中國是世界上鎢儲量、鎢產(chǎn)量、鎢消費量、鎢出口量最大的國家。由于裝備落后、工藝重復性差，導致國內鎢行業(yè)主要以初級產(chǎn)品為主，高水平產(chǎn)品質(zhì)量不穩定。鎢作為一種戰略性有色金屬，因具有高熔點(diǎn)、高彈性模量、高硬度、良好的導熱性及優(yōu)良的斷裂韌性等性質(zhì)，被應用于硬質(zhì)合金、鎢基高密度合金、鎢絲、鎢電極等眾多領(lǐng)域。隨著(zhù)現代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，傳統鎢粉末制備而成的鎢制品已難以滿(mǎn)足工業(yè)需要。而鎢制品的性能在相當程度上取決于原料鎢粉的質(zhì)量，因此，欲制備性能良好的鎢制品，必須制備質(zhì)量?jì)?yōu)異的鎢粉。

制備質(zhì)量?jì)?yōu)異的鎢粉，必須對其制備反應機理及工藝裝備進(jìn)行持續系統的研究。WO₃還原成鎢粉過(guò)程中的物相變化已有深入研究，想要提高鎢粉質(zhì)量，除有好的生產(chǎn)工藝之外，還需要有配套的設備來(lái)提供保障。鎢行業(yè)中，多管還原爐是國外先進(jìn)企業(yè)應用最多的，而其監控手段所達到的智能化自動(dòng)化水平，亦是衡量企業(yè)還原設備先進(jìn)與否的重要標志。二十世紀初，國產(chǎn)化的多管還原爐已擁有較高自動(dòng)化水平，無(wú)論從設計、國內配套、制造還是實(shí)際生產(chǎn)應用效果上，均己達到國際同行先進(jìn)水平，已成為國內鎢企業(yè)更新改造的首選設備類(lèi)型。 

1.氫還原法制取鎢粉基本原理

當前制取金屬鎢粉的主要方法為鎢氧化物氫還原法，其是利用氫氣脫除氧制取金屬鎢粉的一種方法。

用氫還原WO₃制取W 粉的總反應為：

WO₃+3H₂=W+3H₂O                                   (1)

由于鎢具有4 種比較穩定的氧化物，還原反應實(shí)際按以下順序進(jìn)行：

WO₃+0.1H₂=WO_2.90+0.1H₂O                    (2)

WO_2.90+0.18H₂=WO_2.72+0.18H₂O           (3)

WO_2.72+0.72H₂=WO₂+0.72H₂O                (4)

WO₂+2H₂=W+2H₂O                                   (5)

綜合不同條件下還原的相變過(guò)程，可示意如圖：

圖1  氫還原氧化鎢過(guò)程示意圖

2. 氫還原鎢氧化物制取鎢粉的工藝

氫還原法制取鎢粉具有簡(jiǎn)捷易行、先進(jìn)合理、穩定可靠、成本低等特點(diǎn)，其主要工藝步驟為：氧化鎢→氫氣還原→過(guò)篩→合批→W粉。

隨著(zhù)鎢粉制造水平的提高，在選用氧化鎢原料方面有了很大進(jìn)展。從開(kāi)始以鎢酸（H₂WO₄）和黃色氧化鎢（簡(jiǎn)稱(chēng)黃鎢，WO₃）為原料，到現在普遍采用藍色氧化鎢（簡(jiǎn)稱(chēng)藍鎢，WO_2.90）和紫色氧化鎢（簡(jiǎn)稱(chēng)紫鎢，WO_2.72）為原料。原料的物相結構、成分及其物理化學(xué)性質(zhì)對鎢粉的粒度及均勻性的影響較大。

在還原過(guò)程中，通過(guò)調節各種工藝參數，如還原溫度、料層厚度、氫氣流量、氫氣流向等，可以控制還原后得到的鎢粉粒度。

圖2  鎢粉生產(chǎn)工藝流程圖

3. 氫還原鎢氧化物關(guān)鍵設備

目前，還原過(guò)程通常在回轉管式爐、四管馬弗爐及多管爐中進(jìn)行，相對而言，后者的溫度均勻，產(chǎn)品粒度容易控制，且粒度均勻性好。

3.1國內外目前常用的還原設備

回轉還原爐具有結構簡(jiǎn)單、連續作業(yè)、機械化程度高、產(chǎn)量大、效益高等特點(diǎn)，但設備噪音大、爐管內物料飛揚易堵進(jìn)料端，對批量小，要求不混級的產(chǎn)品不能靈活適應。

