本實用新型涉及一種制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包，屬于粉末冶金領域。該中間包能降低霧化法制備鐵基合金軟磁粉末中夾雜物。

背景技術：

粉末冶金是高效、無少切削、節材、節能、復雜零件的近凈(Net-Shaping)成形零件綠色制造技術，金屬及合金粉末是粉末冶金機械零件等所需的關鍵原料，霧化法以水、氣、甚至油做介質，高速沖擊熔融的金屬流，能一步制備出金屬/合金粉末，粉末顆粒內部組織均勻，形貌多樣、粒度范圍寬，工藝流程短，節約能源，是當前國內外規模制粉的主流手段。

圖1是霧化法制粉裝置示意圖。所述方法包括如下步驟：

(1)以塊狀金屬或合金原材料，按預定合金成分設計進行稱重配置；

(2)在冶煉爐1(如中頻感應熔煉爐)內進行熔煉，并使合金液達到最終出鋼溫度；

(3)將合金熔液傾入帶有漏眼的中間包2中，合金液靠重力從中間包底部落下；同時高壓泵3輸送的高壓水4經噴嘴5噴射出水射流6；從中間包底部落下的合金液受水射流6、惰性氣體7兩次破碎打擊而被粉碎，在霧化筒內快速凝固成金屬微細粉末8，并在收粉罐內收集；

(4)收集的水、粉混合物經脫水干燥、篩分得到最終成品鐵基軟磁合金粉末。

近年來霧化粉末朝著高合金化、超細(<10μm)、低氧含量、以及高純凈度、少夾雜方向發展，尤其用于高性能磁性元器件的軟磁合金粉對粉末純凈度要求更高。

特種合金霧化工藝多采用中頻感應爐進行煉鋼，鋼水熔化溫度合格后直接倒入中間包，由于特種超細粉末主冶煉爐的容量大多小于500Kg，霧化使用的中間包體積普遍較小，一般只有20Kg左右，無法像普通鋼廠一樣在中間包中進行“精煉除雜”，而在霧化過程中中間包一直與高溫熔融鋼液直接接觸，在霧化過程中難免會帶入少量的非金屬夾雜物。

目前國內霧化行業生產用的中間包大多為粘土材質，主要成分為Al₂O₃和SiO₂，燒制溫度一般在1300-1500℃，粘土質中間包由于成本低廉，被普遍使用，在特種合金粉末制備領域250Kg爐容為常用等級，霧化時間一般在15分鐘左右，中間包耐材侵蝕不明顯；但對于500Kg級以上大型熔煉爐霧化時間長達30分鐘，中間包被鋼水浸泡時間長，霧化過程中常規粘土包由于包體強度較差，包體耐材容易被鋼水侵蝕剝落，進入鋼液形成非金屬夾雜，影響產品質量。

由于粘土中間包的強度、耐沖刷性能都相對較差，中間包經過鋼液的高溫沖刷，耐火材料容易脫落進入鋼液，在霧化制粉的過程中，脫落的耐火材料進入鋼液并與鋼液一起經過漏眼在高壓水或氣的打擊破碎下，形成細小顆粒混入合金粉末，要減少合金粉末中的夾雜就必須減少粘土中間包耐火材料的脫落問題。

目前在特種霧化合金粉末制備領域還未發現有對中間包耐材進行特殊防剝落涂層處理的相關技術報道和專利。

技術實現要素：

針對現有技術不足，本實用新型的目的是提供一種制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包，能在不明顯增加生產成本的情況下增加粘土中間包強度，減少粘土中間包耐火材料的脫落，從而減少合金粉末中的非金屬夾雜；也能減少在用霧化方法制備鐵基軟磁合金粉末過程由于包體耐材脫落發生堵包而使霧化中斷的情況。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包，所述中間包包括：

中間包本體，形成有合金液容納部，用于容納熔融的合金液；所述中間包本體的底面上設有漏液孔；

防護涂層，設置于所述中間包本體的內壁上，用于防止熔融的合金液對所述中間包本體的侵蝕。

在上述制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包中，作為一種優選實施方式，所述中間包還包括漏眼裝置，所述漏眼裝置設置于所述漏液孔處，用于使中間包本體內的合金液按規定速度落下。

在上述制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包中，作為一種優選實施方式，所述中間包本體的材質為粘土。

在上述制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包中，作為一種優選實施方式，所述合金液為鐵基合金液；更優選地，所述鐵基合金液為FeSi系列、FeSiCr系列、FeSiAl系列、FeNi系列等等。

