Шихта для внепечного получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами Советский патент 1993 года по МПК C22C35/00 C22C1/00 

Изобретение относится к получению сплавов и лигатур, содержащих редкоземельные металлы, которые могут использоваться для производства высоко- энергетических магнитов.

Известна шихта, используемая в каль- циетермическом способе получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами и содержащая фториды РЗМ, порошок ме- таллического железа и хлорид кальция 1. В этом случае процесс .проводят в атмосфере инертного газа при температуре 750- 1000°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.

Наиболее близкой к предлагаемому по своей технологической сущности является шихта, используемая для осуществления внепечного кальциетермического0получения сплавов РЗМ-железо и РЗМ-железобор 2. В данном случае в качестве исходных материалов при составлении шихты используют стружку металлического кальция, фториды РЗМ и фторид железа при следующем соотношении компонентов, мае.:

Фторид РЗМ18-35 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

VI

О

Ј

ON

N3

тиглях. Масштаб плавок составлял менее 1 кг по слитку. Извлечение РЗМ. в слитки достигало 87-94%. Полученные после восстановления слитки подвергаются рафинировочному переплаву для удаления шлаковых включений.

Основными недостатками данной ших-. ты являются:

- недостаточно высокое извлечение РЗМ слиток;.

-необходимость проведения дополнительного переплава полученных слитков с целью удаления шлаковых включений и примеси кальция. .:,

Целью предлагаемого изобретения является пбвышение степени извлечения РЗМ и уменьшение количества кальция и шлакб- выхвключений в слитка. . у; .. : ; - Указанная цель Достйгаётсй путём дополнительного введения в состав шихты флюсующей добавки при следующем соотношении компонентов (в % масс.): Фторид.РЗМ36-58 Фторид железа 10-31 Металлический кальций 22-26 Флюсующая добавка Остальное. Введение 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% железа составляет 800-1200°С, а темпера- тура плавления .шлака, содержащего 10- 30% масс, флюсующей добавки - 1000 - 1200°С, осуществление внепечного процесса возможно при температуре 1400-1500°С. Это обстоятельство позволяет: - получать более богатый по РЗМ сплав за счет снижения содержания фторида же- лёза вШ«хтё;:...-;... .....-,.. . %он;йзит;ьбтстаточное содержание в слитках кальция и шлаковых включений (CaF2) за счет их растворения во флюсующих добавках, улучшить раздёл ёйие на границе ; металл-шлак и., как результат этого, повы- CMffc степень извлечения РЗМ.

Известно использование флюсующих добавок д/«я енШйнйя Гемпературы плавлений шлаков и рафинирования1 сплавов при осуЩё с подводом тепла извне. Для внепечных процессов, гдр температура развивается за счет энер- гйи,: выделяющейбя § результате химических реакций, а тем более С целью понижений 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, гадоли-. ний) 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 лйтияГ -..,- . .: . -.- - : :

Введение флюсующей добавки снижает

тепловой эффект реакции, сводя к мийиму- му возможность выброса шихты, а образующиеся легкоплавкие, шлаки позволяют

получать хорошее отделение слитка за счет полного разделения фаз металл-шлак, что

повышает извлечение РЗМ. Флюсующая добавка также хорошо растворяет в себе кальций и шлаковые включения, что понижает содержание последних в слитках.

/Примеры: В укрепленно-лабораторном масштабе были проведены экспериментальные плавки на получение лигатур РЗМ-железо при различных соотношениях компонентов шихты. В качестве флюсующей добавки использовался CaCte. Параллельно была проведена плавка на шихте, отвечающей по составу прототипу. Составы исходной шихты и результаты экспериментов приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что снижение содержания фторидов РЗМ в шихте ни: же 36% масс, приводит к понижению концентрации РЗМ в сплаве (ниже 60% 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 чрезмерно 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% 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 кальция. В случае недостатку кальция (опыт 9) извлечение РЗМ падает, а в случае большого избытка (опыт 10) его содержание в сплаве чрезмерно увеличивается.

Таким образом из приведенных данных следует, что предлагаемый способ, по сравнению с прототипом позволит:

1. Повысить степень извлечения РЗМ в слиток, : :...; - /; .: .;; V ;

2. Значительно снизить содержание в слитках примеси кальция и шлаковых включений.

Предлагаемый состав шихты позволяет добиться следующих преимуществ по сравнению с прототипом:.;: -

-значительно увеличить масштаб n/ia- вок; ....-.. :- . - . .-:. ;. .,.:; .. -./ : .-;: ...,

. проводить плавки на воздухе в чугунных или графитовых тиглях, исключив из технологии использование герметичных ре- акторов; - . .. ;- . ; ..; .. ; ;

- понизить остаточное содержание в слитках примесей кальция и шлаковых включений;

- повысить извлечение РЗМ в слиток.

Формула изобретения , Шихта для внепечного получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами, включающая фториды РЗМ, фторид железа и металлический кальций, от л ича- ю щ а я с я тем, что, с целью повышения степени извлечения РЗМ и уменьшения количества кальция и шлаковых включений в слитках, она дополнительно содержит флюсующую добавку при следующем соотнош ний компонентов, мас.%:

Фторид РЗМ36-58 Фторид железа 10-31/ Металлический кальций 2.2-26 Флюсующая V:: : :; i: добавка Остальное

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.