CN103361543B - 一种铈铁合金及其制备、使用方法 - Google Patents

一种铈铁合金及其制备、使用方法 Download PDF

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一种铈铁合金及其制备、使用方法，属于稀土铁合金技术领域。该合金成分范围为：铈含量为0.1～15wt%，余量为Fe以及总量小于1.0wt%的不可避免杂质。制备工艺是采用真空感应炉熔炼，用纯度大于99.0%的金属铈和纯度大于99.0%的纯铁作为原料，按照铈含量为0.1-15wt%，余量为Fe配料后，在真空感应炉中进行熔化，真空室压力控制在不大于100Pa。冶炼温度控制在1550～1600℃，合金全部熔化后，在真空状态下保持4～6min，然后解除真空，在采用氩气保护气氛条件下浇铸成合格尺寸的铸锭。优点在于：合金致密度高，不易氧化、粉化、吸潮等，稀土铈在炼钢过程中收得率高、成分稳定。

Description

一种铈铁合金及其制备、使用方法
技术领域
本发明属于稀土铁合金技术领域，特别是提供了一种铈铁合金及其制备、使用方法，适用于钢铁冶金。
背景技术
在优质钢的生产过程中，稀土在钢中的应用一直是冶金工作者的重要研究内容。稀土不仅对钢液杂质元素的去除(氧、硫等)有明显效果，而且对钢的韧性、耐磨性、耐腐蚀性等重要性能的改善所起到的独特效果也已经得到了广泛的认同。但尽管如此，稀土的加入方法和稀土含量的稳定控制一直是广大冶金工作者所研究和关注的对象。
稀土的添加方法通常可以分为以下几类：(1)纯稀土添加。将稀土金属制备成棒、包芯线等形式，并采用向钢液中直接压入、用喂线机喂入等工艺进行合金化。但这种工艺的不足是稀土容易氧化，使用和保存均较为困难，钢液中稀土收得率不稳定，成分均匀性较差。(2)采用稀土合金的方法添加。为了克服以上纯稀土添加带来的不足，目前在实际生产中得到应用的有不同种类的稀土铁合金，如：稀土硅铁、稀土铝铁、稀土铝锰铁等稀土合金，这些铁合金具有防氧化性强、加入方便、有较好精炼效果等优点，但这些稀土铁合金的显著不足是：在其合金中通常含有较高含量的硅、铝、锰等合金元素，导致了这些合金的使用范围受到了很大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铈铁合金及其制备、使用方法，解决了稀土铁合金中通常含有较高含量的硅、铝、锰等合金元素，导致了这些合金的使用范围受到了很大限制的问题。
本发明不仅给出了稀土铁合金的成分，并提出了其相关制备和应用工艺。
本发明合金的成分范围为：铈含量为0.1-15wt%，余量为Fe以及总量不大于1.0wt%的不可避免杂质。
本发明合金的制备工艺是采用真空感应炉熔炼，用纯度大于99.0%的金属铈和纯度大于99.0%的纯铁作为原料，按照铈含量为0.1-15wt%，余量为Fe配料后，在真空感应炉中进行熔化，真空室压力控制不大于100Pa，越低越好。冶炼温度控制在1550～1600℃，合金全部熔化后，在真空状态下保持4～6min，然后解除真空，在采用氩气保护气氛条件下浇铸成合格尺寸的铸锭。
上述所采用的氩气保护气氛条件下浇铸是指：合金熔炼完毕，打开真空室侧门，然后将通有氩气保护气体的环形钢管水平放置在感应炉炉口(高出炉口50～100mm)，该氩气环钢管的内侧密集布置有2～3mm直径的小孔,小孔中心间距为10～20mm，其氩气出流方向水平指向感应炉上口中心，气体总流量为300～800L/min。
本发明所制备的铈铁合金用于炼钢，是在炼钢用RH真空精炼炉内添加；其添加工艺为：当盛有钢液的钢包到达RH精炼工位时，首先将RH浸入管插入钢包内400～500mm,然后进行真空处理，按照冶炼品种的要求进行脱碳、脱气、脱氧和脱硫等操作，在此基础上从真空室高位料仓加入上述所制备的铈铁合金，其加入量按照所冶炼钢种的要求计算，铈的收得率按照60～85%计算，然后在真空条件下钢液循环5～7分钟。破除真空，进行浇铸。
本发明的优点在于：
(1)合金适用的钢材冶炼品种广。由于该合金不含有其它合金元素，因此对所冶炼钢液的成分不会造成影响，可以适用于不同钢液成分的含稀土钢品种；
(2)合金致密度高，不易氧化、粉化、吸潮等，存放时间长，容易保存。
(3)使用简单、方便。由于该合金不易氧化，所以不需要专门的加入方法，采用常规的投入法按照冶炼工艺需要加入到精炼炉(尤其适用于炼钢用RH真空精炼炉)内，搅拌均匀即可。
(4)稀土铈的收得率高且稳定。
具体实施方式
实施例1(高铈含量铈铁合金制备)：
(1)配料：纯铁：含量大于99.0wt%Fe。 金属铈：含量大于99.0wt%Ce。余量为不可避免的杂质成分。称量纯铁850Kg，金属铈150Kg。
