稀土铁合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土铁合金的制备方法，包括：非自耗阴极电解制备稀土铁中间合金；在电解槽内装入电解质，以石墨碳素板作为阳极，钨或钼材料作为阴极，钨钼阴极下方的坩埚作为接收器；在氟化稀土和氟化锂熔盐电解质体系中，以氧化稀土、铁为原料，通入直流电电解，在接收器内收得稀土铁中间合金；以稀土铁中间合金和铁为原料放入坩埚内，在中频感应炉内采用熔兑法对稀土铁中间合金进行进一步冶炼，得到稀土铁合金。本发明专利技术得到的稀土铁合金成分均一稳定、杂质元素含量低，密度和熔点接近于钢的密度和熔点，易于加入钢中；稀土铁合金可根本解决稀土在钢中的有效加入问题，能够准确控制钢中稀土的含量。

【技术实现步骤摘要】
稀土铁合金的制备方法
本专利技术涉及一种稀土铁合金的生产技术，具体说，涉及一种采用非自耗阴极电解及中频炉成分调控双联法的稀土铁合金的制备方法。
技术介绍
目前，钢铁是第一大金属结构材料，被广泛应用于建筑、能源、运输、航空航天等领域。稀土在钢中的应用及其研究也得到了迅猛发展，稀土加入钢水中可起脱硫、脱氧、改变夹杂物形态等作用，可提高钢材的塑性、冲压性能、耐磨性能以及焊接性能。各种稀土钢如汽车用稀土钢板、模具钢、钢轨等得到了十分广泛应用。在稀土钢生产过程中稀土的加入方法一直是科研工作这研究的重点，现有加入方法包括喂丝法、包芯线、稀土铁中间合金等多种形式，目前效果比较明显的是稀土铁中间合金加入法。制备稀土铁中间合金工艺技术主要有以下几类：(1)混溶法。混溶法也称作对掺法，主要利用电弧炉或中频感应炉，将稀土金属和铁混溶制得合金。该方法为目前普遍采用的方法，其工艺技术简单，能够制得多元中间合金或应用合金，但是也存在不足：1)稀土金属在铁液中容易局部浓度过高，产生偏析；2)该方法采用的原料为稀土金属，尤其对中重稀土金属而言，制备工艺复杂，成本较高；3)熔炼温度较高，由于以稀土金属和纯铁为原料，熔炼温度要求高。(2)熔盐电解法。熔盐电解法制备稀土铁中间合金主要是采用铁自耗阴极法。如中国专利CN1827860公开了一种熔盐电解生产镝铁合金工艺及设备，提出在高温条件下，熔解在氟化物溶体中的氧化镝发生电离，在直流电场作用下，镝离子在铁阴极表面析出，还原成金属镝，镝与铁合金化形成镝铁合金。这种方法生产成本低、工艺简单，但是也存在以下缺陷：合金中稀土、铁配分波动大，难控制，配分误差高达3％-5％，影响产品一致性。稀土钢生产中普遍采用氧化镁坩埚，根据文献《真空感应熔炼碳脱氧研究》(钢铁，2003年第38卷第6期，P275-278)研究表明，利用氧化镁坩埚冶炼稀土铁合金过程中会增加合金中氧含量，影响其加入到钢中的稀土收率及起到的效果。另外利用氧化镁、氧化铝或氧化钙坩埚冶炼稀土金属及合金过程中，稀土金属会与坩埚发生反应，给合金增加了杂质。可见，紧紧通过原料的精选来达到控制杂质含量的目的显然是不够的，冶炼过程中坩埚的选用也是一个重要的环节。但是，混溶法、熔盐电解法制备的稀土铁合金中氧含量比较高，加入钢包中后，生成的夹杂物易产生水口堵塞问题，影响正常出钢。混溶法、熔盐电解法制取稀土铁合金时，不能够实现稀土元素的精准控制。目前使用的坩埚在冶炼稀土金属及其合金还是会带入杂质。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是提供一种稀土铁合金的制备方法，采用非自耗阴极电解及中频炉成分调控双联法制备，得到的稀土铁合金成分均一稳定、杂质元素含量低，密度和熔点接近于钢的密度和熔点，易于加入钢中，能够根本解决稀土在钢中的有效加入问题，准确控制钢中稀土的含量，降低钢中应用稀土的成本。技术方案如下：一种稀土铁合金的制备方法，包括：非自耗阴极电解制备稀土铁中间合金；在电解槽内装入电解质，以石墨碳素板作为阳极，钨或钼材料作为阴极，将阴极下方的钨钼坩埚、碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚作为接收器；在氟化稀土和氟化锂熔盐电解质体系中，以氧化稀土、铁为原料，通入直流电电解，在接收器内收得稀土铁中间合金；以稀土铁中间合金和铁作为的原料放入碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚内，在中频感应炉内采用熔兑法对稀土铁中间合金进行进一步冶炼，得到符合要求的稀土铁合金。进一步，熔盐电解过程使用的铁的形态为块、丝、棒、粉或屑，制备的稀土铁中间合金中稀土含量大于60wt％，稀土铁中间合金中稀土含量控制精度在±2wt％；熔兑过程在真空条件或者保护气氛下进行，稀土铁合金中，稀土的含量小于60wt％，稀土铁合金中稀土含量的控制精度在±1wt％，稀土铁合金中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。进一步，电解过程阳极电流密度0.5-2.0A/cm2，阴极电流密度为5-15A/cm2；温度为1050±50℃，电流强度100-15000A。进一步，熔兑过程中，温度控制在1500±100℃，保护气体为氩气、氮气或混合惰性气体。进一步，含稀土氟氧化物涂层的碱土(碱金属)氧化物坩埚的制备方法，包括：涂层配料，将稀土氧化物、稀土氟化物、聚乙烯醇按照重量比100：0.2-50：5-15混合均匀；将涂层配料压制在碱土(碱金属)氧化物坩埚内壁上，在压机上将涂层与坩埚一起压制成型，压力控制在270-500Mpa；然后烘干、焙烧，得到含稀土氟氧化物涂层的碱土(碱金属)氧化物坩埚。