在上述制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包中，作為一種優選實施方式，所述防護涂層的厚度為0.5～1mm。涂層過薄，不耐鋼液沖刷，起不到防止粘土包材料脫落的作用，涂層過厚，會造成成本增加，同時需要多次涂抹也不方便操作。另外，不用過度增加涂層厚度還因為中間包的使用次數一般不會太多，一方面是中間包本身的強度有限，另一方面中間包底部的漏眼裝置每次都需要更換，而重復更換中間包底部的漏眼時會對中間包的底部造成破壞，影響到中間包的使用壽命。

在上述制備鐵基水霧化軟磁合金粉用中間包中，作為一種優選實施方式，所述防護涂層為氧化鋁涂層或氧化鋯涂層。

上述中間包的制造方法，包括如下步驟：

步驟一，按一定的配比將粘合劑與氧化鋁粉末或氧化鋯粉末進行混合，混合均勻后得到漿料；

步驟二，將所述漿料涂抹所述中間包本體的內壁，晾干之后得到半成品中間包；

步驟三，將步驟二得到的所述半成品中間包進行烘烤處理，最終得到所述中間包。

本實用新型的技術原理如下：粘土中間包的最高使用溫度一般在1500℃左右，氧化鋁材料的使用溫度可以達到1750℃，但是如果將粘土中間包換成氧化鋁材料的中間包，每個中間包的成本至少會增加兩、三百元，而氧化鋯因成本更高的原因，本行業尚未有氧化鋯材料中間包的應用，成本的增加會嚴重影響到水霧化軟磁合金粉的市場競爭力，因此采用氧化鋁或氧化鋯涂層的粘土中間包是個兩全的選擇。從成本上考慮，優選氧化鋁材料作為涂層材料。

采用涂層對粘土中間包內壁進行處理，可以使粘土中間包的強度和耐高溫沖刷性能大大提高。涂層材料在高溫下的強度主要取決于粘合劑/結合劑如磷酸二氫鋁的變化，在低于800℃時磷酸二氫鋁主要發生聚合反應生成偏磷酸鋁聚合物[Al(PO₃)₃]_n，在800～1200℃時[Al(PO₃)₃]_n分解生成AlPO₄和P₂O₅，由于大量的AlPO₄生成，結合體的強度得以穩固提高。1400℃時AlPO₄分解生成Al₂O₃和氣體P₂O₅，由于活性Al₂O₃的形成，促進了材料的高溫燒結，使強度大幅度提高。

上述制造方法中，作為一種優選實施方式，步驟一中所述粘合劑是磷酸二氫鋁溶液。

上述制造方法中，作為一種優選實施方式，步驟一中，所述粘合劑是質量百分比濃度為50％的磷酸二氫鋁溶液；混合好的所述漿料不是太稀或太干就可以，更優選地，所述氧化鋁或氧化鋯粉末與所述磷酸二氫鋁溶液的質量體積比為1-2:1(比如1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1)，進一步地，所述氧化鋁或氧化鋯粉末與所述磷酸二氫鋁溶液的質量比為1.8-2:1，該優選比例更利于增加防護涂層與中間包本體內壁結合強度，從而以最低成本增加中間包的使用壽命。

上述制造方法中，作為一種優選實施方式，步驟一中所述氧化鋁粉末或所述氧化鋯粉末的粒徑小于45μm，氧化鋁粉末或氧化鋯粉末是用來隔絕鋼液與粘土漏包的，粉末的粒徑最好小于45μm，粉末顆粒過大不利于粘結，顆粒容易脫落。

上述制造方法中，步驟二中所述涂抹的厚度可根據最終所需涂層厚度來定，作為一種優選實施方式，步驟二中所述涂抹的厚度為0.6～1.2mm。

上述制造方法中，作為一種優選實施方式，步驟三中所述烘烤處理的溫度在800～1200℃(比如810℃、850℃、880℃、920℃、960℃、990℃、1020℃、1050℃、1130℃、1170℃)，時間為10～30min(比如11min、12min、15min、18min、22min、25min、27min、29min)。

上述制造方法中，作為一種優選實施方式，步驟三中，所述烘烤處理在使用所述半成品中間包時再進行。即在完成步驟二之后先不作烘烤處理，而是在要制備鐵基水霧化軟磁合金粉時，預先將所述半成品中間包進行烘烤處理，一方面形成高強度的防護涂層，另一方面使中間包預熱。

首先，烘烤處理的作用是為了使中間包預熱，如果沒有對中間包進行預熱，鋼液澆注到中間包中，容易造成中間包開裂，發生危險，還有可能因為中間包溫度低，鋼液快速降溫甚至凝固，不能從中間包底部的漏眼中流出，造成堵包。

