碳化钨粉的配碳
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- Published on Wednesday, 05 April 2017 18:10
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碳化钨粉(WC)是硬质合金生产的最主要原料，它是由钨粉和炭黑经过碳化过程形成的。由于W与C在不同的原子比例下会形成不同的化合物，所以钨粉与炭黑碳化结合前需经过严格计算两者用料比例，以保证WC粉性状，这个过程称为配碳。配碳计算需要依照不同牌号WC规定的配碳表进行。
由W-C二元相图看出，W与C能形成两种常见的碳钨化合物，WC和W2C。WC的晶胞结构为非中心对称结构，它是WC粉末中的主要成分，碳元素质量占原子量6.12%。W2C属于密排六方结构。在实际生产中由于相不均、条件控制不均及人为控制等因素的影响，大多数碳化钨的碳含量偏高理论碳含量6.12%。因此通常会有W2C和游离碳存在。
碳化过程基本原理
1、在钨粉颗粒表面依靠含碳气体的反应，这里的含碳气体是氢气与炭黑反应生成碳氢化合物，以甲烷为主。
2、在钨粉内部依靠碳向钨粉颗粒内部的扩散来实现。甲烷高温下分解为高活性碳并沉积在钨粉上，进一步扩散到钨粉颗粒内部。此时，氢气实际上只起着碳的载体作用。
配碳计算
1、配碳计算，如下图公式所示，
2、补加炭黑，如下图公式所示，
问题：一批210公斤的WC粉，经分析总碳量为6.00%，客户要求的含碳量为6.10%，则炭黑补加量应为?
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钨粉生产还原炉
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- Published on Saturday, 01 April 2017 18:07
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钨粉是粉末状的金属钨，是生产钨合金和其他钨制品的主要原料。目前钨粉的制取一般是采用还原炉氢气还原的方法。工业上的还原炉种类较多，性能和工作环境也各不相同。
氢还原设备
还原炉的分类
1、回转式管状炉（机构如下图）
2、多管炉，常见的有四管还原炉，十五管还原炉，钼丝炉等
还原炉的要求
1、炉管是密闭的（考虑到H2的危险性和回收要求），炉管材料要有良好的导热性能和抗氧化性能
2、炉膛内能分带控制温度，以便于粒度的控制；
3、热效率高；
4、自动化、机械化、人机化操作界面和操作便捷；
5、设备效率要高，停机重启烘炉时间不能太长等
参数
1、回转式还原炉
常用于一次还原（WO3→WO2）；
外管尺寸:（Ф300-400）×（4500-5500）；
倾斜角:2.5°-4°；
炉管转速:3-6r/min；
生产周期:WO3→WO2 1hr。
2、四管还原炉
适用于大规模生产。
炉管尺寸:(200-300) ×(60-70) ×4000；
加热带：3-4个加热带；
3、多管炉（九、十一、十三、十五管路）
十三管炉：直径76mm无缝不锈钢管13根，有5个加热带。常用于二次还原（WO2→W）。
4、钼丝炉
Ni-Cr,或Fe-Cr-Ar丝炉，1000℃以下，用于粗颗粒钨粉制备。
钨粉(tungsten powder)粉末状的金属钨，是制备钨加工材、钨合金和钨制品的原料。生产过程中主要受还原温度、通氢方式、烧舟中氧化钨的装载量、烧舟移动速度、氢气流速及氢气中水分含量、原理形态杂质等因素的影响。
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钨粉的物理性能表征
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- Published on Saturday, 01 April 2017 13:24
