低成本碳黑在WC生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫 娟 鐘毓斌

(南昌硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，江西 南昌 330013)

前言

鎢系硬質(zhì)合金產(chǎn)品經(jīng)過(guò)近200年的發(fā)展，硬質(zhì)合金產(chǎn)品向高端產(chǎn)品、普通產(chǎn)品、低端產(chǎn)品分化發(fā)展[1]，所有產(chǎn)品在制作成合金或者工具產(chǎn)品前，原料價(jià)格的組成都占據(jù)其80%以上價(jià)值比重。為降低后續(xù)產(chǎn)品的價(jià)格，很多廠商都在粉末制作方面降低成本。

隨著市場(chǎng)發(fā)展，國(guó)內(nèi)在鎢系列產(chǎn)品W粉、WC粉、普通硬質(zhì)合金產(chǎn)品方面價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)異常激烈[2]，為降低粉末成本很有必要在主要原輔料上進(jìn)行降低成本實(shí)驗(yàn)。由于高純鎢粉不存在太大價(jià)格差異，因此，降低粉末產(chǎn)品價(jià)格的重點(diǎn)落在碳黑的價(jià)格分選上。本文主要研究選用低成本碳黑替代高純碳黑的工藝可行工作。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)制作路線

碳化鎢產(chǎn)品的制作流程如圖1所示。生產(chǎn)中，將合格的鎢粉及合格的碳黑，按一定的比例混合均勻，在滾動(dòng)球磨機(jī)中混合一定時(shí)間制備W+C混合料，然后在碳管爐中使用高溫碳化制備出半成品的WC產(chǎn)品，在球磨機(jī)中，使用一定球料比，制備出WC粉末，在200目篩分機(jī)下過(guò)篩得到成品WC粉末。

圖1 碳化鎢產(chǎn)品的制作流程

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

滾動(dòng)球磨機(jī)、碳化爐、篩分機(jī)、丹東WLP-208平均粒度儀、總碳儀、攝譜儀、球磨機(jī)、壓機(jī)、通氫燒結(jié)爐。

1.3 實(shí)驗(yàn)原料

高純W粉、高純碳黑、低成本碳黑。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 碳黑企標(biāo)與實(shí)驗(yàn)所選用兩種碳黑比較：

從表1分析：低成本碳黑，在揮發(fā)物及硫含量上都超出企標(biāo)，嚴(yán)格意義上不能使用。 但是從原理上分析：(1)揮發(fā)物：從揮發(fā)物歷史數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)物最大值為1.52，新購(gòu)低成本碳黑揮發(fā)物為1.81略高于高純碳黑的歷史高值，從理論上分析揮發(fā)物包含水份、低價(jià)、高價(jià)有機(jī)物、可揮發(fā)硫等，因此揮發(fā)物高可能帶來(lái)的問(wèn)題就是碳黑用量增加。(2)硫含量(S%)：低成本碳黑硫含量是標(biāo)準(zhǔn)(0.02%)的近三倍(0.058%)，從理論上分析S在高溫600℃可以揮發(fā)，現(xiàn)在考慮到工藝參數(shù)將實(shí)驗(yàn)安排在碳化溫度高于1500 ℃物料上生產(chǎn)，以防止風(fēng)險(xiǎn)。

表1 碳黑企標(biāo)與高純、低成本碳黑比較

2.2 高純碳黑成本分析

高純碳黑單價(jià)1.5萬(wàn)元/噸左右，由于碳黑價(jià)格變動(dòng)，由于高純碳黑隨價(jià)格變動(dòng)，每噸WC產(chǎn)品的高純碳黑使用成本如圖2所示。從高純碳黑使用成本I-MR圖得出：每噸WC粉采用的高純碳黑的折算成本約為870元/噸，且總體趨勢(shì)為逐漸增加。

圖2 碳黑成本單值-移動(dòng)極差值圖(I-MR)

圖3 改善前后Ct的I-MR圖

從市場(chǎng)調(diào)查了解到低成本碳黑價(jià)格為1萬(wàn)元/噸，在原理及生產(chǎn)方式上都可能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，預(yù)計(jì)每噸WC采用的低成本碳黑成本降低到500元/噸。

