Производство порошкообразного и ковкого металлического вольфрама

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Производство порошкообразного и ковкого металлического вольфрама

01.02.2020

Порошкообразный вольфрам получают восстановлением вольфрамового ангидрида водородом или углеродом.

В тех случаях, когда в вольфраме допускается примесь углерода (иногда при производстве твердых сплавов) можно вести восстановление углеродом. В производстве вольфрама, используемого для изготовления компактного металла, применяют только восстановление водородом.

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом проходит в три стадии, связанные с образованием трех окислов:

4WO3 + H2 = W4О11 + H2O;

W4O11 + 3Н2 = 4WO2 + 3Н2O;

WO2 + 2Н2 = W + 2Н2O.


Восстановление вольфрама водородом протекает при относительно невысоких температурах, не превышающих 800—850°, однако каждая последующая стадия восстановления требует более высокой температуры.

Вольфрамовый ангидрид восстанавливают в горизонтальных трубчатых печах из жароупорной стали, обогреваемых электрическим током или газом.

Диаметр трубы обычно не превышает 60—75 мм. В настоящее время стали применять трубы большого сечения прямоугольной формы до 200 мм ширины. В одном кожухе иногда располагается несколько труб.

На рис. 190 приведена трубчатая печь для восстановления вольфрамового ангидрида водородом.
Производство порошкообразного и ковкого металлического вольфрама

Никелевые лодочки, наполненные вольфрамовым ангидридом, непрерывно или периодически продвигаются в трубчатой печи навстречу току водорода.

Температура вдоль трубы распределяется неравномерно, и лодочка перемещается навстречу более высоким температурам.

Практически восстановление окислов вольфрама осуществляется в два периода:

WO3 —> W4O11 —> WO2 —> W2.


В первый период, путем создания определенного температурного режима 500—700° WO3 восстанавливается до WO2. Для первого периода восстановления применяют одну группу печей. При этом происходит значительное уменьшение объема загрузки. Во второй период происходит восстановление от WO2 до W; лодочку догружают WO2 от предыдущей операции или для получения сочетания зерен различных размеров добавляют свежую порцию WO3 и проводят восстановление в другой группе печей при температуре 600—850°.

Обычная вместимость лодочки 50—180 г, скорость ее продвижения 50—180 мм!час.

Производительность печей зависит от емкости применяемых лодочек и скорости их продвижения и колеблется в пределах 0,3—4 кг с одной трубы. При быстром продвижении получаются более крупные порошки.

Водород для восстановления получают электролизом водного раствора едкой щелочи. Перед поступлением в печь водород очищают от кислорода и воды; для очистки от кислорода водород пропускают через печь, наполненную порошкообразным сплавом меди, никеля и железа.

Для удаления воды водород пропускают через осушительную установку — башни, наполненные силикагелем или алюминогелем, поглощающими влагу.

Водород, использованный как восстановитель, подвергается очистке от паров воды и может быть снова использован для восстановления вольфрамового ангидрида.

В качестве углеродистого восстановителя применяют сажу, содержащую золы не более 0,1%, или сахарный кокс. Прокаливание тщательно перемешанной смеси вольфрамового ангидрида с сажей осуществляют при температуре около 1000° также в два приема с образованием промежуточных окислов.

Восстановление углеродом проводят в электрических трубчатых графитовых печах. Графитовая труба служит одновременно нагревателем. Шихта из вольфрамового ангидрида и углерода набивается в цилиндрические угольные патроны или спрессовывается в брикеты, которые проталкиваются вдоль накаленной графитовой трубы.

Основным способом промышленного производства ковкого вольфрама, как и ряда других тугоплавких металлов, служит металлокерамический метод, который состоит из следующих основных стадий:

1) прессования штабиков из металлического порошка;

2) предварительного (низкотемпературного) спекания штабиков;

3) сварки (высокотемпературного спекания) штабиков.

Для изготовления ковкого вольфрама используют только вольфрамовый порошок, восстановленный водородом; содержание примесей в исходном порошке не должно превышать 0,05%. В целях получения плотных брикетов для прессования применяют порошки с разнообразным набором зерен по крупности размером в поперечнике от 0,5 до 6 u при средней величине 2—3 u.

Прессование металлических порошков в штабики обычно производится в стальных прессформах при помощи механических или гидравлических прессов. При прессовании частицы порошка взаимно перемещаются, плотно укладываясь в прессформе. Разнообразный набор зерен увеличивает плотность опрессованного штабика. Для уменьшения трения между порошком и стенками прессформы и уплотнения штабика к порошку перед прессованием добавляют раствор глицерина в спирте или парафина в бензине. Прессование проводят при удельном давлении 2—2,5 т/см2; получается штабик в виде правильной прямоугольной призмы со стороной основания 10—20 мм и длиной 400— 600 мм.

На рис. 191 показана обычно применяемая прессформа для прессования вольфрамового порошка в штабики.

Штабики спекают в две стадии. Предварительное спекание осуществляется при температуре 1150—1300° в атмосфере водорода в течение 30 мин. с целью максимального уплотнения и упрочнения штабиков, а также восстановления окисных пленок, покрывающих поверхность отдельных кристаллов. В результате обнажения металлической поверхности, улучшения контакта между кристаллами и повышения электропроводности создаются условия для успешного протекания второй стадии сварки.

Для предварительного спекания служит электрическая трубчатая или муфельная печь. Уложенные в никелевые лодочки, штабики непрерывно проталкиваются навстречу току водорода.

Сварку проводят при температуре, близкой к температуре плавления, т. е. при 3000—3100°, путем пропускания через штабик электрического тока силой 2500—9000 а в зависимости от размеров штабика и напряжением 10—20 в.

На рис. 192 показан аппарат для сварки штабиков. Штабик зажимают между двумя охлаждаемыми водой молибденовыми контактами сварочного аппарата, изолированного от воздуха колпаком с охлаждаемыми водой стенками, под колпак вводится водород.

Сила тока, применяемая при сварке, составляет 80—90% от силы тока, необходимой для расплавления.

В зависимости от размеров штабика продолжительность сварки колеблется от 15 мин. до 1 часа.

На рис. 193 показаны штабики после прессования и сварки.

Изготовление вольфрамовых поковок


Сваренные вольфрамовые штабики на холоду прочны, но хрупки, и ковка их возможна только при повышенных температурах.

Листы из плоских заготовок прокатывают при 1500—1600° с постепенным снижением до 1000° и ниже по мере уменьшения толщины листа.

Для проковки штабиков квадратного сечения в круглые прутки, предназначенные для волочения проволоки, применяется «ротационная» ковочная машина.

На рис. 194 показана схема такой ковочной машины.

Нагретый штабик продвигают через пару плашек, образующих цилиндрический канал. Плашки вращаются вокруг оси штабика и при помощи периферийных роликов наносят до 10— 12 тыс. ударов в минуту по штабику. Меняя плашки и уменьшая диаметр канала, получают прутки диаметром 2—3 мм с плотной волокнистой структурой. Прутки подвергают волочению для производства проволоки.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: