[发明专利]坯块的烧结

说明书

本发明涉及金属粉末的烧结方法，尤其是金属粉末的生坯块的烧结方法。

本发明涉及将烧结金属粉末坯块的技术领域。烧结定义为对粉末或粉粒在主要成分的熔点以下的温度下进行热处理，以达到通过将颗粒粘结在一起来增加其强度的目的。

金属粉末被压制成所谓的生坯块，然后将它们在高温下烧结。在烧结的过程中发生原子的扩散，并且粉末颗粒结合在一起。进行烧结是为了产生具有足够的强度的坯块，以抵抗运输以及终端使用者的操作。这样的坯块的重量通常是100g。

在现有技术中在700-1000℃的温度下烧结金属坯块，例如镍坯块。通常使用长的连续网带炉。例如，这种炉可以长30m，并由三个温度区组成：一个5m的预热区、一个10m的烧结区和一个15m的冷却区。所述炉是电加热的。网带将坯块以例如10m/h的速度传送通过炉，整个过程的时间大约是3小时。

因此，现有技术中烧结是个慢过程。由于加热的效率低，网带不得不以低速度运行，且炉必须具有很长的长度，例如30m。如此大的炉意味着巨大的投资。为了增加这种炉的产率，炉不得不建得甚至更长。

本发明的目的是提供一种金属坯块的烧结方法，该方法比现有技术的烧结过程更快，投资更少。

镍坯块在空气中在400℃以上的温度下开始氧化。因为氧化依靠时间，所以在现有技术的炉中必需的长时间暴露在400℃以上的温度下是不利的。因此，根据质量要求，在现有技术的烧结炉中有时使用富氮气氛来避免坯块的氧化。

因此，本发明的另一个目的是提供一种金属坯块的烧结方法，其避免或至少降低烧结过程中坯块的氧化。

这些目的通过一种金属粉末，特别是金属粉末的生坯块的烧结方法来实现，所述方法的特征在于所述金属粉末由至少一个DFI燃烧器加热，并且所述金属粉末直接接触所述一个或多个DFI燃烧器的火焰。

本发明涉及金属粉末的烧结方法，特别是涉及被压制成所谓的生坯块的金属粉末的烧结方法。术语“坯块”也包括任何类型的金属粉末坯体或粉粒。接下来将参考烧结金属粉末坯块的优选实施方案来对本发明进行解释说明。然而，对于本领域的技术人员来说，显然本发明接下来的描述也可以用于除了坯块外的其它形式的金属粉末的烧结。

根据本发明，其是通过用DFI燃烧器加热金属粉末或坯块来实现的，其中，DFI是“直接火焰接触”的缩写。放置DFI燃烧器使得金属粉末或坯块接触DFI燃烧器的火焰(DFI火焰)，也就是说DFI火焰直接接触坯块的表面。优选的是，DFI火焰完全包围坯块，使得整个坯块都位于DFI火焰内。

根据优选的实施方案，向所述一个或多个DFI燃烧器提供气体或液体燃料和氧含量超过80重量％，优选超过90％，更优选超过95％的氧化剂。因此，优选使用含氧燃料的燃烧器作为DFI燃烧器。

优选的是，当坯块在运动的同时，用DFI燃烧器进行热处理。因此，坯块被装入到传送系统上，尤其是传送带、网带或者链带上，然后通过所述一个或多个DFI燃烧器的火焰。

为了加热坯块，可使用一个或多个DFI燃烧器。DFI燃烧器的数量取决于需要或者期望的发热量。

优选的是，烧结过程在短的炉中进行，而所述DFI燃烧器位于炉顶。实施本发明的典型的炉的尺寸为：长度2-4m，宽度0.5-1.5m，高度1.5-2.5m。

DFI燃烧器的火焰直接接触坯块或金属粉末的表面并进行加热。因此实现了向金属粉末的高热量传递和高的加热速率。从而接触时间，也就是金属粉末或坯块的受热时间可显著减少。例如，使用发热量为100-300kW的DFI燃烧器每小时可加热一吨坯块。

根据优选地的实施方案，金属粉末与所述DFI燃烧器的火焰接触的时间少于5分钟，优选少于2分钟，更优选在30秒到90秒之间。经发现，在上述加热时间以及在接下来的冷却至室温的过程内，烧结过程能够完成，且生产的坯块具有足够的强度以抵抗运输以及终端使用者的进一步的操作。

由于与火焰接触的时间短，金属粉末的氧化就不是问题了。因此，可以在含有燃烧产物的气氛下用所述DFI燃烧器来进行加热。

在利用DFI燃烧器进行本发明的加热过程之后，烧结的坯块优选被运送到储料仓或其它存储系统中进行冷却和存储。由于坯块可能在400℃以上的温度下离开DFI火焰区，坯块有一定的开始氧化的危险。因此，优选使用惰性气体，优选氮气或氩气来对储料仓或存储系统进行保护。