CN107904410A - 一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法 - Google Patents

一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，将电解法生产的金属铬片破碎后，与复合脱气剂石墨类还原剂和金属类脱硫还原剂混合，得到混合料，将混合料压制成圆锭，然后装入方形石墨料框内；将装有混合料圆锭的石墨料框放入真空炉内，抽真空，当真空炉内真空度≤5Mpa时开始升温，温度升至1400℃～1600℃，保温29h～35h后降温，出炉，得到铬纯度≥99.9％的高纯金属铬产品。优点是：工艺简单，以电解法生产的金属铬片为原料，外观呈片状，有利于反应的进行，采用复合脱气剂，能够较好的将原料中的气体元素去除，产品杂质元素极低且质量均匀，可以满足高温合金和高端靶材的使用要求。

Description

一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产 方法
技术领域
本发明涉及一种以金属铬片为原料，采用复合脱气剂生产高纯金属铬的方法，这种高纯金属铬金属杂质(如：铁、铝、硅)和气体杂质(如：氧、硫、氮)极低，是高温合金和高档靶材行业专用的基础材料。
背景技术
高纯金属铬由于具有熔沸点高、硬度大、耐高温、抗腐蚀、韧性好的特点，被广泛应用于冶金、电子、航空、航天等领域，主要用于生产高温合金、靶材，此外，还可用于制作精密电子产品、显示器、电视屏幕以及高端光学材料镀膜。近几年，随着我国航空航天事业的迅速发展，对高温合金和靶材领域专用高纯金属铬的需求越来越大，但由于此类对高纯金属铬的杂质含量要求较严格，要求高纯金属铬纯度高、杂质含量低，产品的主要化学成分需达到如下指标：Cr＞99.9％，Fe＜0.02％，Al＜0.01％，Si＜0.01％，C＜0.012％，O＜0.03％，尤其是对气体元素，如：硫、氧、氮等指标的要求极低，因此使得大部分产品仍需要进口。
CN 105624436 A公开了一种以氧化铬为原料，经配碳、压块后，采用真空电弧炉进行真空还原，此方法由于采用真空电弧炉加热，控制温度波动大，造成产品反应不完全，需要对产品表面进行喷扫，去除表面的三氧化铬，产品纯度仅能达到99.5％，同时，受设备所限，无法规模化生产。
CN102965526 A公开了一种以氧化铬为原料，经配碳、压块后，在高温真空条件下，利用一氧化碳、二氧化碳和氢气对一次烧结的产品进行还原处理，该方法生产周期长，还原性气体使用量大，且无法提供稳定气源，需要二次还原，无法实现规模化生产。
CN 101660062 A和CN 1542148 A均公开了一种以氧化铬为原料，在高温真空条件下，经过二次或一次烧结生产高纯金属铬，此方法存在的问题是，产品致密度低，产能小，不适合工业化生产。
CN1102872C公开了一种去除非金属杂质的方法,该方法将原料研磨成粉末，用高压机械把铬粉压制成块，然后通入氢气，在高温条件下去除非金属杂质，如：C、O、S和N，该方法的C、O含量均较低，但该方法反应时间长，氢气使用量大，生产成本很高。
综上所述，以氧化铬为原料生产的高纯金属铬，由于原料的化学性质，随着混料和温度控制的变化，通常碳和氧元素的偏析很大，产品成分不均匀，纯度低，无法应用到高温合金和靶材领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，采用复合脱气剂，可较好的将原料中的气体元素去除，产品杂质元素极低且质量均匀，可满足高温合金和高端靶材的使用要求。
本发明的技术解决方案是：
一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，包括如下步骤：
步骤一：将电解法生产的金属铬片破碎后，经粉碎制粉到粒度≤30目的粉体，所述金属铬片中Fe＜0.02％，Al＜0.01％，Si＜0.01％，氧＜0.7％，硫＜0.03％，然后与复合脱气剂混合，复合脱气剂为石墨类还原剂和金属类脱硫还原剂的混合物，混合时间4h～6h，得到混合料，其中，所述石墨类还原剂与金属铬片中的氧的重量比为0.75:1～0.9:1，金属类脱硫还原剂用量为原料硫元素质量的3倍～5倍；
步骤二：将上述混合料压制成Ф30mm×(18±2)mm圆锭，然后装入方形石墨料框内；
步骤三：将装有混合料圆锭的石墨料框放入真空炉内，抽真空，当真空炉内真空度≤5Mpa时开始升温，温度升至1400℃～1600℃，保温29h～35h后降温，当温度降至170℃时出炉，得到铬纯度≥99.9％的高纯金属铬产品。
步骤一中所述石墨类还原剂为石墨粉、活性炭中的一种，要求：碳含量≥99.9％，粒度为-500目，复合脱气剂中的金属类脱硫还原剂选用Sn、Pb元素中的一种，要求：主品位≥99.9％，粒度-500目。
所述金属铬片的粉碎粒度为30目，且要求-200目≤5％，以确保混合时物料的均匀性。
步骤二中混合料的压制圆锭的压力在20MPa～25Mpa，可有效增加碳粉和金属铬片的接触面积，促进反应完全。
本发明的有益效果：
