CN114317890B - 一种稀土芯合金块及其制取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种稀土芯合金块，包括金属质保护壳套件和稀土芯。本发明的材料成分及分布达到了使合金化、脱氧或铸造孕育剂使用时溶解吸收更快、收率更高的和目的，本发明的构造减少或避免了渣液对稀土金属氧化，达到了提高用稀土金属对钢（铁）水进行合金化或脱氧时，节约稀土金属用量降低陈本的效果，本发明具有分割方便和计量精确的优点，本发明具克服了稀土金属在储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门金属桶等密封的繁琐及使用不方便的缺点。本发明提供的实现本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低使用成本、节约稀土资源极具积极意义。

Description

一种稀土芯合金块及其制取方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，尤其是一种稀土芯合金块及其制取方法。

背景技术

目前，钢水用稀土金属进行脱氧、合金化或改变夹杂物形貌时，由于稀土金属的比重小，稀土金属或漂浮在钢包内钢水与钢水液面之上的液态钢渣之间、液态钢渣直接氧化稀土金属严重，存在稀土金属的收得率低、稀土金属或合金浪费的缺点；再者，现有的稀土金属由于块度大，作为铸造用的孕育或球化的添加元素用时存在添加时精确计量和分割难度大的缺点，另外，作为稀土钢生产所用的稀土金属为轻稀土金属容易氧化通常采用专门金属桶密封或用油浸泡储存、运输。因此，若发明一种钢水用稀土金属进行合金化（以及脱氧或改变夹杂物形貌）时或铸造用稀土金属用作孕育或球化剂时，提供简便的分割（计量）条件的、可提高稀土金属的收得率、节约稀土金属用量、同时避免金属氧化且无需再浸泡在油中或采用专门的密封金属桶的稀土芯合金块及其制备方法，对改善稀土金属使用时的便捷性、提高钢水用稀土金属进行合金化稀土金属的收得率、降低使用成本成本、节约稀土资源极具积极意义。

发明内容

本发明的：主要针对上述情况，为克服现有技术之缺点，本发明之目的就是提供一种稀土金属进行合金化（以及脱氧或改变夹杂物形貌）时及铸造用稀土金属用作孕育或球化剂时，提供简便的分割（计量）条件的、可提高的稀土金属的收得率、节约稀土金属用量、同时避免金属氧化且无需再浸泡在油中或再采用专门的密封金属桶的稀土芯合金块及其制备方法。

本发明的技术方案为：提供了一种稀土芯合金块，包括金属质保护壳套件和稀土芯，稀土芯位于金属质保护壳套件内且与金属质保护壳套件的内壁紧密相贴，稀土芯中轻稀土金属的质量含量在17%－37%的范围之内，金属硅的质量含量在35%－46%，余量为金属铝和金属铁且金属铁的质量含量不大于3%，金属质保护壳套件为由不少于两个的中空盒件相互连接而成的样块，每个中空盒件由一个圆筒顶盒段、一个锥筒段和一个连接管段构成，圆筒顶盒段为上端面设有圆顶盖板的部件，圆顶盖板的中心部位设有连接管插装孔，锥筒段的大径端的内径和外径分别与圆筒顶盒段开口端的内径和外径一致，圆筒顶盒段的开口端与锥筒段的大端开口密闭相连，连接管段的一端与一个中空盒件上的锥筒段小径端密闭相通连，连接管段的另一端与另一个中空盒件的圆顶盖板上的连接管插装孔密闭相通连，圆筒顶盒段的外径不大于120mm、且圆筒顶盒段的高度不大于120mm，锥筒段的外圆锥面的锥尖角不大于120°，锥筒段的内圆锥面的锥尖角不小于锥筒段的外圆锥面的锥尖角，连接管段的外径不大于25mm，连接管段的管壁厚度不大于1mm，锥筒段的质量及锥筒段内稀土金属的质量之和与锥筒段及锥筒段内的稀土金属所占的体积之和的比大于圆筒顶盒段的质量及圆筒顶盒段内的稀土金属的质量之和与圆筒顶盒段及圆筒顶盒段内的稀土金属所占的体积之和的比。

