[发明专利]铒硅铁合金及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金变质剂、孕育剂、球化剂制备领域，尤其涉及单一重稀土硅铁合金及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，由于球墨铸铁伸长率远低于钢材，其加工性能相对较差。通常情况下钢材伸长率可达20％以上。国标GB/T1348-2009《球墨铸铁件》中QT500-10牌号球墨铸铁伸长率10％，抗拉强度500MPa；QT500-10A牌号球墨铸铁伸长率7-10％，抗拉强度470-500MPa。

钇基重稀土硅铁合金已是良好的铸铁球化剂，它不但可以节约金属镁，且可大大改善劳动条件，更可贵的是具有优良的抗球化衰退能力，应用于大断面球铁件和流水作业线。采用钇基重稀土硅铁合金生产的球铁其铸态伸长率可达7-10％，抗拉强度520-580MPa。球墨铸铁件随伸长率增加，抗拉强度相应下降。

研制可以提高球墨铸铁伸长率同时提高其抗拉强度的球化剂有着迫切需要。

经检索，未见采用铒及铒硅铁合金作为球墨铸铁主要球化剂、孕育剂的技术方案。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明记载了铒硅铁合金及其制备和采用铒硅铁合金作球化剂、孕育剂，制取铸态伸长率可达≥14％，抗拉强度510-580Mpa的球墨铸铁的技术方案。

本发明的铒硅铁合金，包括RE15-30％，Si40-50％，Ca6-8％，其中Er/RE≥98％。

本发明铒硅铁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将铒料液用碱或可溶性碳酸盐沉淀，制成氢氧化铒或碳酸铒并洗涤干净。

步骤二：在氧化铒或步骤一所得氢氧化铒、碳酸铒中至少一种铒原料加入粘接剂混合均匀并制成干燥团块，其中氧化铒、氢氧化铒、碳酸铒以氧化物计Er₂O₃/RE₂O₃≥98％。

步骤三：将步骤二所得氢氧化铒或碳酸铒或氧化铒团块与硅铁屑、电石屑混合均匀，其中硅铁和电石为还原剂。

步骤四：将步骤三所得物料置于电弧炉中以≥1300℃熔炼15分钟以上。

步骤五：熔炼完毕后倒出熔炼物，将合金与渣分离制得铒硅铁合金。使用前破碎成合适粒度。

本发明铒硅铁合金的制备方法的优选方案之一是步骤三所述各物料比例以重量计硅铁/RE₂O₃＝(0.9-2.1)/1；电石/硅铁＝(0.28-0.71)/1。

本发明铒硅铁合金的制备方法的再一优选方案是步骤四中在加完氧化铒或氢氧化铒或碳酸铒团块及硅铁屑、电石屑混合物后其表面覆盖一层二氧化硅屑、萤石屑、生石灰粉混合物；所述二氧化硅/电石＝0.5；生石灰/二氧化硅＝0.5-2；萤石/生石灰＝0.5。由于二氧化硅、萤石、生石灰等物质熔融后比重远较熔融的铒硅铁合金及其它原料小，因此熔融的二氧化硅、萤石、生石灰等物质覆盖在熔融的铒硅铁合金及其它原料上面将原料及产物与空气隔离，防止原料损失。部分二氧化硅也可以参与反应，提高硅的利用率。同时熔融的二氧化硅、萤石、生石灰等物质具有助熔和造渣作用，加快原料的熔融和便于冷却后将渣与铒硅铁合金分离。模具中的合金及熔渣在空气中放置数小时后，熔渣成为粉末状，可轻易的将熔渣与合金分离。

本发明铒硅铁合金的制备方法的再一优选方案是步骤二所述粘接剂为废纸浆或废糖浆。由于氧化铒为粉末，冶炼初期易飘逸，未经干燥的无定形状态或颗粒细小的氢氧化铒、碳酸铒体积较大，干燥过程中易粘附于器壁而增加损失，且氢氧化铒干燥后硬度较大。本步骤的目的只是将无定形状态或颗粒细小的氢氧化铒、碳酸铒、氧化铒制成颗粒或团块状，以防止铒原料飘逸损失，提高铒元素的利用率及方便其与硅铁屑、电石屑在混合。因此，PVA、淀粉等灼烧后无残留物的有机物以及水玻璃、石灰等熔炼后能方便地与铒硅铁合金分离的物质均可用作本发明的粘接剂。按照取得和使用方便的原则，优选由废纸经浸泡后快速搅拌制得的废纸浆或蔗糖厂废糖浆作粘接剂。废纸浆或废糖浆等有机物粘接剂在≤800℃时首先分解成碳包裹住稀土元素，使稀土元素不致飞逸损失，并可与电石中的游离碳一起参与反应。

本发明铒硅铁合金的制备方法的再一优选方案是步骤二所述氢氧化铒或碳酸铒(合称稀土化合物)与粘接剂的重量比为粘接剂/稀土化合物(以REO计)＝(0.1-0.5)/1。

氢氧化铒、碳酸铒在≤1000℃时均分解为氧化铒，成为稀土氧化物。

在铒硅铁合金制备过程中发生如下反应：