其次，資料顯示烘烤溫度低于800℃時磷酸二氫鋁主要發生聚合反應生成偏磷酸鋁聚合物，在800～1200℃時偏磷酸鋁聚合物分解生成AlPO₄和P₂O₅，由于大量的AlPO₄生成，結合體的強度得以穩固提高。另外中間包烘烤的溫度越高，鋼液的熱量損失越少，越有利于鋼液順利通過中間包下方的漏眼，確保生產過程穩定。

使用前烘烤能保證鋼液澆注到中間包時鋼液的熱量損失少，我們現場操作時不對中間包測溫，通常是觀察中間包的顏色，一般中間包的顏色要烘烤到橘紅色，這個溫度大概在1000℃左右。

本實用新型中采用的粘合劑為磷酸二氫鋁，磷酸二氫鋁是無色無味極粘稠的液體或白色粉末，易溶于水，在常溫固化，結合力強，耐高溫、抗震動、抗剝落、耐高溫沖刷，可用作耐火材料的粘合劑，液態的磷酸二氫鋁易于混煉，成型，適宜于現場施工。

一種鐵基水霧化軟磁合金粉的制備方法，包括如下步驟：步驟一，將金屬原料加熱熔化得到鋼液；步驟二，合金化后將所述鋼液倒入上述中間包，所述鋼液通過所述中間包下面的漏眼裝置，在一定的壓力、流量和溫度下，利用高壓水將鋼液破碎成合金粉末；步驟三，所述合金粉末經過烘干、篩分、合批、包裝得到所述軟磁合金粉。

利用本實用新型提供的中間包生產的合金粉末中非金屬夾雜物的檢測方法如下：采用“水淘洗法”對合金粉末中的夾雜物進行分離；通過光學顯微鏡對夾雜物的數量進行統計，并采用電子顯微鏡及能譜儀對夾雜物進行分析。水淘洗法設備示意圖見圖2，為常規設備，在此不再一一描述。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型通過在中間包本體內壁增加抗侵蝕耐高溫的涂層來增加中間包的使用壽命。尤其是采用磷酸二氫鋁加氧化鋁或氧化鋯對粘土中間包內壁進行處理得到了一種高性能防脫落的涂層中間包，涂層增加了粘土中間包強度，減少了粘土中間包耐火材料的脫落，一方面，有效的降低了霧化法制備鐵基軟磁合金粉末中夾雜物的數量，提高了粉末性能；另一方面減少了霧化方法制備鐵基軟磁合金粉末過程由于包體耐材脫落發生堵包而使霧化中斷的情況。

(2)本實用新型提供的涂層中間包的強度得到提升，在霧化時間達到30min時仍然可以重復2-3次使用，降低了生產成本。

附圖說明

圖1為采用水霧化法制備合金粉末示意圖；

圖2為采用水淘洗法分離合金粉末中夾雜物的設備示意圖；

圖3為沒有涂抹磷酸二氫鋁和氧化鋁的常規粘土質中間包結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例1制備的粘土質中間包結構示意圖；

圖5為無復合涂層的常規粘土中間包生產的合金粉末采用水淘洗法進行夾雜物分離的顯微圖；

圖6為本實用新型實施例1制備的粘土中間包生產的合金粉末采用水淘洗法進行夾雜物分離的顯微圖；

其中，1-冶煉爐；2-中間包；21-中間包本體；22-合金液容納部；23-漏液孔；24-防護涂層；3-高壓泵；4-高壓水；5-噴嘴；6-水射流；7-惰性氣體；8-金屬微細粉末；9-水箱；10-水泵；11-閥門；12-流量計；13-燒瓶；14-淘析管；15-過濾網。

具體實施方式

以下結合附圖通過實例對本實用新型的技術方案作進一步詳細說明。

實施例1

該實施例的中間包包括：中間包本體21，形成有合金液容納部22，用于容納熔融的合金液；所述中間包本體21的底面上設有漏液孔23，用于設置漏眼裝置。中間包本體21為粘土材質；防護涂層24，設置于中間包本體21的內壁(包括側壁和底壁)上，用于防止熔融的合金液對中間包本體21的侵蝕，防護涂層24為氧化鋁涂層，涂層厚度為0.7mm左右。中間包還包括設置于所述漏液孔處的漏眼裝置，以使中間包本體內的合金液按規定速度落下，漏眼裝置可按需從市面購買。

具有涂層的中間包的制備，具體步驟如下：

(1)將1kg氧化鋁粉末(Al₂O₃純度>99％，粒度<45μm，加入到500ml磷酸二氫鋁溶液(濃度為50wt％)中，混合均勻后得到漿料；

(2)將步驟(1)得到的漿料涂抹(涂抹的厚度約0.8mm)所述粘土中間包的內壁，然后晾干；圖4為本實用新型實施例1制備的粘土質中間包結構示意圖。

(3)將步驟(2)得到的中間包坯體進行烘烤處理，烘烤溫度約1000℃，烘烤時間20min。

將熔化的鋼液倒入中間包，經過漏眼霧化得到合金粉末；生產合金為FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量為6.5％，剩余為Fe，出鋼溫度為1656℃，霧化時間約31min。

