fe3O4
C
3 4
Fe
CO
H298 108.962kJ H298 194.366kJ H298 158.356kJ
粉末冶金技术 第三讲
金属粉末的生产之1
➢固体碳还原法 ➢电解法制粉 ➢双流雾化法 ➢机械粉碎法
粉末制备技术分类
➢ 物理化学法：氧化还原、电解、由溶液沉 淀、热离解、由盐溶液沉淀、由气体沉淀、 氢化物分解、化学脆化法、铝热反应、金 属粉末的电沉积
➢ 机械法：雾化法、旋转电极法、超速凝固 法、脆性与延性材料的研磨
氢气还原W粉
➢ W粉颗粒细化还原法 ➢ 影响W粉粒度和纯度的因素
✓ 原料（含水量、杂质量） ✓ 氢气（湿度、流量） ✓ 温度、时间、料层厚度 ✓ 添加剂（Re、Li、K、Na）
电解法制粉特点
➢ 工艺流程简单，投资少 ➢ 可利用半成品和废料作原料 ➢ 产品纯度高 ➢ 压制性较好 ➢ 可以生产超细粉末 ➢ 耗能大，效率较低，成本较高，有环境污染
水溶液电解基本原理
Cu Cu2 2e
Cu2 2e Cu
水溶液电解生产铜装置示意图
电解的定量规律
m gIt
g W 96500n
m ——析出物质数量(g) g——电化当量 I——电流强度(A) t——电解时间（h) W——相对原子质量 n——原子价
成粉条件
电解Cu粉工艺过程
Pb阴极
CuSO4 粉末沉淀物
水力旋涡 分离器
料斗 还原炉 研磨机
筛wk.baidu.com 合批器 成品料仓
气雾化设备
水雾化生产铁粉工艺流程
合金元素
废钢
电炉 浇包 漏包 喷嘴 聚粉器
泵
退火炉 中间料仓
干燥机 过滤机 水力旋涡 分离器
筛子 料桶 合批器 成品料仓
水雾化设备
双流雾化参数
➢ 熔融金属过热度约75~150℃； ➢ 单孔漏嘴典型金属流速约为4.5~4.9kg/min； ➢ 在水速70~230m/s和压力5.5~21MPa下，通常水
雾化法制粉
雾化机理
双流雾化法
用高速气流或高压水流击碎金属液流。
双流雾化形式
➢ 平行喷射 ➢ 垂直喷射 ➢ 互成角度喷射
① V型喷射 ② 锥型喷射 ③ 旋涡环行喷射
双流雾化形式
双流雾化喷嘴结构
气雾化生产铁粉工艺流程
焦炭
废钢
化铁炉 前床 漏包 喷嘴
聚粉器 泵
双锥 混料机
中间料 仓
干燥机
过滤机
H298 167.670kJ
固体C直接还原
FeO CO Fe CO2 )CO2 C 2CO FeO C Fe CO
pCO pCO2 1atm
T1 6500C T2 6850C
Höganäs海绵铁工艺过程
矿石 焦炭 石灰石
磁选机 回转干燥器
混合料斗 焦炭破碎机
磁选
筛分
破碎
卸料
合批
包装
退火炉
包装
混合
包装 Höganäs工艺流程图
装料 隧道窑
焦炭还原铁鳞的设备工艺过程
焦炭、 石灰石
干燥机 粉碎机
铁鳞 储料斗
干燥机 装料机
磁选机 储料斗
粉碎机 分级机
粗粉碎机 细粉碎机
取样机 分级机
隧道窑 磁选机
还原炉
粉碎机
包装机
合批机 称量机 分级机
磁选机
成品铁粉
回转窑直接还原铁粉
电解法制粉
➢ 既是一种独立的制粉方法，有时又是某 些制粉方法的补充工序
机械粉碎法
➢ 压碎：碾压、辊轧、颚式破碎等 （碾压机、双辊滚碎机、颚氏破碎机） ➢ 击碎和磨削：球磨、棒磨等 （球磨机、棒磨机、振动球磨机、搅动球
磨机）
机械粉碎法
机械粉碎法
➢ 低成本、高产量、工艺简单 ➢ 一般适用于制备脆性材料的粉末 ➢ 颗粒形状不规则，尺寸不均匀
CO间接还原
当温度高于570℃时 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2 Fe3O4 CO 3FeO CO2 FeO CO Fe CO2 当温度低于570℃时
Fe3O4 4CO 3Fe 4CO2
H298 62.999kJ H298 22.395kJ H298 13.605kJ
Cu阳极
刷、洗、过滤
还原
研磨
过筛
铜粉
电解Cu粉经济指标
➢ 电流效率:一定电量电解出的产物实际重量与 理论上应电解出的产物重量之比
➢ 电能效率:在生产过程中生产一定质量的物质， 在理论上所需的电能与实际消耗的电能之比
i
M qIt
100%
e
理论耗能W0 实际耗能We
100%
影响粒度和电流效率的因素
➢金属离子浓度 ➢酸度（H+浓度） ➢添加剂
流速度为110~380L/min； ➢ 在气体压力350~9400kPa下，通常气体流量为
1~14m3/min，气体速度可能为20m/s~超音速。
双流雾化粉末性能
➢ 水雾化粉末形状一般很不规则，表面含 氧量较高
➢ 气雾化粉末形状一般近于球形，若用惰 性气体雾化，氧含量较低
粉末形状
机械粉碎法
➢ 靠压碎、击碎、磨削等作用将金属或合 金机械地粉碎成粉末
➢ 水溶液电解：铜、镍、银、铁、锡 ➢ 熔盐电解 ：难熔稀有金属 ➢ 有机电解质电解 ➢ 液体金属阴极电解
氢气还原W粉
➢ 黄色α相WO3(易挥发) ➢ 蓝色β相WO2.90
➢紫色γ相WO2.72 ➢褐色δ相WO2
WO3 0.1H 2 WO2.90 0.1H 2O WO2.90 0.18H 2 WO2.72 0.18H 2O WO2.72 0.72H 2 WO2 0.72H 2O WO2 H 2 W 2H 2O
固体碳还原法
固体碳还原金属氧化物时，还原反应体系中存 在下列反应平衡：
MeO CO Me CO2 CO2 C 2CO MeO C Me CO 2MeO C 2Me CO2
Fe粉、W粉
固体碳还原Fe粉
➢ 应用最广泛的制Fe粉方法 ➢ 成本低 ➢ 还原过程：
Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe
➢ 电流密度 ➢ 电解温度 ➢ 搅拌速度 ➢ 刷粉周期
电解铜粉
在低温、低湿度、 洁净空气中氧化 形成钝化膜
雾化法制粉
➢ 属机械制粉法 ➢ 应用广泛，生产规模仅次于还原法 ➢ 可以制备Pb、Sn、Al、Cu、Ni、Fe等金
属粉末，也可以制备青铜、黄铜、合金 钢、高速钢、不锈钢等预合金粉末
雾化法制粉