Технология производства лигатур с редкоземельными металлами


На рис. 172 приведена температурная зависимость изменения изобарного потенциала реакций восстановления окислов церия, лантана и иттрия алюминием и кремнием в интервале 1200—2400 К. При восстановлении окислов алюминием и кремнием (окисление до двуокиси кремния) изобарный потенциал реакций незначительно зависит от изменения температуры. При силикотермическом восстановлении с образованием моноокиси кремния повышение температуры способствует восстановлению окислов. Кремний и алюминий являются сравнительно слабыми восстановителями и до чистого металла теоретически возможно восстановление лишь церия. Образование силицидов редкоземельных металлов в продуктах плавки значительно увеличивает термодинамическую вероятность восстановления окислов РЗМ.

Основным сырьем для производства лигатур с РЗМ служат окислы РЗМ иттриевой или цериевой подгрупп, концентрат окиси лантана, полирит [40—47% CeO2; 41—58% (La2O3 + Nd2O3 + + Pr6O11) и 2% (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + CaO + MgO)] и другие материалы, содержащие редкоземельные металлы.
Восстановителем является как вторичный, так и первичный алюминиевый порошок в зависимости от назначения лигатуры. Кроме того, в качестве шихтовых материалов используются ферросилиций марки ФС75, малофосфористая железная руда с содержанием железа не менее 63% и свежеобожженная известь; иногда применяют флюоритовый концентрат, содержащий более 95% фтористого кальция, и поваренную соль.

Окислы РЗМ и их концентраты поглощают из атмосферы влагу и углекислоту, что может отрицательно сказаться на результатах производства лигатур с РЗМ. При термографировании окиси лантана, выдержанной во влажной атмосфере, наблюдаются три эндотермических эффекта: два в районе температур 300—700° С относятся к удалению кристаллизационной влаги и третий — при 800—900° С — к разложению карбонатов.

Лигатуры с РЗМ выплавляют в наклоняющейся дуговой печи сталеплавильного типа ДСН-3 с номинальной мощностью трансформатора 1,8 MBA. Электропечь футеруют шамотным кирпичом (теплоизолирующий слой) и внутреннюю часть — магнезитовым. Арки загрузочного окна и летки выкладываются хромомагнезитовым кирпичом. Подина печи и стенки высотой 550—600 мм набиваются подовой и электродной массой. Свод печи собирается в водоохлаждаемом кольце на специальном шаблоне из клинового хромомагнезитового кирпича.

После коксования футеровки и разогрева печи проводят промывную плавку. Температура футеровки разогретой печи, подготовленной к выплавке лигатур, должна быть не менее 1700— 1750° С. В разогретой печи зажигают электрические дуги и загружают шихту. После проплавления всей шихты расплав еще выдерживают под током в течение 10—15 мин и сливают в изложницу, в которой он остывает 6—8 ч.

На 100 кг окислов РЗМ шихта содержит, кг:
При выплавке лигатур с РЗМ часто наблюдается недостаточно хорошее отделение металла от шлака, что, по-видимому, связано с влиянием окислов РЗМ на свойства оксидного расплава тройной системы CaO—Al2O3—SiO?, являющейся основой металлургических шлаков.

Для определения влияния окислов РЗМ на плотность и температуру плавления шлака были исследованы синтетические шлаки с добавлением окислов РЗМ, химический состав которых и результаты измерения плотности, температуры плавления и кристаллизации приведены в табл. 122.
Сплавление шлаков проводилось в молибденовых тиглях при температуре 1750° С. Плотность шлаков определяли пикнометрическим методом при 20° С. Температуры плавления и кристаллизации замеряли на установке конструкции ЦНИИЧМ.

Были определены те же характеристики лигатур с РЗМ двух составов:

1) 40,1 % РЗМ; 33,0% Si; 9,4% Al; 4,9% Ca; 0,03% С; 12,4% Fe;

2) 11,0% РЗМ; 52,4% Si; 7,8% Al; 6,3% Ca; 1,6% Mg; 0,017% С; 20,9% Fe.

Плотность металла составила для каждой из лигатур соответственно 3,95 и 3,26 г/см3, температура плавления 1490 и 1530° С, температура кристаллизации 1030 и 1050° С.

Как следует из табл. 122, добавки окислов редкоземельных металлов способствуют росту температур плавления и кристаллизации шлаков. Наряду с этим наблюдается закономерное возрастание плотности шлака по мере увеличения концентрации окислов РЗМ. Близость значений плотности металла и шлака затрудняет их разделение по плотности. Этим, возможно, и объясняются значительные потери металла в шлаках. Подбором оптимального состава шлака с добавлением флюорита и хлористого натрия удается в значительной степени улучшить разделение металлической и шлаковой фаз.

В слитке лигатуры с РЗМ наблюдается значительная ликвация. Так, в одной из плавок лигатуры в нижней части было 34,6% РЗМ и 6,7% Al, а в верхней части этого же слитка 26,9% РЗМ и 9,5% Al.

При промышленной выплавке лигатур с РЗМ получен следующий расход материалов на 1 т сплава, кг:





Яндекс.Метрика