Шихта для внепечного получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами
Использование: для производства магнитных сплавов или лигатур, содержащих редкоземельные металлы, которые могут быть использованы для производства высокоэнергетических постоянных магнитов. Сущность изобретения: шихта, мас.%: фториды РЗМ 36-58; фториды железа 10-31; металлический кальций 22-26; флюсующая добавка 6-15. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з С 22 С 35/00, 1/00
ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (> (21) 4879622/02 (22) 05.11,90 (46) 30.01.93. Бюл. M 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт химической технологии и Силламяэское химико-металлургическое производственное объединение (72) В.И.Антонов, А.Д.Быков, А.Н,Быстров, M.Ì.Båðêëî8, В.Н.Кобозев, В.Д.Косынкин, В.П,Плотников и С.Н.Сысоев (56) Патент Японии
N 61-84340, кл. С 22 С 1/00, 1986.
Патент США М 4612047, кл. С 22 С
33/00, 1986.
Изобретение относится к получению сплавов и лигатур, содержащих редкоземельные металлы, которые могут использоваться для производства высокоэнергетических магнитов, Известна шихта, используемая в кальциетермическом способе получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами и содержащая фториды РЗМ, порошок металлического железа и хлорид кальция (1). В этом случае процесс, проводят в атмосфере инертного газа при температуре 7501000 С с выдержкой 1 час. Недостатками указанного процесса являются; — необходимость нагрева всего объема шихты до высоких температур, в течение длительного времени, что влечет за собой повышенный расход электроэнергии и малый срок службы реакционных тиглей; — использование сложного и дорогостоящего вакуумного печного оборудования.,, Ж „„1791462 А1 (54) ШИХТА ДЛЯ ВНЕПЕЧНОГО ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ СПЛАВОВ С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (57) Использование: для производства маг нитных сплавов или лигатур, содержащих редкоземельные металлы, которые могут быть использованы для производства высокоэнергетических постоянных магнитов.
Сущность изобретения: шихта, мас.7,: фториды РЗМ 36-58; фториды железа 10-31; металлический кальций 22 — 26; флюсующая добавка 6-15, 1 табл.
Наиболее близкой к предлагаемому по своей технологической сущности является шихта, используемая для осуществления внепечного кальциетермического,получения сплавов РЗМ-железо и РЗМ-железобор (2). B данном случае в качестве исходных материалов при составлении шихты используют стружку металлического кальция, фториды РЗМ и фторид железа при следующем соотношении компонентов. мас.:
Фторид РЗМ 18 — 35
Фторид железа 35 — 43
Металлический кальций 27- 33
Фторид железа является подогревающей добавкой, т.к; в результате его реакции с кальцием выделяется большое количество тепла, которое обеспечивает разогрев шихты до температуры не ниже 1800 С в полное расплавление и разделение металлической и шлаковой фаз. Плавки проводят в герметически закрытых реакторах в медных или стальных, футерованных фторидом кальция
1791462
20
40
50 тиглях. Масштаб плавок составлял менее 1 кг по слитку, Извлечение РЗМ. в слитки достигало 87-947 .. Полученные после восстановления слитки подвергаются рафинировочному переплаву для удаления шлаковых включений, .
Основными недостатками данной шихты являются: — недостаточно высокое извлечение
Р3М слиток; — необходимость проведения дополнительного переплава полученных слитков с целью удаления шлаковых включений и примеси кальция.
Целью предлагаемого изобретения является повышение степени извлечения РЗМ и умейьшение кблйчества кальция и шлаковых включений в слитках.
Указанная цель достигается путей дополнительного введения в состав шихты флюсующей добавки прй следующем соотношении компонентов (в 7; масс.) . Фторид.РЗМ 36-58
Фторид железа 10 — 31
Металлический кальций 22 — 26
Флюсующая добавка Остальное.
Введейие в состав шихты флюсующей добавки позволит:.понизить удельный тепловой эффект процесса за счет введения балласта, и понизить температуру шлаковой фазы в результате образования легкоплавких составляющих, Учитывая, что температура плавления сплава РЗМ-железо с содержанием 15-40 Д железа составляет 800-1200 С, а темпера:."тура плавления .шлака, содержащего 1030 масс. флюсующей добавки — 1000— . 1200 С, осуществление внепечного процес.са возможно при температуре 1400-1500 С.
Это обстоятельство позволяет — получать более богатый по Р3М сплав за счет снижения содержания фторида же леза в ших ге, = понйзить остаточное содержание в слитках кальция и шлаковых включений (CaFz) за счет их растворения во флюсующих добавках, улучшить разделение на границе . металл-шлак и, как результат этого, повы" сить степень извлечения РЗМ... Известно использование флюсукнцих добавок4ля сидения температуры гщавленйя шлаков и рафинирования сплавов при осуществлеиии печных процессов с подводом тепла извне. Для внепечных процессов, где температура развйвается за счет энергии,; выделяющейся -в результате ммических реакций, а тем более с целью понижения этой температуры, применение таких добавок нам неизвестно. Это дает право утверждать, что предлагаемые отличия существенны.
Следует отметить, что в качестве фторидов редкоземельных металлов используют, как фториды индивидуальных РЗМ (неодим, празеодим, тербий, диспрозий, церий, эрбий, самарий, гадолиний, европий, гадолиний) так и их смеси в любом соотношении, Фторид железа может применяться в виде дифторида или трифторида, или в виде их смеси. Флюсующей добавкой могут служить фториды кальция и магния, фториды магния и ли гия.
