Теоретические основы процесса восстановления тугоплавких металлов, страница 2

В связи с этим весьма важно выявление факторов, влияющих на величину зерен порошков вольфрама. Плотность WO₃ равна 7,5, а вольфрама 19,3 г/см³. Поэтому при отсутствии каких-либо усложняющих факторов из одной частицы WO₃ должна образоваться частица вольфрама соответственно меньшего размера (например, из частицы WO₃ размером 10 мкм получалась бы частица вольфрама размером 6,5 мкм). В этом случае размеры частиц порошка вольфрама определялись бы только размерами частиц исходной трехокиси вольфрама.

Однако из данных исследований и производственной практики известно, что нет однозначной связи между размерами частиц  WO₃ и размерами частиц порошка вольфрама. В зависимости от режимов восстановления как из крупнокристаллического, так и мелкозернистого порошкаWO₃ можно получить и крупные, и мелкие порошки вольфрама. При этом определяющие влияние на размер частиц вольфрама оказывают размеры зерен образующейся WO₂ . Как правило, из одной частицы WO₂ образуется одна частица вольфрама. Однако в реальных условиях восстановления слоя оксидов высотой 2-4 см, размеры частиц вольфрама обычно несколько больше размеров исходных частиц WO₂.

Восстановление вольфрамового ангидрида водородом проводят в стационарных многотрубных печах с непрерывным или периодическим продвижением контейнеров (лодочек) с восстанавливаемым материалом вдоль трубы или в трубчатых вращающихся печах.

Наиболее распространены многотрубные электрические печи. Печь состоит из двух рядов труб (например, в нижнем ряду шесть труб, в верхнем пять труб), изготовленных из хромоникелевой стали. Диаметр труб 50-70 мм, длина 5-7 м. Трубы заключены в железный кожух, выложенный внутри теплоизоляционными материалами (листовой асбест, диатомитовый и шамотный кирпич, асбоцементные плиты). Непосредственно под трубами и над ними находятся слои фасонной керамики, в пазах которой размещены спиральные нагреватели из нихромовой проволоки диаметром 4,5-5 мм.

Печь имеет пять температурных зон, общая длина которых приблизительно 4 м. Мощность печи около 50 кВт. Лодочки из никеля, сплава «НИМО» (28% Мо, 80% Ni) или из нержавеющей стали, заполненные восстанавливаемым материалом, передвигаются вдоль труб с помощью металлических штанг механическим толкателем. Скорость передвижения может изменяться от 5 до 30 мм/мин. Разгрузочный конец печи снабжен холодильником для охлаждения лодочек, выходящих из горячих зон печи. Водород подается с разгрузочной стороны труб (противоточно движению лодочек). Отработанный водород, содержащий пары воды, выводится с загрузочной стороны труб в коллектор, откуда поступает в систему регенерации, и затем возвращается в процесс.

Более совершенны разработанные в последние годы печи с прямоугольными муфелями и механизированной загрузкой и выгрузкой. Эксплуатируют печи с размерами муфеля в сечении 40х160 мм (низкий муфель) и 70х160мм (высокий муфель). Муфели изготовляют из жароупорной стали Х23Н18.

Восстановление проводят в прямоугольных лодочках размером 300х145х30 мм (при низком муфеле). В высоком муфеле используют трехъярусные лодочки. Расположение окисла в лодочке тремя тонкими слоями улучшает условия восстановления. Печи с высоким муфелем и трехъярусными лодочками используют на заводах твердых сплавов, где масштабы производства порошка вольфрама велики. Преимущества прямоугольных муфелей и лодочек перед цилиндрическими состоят в одинаковой высоте насыпки слоя окисла в любом сечении лодочки, что обеспечивает однородность качества получаемых порошков.

Наряду с многотрубными печами для восстановления WO₃ водородом применяют непрерывно действующие вращающиеся печи. Вращающиеся трубчатые печи (диаметр трубы 400 мм, длина 4 м) используют в настоящее время на заводах твердых сплавов для первой стадии восстановления (WO₃→WO₂), проводимой при максимальной температуре 750° С.

В производстве крупнозернистого вольфрама для специальных сортов твердых сплавов восстановление ведут в печах с прямоугольными керамическими муфелями из алунда при температурах 1100-1200° С. Нагрев в таких печах служит молибденовая лента.