中國是世界上鎢儲量、鎢產(chǎn)量、鎢消費(fèi)量、鎢出口量最大的國家。由于裝備落后、工藝重復(fù)性差，導(dǎo)致國內(nèi)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(wěn)定。鎢作為一種戰(zhàn)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(dǎo)熱性及優(yōu)良的斷裂韌性等性質(zhì)，被應(yīng)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。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)鎢粉末制備而成的鎢制品已難以滿足工業(yè)需要。而鎢制品的性能在相當(dāng)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)量優(yōu)異的鎢粉。

制備質(zhì)量優(yōu)異的鎢粉，必須對其制備反應(yīng)機(jī)理及工藝裝備進(jìn)行持續(xù)系統(tǒng)的研究。WO₃還原成鎢粉過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(shè)備來提供保障。鎢行業(yè)中，多管還原爐是國外先進(jìn)企業(yè)應(yīng)用最多的，而其監(jiān)控手段所達(dá)到的智能化自動化水平，亦是衡量企業(yè)還原設(shè)備先進(jìn)與否的重要標(biāo)志。二十世紀(jì)初，國產(chǎn)化的多管還原爐已擁有較高自動化水平，無論從設(shè)計、國內(nèi)配套、制造還是實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用效果上，均己達(dá)到國際同行先進(jìn)水平，已成為國內(nèi)鎢企業(yè)更新改造的首選設(shè)備類型。 

1.氫還原法制取鎢粉基本原理

當(dāng)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(yīng)為：

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

由于鎢具有4 種比較穩(wěn)定的氧化物，還原反應(yīng)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程，可示意如圖：

圖1  氫還原氧化鎢過程示意圖

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捷易行、先進(jìn)合理、穩(wěn)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→過篩→合批→W粉。

隨著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。從開始以鎢酸（H₂WO₄）和黃色氧化鎢（簡稱黃鎢，WO₃）為原料，到現(xiàn)在普遍采用藍(lán)色氧化鎢（簡稱藍(lán)鎢，WO_2.90）和紫色氧化鎢（簡稱紫鎢，WO_2.72）為原料。原料的物相結(jié)構(gòu)、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。

在還原過程中，通過調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，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(shè)備

目前，還原過程通常在回轉(zhuǎn)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(nèi)外目前常用的還原設(shè)備

回轉(zhuǎn)還原爐具有結(jié)構(gòu)簡單、連續(xù)作業(yè)、機(jī)械化程度高、產(chǎn)量大、效益高等特點(diǎn)，但設(shè)備噪音大、爐管內(nèi)物料飛揚(yáng)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(yīng)。

四管還原爐的特點(diǎn)是操作簡便，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造維修，造價低，熱效率大大提高，在較大規(guī)模的三氧化鎢氫還原制取中、細(xì)顆粒鎢粉的生產(chǎn)中，得到較好的應(yīng)用。但四管還原爐產(chǎn)量低，能耗大，控制系統(tǒng)較落后。

傳統(tǒng)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、節(jié)省勞動力，可實(shí)現(xiàn)半自動化控制。其缺點(diǎn)是不能連續(xù)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，且勞動強(qiáng)度大。

3.2全自動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發(fā)和生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，聯(lián)合國內(nèi)知名自動化控制企業(yè)，結(jié)合粉末還原工藝研究成果，開發(fā)出全自動、智能化十八管還原爐，解決了傳統(tǒng)多管還原爐能耗高、操作繁重、產(chǎn)量低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等難題，具有以下特點(diǎn)：

1）全自動運(yùn)行。具體包括“精準(zhǔn)稱料→自動搖平→自動疊舟、推舟→定時出料→自動分舟、倒舟→進(jìn)入空舟轉(zhuǎn)移外循環(huán)軌道→進(jìn)入下一循環(huán)過程”，大幅降低人工強(qiáng)度，同時有效避免人為因素影響，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

2）高效節(jié)能。采用十八管、上下雙舟皿同時生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)能達(dá)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?xì)饣螂娮杓訜岱绞?、多區(qū)獨(dú)立控溫、新型熱場結(jié)構(gòu)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)能量利用最大化，天然氣耗量僅為0.5m3/kg，大幅降低生產(chǎn)成本。

3）智能化控制。通過對溫度、工藝氣體及舟皿輸送等關(guān)鍵過程的精確感知與控制，確保工藝穩(wěn)定性；通過故障自診斷、智能決策、柔性控制，實(shí)現(xiàn)無人值守；通過遠(yuǎn)程調(diào)控與在線服務(wù)，快速響應(yīng)，提高客戶效益。

圖3  頂立科技自主研制的全自動智能化十八管爐

全自動、智能化十八管還原爐的成功開發(fā)，為鎢行業(yè)高效率穩(wěn)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(nèi)鎢粉還原以電加熱為主，與電加熱相比，本產(chǎn)品可節(jié)省約40%的能源費(fèi)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，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(yīng)用推廣價值。十八管爐打破了美國、德國壟斷高端鎢粉還原設(shè)備的局面，標(biāo)志著中國粉末冶金設(shè)備水平躋身國際先進(jìn)行列，從此結(jié)束了中國粉末冶金行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口的歷史。

表1  產(chǎn)品能耗情況對比表

4. 結(jié)語

（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(yīng)用。目前氫還原法制備出的鎢粉已經(jīng)可以達(dá)到納米級。隨著還原裝備水平的提高，工藝重現(xiàn)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(shè)備。頂立科技自主研發(fā)的全自動、智能化十八管爐為安全、質(zhì)量、成本提供保障，具有生產(chǎn)自動化、智能控制、節(jié)能降耗、鎢粉粒度均勻、質(zhì)量穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)，是廣大鎢、鉬、硬質(zhì)合金廠家首選的還原設(shè)備。