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钨粉氢还原制备技术与关键装备

发布日期:2018-11-23 13:40:00访问次数:658

中国是世界上钨储量、钨产量、钨消费量、钨出口量最大的国家。由于装备落后、工艺重复性差,导致国内钨行业主要以初级产品为主,高水平产品质量不稳定。钨作为一种战略性有色金属,因具有高熔点、高弹性模量、高硬度、良好的导热性及优良的断裂韧性等性质,被应用于硬质合金、钨基高密度合金、钨丝、钨电极等众多领域。随着现代工业技术的发展,传统钨粉末制备而成的钨制品已难以满足工业需要。而钨制品的性能在相当程度上取决于原料钨粉的质量,因此,欲制备性能良好的钨制品,必须制备质量优异的钨粉。

钨制品.jpg

制备质量优异的钨粉,必须对其制备反应机理及工艺装备进行持续系统的研究。WO3还原成钨粉过程中的物相变化已有深入研究,想要提高钨粉质量,除有好的生产工艺之外,还需要有配套的设备来提供保障。钨行业中,多管还原炉是国外先进企业应用最多的,而其监控手段所达到的智能化自动化水平,亦是衡量企业还原设备先进与否的重要标志。二十世纪初,国产化的多管还原炉已拥有较高自动化水平,无论从设计、国内配套、制造还是实际生产应用效果上,均己达到国际同行先进水平,已成为国内钨企业更新改造的首选设备类型。

 

1.氢还原法制取钨粉基本原理

当前制取金属钨粉的主要方法为钨氧化物氢还原法,其是利用氢气脱除氧制取金属钨粉的一种方法。

用氢还原WO3制取W 粉的总反应为:

WO3+3H2=W+3H2O            (1)

由于钨具有4 种比较稳定的氧化物,还原反应实际按以下顺序进行:

WO3+0.1H2=WO2.90+0.1H2O          (2)

WO2.90+0.18H2=WO2.72+0.18H2O    (3)

WO2.72+0.72H2=WO2+0.72H2O      (4)

WO2+2H2=W+2H2O          (5)

综合不同条件下还原的相变过程,可示意如图1

氢还原氧化钨过程示意图.jpg

1  氢还原氧化钨过程示意图

 

2. 氢还原钨氧化物制取钨粉的工艺

氢还原法制取钨粉具有简捷易行、先进合理、稳定可靠、成本低等特点,其主要工艺步骤为:氧化钨→氢气还原→过筛→合批→W粉。

随着钨粉制造水平的提高,在选用氧化钨原料方面有了很大进展。从开始以钨酸(H2WO4)和黄色氧化钨(简称黄钨,WO3)为原料,到现在普遍采用蓝色氧化钨(简称蓝钨,WO2.90)和紫色氧化钨(简称紫钨,WO2.72)为原料。原料的物相结构、成分及其物理化学性质对钨粉的粒度及均匀性的影响较大。

在还原过程中,通过调节各种工艺参数,如还原温度、料层厚度、氢气流量、氢气流向等,可以控制还原后得到的钨粉粒度。

钨粉生产工艺流程图.jpg

2  钨粉生产工艺流程图

3. 氢还原钨氧化物关键设备

目前,还原过程通常在回转管式炉、四管马弗炉及多管炉中进行,相对而言,后者的温度均匀,产品粒度容易控制,且粒度均匀性好。


3.1 国内外目前常用的还原设备

回转还原炉具有结构简单、连续作业、机械化程度高、产量大、效益高等特点,但设备噪音大、炉管内物料飞扬易堵进料端,对批量小,要求不混级的产品不能灵活适应。

四管还原炉的特点是操作简便,结构简单,易于制造维修,造价低,热效率大大提高,在较大规模的三氧化钨氢还原制取中、细颗粒钨粉的生产中,得到较好的应用。但四管还原炉产量低,能耗大,控制系统较落后。

传统多管还原炉是取代老式还原炉的更新换代炉型。该炉的优点是生产能力大、实用性较广、炉管寿命长、节省劳动力,可实现半自动化控制。其缺点是不能连续化装卸料,进出料装卸频繁,舟皿比较笨重,增加了人为因素对产品质量的影响,且劳动强度大。

 

3.2 全自动智能化十八管还原炉

opebet体育科技以自身多年先进粉末冶金装备研制开发和生产制造经验为基础,联合国内知名自动化控制企业,结合粉末还原工艺研究成果,开发出全自动、智能化十八管还原炉,解决了传统多管还原炉能耗高、操作繁重、产量低、产品质量不稳定等难题,具有以下特点:

1)全自动运行具体包括精准称料自动摇平自动叠舟、推舟定时出料自动分舟、倒舟进入空舟转移外循环轨道进入下一循环过程,大幅降低人工强度,同时有效避免人为因素影响,提高产品品质。

2)高效节能采用十八管、上下双舟皿同时生产,提高生产效率,产能达80~120kg/h(具体产能视不同粉末粒度而定);工艺气体回收利用,燃气或电阻加热方式、多区独立控温、新型热场结构设计,实现能量利用最大化,天然气耗量仅为0.5m3/kg,大幅降低生产成本。

3)智能化控制通过对温度、工艺气体及舟皿输送等关键过程的精确感知与控制,确保工艺稳定性;通过故障自诊断、智能决策、柔性控制,实现无人值守;通过远程调控与在线服务,快速响应,提高客户效益。

全自动智能化十八管还原炉.jpg

3  opebet体育科技自主研制的全自动智能化十八管炉

全自动、智能化十八管还原炉的成功开发,为钨行业高效率稳定提供高品质的粉末原料,降低粉末原料生产成本(目前,国内钨粉还原以电加热为主,与电加热相比,本产品可节省约40%的能源费用),对推进钨行业深加工水平的提高具有重要意义。同时,本产品还适用于钼等其他难熔金属粉末的还原,具有重大的应用推广价值。十八管炉打破了美国、德国垄断高端钨粉还原设备的局面,标志着中国粉末冶金设备水平跻身国际先进行列,从此结束了中国粉末冶金行业关键设备严重依赖国外进口的历史。

1  产品能耗情况对比表

表格.jpg


4. 结语

(1)氧化钨氢还原法因其具有一系列的优点在众多钨粉制备工艺中得到了广泛的应用。目前氢还原法制备出的钨粉已经可以达到纳米级。随着还原装备水平的提高,工艺重现性好,氢还原氧化钨法也将能制备出质量更好的钨粉。

MT-124-18-6-00全自动十八管炉2.jpg

(2)多管还原炉是钨、钼、硬质合金等金属粉体材料生产的最佳工艺设备。opebet体育科技自主研发的全自动、智能化十八管炉为安全、质量、成本提供保障,具有生产自动化、智能控制、节能降耗、钨粉粒度均匀、质量稳定等一系列优点,是广大钨、钼、硬质合金厂家首选的还原设备。

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