水淘洗法是分離粉末中夾雜物的一種方法，目前對金屬粉末中夾雜物進行分離通常采用這種方法。因此本實施例采用水淘洗法對上述合金粉末中的夾雜物進行分離，通過光學顯微鏡對夾雜物的數量進行統計，并采用電子顯微鏡及能譜儀對夾雜物進行分析。圖6為本實施例制備的粘土中間包生產的合金粉末采用水淘洗法進行夾雜物分離的顯微圖，從圖中可以看出，每100g金屬粉末中夾雜物小于5個，相比沒有涂層的常規粘土包(見圖5，每100g金屬粉末中夾雜物大于10個)，非金屬夾雜物含量明顯降低。本實施例的中間包的使用次數為2次。

實施例2

該實施例的中間包包括：中間包本體21，形成有合金液容納部22，用于容納熔融的合金液；所述中間包本體21的底面上設有漏液孔23，用于設置漏眼裝置。中間包本體21為粘土材質；防護涂層24，設置于中間包本體21的內壁上，用于防止熔融的合金液對中間包本體21的侵蝕，防護涂層24為氧化鋁涂層，涂層厚度為0.5mm左右。中間包還包括設置于所述漏液孔處的漏眼裝置，以使中間包本體內的合金液按規定速度落下，漏眼裝置可按需從市面購買。

具有涂層的中間包的制備，具體步驟如下：

(1)將1kg氧化鋁粉末(Al₂O₃純度>99％，粒度<45μm，加入到1000ml磷酸二氫鋁溶液(濃度為50wt％)中，混合均勻后得到漿料；

(2)將步驟(1)得到的漿料涂抹(涂層厚度約0.6mm)所述粘土中間包的內壁，然后晾干；

(3)將步驟(2)得到的中間包坯體進行烘烤處理，烘烤溫度約1000℃，烘烤時間15min。

將熔化的鋼液倒入中間包，經過漏眼霧化得到合金粉末；生產合金為FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量為6.5％，剩余為Fe，出鋼溫度1661℃，霧化時間約29min。

采用水淘洗法對上述合金粉末中的夾雜物進行分離，通過光學顯微鏡對夾雜物的數量進行統計，并采用電子顯微鏡及能譜儀對夾雜物進行分析。本實施例制備的每100g金屬粉末中夾雜物小于5個，相比沒有涂層的常規粘土包(每100g金屬粉末中夾雜物大于10個)，非金屬夾雜物含量明顯降低。本實施例的中間包的使用次數為2次。

實施例3

該實施例的中間包包括：中間包本體21，形成有合金液容納部22，用于容納熔融的合金液；所述中間包本體21的底面上設有漏液孔23，用于設置漏眼裝置。中間包本體21為粘土材質；防護涂層24，設置于中間包本體21的內壁上，用于防止熔融的合金液對中間包本體21的侵蝕，防護涂層24為氧化鋯涂層，涂層厚度為0.5mm左右。中間包還包括設置于所述漏液孔處的漏眼裝置，以使中間包本體內的合金液按規定速度落下，漏眼裝置可按需從市面購買。

具有涂層的中間包的制備，具體步驟如下：

(1)將1kg氧化鋯粉末(Al₂O₃純度>99％，粒度<45μm，加入到550ml磷酸二氫鋁溶液(濃度為50wt％)中，混合均勻后得到漿料；

(2)將步驟(1)得到的漿料涂抹(涂層厚度約0.6mm)所述粘土中間包的內壁，然后晾干；

(3)將步驟(2)得到的中間包坯體進行烘烤處理，烘烤溫度約1100℃，烘烤時間15min。

將熔化的鋼液倒入中間包，經過漏眼霧化得到合金粉末；生產合金為FeSi6.5，按重量百分比所述合金中Si含量為6.5％，剩余為Fe，出鋼溫度1661℃，霧化時間約30min。

采用水淘洗法對上述合金粉末中的夾雜物進行分離，通過光學顯微鏡對夾雜物的數量進行統計，并采用電子顯微鏡及能譜儀對夾雜物進行分析。本實施例制備的每100g金屬粉末中夾雜物小于5個，相比沒有涂層的常規粘土包(每100g金屬粉末中夾雜物大于10個)，非金屬夾雜物含量明顯降低。本實施例的中間包的使用次數為3次。

本實用新型的工藝參數區間上下限取值以及區間值都能實現本法，在此不一一列舉實施例。