(2) 将以上称量好的纯铁和金属铈分布均匀地装入到公称容量为1吨的真空感应炉内。然后关闭真空炉，保证熔炼室处于与外界隔绝状态。
(3)打开真空系统，将真空室压力控制到60Pa以下。然后开始送电加热熔化。
(4)熔化完毕，并控制合金温度为1570℃，搅拌5min。
(5)破除真空，从侧面打开真空罐门，然后用通有氩气保护气体的环形钢管水平放置在感应炉炉口(高出炉口60mm)，该氩气环钢管的内侧密集布置有2mm直径的小孔,小孔中心间距为15mm，其氩气出流方向水平指向感应炉上口中心。氩气总流量为610L/min。然后进行正常的浇铸操作。
(6) 对所得到的合金成分进行取样检验，Ce含量为13.5wt%，其余为Fe，杂质元素总量为0.8wt%。达到本发明的成分要求。
实施例2(高铈含量铈铁合金在炼钢上应用)：
冶炼合金结构钢40Cr。冶炼工艺：100吨电弧炉—LF精炼炉—RH真空脱气炉—连铸。
针对以上合金，其适用的添加方法是在炼钢用RH真空精炼炉内添加。其添加工艺为：当盛有钢液的钢包到达RH精炼工位时，首先将RH浸入管插入钢包内470mm,然后进行真空处理，按照要求进行脱气、夹杂物去除等操作，在此基础上从真空室高位料仓加入所制备的铈铁合金(Ce含量为13.5wt%)100Kg，然后在真空条件下钢液循环6分钟,取样分析成分得到Ce含量为0.01%，收到率为74%。成分满足要求，破除真空，进行浇铸。
实施例3(中等铈含量铈铁合金制备)：
(1)配料：纯铁：含量大于99.0wt%Fe。 金属铈：含量大于99.0wt%Ce。余量为不可避免的杂质成分。称量纯铁930Kg，金属铈70Kg。
(2) 将以上称量好的纯铁和金属铈分布均匀地装入到公称容量为1吨的真空感应炉内。然后关闭真空炉，保证熔炼室处于与外界隔绝状态。
(3)打开真空系统，将真空室压力控制到40Pa以下。然后开始送电加热熔化。
(4)熔化完毕，并控制合金温度为1580℃，搅拌5min。
(5)破除真空，从侧面打开真空罐门，然后用通有氩气保护气体的环形钢管水平放置在感应炉炉口(高出炉口60mm)，该氩气环钢管的内侧密集布置有2mm直径的小孔,小孔中心间距为15mm，其氩气出流方向水平指向感应炉上口中心。氩气总流量为530L/min。然后进行正常的浇铸操作。
(6) 对所得到的合金成分进行取样检验，Ce含量为6.6wt%，其余为Fe，杂质元素总量为0.8wt%。达到本发明的成分要求。
实施例4(中等铈含量铈铁合金在炼钢上应用)：
冶炼合金结构钢20MnB。冶炼工艺：100吨电弧炉—LF精炼炉—RH真空脱气炉—连铸。
针对以上合金，其适用的添加方法是在炼钢用RH真空精炼炉内添加。其添加工艺为：当盛有钢液的钢包到达RH精炼工位时，首先将RH浸入管插入钢包内480mm,然后进行真空处理，按照要求进行脱气、夹杂物去除等操作，在此基础上从真空室高位料仓加入所制备的铈铁合金(Ce含量为6.6wt%)100Kg，然后在真空条件下钢液循环6分钟,取样分析成分得到Ce含量为0.0053%，收到率为80%。成分满足要求，破除真空，进行浇铸。
实施例5(低铈含量铈铁合金制备)：
(1)配料：纯铁：含量大于99.0wt%Fe。 金属铈：含量大于99.0wt%Ce。余量为不可避免的杂质成分。称量纯铁980Kg，金属铈20Kg。
(2) 将以上称量好的纯铁和金属铈分布均匀地装入到公称容量为1吨的真空感应炉内。然后关闭真空炉，保证熔炼室处于与外界隔绝状态。
(3)打开真空系统，将真空室压力控制到80Pa以下。然后开始送电加热熔化。
(4)熔化完毕，并控制合金温度为1580℃，搅拌5min。
(5)破除真空，从侧面打开真空罐门，然后用通有氩气保护气体的环形钢管水平放置在感应炉炉口(高出炉口60mm)，该氩气环钢管的内侧密集布置有2mm直径的小孔,小孔中心间距为15mm，其氩气出流方向水平指向感应炉上口中心。氩气总流量为380L/min。然后进行正常的浇铸操作。
(6) 对所得到的合金成分进行取样检验，Ce含量为1.9wt%，其余为Fe，杂质元素总量为0.7wt%。达到本发明的成分要求。
实施例6(低铈含量铈铁合金在炼钢上应用)：
冶炼合金结构钢20MnB。冶炼工艺：100吨电弧炉—LF精炼炉—RH真空脱气炉—连铸。
针对以上合金，其适用的添加方法是在炼钢用RH真空精炼炉内添加。其添加工艺为：当盛有钢液的钢包到达RH精炼工位时，首先将RH浸入管插入钢包内480mm,然后进行真空处理，按照要求进行脱气、夹杂物去除等操作，在此基础上从真空室高位料仓加入所制备的铈铁合金(Ce含量为1.9wt%)100Kg，然后在真空条件下钢液循环6分钟,取样分析成分得到Ce含量为0.0016%，收到率为84%。成分满足要求，破除真空，进行浇铸。

