[发明专利]用于生产稀土钢的镧铈铁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土金属材料，具体说，涉及一种用于生产稀土钢的镧铈铁合金及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种用于生产稀土钢的镧铈铁合金及其制备方法，制备的镧铈铁合金成分均匀、偏析小、杂质含量低、稀土收率高、成本低、无污染，应用到稀土钢中稀土收率高、效果显著，适合于大规模工业生产。

技术方案如下：

一种用于生产稀土钢的镧铈铁合金，镧铈的含量为0～95wt％，余量是铁以及总量小于0.5wt％的不可避免的杂质，其中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。

一种用于生产稀土钢的镧铈铁合金的制备方法，包括：

在电解镧铈铁中间合金的设备中，在氟化镧铈和氟化锂的氟化物熔盐电解质体系下，以氧化镧铈为电解原料，通入直流电电解得到镧铈铁中间合金；

将镧铈铁中间合金和铁作为的原料，采用熔兑法制备符合要求的镧铈铁合金；镧铈铁合金中，镧铈的含量为0-95wt％，余量是铁以及总量小于0.5wt％的不可避免的杂质，其中氧≤0.01wt％，碳≤0.01wt％，磷≤0.01wt％，硫≤0.005wt％。

进一步：电解镧铈铁中间合金的设备以石墨做电解槽，石墨板作为阳极，铁棒作为自耗阴极，阴极下方有盛装合金的接收器。

进一步：镧铈铁中间合金熔兑镧铈铁合金的设备为中频感应炉，熔兑过程在真空条件下进行，坩埚采用稀土氧化物坩埚。

进一步：接收器材质选用铁、稀土氧化物或者氮化硼。

与现有技术相比，本发明技术效果包括：本发明针对现有技术中存在的问题，开发了熔盐电解新工艺，制备的镧铈铁合金成分均匀、偏析小、杂质含量低、稀土收率高、成本低、无污染，应用到稀土钢中稀土收率高、效果显著，适合于大规模工业生产。

1、本发明中，镧铈铁合金优点是：

(1)杂质含量低。

本发明提供的镧铈铁合金由于采用纯氧化镧铈作为原料，冶炼坩埚为铁质和稀土氧化物质，引入杂质含量少。

(2)成分均匀，镧铈含量可控。

本发明所涉及的镧铈铁合金与自耗阴极相比，这种镧铈铁合金成分更加均匀，镧铈含量可精确控制。实践证明，用本发明合金可制备高性能稀土钢产品。

2、本发明公开的镧铈铁合金的制备方法优点是：

(1)采用氧化镧铈作为电解原料，所以电解过程中仅产生CO、CO₂和极少量的含氟气体，对环境污染小。

(2)采用纯铁棒作为自耗阴极，电解析出的镧铈与铁形成低熔点的镧铈铁合金，有利于降低电解温度。

(3)熔盐电解获得的镧铈铁中间合金经过真空熔兑后所获得的镧铈铁合金成分控制精确，由于在真空下熔炼，稀土烧损小，收率高、产品质量高。

3、开发和市场前景广阔。