钨粉加工工艺及企业管理现状

通过对部分钨粉加工企业的实地考察和总结分析,比较典型的钨粉加工工艺流程如图1 所示 , 生产原材料为仲钨酸铵 (Ammonium paratungstate,APT),APT经过煅烧生成氧化钨粉,然后通氢气在还原炉还原成钨粉,加入碳黑后在碳化炉进行碳化处理生成碳化钨粉。图1中,中间产品氧化钨粉和钨粉是后续工艺的原材料,也可以作为产品进行销售。从钨粉加工工艺流程和企业管理现状来分析,其生产计划与调度存在以下四个难点。
 
1)原料与成品种类较多,生产工艺比较复杂,各工艺阶段的设备产能有较大的差异,生产中的不确定性导致各加工计划之间的矛盾难以消除;同样加工期间的不确定性也会引起各工艺路线后续工序加工计划的改变。因此,生产计划必需考虑对这些生产不确定性的处置。
 
2)产品加工具有多品种、小批量和和多规格等特点,整个企业的生产是一个多工艺路线交叉构成的生产网络,往往在某些关键设备(如还原炉、碳化炉)出现多条工艺路线交汇问题,生产瓶颈不能依据单条工艺路线进行处理,使得计划与调度瓶颈问题的处理更加复杂和困难。
 
3)中间产品既作为后续生产的原材料,又可以作为产品来销售,如何保证产品的交货期和交货数量、同时要求中间库存最优,对各阶段订单如何设置和组合生产批量,这是一个十分复杂的多目标计划与调度优化问题,由于问题的目标与约束规模较大,理论问题和实际问题的解决的解决比较困难。
 
4)生产计划与调度的信息化管理水平较低:大部分钨粉加工企业具有先进的钨冶金生产设备和先进的化验检测设备,生产技术达到了国内外先进水平,但在生产计划与调度方面,由于受管理手段和技术的制约,各类信息不能及时有效地传送到制造中心,因此在制定计划时缺少足够的信息支持,往往优先考虑生产的均衡性,而对计划与调度的优化缺乏研究;对生产过程的掌握也不全面及时,对订单变更和紧急订单的处理,在线控制及快速反应能力较弱,一体化计划与调度的研究和应用亟待加强。
 
以上管理难点的制约成为生产计划与调度调度必须遵循的硬性条件,必须以计划为依据,以调度为灵魂,实现一体化管理。
 
钨粉生产流程
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稀土对钨电极电弧静特性的影响

了解钨电极的临界起弧电压可以掌握电极的引弧难易程度,是电极的重要性能之一。但是目前多采用高频引弧,一般来说只要其引弧性能与钍钨电极相当就可以引弧成功,因而稀土钨电极的引弧优势难以体现。烧损性能是指在特定条件下电极的烧损量,这与实际操作应用情况相差较大,因此只用引弧性能和抗烧损性能来测定电极的焊接性能是不够的,焊接电弧的I-U曲线也称为电弧的静特性曲线能够较为全面的对电极的焊接性能进行试验。

在实验中,将阴极设为水冷黄铜,氩气流量为6L/min,焊机空载电压为70V,弧长为3mm,电极伸出导气嘴的长度为6mm。燃弧后,迅速将回路电流调至40A,分别在电流为40A、60A、80A、100A、120A、140A、160A、180A和200A时,且电弧稳定燃烧时,测得相对应的稳态电压值,得到静特性曲线。

从静特性曲线图中可以发现,稀土钨电极和钍钨电极都有明显的三个曲线特征,即下降特性区、平特性区和上升特性区。相较于钍钨电极,所有的稀土钨电极都表现出较好的静特性,其电子发射能力优异,能够在较低的电压下达到特定的电弧电流。添加稀土氧化物能够明显降低电极表面的逸出功,提高电子的发射率,因此其具有优良的焊接性能,主要表现在稳定的静特性,优异的引弧和抗烧损性能。添加La2O3、CeO2能够改善电极在中小电流密度下的焊接性能。添加Y2O3能够改善电极在大电流密度下的焊接性能。其中添加多种稀土氧化物的稀土钨电极焊接性能优于单元稀土钨电极。

钨电极的电弧静特性

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硬质合金生产工艺中发生脏化的原因及分析

除了外界物质所引入的脏化,硬质合金生产工艺中所发生的脏化也是其中一个重要原因。这里我们着重介绍成型剂脏化和烧结工艺的脏化。根据成型剂种类的不同,成型剂脏化还可分为橡胶成型剂脏化和石蜡成型剂脏化。而橡胶成型剂的脏化原因主要有两个方面,其一是橡胶溶解于汽油中由于溶解度较低形成的凝胶带来的脏化。凝胶分子通常较小,塑性较高,压制时所受压力不足,无法充分变形,烧结收缩后容易形成孔洞;其二橡胶生产工艺中使用的无机盐类填料残留在成型剂体系中所引入的金属杂质。因此需选用硫酸钙含量较低的橡胶或适当添加热塑性单体和高分子树脂以减少橡胶的使用量。石蜡成型剂在烧结过程中由于熔点较低可直接挥发,在硬质合金的生产中使用十分广泛。但是在实际应用中,石蜡容易从乙烷中析出形成乳浊液。其对硬质合金粉末的包覆性较差,在烧结收缩后就形成孔洞。针对这种情况,研究人员通过有机相对硬质合金粉末进行包覆促使粉末表面发生改质,如硬脂酸、树脂酸等,以促进整个体系的相容性。

