[發明專利]一種用鐵基廢料制備SHS陶瓷內襯金屬管材的方法

有效

• 申請號: 201010230229.6
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN101898246A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 張深根;劉波;田建軍;潘德安;李彬
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F3/23
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 朱元萍

技術領域

本發明涉及一種鐵基廢料用于SHS陶瓷內襯金屬管材的方法，屬于資源回收再利用和表面涂層技術領域。

背景技術

隨著我國鋼鐵行業快速發展，鐵基廢料產量急劇增加。鐵基廢料包括軋輥磨削料、冷(熱)軋鐵鱗等。據不完全統計，鐵基廢料每年大約200萬噸。一方面鐵基廢料給鋼鐵企業帶來了嚴重的環境負擔，另一方面鐵基廢料含有大量的Fe和一定量的Cr、Ni、V、Mn等寶貴的金屬資源。因此，綜合利用鐵基廢料不僅可以減輕鋼鐵企業的環境負擔，而且有利于資源再利用，具有重要的經濟和環保意義。

自蔓延高溫合成(Self-propagating?High-temperature?Synthesis，縮寫SHS)是利用化學反應自身放熱制備材料的新技術。其最顯著的特點就是充分利用元素間形成化合物時的高能放熱反應，除了引發合成反應所必須的少量外加能量，整個反應過程主要依靠物料自身的放熱來維持。前蘇聯科學院的化學物理研究所研究了離心力對鋁熱反應的燃燒過程影響，通過離心力控制燃燒過程，離心力與SHS過程相結合產生了SHS-離心法。1981年日本小田原修采用鋁熱離心法制備陶瓷內襯金屬管材，并制備出大尺寸內襯陶瓷復合金屬管材。其原理是利用鋁與氧化鐵發生放熱反應，依靠放熱反應可以維持反應進行，同時反應產物鐵和氧化鋁瞬時熔融，在離心力的作用下，比重輕的氧化鋁分布在金屬管材內表面，比重大的鐵分布在金屬管材和陶瓷層中間并將金屬管材和陶瓷層結合起來。Al和Fe₂O₃(或Fe₃O₄)的反應式如下：

2Al+Fe₂O₃→2Fe+Al₂O₃

8Al+3Fe₃O₄→9Fe+4Al₂O₃

中國專利ZL90107244.3公開了一種耐蝕耐磨陶瓷金屬管材制造技術，在Al+Fe₂O₃(或Fe₃O₄)物料中同時加入添加劑SiO₂和一種或兩種堿金屬氧化物(在Na₂O、K₂O、Li₂O中選擇)及一種或兩種堿土金屬氧化物RO(在MgO、CaO、BaO、ZnO中選擇)，混勻后的物料加入金屬管材帶物料預熱至100℃～300℃、點燃后在離心力的作用下進行反應燒結，在金屬管材內壁形成厚度約2毫米的無滲透性致密陶瓷鍍層。中國專利01139227.4公開了一種陶瓷內襯金屬管材的制造方法，以酸渣料(鐵礦選礦產生)與Al、SiO₂烘干混勻，點燃后在離心力的作用下進行反應燒結，在金屬管材內壁形成致密陶瓷鍍層。

為低成本高效利用鐵基廢料，充分利用其中的Fe、Cr、Ni、V、Mn、Al₂O₃和SiO₂物質，利用鋁熱反應進行SHS離心制備“三明治”結構的金屬管材。未見與本發明的相關的文獻報道

發明內容

本發明的目的在于提出一種用鐵基廢料制備SHS陶瓷內襯金屬管材的方法，實現對鐵基廢料的低成本高效利用。

因鐵基廢料含有大量的Fe和少量的Cr、Ni、V、Mn等金屬元素，以金屬單質和金屬氧化物形態存在。金屬氧化物與Al粉均能進行SHS鋁熱反應，在離心力的作用下在金屬管材形成鐵合金層、Al₂O₃或Al₂O₃+SiO₂的陶瓷層，提高了金屬管材耐磨性能和抗腐蝕性能。因鐵基廢料中含有一定的Al₂O₃和SiO₂，不僅提高粉末的流動性，而且增加金屬管材內襯陶瓷的厚度和表面質量。

本發明一種用鐵基廢料制備SHS陶瓷內襯金屬管材的方法，是以鐵基廢料和Al粉為原料，將經處理的鐵基廢料與Al粉按比例配比、混勻裝料，然后將物料在離心機上離心點燃后在離心力的作用下進行SHS反應燒結，在金屬管材內壁形成鐵合金層和致密陶瓷鍍層。具體包括以下步驟：

1)將鐵基廢料進行200℃～500℃下烘烤排濕、除雜；

2)進行80目～300目篩分、合批；

3)合批后的粉末成分檢測；

4)與Al粉進行配比混合；

5)將混好的原料加入金屬管材均勻布料；