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钨粉是生产硬质合金、钨合金和纯钨等钨制品的重要原料，它的性能好坏直接影响后续钨制品的性能好坏。虽然目前钨粉行业在牌号划分上不尽相同，国家对钨粉产品的分类和性能指标有统一标准（GB/T 3458-2006 钨粉）。
钨粉的性能主要包括以下几种：几何性能（粒度、比表面、孔径和形状等）；粉体的力学性能（松装密度、振实密度、成形性、压缩比等）；粉末的表面特性（光泽、表面活性、磁性能等）。
粒度：采用干筛分方法和费氏法（Fsss）测定
特粗颗粒：平均粒度＞30μm；
粗颗粒：平均粒度10-30μm；
中颗粒：平均粒度3-10μm；
细颗粒：平均粒度0.5-3μm；
超细颗粒：平均粒度＜0.5μm。
粉末粒度影响粉末的加工成型、烧结收缩和产品最终性能，比如硬质合金的硬度与WC的晶粒度密切相关，而WC的晶粒度则与钨粉粒度密切相关。
影响钨粉粒度及分布的影响因素：
1、还原温度及升温速度；
2、氢气湿度、流速及流向；
3、料层厚度、加料速度机空隙度；
4、杂质元素。
松装密度和振实密度：松装密度是粉末多种性能的综合体现，工业生产常用漏斗法测量，过程为粉末从漏斗按一定高度自由落下充满定量容积时得到质量，进而求得密度，单位g/cm3.振实密度通常用振实密度分析仪测量。
影响松装密度和振实密度的因素：
1、粒度分布，粒度分布越窄，松装密度越小；
2、颗粒流动性；
3、粉末颗粒形状、表面粗糙度。
流动性、压缩性和成形性：取决于制粉方法。钨粉生产中流动性以流速表示，通常以50g钨粉从一定孔径的漏斗中全部下落的时间表示，时间越长，流动性越差。压缩性通常有两种方法表示：1、测量粉末在一组压制压力下相对应的压坯密度，压缩性曲线表示(如图1示例)；2、测量粉末在单一压制压力下的压坯密度。成形性指粉末压制成形的难易程度和粉末压制后压坯保持其形状的能力，通常以压坯的强度来表示，实际生产过程中则以压制压力和成型效果评估。
影响钨粉流动性、压缩性和成形性的因素：
粒度形貌，不规则粉的压坯强度较大，树枝状粉末强度最大，因为容易出现拱桥效应。而粒度形貌与生产过程控制密切相关。
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钨粉的粒度控制
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- Published on Saturday, 01 April 2017 18:02
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钨粉的粒度影响粉末的加工成形性能、烧结收缩系数和产品最终性能。比如硬质合金的性能（硬度、磁性、强度等）与WC相的晶粒有很大关系。WC相的粒度则很大程度取决于碳化前钨粉的性能。
目前主流的W粉颗粒度划分，采用干筛分方法和费氏法（FSSS）测定：
特粗颗粒：平均粒度＞30μm；
粗颗粒：平均粒度10-30μm；
中颗粒：平均粒度3-10μm；
细颗粒：平均粒度0.5-3μm；
超细颗粒：平均粒度＜0.5μm。
钨粉颗粒长大机理，主要有两种：
1、氧化钨水合物的挥发与沉积，如图所示
2、氧化-还原反应：细颗粒钨粉比表面积大，表面活性大，容易被H2O氧化，反应示：
细颗粒钨粉：W+4H2O(g)→WO2(OH)2(g）+3H2
粗颗粒钨粉：WO2(OH)2(g）+3H2→W+4H2O(g)
结果就是部分细颗粒钨粉逐步消失，而粗颗粒逐步长大。
其中机理1起着主导作用。总结起来就可以概括为：
提高料层中H2O蒸气压的因素均可增大钨粉粒度；
降低料层中H2O蒸气压的因素均可减少钨粉粒度；
通过机理分析及生产实际，总结出在钨粉生产中影响钨粉粒度及分布的影响因素有很多，主要有以下几种：
1、还原温度
还原温度越高，气相迁移越剧烈，反应速度越快，再结晶过程更容易产生，钨粉粒度越粗。
2、通氢方向