Claims (3)

1.一种铈铁合金，其特征在于，合金成分范围：铈含量为0.1～15％,余量为Fe以及总量不大于1.0％的不可避免杂质；
该铈铁合金制备方法为：采用真空感应炉熔炼，用纯度大于99.0％的金属铈和纯度大于99.0％的纯铁作为原料，按照铈含量为0.1～15％，余量为Fe配料后，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼时真空室压力不大于100Pa，冶炼温度控制在1550～1600℃，合金全部熔化后，在真空状态下保持4～6min，然后解除真空，在采用氩气保护气氛条件下浇铸成合格尺寸的铸锭。
2.一种权利要求1所述的铈铁合金的制备方法，其特征在于，
采用真空感应炉熔炼，用纯度大于99.0％的金属铈和纯度大于99.0％的纯铁作为原料，按照铈含量为0.1～15％，余量为Fe配料后，在真空感应炉中进行熔炼，熔炼时真空室压力不大于100Pa，冶炼温度控制在1550～1600℃，合金全部熔化后，在真空状态下保持4～6min，然后解除真空，在采用氩气保护气氛条件下浇铸成合格尺寸的铸锭；
所采用的氩气保护气氛条件下浇铸是指:真空下合金熔炼完毕，打开真空室侧门，然后将通有氩气保护气体的环形钢管水平放置在感应炉炉口，高出炉口50～100mm，该氩气环钢管的内侧密集布置有2～3mm直径的小孔，小孔中心间距为10～20mm,其氩气出流方向水平指向感应炉上口中心，气体总流量为300～800L/min。
3.根据权利要求1所述的铈铁合金的使用方法，其特征在于，该铈铁合金用于炼钢，是在炼钢用RH真空精炼炉内添加；其添加工艺为：当盛有钢液的钢包到达RH精炼工位时，首先将RH浸入管插入钢包内400～500mm，然后进行真空处理，按照冶炼品种的要求进行脱碳、脱气、脱氧和脱硫操作，在此基础上从真空室高位料仓加入上述所制备的铈铁合金，其加入量按照所冶炼钢种的要求计算，铈的收得率按照60～85％计算，然后在真空条件下钢液循环5～7min，破除真空，进行浇铸。
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