Horno a presión

Los botes metálicos se cargan con óxido a una altura que varía de algunos mm hasta varios cm y se empujan en etapas a través del horno en tubos de acero resistentes a la corrosión a intervalos de tiempo específicos. Al introducir un nuevo barco en el tubo, la fila en frente es empujada hacia adelante por la longitud de un barco. El exceso de hidrógeno fluye a la dirección del flujo de tungsteno a contracorriente. El hidrógeno no sólo es responsable del propio proceso de reducción sino que también sirve para eliminar el vapor de agua formado y también actúa como atmósfera protectora en la zona de enfriamiento. El hidrógeno "humedecido" que sale del horno se seca hasta un punto de rocío deseado y se recicla al horno. Como se indica, el hidrógeno que tiene puntos de rocío más altos también se puede alimentar en el horno. 

El hidrógeno tiene que ser aplicado en gran exceso, lo que garantiza un flujo rápido sobre la capa de polvo. El exceso depende del tamaño de grano deseado (más pequeño para grueso y más alto para polvo fino). El intervalo está entre 2,5 y 40 veces estequiométrico.  

          

Los hornos Multitube (de 14 a 18 tubos dispuestos en dos filas) se usan con frecuencia en la actualidad. El material del barco, en la mayoría de los casos, es una aleación de hierro alta en Ni y Cr (lnconel). Más raramente, debido al alto precio, los barcos están hechos de TZM (aleación de molibdeno con Ti, Zr y C) o tungsteno puro.             La gran desventaja de las aleaciones de hierro es que la difusión de los elementos se produce en la capa de polvo de tungsteno en contacto. En este sentido, el Ni es el elemento más peligroso aunque ampliamente utilizado. Ni difunde rápidamente sobre los granos de tungsteno, debilitando así la superficie del fondo y la pared de los barcos. Con el tiempo, se forma una escala que contiene Ni, Fe, Cr y W. Esta escala se pega más o menos firmemente al barco. Después de varios viajes a través del horno, se vuelve más grueso y se desprende parcialmente, contaminando heterogéneamente el polvo de tungsteno. Las partículas de mayor tamaño pueden ser separadas por el proceso de selección siempre aplicado después de la reducción, pero las partículas más pequeñas permanecen en el polvo de tungsteno. Cuanto más alta sea la temperatura y la humedad, más pronunciada será la formación de incrustaciones. El material de aleación fundida (microestructura gruesa) muestra una mayor formación de incrustaciones en comparación con los botes de chapa laminada. Las aleaciones que contienen Co en lugar de Ni son más resistentes, pero el alto precio de Co las hace inaceptables para los barcos. Las aleaciones que contienen Co sólo se utilizan como tubos en hornos rotatorios.  

Los hornos se calientan con gas o se calientan eléctricamente en tres o cuatro zonas separadas. Las temperaturas del horno oscilan entre 600 y 1100 ℃. Para tamaños de grano W más pequeños y medios, se prefiere un perfil de temperatura para disminuir el tiempo necesario para la última etapa de reducción desde WO2 a W (reducción lenta, velocidad). Para tamaños de granos mayores (> 6 μm), se aplican condiciones de reducción isotérmicas.  

          

La reducción se realiza comúnmente en una etapa. Alternativamente, se puede aplicar una secuencia de reducción en dos etapas. En este caso, la primera etapa de reducción tiene lugar a una temperatura más baja (500-700 ℃, formación de óxido marrón, WO2) y la segunda etapa a 600-1100 ℃ (formación de metal de tungsteno).  

          

En la práctica industrial, las embarcaciones se cargan con un cierto peso de óxido (altura de la capa) y se empujan a través del horno con un perfil de temperatura dado y un rendimiento de hidrógeno. Después de alcanzar el equilibrio dinámico, se mide el tamaño de partícula del polvo metálico. Si el polvo no cumple los requisitos, se introducen ajustes de parámetros tales como cambio de temperatura, carga de la embarcación, rendimiento de hidrógeno o tiempo de empuje.

          

Después de la reducción, los polvos se tamizan en malla 60 (a veces también en malla 200) para eliminar contaminantes procedentes de materiales de horno o barco y se mezclan para formar un lote de polvo homogéneo. No es necesaria una atmósfera especial para la manipulación, ya que las superficies de los polvos se saturan rápidamente con oxígeno y vapor de agua. Sin embargo, por debajo de 1 μm, los polvos pueden ser pirofóricos y son necesarias precauciones, en particular por debajo de 0,5 μm. La reducción bajo flujo concurrente de hidrógeno es el método más efectivo para evitar la combustión de los polvos finos. Ya durante la etapa de enfriamiento en el horno, el polvo se pone en contacto con hidrógeno húmedo y la superficie se satura cuando el polvo sale del horno. En condiciones de flujo a contracorriente, el polvo tiene que saturarse lentamente con oxígeno. Esto puede lograrse mediante un almacenamiento de gas inerte (nitrógeno o argón que contiene pequeñas cantidades de oxígeno) o exponiendo el polvo a la atmósfera en pequeñas porciones para omitir el sobrecalentamiento local. Esto puede hacerse dejando el polvo en el barco durante aproximadamente 30 minutos. 

Es obvio que la capacidad del horno para tamaños de grano más pequeños, especialmente para polvo de tungsteno submicrónico, es baja. Sólo se pueden aplicar capas de polvo muy finas para retener los granos de crecimiento. Para mejorar la capacidad, se inventó una técnica de doble o triple embarcación. El barco de reducción está cubierto con uno o dos botes superiores de manera que permita el flujo de hidrógeno entre los barcos, de modo que la capacidad también para tamaños de grano más pequeños podría aumentar considerablemente.  

          

Los hornos modernos están totalmente automatizados, lo que significa que todas las variables pueden ser configuradas y controladas. La carga, empuje y descarga de los barcos se realiza por máquina.  

         

La ventaja del horno de tipo empujador en comparación con los hornos rotatorios es su flexibilidad en el cambio de una condición (tamaño de grano) a la siguiente y en su alta capacidad, especialmente para cualidades de polvo más finas. Las desventajas son un mayor consumo de energía, una mayor distribución de tamaño de grano, más contaminación por la escala de los barcos y mayores costos de mantenimiento. 

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