所述的稀土芯的组成替换为：稀土芯中轻稀土金属的质量含量不小于98.5%。

所述的稀土芯的组成替换为：稀土芯中轻稀土金属的质量含量在10%～13%范围内， 金属镁的质量含量在15%～18%范围之内，余量为金属硅和金属铁且金属铁的质量含量不大于5%。。

所述的金属质保护壳套件为碳钢质保护壳套件。

所述的金属质保护壳套件为由不少于两个的中空盒件相互连接而成的样块，每个中空盒件由一个锥筒段、一个圆筒顶盒段构成，圆筒顶盒段由圆顶盖板和通透圆的管筒构成，锥筒段大径端的内径与外径分别与通透圆管筒的内径和外径一致，圆管筒的上顶端与圆顶盖板与密闭相连，圆管筒的下顶端与锥筒段的大端开口密闭通相连，每个中空盒件的锥筒段的小径端与另一个中空盒件的圆顶盖板固定相通连，锥筒段的小径端的外径不大于25mm，锥筒段的大径端的外径不大于156mm。

制取所述的稀土芯合金块的方法和步骤为：

步骤一：分别采用压力加工的方式用金属管制取锥筒段和圆筒顶盒段；

步骤二：将圆筒盖盒和锥筒段连接在一起制成一个中空盒件；

步骤三：将一个以上的中空盒件连接固定在一起制成金属质保护壳套件；

步骤四：将液态的稀土金属浇注到金属质保护壳套件内冷却凝固。

本发明的有益效果是：本发明的材料成分及材料的分布达到了使合金化、脱氧、铸造孕育剂使用时收率高、溶解吸收快的效和目的，本发明的构造减少或避免了渣液对稀土金属氧化，达到了提高用稀土金属对钢水进行合金化时的稀土金属收得率、节约了稀土金属用量的效果，本发明具有分割方便和计量精确的优点，同时减少了稀土金属在储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门的金属桶密封等繁琐作业并克服了使用不便的缺点，本发明提供的实现本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点，本发明对降低使用成本、节约稀土资源极具积极意义。

附图说明

图1为本发明的外形结构示意图。

图2为本发明的一个金属质保护壳套件的外形结构示意图。

图3为本发明的一个金属质保护壳套件的剖视图。

图4为本发明的一个浇注有稀土芯的中控盒件剖视图。

图5为本发明的浇注有稀土芯的中控盒件受力转动平衡原理图。

图6为本发明的浇注有稀土芯的中控盒件受力平衡原理图。

其中：1为稀土芯，2为中空盒件，3为圆筒顶盒段，4为锥筒段，5为圆顶盖板，6为连接管插装孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图6给出，本发明提供了一种稀土芯合金块，包括金属质保护壳套件和稀土芯1，稀土芯1位于金属质保护壳套件内且与金属质保护壳套件的内壁紧密相贴，稀土芯1中轻稀土金属的质量含量在17%－37%的范围之内，金属硅的质量含量在35%－46%，余量为金属铝和金属铁且金属铁的质量含量不大于3%，金属质保护壳套件为由不少于两个的中空盒件2相互连接而成的样块，每个中空盒件2由一个圆筒顶盒段3、一个锥筒段4和一个连接管段构成，圆筒顶盒段3为上端面设有圆顶盖板5的部件，圆顶盖板5的中心部位设有连接管插装孔6，锥筒段4的大径端的内径和外径分别与圆筒顶盒段3开口端的内径和外径一致，圆筒顶盒段3的开口端与锥筒段4的大端开口密闭相连，连接管段的一端与一个中空盒件2上的锥筒段4小径端密闭相通连，连接管段的另一端与另一个中空盒件2的圆顶盖板5上的连接管插装孔6密闭相通连，圆筒顶盒段3的外径不大于120mm、且圆筒顶盒段3的高度不大于120mm，锥筒段4的外圆锥面的锥尖角不大于120°，锥筒段4的内圆锥面的锥尖角不小于锥筒段4的外圆锥面的锥尖角，连接管段的外径不大于25mm，连接管段的管壁厚度不大于1mm，锥筒段4的质量及锥筒段4内稀土金属的质量之和与锥筒段4及锥筒段4内的稀土金属所占的体积之和的比大于圆筒顶盒段3的质量及圆筒顶盒段3内的稀土金属的质量之和与圆筒顶盒段3及圆筒顶盒段3内的稀土金属所占的体积之和的比。