在烧结工艺方面,随着烧结温度的升高,粘结相Co会处于熔融状态,在冷却过程中由于收缩程度的不同,Co相可能在收缩过程中发生聚集,在硬质合金钨骨架中出现孔洞。针对这一现象,相关研究人员采用改进真空烧结工艺的方法,将烧结和加压在同一设备中进行,使得其不容易造成产品的氧化和脱碳。另外,还有通过一些新型工艺如辅助场烧结工艺、梯度烧结工艺、激光烧结工艺等,通过减少钴池数量、提高粉末表面质量使基体结合更加紧密。

硬质合金模具

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钨合金与核辐射防护

钨合金与核辐射防护随着我国现代化建设的发展,放射性物质和核辐射技术的应用也得到了迅速发展。核辐射,或通常称之为放射性,是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。目前核辐射放射源已经被广泛应用于工业、医疗、科研、农业等多个领域,如用于石油管道和机器设备的探伤检查、物品微生物的杀灭、食品的灭菌和保鲜等。虽然核能的应用和研究为人们国家带来了巨大的利益,但其伴随的危害也是不容小觑的。

核辐射对人体具有危害作用,当人体受到核辐射的照射后,会出现恶心、呕吐、自发性出血、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血性腹泻、皮肤脱落、脱发、严重疲劳、胃肠功能紊乱等症状,严重者神经细胞、消化道细胞、人体免疫系统会受到重大损伤。由于核辐射阻滞了细胞的新陈代谢,使得细胞大量生长,因而还会导致肺癌、白血病、甲状腺癌、乳腺癌及其它癌症。有时还会增加畸变、遗传性病变的发生率,从而影响几代人的健康。一般来说,人体所接受的辐射能量越多,其放射病症状越严重,致癌、致畸的风险也将越大。

钨合金屏蔽件具备较高的辐射屏蔽性能,可用于核辐射防护领域。与传统的屏蔽件材料(如铅)相比,钨合金屏蔽件具备更高的密度,因此在同等重量的情况下,钨合金屏蔽件的体积更小,但其辐射屏蔽性能却没有丝毫减弱。此外,铅屏蔽件具有毒性,会危害人体健康以及污染环境,而钨合金屏蔽件无毒无害,不存在这个问题。

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硬质合金脏化外部原因及分析

在硬质合金的生产过程中,有效控制内部孔洞的数量和大小是十分关键的一环。由于孔隙过大或者过多都会明显加速硬质合金产品的断裂程度及速度,从而使整体的合金强度及韧性有所下降。因此,对于硬质合金脏化的原因进行分析总结,以对硬质合金生产工艺进行改进是至关重要的。通过实验以及结合实际生产过程分析,硬质合金脏化的原因主要包括外界杂质、金属杂质、氧化颗粒脏化、成型剂脏化以及生产过程中发生的脏化等等。

由于硬质合金生产工序较长,外界杂质的引入渠道也是多方面的,如空气中的尘埃、人体毛发等等,从混料、烧结、存放到运输等一系列过程都有可能引入杂质。而这些外来杂质往往数量最多,烧结后所产生的孔隙也通常难以在后续工序中得到有效去除。为了解决这类问题就要求操作人员严格遵守操作规程,最大限度地减少由人为因素所引入的杂质;其次还应尽可能采用全封闭式生产线以及热等静压(HIP)的方法以减少生产车间的灰尘的数量。金属杂质的引入主要是由硬质合金生产中所使用的设备引起的,如擦筛制粒时所使用的筛网发生破碎;球磨时球磨筒壁被擦削混入金属粉末;以及一些设备由于腐蚀、老化等原因引入的碎屑都可能引起硬质合金的脏化。大多数的金属杂质的熔点都低于硬质合金材料,且杂质和硬质合金主体收缩程度不同,因而在烧结过程中会先熔化并渗透到边缘硬质合金粉末颗粒之中,使得粘结相Co受到破坏;粘结性和润湿性变坏;边缘组织收缩不良,从而产生孔洞。因此平时因注意检查筛网的使用情况,遵守装载和拆卸时的操作流程,同时还应注意经常检查设备是否有腐蚀、老化的现象。氧化颗粒的脏化主要是由于粉料在制备和贮运的过程中与空气发生氧化反应,发生结块,导致后续工艺难于压实。降低湿磨介质的含水量和采用真空干燥工艺能有有效降低粉末发生氧化的几率。

硬质合金产品

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