Введение флюсующей добавки снижает тепловой эффект реакции, сводя к миниму-му возможность выброса шихты, а образующиеся легкоплавкие шлаки позволяют получать хорошее отделение слитка за счет полйого разделения фаэ металл-шлак, что повышает извлечение РЗМ. Флюсующая добавка также хорошо растворяет в себе кальций и шлаковые включения, что понижает содержание последних в слитках., Пример ы: В укрепленно-лабораторном масштабе были проведены экспериментальные плавки на получение лигатур
РЗМ-железо при различных соотношениях компонентов шихты. В качестве флюсующей добавки использовался СаО2, Параллельно бь1ла проведена плавка на шахте, отвечающей по составу прототипу. Составы исходной шихты и результаты экспериментов приведены в таблице.
Из данных таблицы видно, что снижение содержания фторидов Р3М в шихте ниже 36 масс. приводит к понижению концентрации РЗМ s сплаве (ниже 607 масс.) и увеличению температуры плавления сплава (1200 С). Кроме того, соответственно увеличивается температура . процесса за счет увеличения концентрации фторида железа. Все это отрицательно сказывается на извлечении РЗМ в слиток и проводит к выбросам шихты (опыт 1).
Увеличение содержания фторидов РЗМ в шихте свыше 58 масс. (опыт 2) наоборот черезмерно понижает тепловой эффект процесса. В результате наблюдается плохое отделение металла от шлама и загрязнение металла шлаковыми включениями. Аналогичное явление можно наблюдать и в случае недостаточного количества фторида железа в шихте (опыт 5), При увеличении содержания фторида железа >31 Д масс., приводящее к увеличению температуры процесса (опыт 6) происходят выбросы шихты и понижение показателя по извлечению РЗМ в, слиток.
Большое влияние на показатели процесса оказывает содержание в шихте каль1791462. — понизить остаточйое содержайие в слитках примесей кальция и шлаковых включений; — повысить извлечение РЗМ в слиток, Примечание
Химический состав слитка в1аалечение
РЭМ в слиток.
Вес слитка кг. Онат
Состав шииты масс
РЗМРа
FeFy
Флюс1» ющая добавкаа
РЗМ
0.17
1.20
0.09
0,11 озо . 0.13
0.08
0.13
О. 15
0.12
0.15
0.13
0.81
0,05
0.17
0.09
1,25
79.5
79.4
90.3
89.6
77.3
91,2, 93.9
80.7
904
92.0 .
91.5
82.7
75,0
89.8
90.6
72.1
Выброс
06
0.72
0.70
0.68
0.73
0.71
0.68
0,66
0.72
0.69
0,68
0.68
0.72
0,8
0.70
0,69
0,95
12
l2
32
1О
31
20 го
29.
2В
16
69.6
61.0
78.4
69.5
53.3
80.1
60.94
63.3
69.5
70.47
70,10
57,30
56,43
62 86
72.75
43,6
46,42
23,78
37,76
20,34
25,97
45,55
18.69
37,85
35,46
27,39
28.2
28,66
38.07
42.43
35,83
26.11
52,8
0,51
4,50
0,45
0,47
2,80
0,31
0.45
0.42
0.37
2.3
0,50
0,43
3.1
0.29
О:44
0.36
2,4
24
24
24
24
24
24
24
21 27.
22
26
24
24
24
24
11
14
12 7
12
9
13
2
16
° 3
59
36
58
37
54
49
1,2
1.45
1.15
1 43
1.32
1.34
1,30
132
1.38
138
1.27
1.27
1.40
1.19
1,39
1.21
1.27
Сильный эыброс
Выброс илоны
Сильный выброс.:
° и
Составитель А. Быстров
Редактор С. Кулакова Техред M,Mîðãåí Tàë Корректор С.Патрушева
Заказ 134 Тираж . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ция, В случае недостатка кальция (опыт 9) извлечение Р3М падает. а в случае большо. го избытка (опыт 10) его содержание в сплаве черезмерно увеличивается.
Таким образом из приведенных данных 5 следует, что предлагаемый способ, по сравнению с прототипом-поэвоаит:1. Повысить степень извлеченйя Р3М в слиток
2, Значительно снизйть содержание в 10 слитках примеси кальция и шлаковых включений.
Предлагаемый состав шихты позволяет добиться следующих преимуществ по срав . нению с прототипом, 15 — значительно увелйчить масштаб плавок;
: —.. проводить плавки на воздухе в чугунных или графитовых тиглях; исключив из
: технологии использование герметичных ре- 20 акторов;1
3
4 .
5 в
10.
12
13
14
16
17
Il татин
Формула изобретенйя
Шихта для внепечного получения магнитных сплавов с редкоземельными метал-. лами, включающая фториды РЗМ, фторид железа и металлический кальций, о т л и ч.afo щ а я с я тем, что. с целью повышения степени извлечения Р3М и уменьшения ко- личества кальция и шлаковых включвний в слитках, она дополнительйо содержит флюсующую добавку при следующем соотнои7е- нии компонентов. мас.7:
Фторид Р3М 36-58
Фторид железа 10 — 31
Металлический кальций 22-26
Флюсующая добавка - Остальное