四管還原爐的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，結構簡(jiǎn)單，易于制造維修，造價(jià)低，熱效率大大提高，在較大規模的三氧化鎢氫還原制取中、細顆粒鎢粉的生產(chǎn)中，得到較好的應用。但四管還原爐產(chǎn)量低，能耗大，控制系統較落后。

傳統多管還原爐是取代老式還原爐的更新?lián)Q代爐型。該爐的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大、實(shí)用性較廣、爐管壽命長(cháng)、節省勞動(dòng)力，可實(shí)現半自動(dòng)化控制。其缺點(diǎn)是不能連續化裝卸料，進(jìn)出料裝卸頻繁，舟皿比較笨重，增加了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，且勞動(dòng)強度大。

3.2全自動(dòng)智能化十八管還原爐

頂立科技以自身多年先進(jìn)粉末冶金裝備研制開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗為基礎，聯(lián)合國內知名自動(dòng)化控制企業(yè)，結合粉末還原工藝研究成果，開(kāi)發(fā)出全自動(dòng)、智能化十八管還原爐，解決了傳統多管還原爐能耗高、操作繁重、產(chǎn)量低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩定等難題，具有以下特點(diǎn)：

1）全自動(dòng)運行。具體包括“精準稱(chēng)料→自動(dòng)搖平→自動(dòng)疊舟、推舟→定時(shí)出料→自動(dòng)分舟、倒舟→進(jìn)入空舟轉移外循環(huán)軌道→進(jìn)入下一循環(huán)過(guò)程”，大幅降低人工強度，同時(shí)有效避免人為因素影響，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

2）高效節能。采用十八管、上下雙舟皿同時(shí)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)能達80~120kg/h（具體產(chǎn)能視不同粉末粒度而定）；工藝氣體回收利用，燃氣或電阻加熱方式、多區獨立控溫、新型熱場(chǎng)結構設計，實(shí)現能量利用最大化，天然氣耗量?jì)H為0.5m3/kg，大幅降低生產(chǎn)成本。

3）智能化控制。通過(guò)對溫度、工藝氣體及舟皿輸送等關(guān)鍵過(guò)程的精確感知與控制，確保工藝穩定性；通過(guò)故障自診斷、智能決策、柔性控制，實(shí)現無(wú)人值守；通過(guò)遠程調控與在線(xiàn)服務(wù)，快速響應，提高客戶(hù)效益。

圖3  頂立科技自主研制的全自動(dòng)智能化十八管爐

全自動(dòng)、智能化十八管還原爐的成功開(kāi)發(fā)，為鎢行業(yè)高效率穩定提供高品質(zhì)的粉末原料，降低粉末原料生產(chǎn)成本（目前，國內鎢粉還原以電加熱為主，與電加熱相比，本產(chǎn)品可節省約40%的能源費用），對推進(jìn)鎢行業(yè)深加工水平的提高具有重要意義。同時(shí)，本產(chǎn)品還適用于鉬等其他難熔金屬粉末的還原，具有重大的應用推廣價(jià)值。十八管爐打破了美國、德國壟斷高端鎢粉還原設備的局面，標志著(zhù)中國粉末冶金設備水平躋身國際先進(jìn)行列，從此結束了中國粉末冶金行業(yè)關(guān)鍵設備嚴重依賴(lài)國外進(jìn)口的歷史。

表1  產(chǎn)品能耗情況對比表

4. 結語(yǔ)

（1）氧化鎢氫還原法因其具有一系列的優(yōu)點(diǎn)在眾多鎢粉制備工藝中得到了廣泛的應用。目前氫還原法制備出的鎢粉已經(jīng)可以達到納米級。隨著(zhù)還原裝備水平的提高，工藝重現性好，氫還原氧化鎢法也將能制備出質(zhì)量更好的鎢粉。

（2）多管還原爐是鎢、鉬、硬質(zhì)合金等金屬粉體材料生產(chǎn)的最佳工藝設備。頂立科技自主研發(fā)的全自動(dòng)、智能化十八管爐為安全、質(zhì)量、成本提供保障，具有生產(chǎn)自動(dòng)化、智能控制、節能降耗、鎢粉粒度均勻、質(zhì)量穩定等一系列優(yōu)點(diǎn)，是廣大鎢、鉬、硬質(zhì)合金廠(chǎng)家首選的還原設備。