1、煉鋼添加劑磚鐵的高能球磨工藝研究曹保衛張曦榆林學院化學與化工學院西安工業大學材料與化工學院摘要：利用辛烏鐵粉和石墨粉組成的混合粉為原料，通過高能球磨法研究球磨時間對鉤 鐵的影響。采用x射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和激光粒度儀等分析測試手段, 研究了混合粉的物相組成、顯微組織和顆粒尺寸。結果表明，預磨30 min混合 粉混合均勻且粒度降低。分別球磨16、24、32 h后，16 h時粒度最小，其平均 粒度為1 263. 5±1 435.0 rnn。球磨24 h和32 h后，混合粉中有新相feq生 成，且顆粒團聚現象嚴重。因此，球磨最佳時間為16 ho關鍵詞：鉤鐵;高能球磨;球磨時間;組織;

2、粒度;作者簡介：曹保衛（1975-），陜西榆林人，博士，講師.研究方向：化工機械、 光催化技術、光電材料等領域的研究.電話e-mail:ylcaobaowcisinei. com收稿日期：2017-06-16high-energy ball-milling technique of addition reagent of steelmakingcao baowei zhang xicollege of chemistry and chemical engineering, yulin university; school of materials science an

3、d chemical engineering, xi' an technologicaluniversity;abstract：the effect of milling time on few powder was studied by high-energy ball-milling method using the mixed powder composed of few powder and graphite powder as raw materials. the phase composition, microstructure and particle size of t

4、he mixed powder were investigated by xrd, sem and laser particle size analyzer. the results show that the mixed powder is homogeneously and the particle size wi 11 reduce after 30 min. the minimum particle size is about 1 263. 5± 1 435. 0 nm at 16 h after ball milling 16, 24 and 32 h, respectiv

5、ely. the new phase fe3o4 is formed in the mixed powder after 24 h and 32 h, and the agglomeration of the particles is serious.therefore, the best ball-milling time is 16 h.keyword：few; high-energy ball-mil ling; milling time; microstructure; particle size;received： 2017-06-16鉤鐵作為含餌合金鋼的主要合金添加劑，主要用于冶煉

6、合金工具鋼、高速工具 鋼、合金結構鋼、耐熱鋼、彈簧鋼、磁鋼、不銹鋼等鋼種，起到細化晶粒的效果, 提高鋼的紅硬性、耐磨性和沖擊韌度1,2。但是，由于越來越多的高速鋼等鋼 種逐漸被硬質合金代替，而在煉制含鵠鋼種吋，作為添加劑的鉤鐵又越來越多 地被口鉤礦或合金口鉤礦所代替，因而近年來鉤鐵工業顯得有萎縮趨勢。但煉鋼 用餌鐵并不能全部被取代，因此餌鐵仍有其不可或缺的價值3。高能球磨法是制備超細粉體材料的一種重要方法，利用高能球磨法制備的金屬 粉末具有產量高、工藝簡單等優點，同時能夠制備出高熔點的金屬或合金材料 £11。高能球磨法從20世紀60年代岀現以來，越來越受到人們的極大重視，并 廣泛應用

7、于合金、超導材料、磁性材料、過飽和固溶體材料、金屬間化合物，以 及非晶、準晶納米晶等亞穩態材料的制備固。在高能球磨過程中，粉末被反復 破碎和焊合，導致出現了大量新鮮的結合界面，形成了細化的多層狀復合顆粒。 隨著球磨的不斷進行，由于塑性變形、內部缺陷（空位、位錯等）的增加，從而 使晶粒得到細化6。本文利用鵠鐵粉和石墨粉組成的混合粉為原料，通過高能球磨法研究球磨時間 對鉤鐵的影響，對鉤鐵作為煉鋼添加劑時合理選擇工藝參數具有一定指導意義。1實驗材料與方法本實驗選用粒度為45 um的fe w-80粉末和石墨粉為原料，其成分如表1。表1實驗用fe w-80粉末和石墨粉的化學成分w (%) tab. 1

8、chemical component of fe w80 and graph i te powder下載原表為保證加入的fe w粉和石墨粉完全反應，則w和c元素的比例必須為1 ： 1。設 加入餌鐵xg,石墨yg,則：解得 x : y=18. 9 : 1根據上述計算結果，選擇配比為x : y=20 : k將混合粉末倒入球磨罐，調整轉速為150 r/min,研磨30 min,進行混料，目的 是為了使兩種粉末混合均勻。之后調整轉速為300 rad/min,分別球磨16、24、 32 ho為防止粉末能量過高引燃粉末，每次靜置24h后取出粉末。對預磨30min和高能球磨16、24、32h的樣品分別進行x

9、rd測試和粒度分析，同 時利用掃描電鏡對樣甜的組織形貌進行觀察。2實驗結果及討論2. 1預磨對混合粉末組織、物相與粒度分布的影響 圖1是鉤鐵粉和石墨以150 rad/min在球磨機中預磨30 min后的粒度分析圖像。 由圖像可知，經過30 min預磨混合后，顆粒的直徑主要集中在219. 6±92. 5 nm 和1 988. 1±1 483.6 run兩個峰值附近,平均粒度為1 762. 7±1 672. 5 nm,已 知原始粉末粒度為45 p m,而經過30inin預磨混合后，平均粒度為1 263.5±1 435.0 nm,說明粉末粒度明顯降低。圖1預磨