所述的稀土芯1的组成替换为：稀土芯1中轻稀土金属的质量含量不小于98.5%

所述的稀土芯1的组成替换为：稀土芯1中轻稀土金属的质量含量在10%～13%范围内， 金属镁的质量含量在15%～18%范围之内，余量为金属硅和金属铁且金属铁的质量含量不大于5%。。

所述的稀土芯中轻稀土金属的质量含量在17%－37%的范围之内，金属硅的质量含量在35%－46%，余量为金属铝和金属铁且金属铁的质量含量不大于3%。

所述的金属质保护壳套件为碳钢质保护壳套件。

所述的金属质保护壳套件为由不少于两个的中空盒件2相互连接而成的样块，每个中空盒件2由一个锥筒段4、一个圆筒顶盒段3构成，圆筒顶盒段3由圆顶盖板5和通透的圆管筒构成，锥筒段4大径端的内径与外径分别与圆管筒的内径和外径一致，圆管筒的上顶端与圆顶盖板5与密闭相连，圆管筒的下顶端与锥筒段4的大端开口密闭通相连，每个中空盒件2的锥筒段4的小径端与另一个中空盒件2的圆顶盖板5固定相通连，锥筒段4的小径端的外径不大于25mm，锥筒段4的大径端的外径不大于156mm。

制取所述的稀土芯合金块的方法和步骤为：

步骤一：分别采用压力加工的方式用金属管制取锥筒段4和圆筒顶盒段3；

步骤二：将圆筒盖盒和锥筒段连接在一起制成一个中空盒件2；

步骤三：将两个以上的中空盒件连接固定在一起制成金属质保护壳套件；

步骤四：将液态的稀土金属浇注到金属质保护壳套件内冷却凝固。

实施例一：本发明用于钢水脱氧使用时，用碳钢管冲压、连接制成外径为108mm、内径为102mm、连接孔6直径为20mm的圆筒顶盒段3，圆筒顶盒段3的高度为30mm，用碳钢板冲压成外圆锥面的锥尖角为60°、内圆锥面的锥尖角为75°、连接管的壁厚为0.5mm、总高度为100mm的锥筒段4，将锥筒段4的连接管与圆筒顶盒段3的连接孔6密闭的连接在一起制成中空盒件，将三个中空盒件相连制成一个保护壳套件（见图1，必要时可以将更多的中空盒件连接在一起，也可以将单独的一个中盒件与稀土芯单独使用）。将成分为轻稀土金属（镧铈）含量25%、金属硅含量在40%、金属铁含量为2.5%、余量为金属铝的金属液，在适宜的温度下采用浇注的方式注入保护壳套件内，空冷凝固即得到稀土芯合金块。由于连接孔6的内径和连接管的外径小、连接管处的壁薄可以便捷的折断便于分割、计量准确使用（且连接管处分割的断茬与空气的接触面小并可简便的采用外配的铝箔纸进行粘贴密封储存），这样就避免了稀土金属被空气氧化现象发生，克服了储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门金属桶密封繁琐作业和使用不便。本发明用于钢水的合金化时，稀土芯合金块被投入到钢包内的钢水后，本发明的稀土芯合金块体积密度（碳钢的密度7.6 g/cm³左右、稀土金属的密度为4.2g/cm³左右）在钢水的密度（7.5g/cm³左右）和液态渣的密度（3.2g/cm³）之间，本发明的稀土芯合金块的外形结构在钢水和液渣的浮力以及自身重力的共同作用下，由于锥筒段4的锥尖端部位的体积密度（单位空间体积内的碳钢材料及稀土金属的质量之和）大于圆筒顶盒段3部位的体积密度，受力平衡时，本发明的稀土芯合金块的呈锥尖垂直向下的漂浮状态，（图5、图6为一个中空盒件受力状态分析图，空心箭头为圆筒顶盒段3和锥筒段4所受浮力方向，实心弧线箭头为受力不平衡时的转动方向），浸入钢水的部位受热后升温熔化，稀土金属芯渗入钢水，这样就减少钢水上面的液渣对稀土金属芯的氧化。保护壳套件一方面分隔了稀土芯直接与渣液接触并使液渣在保护壳套件表面凝固（因渣液导热系数小、粘度大）减少了渣液对稀土芯的氧化，与此同时，保护壳套件还增加了稀土芯合金块的体积密度使淹没在钢水中的体积增加，薄壁的保护壳套在钢水内迅速熔化使稀土芯中的脱氧成分金属铝、轻稀土金属镧铈、金属硅溶解到钢水中并与钢水中的溶解氧[O]反应形成液态产物（更容易上浮并在上浮过程中吸收钢水中的夹杂物），液态产物最终上浮到表面被液渣捕获，这样就达到了改善脱氧去夹杂的效果、并达到了减少脱氧合金消耗、降低成本的效果和目的。