因此，如果采用低成本碳黑代替高純碳黑，碳黑使用成本將降低30%左右。

2.3 WC產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的跟蹤對(duì)比

使用高純碳黑配碳WC產(chǎn)品27批，稱(chēng)為改善前；與使用低成本碳黑配碳的WC產(chǎn)品10批，稱(chēng)為改善后；改善前后對(duì)WC產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行對(duì)比(WC產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括Ct、Fsss粒度、S含量)

WC產(chǎn)品的Ct上下規(guī)格限為：5.88%≤Ct≤5.93%；改善前WC產(chǎn)品與改善后WC產(chǎn)品作Ct單值-移動(dòng)極差圖(Ct的I-MR圖)如圖3所示。從圖3可以得到，改善前后Ct的I-MR圖分析不難發(fā)現(xiàn)WC產(chǎn)品Ct都合格。

WC產(chǎn)品的Fsss粒度上下規(guī)格限為：10um≤ Fsss ≤12um；改善前批WC產(chǎn)品與改善后WC產(chǎn)品作Fsss粒度單值-移動(dòng)極差圖(Fsss粒度的I-MR圖)如圖4所示，從Fsss粒度的I-MR圖分析不難發(fā)現(xiàn)WC產(chǎn)品Fsss粒度都合格。

WC產(chǎn)品的S含量(ppm)上下規(guī)格限為：0ppm≤S≤30ppm；改善前WC產(chǎn)品與改善后WC產(chǎn)品作S含量的單值-移動(dòng)極差圖如圖5所示。從S含量的I-MR圖分析不難發(fā)現(xiàn)WC產(chǎn)品S含量沒(méi)有變化，且全部合格。

綜上所述，YG11C碳化鎢產(chǎn)品在使用低成本碳黑后，所有產(chǎn)品都合格。

圖4 改善前后Fsss粒度的I-MR圖

圖5 改善前后S含量的I-MR圖

2.4 改善前后WC產(chǎn)品的品質(zhì)變化情況分析

2.4.1 改善前后Ct的雙T檢驗(yàn)

圖6為Ct的雙樣本T檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，Ct的雙T檢驗(yàn)P>0.05，所以改善前后Ct沒(méi)有明顯變化。

圖6 Ct的雙T檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4.2 改善前后Fsss粒度的雙T檢驗(yàn)

圖7 Fsss粒度的雙T檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖7為Fsss粒度的雙樣本T檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，F(xiàn)sss粒度的雙T檢驗(yàn)P>0.05，所以改善前后Fsss粒度沒(méi)有明顯變化。

2.4.3 改善前后S含量的雙T檢驗(yàn)

由于S含量，結(jié)果沒(méi)有變化，無(wú)需做雙T檢驗(yàn)。

綜上所述，WC產(chǎn)品在使用低成本碳黑后產(chǎn)品綜合品質(zhì)沒(méi)有下降。

2.5 合金綜合性能比較

使用球磨機(jī)濕磨30-40個(gè)小時(shí)，制備標(biāo)準(zhǔn)B型試驗(yàn)樣塊3批每批3個(gè)，在通氫燒結(jié)爐中1400-1500℃左右溫度燒結(jié)，得到合金標(biāo)樣結(jié)果如表2所示。普通樣塊為采用高純碳黑制得的合金樣塊，實(shí)驗(yàn)樣塊為采用低成本碳黑制得的合金樣塊。從表2可以看出，實(shí)驗(yàn)樣塊的抗彎強(qiáng)度、密度、硬度均符合企標(biāo)要求，從而證明，采用低成本碳黑制得的WC粉產(chǎn)品品質(zhì)沒(méi)有改變。

表2 YG11C企標(biāo)、普通樣塊及實(shí)驗(yàn)樣塊的結(jié)果比較

3 結(jié)論

(1)不改變整個(gè)生產(chǎn)體系，使用高純碳黑和低成本碳黑生產(chǎn)普通WC粉，通過(guò)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比，得到WC產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)明顯差異，因此，可以實(shí)現(xiàn)低成本碳黑代替高純碳黑生產(chǎn)普通WC粉。

(2)在使用高純碳黑轉(zhuǎn)換成低成本碳黑過(guò)程，碳黑單耗成本降低30%。

[1]郝立偉，鐘毓斌，等.一次碳化法工藝研究[J].第十次全國(guó)硬質(zhì)合金學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2010；112-117.

[2]陳楚軒.硬質(zhì)合金物料形貌圖譜及點(diǎn)評(píng)[M].四川自貢：陳楚軒，2009：37-38.