10、30 min混合粉末的粒度分析圖像fig. 1 grading analyzing of the mix-powder after pre-grinding for 30 min下載原圖 圖2是鉤鐵粉和石墨以150 rad/min在球磨機中預磨30 min后的xrd圖像。可 以看出，經過30 min預磨混合后，粉末的主要物相為g、w、fe2w. fe2c,其中 的g是外加石墨的主要物相，w和fezw是外加鵠鐵的主要物相。另外，可以看到 fezc的生成，說明在鉤鐵粉末和石墨粉末預磨的過程中，不但包括混合粉末的 均勻化，還伴隨著鐵碳化合物的生成。圖2預磨30 min混合粉末的xrd圖譜分析fig.

11、 2 xrd spectrum of the mix-powder after pre-grinding for30 min 卜載原圖 圖3是鉤鐵粉和石墨粉混合后以150 rad/min在球磨機屮預磨30 min的顯微組 織。可以看到，經過30 min預磨混合后，粉末呈大顆粒不規則層片狀的，大塊 的層片狀顆粒中間夾雜少量著小塊的顆粒。結合圖1粒度分析結果，顆粒的直徑 存在兩個峰值，這正是由于同吋存在了粒徑相差明顯較大的不同顆粒。2.2球磨不同時間對混合粉末組織、物相與粒度分布的影響 圖4是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min球磨16、24、32 h的粒度分析圖 像。由圖可知，粉末經過1

12、6h球磨后，顆粒的直徑峰值為332.8±11 &9nni和 3 184. 6±1 672.5 nm,平均粒度為 1 263. 5±1 435.0 nm。粉末經過 24 h 球磨 后，顆粒的直徑峰值為6721952. 4 nm,平均粒度為1 325. 4±1 411.4 nm。粉 末經過32 h球磨后，顆粒的直徑峰值為171. 5±50.8 nm和4 258. 5±1 955. 9 nm, 平均粒度為 3 159. 8±2 466.0 nm。圖 3 預磨 30 min 混合粉末的顯微結構 fig. 3 microstr

13、ucture of the mix-powder after pre-grinding for 30 min下載原圖圖4球磨不同時間混合粉末的粒度分析fig. 4 grading analysis of the mix-powder after mi 1 ling different times 下載原圖 圖5是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min研磨16、24、32 h的xrd圖像，由 圖像可知，研磨16 h后的物相為w、fsw、fec 其屮g完全消失了，沒有新相 的生成。石墨消失可能是由于在球磨過程中沒有隔絕空氣，石墨和氧氣發生反應, 生成血消失了。當球磨24h時，從圖5 (b)可

14、以看出有新相生成，新相為feq。 這可能是由于石墨被消耗完了導致鐵和氧氣發牛了氧化反應，產牛了 feq。球 磨32 h吋，從圖5 (c)可知，沒有新相的產生，也沒有1 口相的消失，樣品成分 沒有發生改變。粉末的主要物相同樣為為w、fe2w. ee2c. feq,其中的w和fe?w 是外加鵠鐵的主要物相。圖6是鉤鐵粉和石墨粉混合后以300 rad/min研磨16、24、32 h的顯微形貌。 圖6 (a)和(b)為球磨16 h的混合粉末形貌，可以看到，小顆粒出現了一定 程度的團聚，但整體較為均勻。當球磨時間達到24h時，呈不規則層片狀顆粒的 團聚現彖更加明顯，隨著球磨時間延長至32 h,小顆粒團聚

15、更加嚴重，岀現粘 接現象，形成尺寸較大的大顆粒。這也解釋了為什么隨著球磨時間的增加，測量 的混合粉末的粒度沒有減小而是呈現出逐漸增加的趨勢。圖5球磨不同時間混合粉末的xrd圖譜分析fig. 5 xrd spectrum of the mix-powder after mil ling differen t ti mes下載原圖圖6球磨不同時間混合粉末的顯微結構fig. 6 microstructure of the mix-powder after milling different times下載原圖3結論(1) 預磨30 min對粉末中的物質組成并沒有影響，但是粉末的粒度大幅度下降, 同時使粉末混合均勻。(2) 球磨16 h后，粉末中的石墨徹底消失，可能是由于球磨時沒有隔絕空氣， 使得石墨氧化，生成了 co?。(3) 在球磨24 h和32 h后，粉末中產生了 feq,這可能是由于球磨16 h后石 墨完全消耗，沒有了石墨的保護，鐵和氧氣發生氧化反應產生的。(4) 球磨16、24和32h后，粉末都出現了不同情況的團聚，使得粉末粒徑增加, 所以要獲得細小的粉末，球磨最佳時間為16 ho參考文獻1 劉冰，吳麗玉，徐建軍淺析鉤鐵標準樣品研制中樣品粒度的確定c/中國 金屬學會全國第23屆全國鐵合金學術研討會論文集(下).2014:720-724.2 宋鵬心，張健，楊志強，等離心澆鑄制樣