低成本碳黑在WC生产中的应用

孙 娟 钟毓斌

(南昌硬质合金有限责任公司，江西 南昌 330013)

前言

钨系硬质合金产品经过近200年的发展，硬质合金产品向高端产品、普通产品、低端产品分化发展[1]，所有产品在制作成合金或者工具产品前，原料价格的组成都占据其80%以上价值比重。为降低后续产品的价格，很多厂商都在粉末制作方面降低成本。

随着市场发展，国内在钨系列产品W粉、WC粉、普通硬质合金产品方面价格竞争异常激烈[2]，为降低粉末成本很有必要在主要原辅料上进行降低成本实验。由于高纯钨粉不存在太大价格差异，因此，降低粉末产品价格的重点落在碳黑的价格分选上。本文主要研究选用低成本碳黑替代高纯碳黑的工艺可行工作。

1实验部分

1.1 实验制作路线

碳化钨产品的制作流程如图1所示。生产中，将合格的钨粉及合格的碳黑，按一定的比例混合均匀，在滚动球磨机中混合一定时间制备W+C混合料，然后在碳管炉中使用高温碳化制备出半成品的WC产品，在球磨机中，使用一定球料比，制备出WC粉末，在200目筛分机下过筛得到成品WC粉末。

图1 碳化钨产品的制作流程

1.2 实验设备

滚动球磨机、碳化炉、筛分机、丹东WLP-208平均粒度仪、总碳仪、摄谱仪、球磨机、压机、通氢烧结炉。

1.3 实验原料

高纯W粉、高纯碳黑、低成本碳黑。

2 实验结果与讨论

2.1 碳黑企标与实验所选用两种碳黑比较：

从表1分析：低成本碳黑，在挥发物及硫含量上都超出企标，严格意义上不能使用。 但是从原理上分析：(1)挥发物：从挥发物历史数据上发现，挥发物最大值为1.52，新购低成本碳黑挥发物为1.81略高于高纯碳黑的历史高值，从理论上分析挥发物包含水份、低价、高价有机物、可挥发硫等，因此挥发物高可能带来的问题就是碳黑用量增加。(2)硫含量(S%)：低成本碳黑硫含量是标准(0.02%)的近三倍(0.058%)，从理论上分析S在高温600℃可以挥发，现在考虑到工艺参数将实验安排在碳化温度高于1500 ℃物料上生产，以防止风险。

表1 碳黑企标与高纯、低成本碳黑比较

2.2 高纯碳黑成本分析

高纯碳黑单价1.5万元/吨左右，由于碳黑价格变动，由于高纯碳黑随价格变动，每吨WC产品的高纯碳黑使用成本如图2所示。从高纯碳黑使用成本I-MR图得出：每吨WC粉采用的高纯碳黑的折算成本约为870元/吨，且总体趋势为逐渐增加。

图2 碳黑成本单值-移动极差值图(I-MR)

图3 改善前后Ct的I-MR图

从市场调查了解到低成本碳黑价格为1万元/吨，在原理及生产方式上都可能进行大规模生产，预计每吨WC采用的低成本碳黑成本降低到500元/吨。

因此，如果采用低成本碳黑代替高纯碳黑，碳黑使用成本将降低30%左右。

2.3 WC产品关键技术指标的跟踪对比

使用高纯碳黑配碳WC产品27批，称为改善前；与使用低成本碳黑配碳的WC产品10批，称为改善后；改善前后对WC产品关键参数进行对比(WC产品关键技术参数包括Ct、Fsss粒度、S含量)

WC产品的Ct上下规格限为：5.88%≤Ct≤5.93%；改善前WC产品与改善后WC产品作Ct单值-移动极差图(Ct的I-MR图)如图3所示。从图3可以得到，改善前后Ct的I-MR图分析不难发现WC产品Ct都合格。

WC产品的Fsss粒度上下规格限为：10um≤ Fsss ≤12um；改善前批WC产品与改善后WC产品作Fsss粒度单值-移动极差图(Fsss粒度的I-MR图)如图4所示，从Fsss粒度的I-MR图分析不难发现WC产品Fsss粒度都合格。

WC产品的S含量(ppm)上下规格限为：0ppm≤S≤30ppm；改善前WC产品与改善后WC产品作S含量的单值-移动极差图如图5所示。从S含量的I-MR图分析不难发现WC产品S含量没有变化，且全部合格。

综上所述，YG11C碳化钨产品在使用低成本碳黑后，所有产品都合格。

图4 改善前后Fsss粒度的I-MR图

图5 改善前后S含量的I-MR图

2.4 改善前后WC产品的品质变化情况分析

2.4.1 改善前后Ct的双T检验

图6为Ct的双样本T检验分析数据，从图中可以看出，Ct的双T检验P>0.05，所以改善前后Ct没有明显变化。

图6 Ct的双T检验数据

2.4.2 改善前后Fsss粒度的双T检验

图7 Fsss粒度的双T检验数据

图7为Fsss粒度的双样本T检验分析数据，从图中可以看出，Fsss粒度的双T检验P>0.05，所以改善前后Fsss粒度没有明显变化。

2.4.3 改善前后S含量的双T检验

由于S含量，结果没有变化，无需做双T检验。

综上所述，WC产品在使用低成本碳黑后产品综合品质没有下降。

2.5 合金综合性能比较

使用球磨机湿磨30-40个小时，制备标准B型试验样块3批每批3个，在通氢烧结炉中1400-1500℃左右温度烧结，得到合金标样结果如表2所示。普通样块为采用高纯碳黑制得的合金样块，实验样块为采用低成本碳黑制得的合金样块。从表2可以看出，实验样块的抗弯强度、密度、硬度均符合企标要求，从而证明，采用低成本碳黑制得的WC粉产品品质没有改变。

表2 YG11C企标、普通样块及实验样块的结果比较

3 结论

(1)不改变整个生产体系，使用高纯碳黑和低成本碳黑生产普通WC粉，通过关键参数对比，得到WC产品品质无明显差异，因此，可以实现低成本碳黑代替高纯碳黑生产普通WC粉。

(2)在使用高纯碳黑转换成低成本碳黑过程，碳黑单耗成本降低30%。

[1]郝立伟，钟毓斌，等.一次碳化法工艺研究[J].第十次全国硬质合金学术会议论文集.2010；112-117.

[2]陈楚轩.硬质合金物料形貌图谱及点评[M].四川自贡：陈楚轩，2009：37-38.