进一步，涂层配料压制好后，放入干燥窑内自然干燥72-120小时，然后按照以下工艺焙烧：室温下升温到150℃保温2-3小时，升温速度每分钟不超过5℃；升温到1000℃下保温5-6小时，升温速度每分钟不超过10℃；升温到1350-1400℃保温10-11小时，升温速度每分钟不超过10℃；随炉冷却至100℃以下取出待用。进一步，碱土氧化物或者碱金属氧化物选用氧化镁、氧化铝或者氧化钙，涂层的密度为3-8g/cm3，涂层的孔隙度为5-20％。进一步，涂层的密度为3-7.5g/cm3或者6-8g/cm3。进一步，稀土氧化物选用氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化饵、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氧化钪中一种或者多种；稀土氟化物选用氟化镧、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化饵、氟化铥、氟化镱、氟化镥、氟化钇或者氟化钪中的一种或者多种；稀土氧化物与稀土氟化物中使用相同的稀土元素。本专利技术技术效果包括：1、本专利技术采用非自耗阴极电解及中频炉成分调控双联法制备得到稀土铁合金，稀土铁合金成分均一稳定、偏析小、杂质含量低。本专利技术采用熔兑法对稀土铁合金中稀土含量进行二次调控，稀土铁合金中稀土含量可精确控制，稀土铁合金的成分均匀，稀土铁合金中稀土含量可控制在±1wt％。由于在真空下或惰性气氛中熔炼，稀土烧损小，收率高、产品质量高。2、稀土铁合金的密度和熔点接近于钢的密度和熔点，易于加入钢中，应用到稀土钢中稀土收率高。稀土铁合金能够根本解决稀土在钢中的有效加入问题，能够准确控制钢中稀土的含量，降低钢中应用稀土的成本，无污染，效果显著，适合于大规模工业生产。稀土铁合金在钢中应用，能够大幅提高稀土钢的产品质量和综合性能，改善和提高钢材的塑性、低温冲击韧性、厚度方向性能和耐腐蚀性能。3、本专利技术提供的稀土铁合金由于采用稀土氧化物作为原料，冶炼坩埚也是同名稀土的氧化物坩埚，所以稀土铁合金引入杂质含量少。4、稀土铁合金在钢中应用能够显著提高稀土收得率，实现对钢水的深度净化，显著提高了冶炼稀土钢时稀土元素的收得率，改善和提高钢材的塑性、低温冲击韧性、厚度方向性能和耐腐蚀性能，降低了生产成本。5、本专利技术中提出的稀土铁合金中稀土元素以化合态的形式存在，抗氧化性好，热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土铁合金的制备方法，包括：/n非自耗阴极电解制备稀土铁中间合金；在电解槽内装入电解质，以石墨碳素板作为阳极，钨或钼材料作为阴极，将阴极下方的钨钼坩埚、碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚作为接收器；在氟化稀土和氟化锂熔盐电解质体系中，以氧化稀土、铁为原料，通入直流电电解，在接收器内收得稀土铁中间合金；/n以稀土铁中间合金和铁作为的原料放入碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚内，在中频感应炉内采用熔兑法对稀土铁中间合金进行进一步冶炼，得到稀土铁合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种稀土铁合金的制备方法，包括：
非自耗阴极电解制备稀土铁中间合金；在电解槽内装入电解质，以石墨碳素板作为阳极，钨或钼材料作为阴极，将阴极下方的钨钼坩埚、碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚作为接收器；在氟化稀土和氟化锂熔盐电解质体系中，以氧化稀土、铁为原料，通入直流电电解，在接收器内收得稀土铁中间合金；
以稀土铁中间合金和铁作为的原料放入碱土氧化物坩埚或者碱金属氧化物坩埚内，在中频感应炉内采用熔兑法对稀土铁中间合金进行进一步冶炼，得到稀土铁合金。


2.如权利要求1所述稀土铁合金的制备方法，其特征在于，熔盐电解过程使用的铁的形态为块、丝、棒、粉或屑，制备的稀土铁中间合金中稀土含量大于60wt％，稀土铁中间合金中稀土含量控制精度在±2wt％；熔兑过程在真空条件或者保护气氛下进行，稀土铁合金中，稀土的含量小于60wt％，稀土铁合金中稀土含量的控制精度在±1wt％，稀土铁合金中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。


3.如权利要求1所述稀土铁合金的制备方法，其特征在于，电解过程阳极电流密度0.5-2.0A/cm2，阴极电流密度为5-15A/cm2；温度为1050±50℃，电流强度100-15000A。


4.如权利要求1所述稀土铁合金的制备方法，其特征在于，熔兑过程中，温度控制在1500±100℃，保护气体为氩气、氮气或混合惰性气体。


5.如权利要求1所述稀土铁合金的制备方法，其特征在于，含稀土氟氧化物涂层的碱土金属氧化物或者碱金属氧化物坩埚的制备方法，包括：
涂层配料，将稀土氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉宝，高日增，吕卫东，杨鹏飞，李园，侯复生，申孟林，孙牧，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15