可量产化的电解铬片脱气工艺的制作方法

838 编辑：中冶有色技术网来源：北京兴荣源科技有限公司

2023-09-20 17:17:17

本发明属于有色金属高温冶炼领域，特别涉及一种可以量产化的电解铬片脱气的生产工艺。解决了国内没有量产化高纯铬片的问题。

背景技术：

高纯金属铬是指主成分铬大于99.95％，杂质含量低，特别是氧、碳、氮、硫含量低的铬。其中，氧小于0.04％，碳小于0.025％，氮小于0.003％，s小于0.002％。高纯金属铬主要用作超级合金添加剂-生产飞机涡轮机的叶片，电气的触头、半导体、芯片溅射靶材等领域。

其中高端半导体、芯片、精密电子产品、汽车活塞环以及光学材料镀膜的铬靶，是由高纯脱气铬片/粒破碎后，热等静压成型。要求成品铬靶的铬含量大于99.95％，同时气体元素要求更严格：氧小于0.018％，碳小于0.005％，氮小于0.003％，s小于0.002％。

由于破碎过程中会增加氧含量，因此对脱气铬片的氧含量要求小于0.005％(即50ppm)。

目前全球能够量产做到脱气铬片的氧含量小于0.005％的，只有三家公司：俄罗斯的polema公司，日本的jmc(重化学)公司以及日本光正公司。其中polema和光正公司采用的是氢还原脱气的工艺，而jmc采用的是碳还原脱气的工艺。下表是三个厂家的产品数据：

相比之下，我国还没有一家能够量产达到氧含量小于0.005％(50ppm)的99.95％以上纯度的脱气高纯铬片/粒，使我国在高纯铬生产和研发领域一直受国外供应商的制约，在特殊国际环境下还可能会危害国家安全。

由国内专利cn102808092a(申请人：苏州晶纯新材料有限公司)公知了一种超低氧铬片的制备方法，采用的是氢还原脱气的工艺，通过在1000℃～1500℃之间、炉内氢气压为1～50pa的条件下，脱气1～10hrs，最终获得了最好可达到氧含量为60ppm的脱气电解铬片。

该工艺采用的实验室模式，装料氧化铝坩埚体积为500ml，也即装料重量为1.3kg左右，远没有达到量产的数量要求，成本太高，经济效益不足。且该专利实施案例中，最好的脱气结果中氧含量为60ppm，差于日本光正的上限30ppm和俄罗斯polema的50ppm。因此该专利的工艺没有实现量产，产品指标也没有达到要求。

国内也没有其他铬片脱气的相关专利。因此本发明将通过合理设计炉体结构、装料坩埚、装料方式、氢气流线路以及合理的温度控制，可实现电解铬片的氢还原脱气的量产效果，指标能达到国外同行最高水平。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决电解铬片氢还原量产脱气的技术问题，提供一整套的氢还原工艺，可以实现量产化。

根据上述目的，本发明技术方案为：

1，采用立式真空氢气炉，上部通入氢气、下部排出氢气；氢气从上部通到隔热屏外部，然后通过隔热屏的缝隙及热电偶的开孔等空间流入到隔热屏的内部，使得进入坩埚的氢气得到了预热，且减少了散热，有利于节省电能。

2，采用底部装料和出料方式：底装料传动系统采用滚珠丝杠升降机械结构，自动平衡装载、滚珠丝杠呈直线上下提拉运行方式，不仅装载量大、而且使传动更为平稳。

3，炉内四周和底部采用石墨或者钨、钼发热体进行加热；并采用石墨或者钨、钼金属隔热屏进行隔热；

4，采用多个坩埚分别进行独立装料，然后在坩埚上部放置厚度为0.05～0.5mm金属钼环或者石墨棉环，再将其他坩埚置于其上，以此类推......，最上层坩埚端面放置多孔挡板。坩埚装配方式及氢气流向，详见附图1；

5，坩埚底部做成筛网状，采用在底部开取尺寸为φ2mm～φ6mm的圆形孔，数量根据坩埚大小调整，开孔面积和底部总面积比为1∶8～1∶20；坩埚结构详见附图2。

6，最下层坩埚放置在带中心孔和连接通气管的底座上，底座和最下层坩埚之间也采用金属钼环或者石墨棉环进行密封。底座是氢气最后汇集和排出炉内的部件。

本发明的优点在于：

1、可实现电解铬片氢还原脱气的量产工艺，解决了国内不能量产出高纯脱气铬片的技术问题；

2、脱气过程中，氢气均匀流过所有铬片，确保得到均匀且超低气体含量的铬片，质量稳定可靠。

3、装炉、出炉方便，生产效率高，适合批量工业生产用。

附图说明

图1铬片脱气装炉图。

图2，坩埚结构图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。

采用原始电解铬片，氧含量为0.53％(wt.％)，松装密度为1.4g/cm3；

装料采用钨坩埚，坩埚尺寸为外径430mm，内径400mm，单个坩埚高度为88mm，底厚为8mm；底部开孔117个直径5mm的通孔，并均匀分布。总共装料8层，每层之间用0.5mm钼片密封，总共装料重量为115kg；

炉温均温区的温差为±10度，加热温度为1450度，升温时间为15hrs，保温时间为15hrs氢气流量为15l/min～30l/min；氢气压力为-0.1～+1.05mpa。冷却到50摄氏度以后，出炉。出炉后的每层氧含量结果如下表，氧含量都小于0.005％，满足高纯铬片对样含量的要求。

以上所述，仅是本发明的实施案例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明实质所做的技术参数或者尺寸等的变更，均数本发明技术方案保护范围内。

技术特征：

技术总结

本发明属于有色金属高温冶炼领域。本发明提供一种新型氢还原电解铬片的脱气方法，通过高温下氢和铬片的氧反应生成水，起到脱氧的效果。具体为：通过螺纹和焊接方式将联通管(1)和底座(2)连接好，检验不漏气后，将底座(2)放置在炉底盖中间。然后将连通管(1)连接到炉底出氢口处，确保管路连接不漏气。再将硬密封圈(4)放置于底座(1)上，确保四周位置均匀。然后将坩埚(3)放置在硬密封圈(4)上面。如此重复3～8个坩埚的安装，最后将端盖(5)放置在最上层的坩埚上面。装炉后，室温下抽真空到10Pa以下，通入纯度为99.9％以上的氢气，氢气压力保持正压为?0.1～1.5MPa，然后缓慢加热到1400度～1500度，保温5～20hrs，并在继续通氢气条件下冷却到50度以下，出炉。从而实现了量产氢还原生产高纯低氧电解铬片的工艺。

技术研发人员：王延龙;彭凌剑;李军

受保护的技术使用者：北京兴荣源科技有限公司

技术研发日：2017.07.25

技术公布日：2017.11.24

声明：

“可量产化的电解铬片脱气工艺的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)