(1)、以电解法生产的金属铬片为原料，由于原料呈片状且利于制粉，增加了反应物的接触面积，更利于反应的进行，且通过控制合适的混料时间，产品质量均匀。反应前，合理控制真空炉内的真空度，以降低物料空隙内的氧含量，提高产品品质。制备的高纯金属铬无需二次烧结，提高了产品的纯度以及资源化的利用率，目前，该产品已实现规模化生产，且成功应用到高温合金和靶材领域。
(2)以电解法生产的金属铬片为原料，外观呈片状，金属杂质含量低，气体杂质元素主要集中在表面，其中氧含量在0.4％～0.7％(主要以氢氧化铬形式存在)；硫元素含量在0.01％～0.03％，其制粉过程中粒度范围容易控制，提高了混料的均匀性，同时，产品中的气体元素含量远低于氧化铬，通过采用本发明的复合脱气剂，可以较好的将原料中的气体元素去除，产品杂质元素极低且质量均匀，得产品指标为(质量百分含量)：Cr≥99.9％，Fe＜0.02％，Al＜0.01％，硅＜0.01％，C＜0.012％，O＜0.03％，可以满足高温合金和高端靶材的使用要求。
具体实施方式
实施例1
步骤一：经电解法生产金属铬片制备30目且-200目≤5wt％的金属铬片粉，称取2.5吨金属铬片粉，经分析其含氧量为0.58wt％，硫含量为0.021wt％按照含氧量计算，添加复合脱气剂13.5kg，其中：石墨粉(碳含量≥99.9％，粒度为-500目)10.9kg，锡粉2.6kg，然后进行混合，混合时间为4h，得到混合料。
步骤二：将上述混合料压制成Ф30mm×16mm圆锭，压制圆锭的压力在20MPa，然后装入专用石墨料框内；
步骤三：将上述料框放入真空炉内，当真空炉内真空度达到4.2Pa时开始升温，温度升至1400℃，保温29h后开始降温，当温度降至170℃时出炉，得到高纯金属铬产品。
所得产品经分析其各元素成分如下：
实施例2
步骤一：经电解法生产金属铬片制备50目且-200目≤5wt％的金属铬片粉，称取2.5吨金属铬片粉，经分析其含氧量为0.54％，硫含量为0.019％按照含氧量计算，添加复合脱气剂13.25kg，其中：石墨粉(碳含量≥99.9wt％，粒度为-500目)11.5kg，铅粉(主品位≥99.9wt％，粒度-500目)1.75kg，然后进行混合，混合时间为5h，得到混合料。
步骤二：将上述混合料压制成Ф30*18mm圆锭，压制圆锭的压力在25Mpa，然后装入专用石墨料框内；
步骤三：将上述料框放入真空炉内，当真空炉内真空度达到5.0Pa时开始升温，温度升至1450℃，保温30h后开始降温，当温度降至170℃时出炉，得到高纯金属铬产品。
所得产品经分析其各元素成分如下：
实施例3
步骤一：经电解法生产金属铬片制备60目且-200目≤5wt％的金属铬片粉，称取2.5吨金金属铬片粉，经分析其含氧量为0.54％，硫元素含量0.023％，按照含氧量计算，添加复合脱气剂13.8kg，其中：活性炭粉(碳含量≥99.9wt％，粒度为-500目)12kg，锡粉(主品位≥99.9wt％，粒度-500目)1.8kg，然后进行混合，混合时间为4h，得到混合料。
步骤二：将上述混合料压制成Ф30*18±2mm圆锭，压制圆锭的压力在22Mpa，然后装入专用石墨料框内；
步骤三：将上述料框放入真空炉内，当真空炉内真空度达到4.0Pa时开始升温，温度升至1600℃，保温29h后开始降温，当温度降至170℃时出炉，得到高纯金属铬产品。
所得产品经分析其各元素成分如下：
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，其特征是：
包括如下步骤：
步骤一：将电解法生产的金属铬片破碎后，经粉碎制粉到粒度≤30目的粉体，所述金属铬片中Fe＜0.02％，Al＜0.01％，Si＜0.01％，氧＜0.7％，硫＜0.03％，然后与复合脱气剂混合，复合脱气剂为石墨类还原剂和金属类脱硫还原剂的混合物，混合时间4h～6h，得到混合料，其中，所述石墨类还原剂与金属铬片中的氧的重量比为0.75:1～0.9:1，金属类脱硫还原剂用量为原料硫元素质量的3倍～5倍；
步骤二：将上述混合料压制成Ф30×(18±2)mm圆锭，然后装入方形石墨料框内；
步骤三：将装有混合料圆锭的石墨料框放入真空炉内，抽真空，当真空炉内真空度≤5Mpa时开始升温，温度升至1400℃～1600℃，保温29h～35h后降温，当温度降至170℃时出炉，得到铬纯度≥99.9％的高纯金属铬产品。
2.根据权利要求1所述的复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，其特征是：步骤一中所述石墨类还原剂为石墨粉、活性炭中的一种，要求：碳含量≥99.9％，粒度为-500目，复合脱气剂中的金属类脱硫还原剂为Sn、Pb元素中的一种，要求：主品位≥99.9％，粒度-500目。
3.根据权利要求1所述的复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，其特征是：所述金属铬片的粉碎粒度为30目，且要求-200目≤5％。
4.根据权利要求1所述的复合脱气剂制备高温合金和靶材专用高纯金属铬的生产方法，其特征是：步骤二中混合料的压制圆锭的压力在20MPa～25Mpa。
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