顺氢方向推舟时，首先接触的是新鲜的干氢，氢气较为充足，应形成高分散的WO2晶粒，反应式为WO2.9→WO2→α-W。
逆氢操作时，蓝钨首先与湿氢接触，产生较多的WO2.72,易形成较粗的WO2晶粒，导致还原的钨粉变粗，反应式为WO2.9→WO2.72→WO2→α-W。
即顺氢操作更利于细颗粒钨粉的制取，逆氢操作更利于粗颗粒钨粉的制取。
3、杂质
碱金属促进钨粉颗粒长大；
Al抑制钨粉颗粒长大；
Ca、Mg、Si对粒度无明显作用。
4、H2的流速和分压
H2流速升高，还原速度提高；
H2分压提高，还原速度提高。
5、水蒸气分压
细颗粒钨粉比表面积大，表面活性大，容易被H2O氧化，结果就是部分细颗粒钨粉逐步消失，而粗颗粒逐步长大。
细颗粒钨粉：W+4H2O(g)→WO2(OH)2(g）+3H2
粗颗粒钨粉：WO2(OH)2(g）+3H2→W+4H2O(g)
提高料层中水蒸气分压，可增大钨粉粒度，
6、氧含量
钨粉粒度与氧含量有关。如费氏粒度为0.8-3μm的钨粉，氧含量不大于0.3%。
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蓝色氧化钨的特点及制备
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- Published on Saturday, 01 April 2017 13:05
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蓝色氧化钨(bluetungstenoxide,BTO)又名β-氧化钨，化学式以“WOx”表示指一系列钨的非整比氧化物。其中X处于2.72-3之间，主要是指WO2.90。工业上说的蓝色氧化钨是泛指WO2.72、WO2.90、WO3及(NH4)х·WO3、HxWO3等的混合物。(NH4)х·WO3即为铵钨青铜(ATB,六方结晶)，HxWO3（0≤x≤1）即为氢钨青铜，这两者均是非化学计量化合物。以ATB为主相和WO2.90为主相的蓝色氧化钨是生产钨材的优质原料，蓝色氧化钨也是钨基硬质合金及其他钨制品的优良原料。从上世界70年代开始，许多国家开始用蓝色氧化钨为原料制取钨粉。
蓝色氧化钨的特点：具有比表面积大，易还原，粉末粒度分布和组成较易控制等优点，从上世界70年代开始，许多国家开始用蓝色氧化钨为原料制取钨粉。
目前基本上采用经度还原APT的方法制备蓝色氧化钨，又可分为火法和湿法两种。目前工业主要通过火法工艺获得蓝色氧化钨。
工业生产中掺蓝色氧化钨通常在带有一定倾斜角度的回转炉（四管或十一管电炉）中在还原性气氛中轻度还原APT而得。通常在实际生产中，根据气氛的不同会得到不同产物：在氧化性气氛下煅烧APT会得到黄色氧化钨（WO3）；在密闭的惰性气体氛围条件下APT受热分解成N2和H2，钨氧化物被轻度还原得到蓝色氧化钨，更深度的还原则得到紫色氧化钨。产物氧化还原程度可通过氧指数OI表示：蓝色氧化钨中氧与钨的原子分数（如黄钨为WO3,则OI值为3，则表示氧化完全）。目前较为领先的蓝钨生产采用APT自还原的方法，它是以仲钨酸铵为原材料，在制备装置的出料端设有密封出料及冷却装置和抽气风机及出气口，将仲钨酸铵送入制备装置的炉管内，并对炉管进行加热，使仲钨酸铵受热分解成三氧化钨WO3、氨气NH3和水蒸气H2O，并利用钨氧化物WOX是氨气NH3分解的良好触媒特性，将上述氨气NH3进一步分解为氮气N2和氢气H2，再通过控制反应温度和适当的炉气压力，使三氧化钨WO3还原成蓝色氧化钨WO2.9。
反应式及原理如下：
5(NH4)2•O•12WO3•5H2O→5(NH4)2•O•12WO3+ 5H2O
5(NH4)2•O•12WO3→12 WO3+10NH3+5H2O
2NH3→N2+3H2
WO3+H2→WO2.9+H2O
影响制备蓝色氧化钨的因素主要有：煅烧温度、热分解速度和高温下持续的时间等。
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