实施例二：本发明用于钢水合金化使用时，用碳钢管冲压、连接成与实施例一尺寸相同的中空盒件，将三个中空盒件相连制成一个保护壳套件（见图1）。将温度适宜的镧铈金属液（镧铈的总含量为99.1%）采用浇注的方式注入保护壳套件内，空冷凝固即得到稀土芯合金块。由于连接孔6的内径和连接管的外径小减少了与空气的接触面并可简便的采用外配的铝箔纸进行粘贴密封，薄壁的连接管处可以便捷的折断，这样就避免了稀土金属被空气氧化现象发生，克服了储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门的密封金属桶繁琐和不便，本发明用于钢水的合金化时，稀土芯合金块被投入到钢包内的钢水后，本发明的稀土芯合金块体积密度（碳钢的密度7.6 g/cm³左右、稀土金属的密度为4.5 g/cm³左右）在钢水的密度（7.5g/cm³左右）和液态渣的密度（3.0g/cm³）之间，本发明的稀土芯合金块的外形结构在钢水和液渣的浮力以及自身重力的共同作用下，由于锥筒段4的锥尖端部位的体积密度（单位空间体积内的碳钢材料及稀土金属的质量之和）大于圆筒顶盒段3部位的体积密度，受力平衡时，本发明的稀土芯合金块的呈锥尖垂直向下的漂浮状态（图5、图6为一个中空盒件受力状态分析图，空心箭头为圆筒顶盒段3和锥筒段4所受浮力方向，实心弧线箭头为受力不平衡时的转动方向），浸入钢水的部位受热后升温熔化，稀土金属芯渗入钢水，这样就减少了钢水上面的液渣对稀土金属芯的氧化。保护壳套件一方面增加了稀土芯合金块的体积密度使淹没在钢水中的体积增加进而减少渣液的氧化、并增加了熔化、溶解、吸收的速度。这样就达到了提高钢水用稀土金属进行合金化时稀土金属收得率、减少稀土金属无效消耗、降低成本的目的。

实施例三：本发明用于稀土金属制取铸造孕育或球化剂时，用锥管机将碳钢管连续加工成圆筒顶盒段3（外径为120mm、内径为116mm、高度为30mm）、锥筒段4（小径端的外径为20mm，外圆锥面锥尖角为90°）三个中空盒件2相连的金属质保护壳套件，圆筒顶盒段3与锥筒段4连接处的碳钢壁的厚度0.4mm。将成分为轻稀土金属含量在12%范围内， 金属镁的质量含量在16%范围之内，金属铁的质量含量不大于2%，余量为金属硅的金属液，在适宜的温度下采用浇注的方式注入保护壳套件内，空冷凝固即得到稀土芯合金块。本发明用于稀土金属制取铸造孕育或球化剂时，锥尖处缩径处可以便捷的折断便于计量精确减速分割的不方便，稀土芯合金块被投入到熔炼炉后，本发明的稀土芯合金块的呈锥尖垂直向下的漂浮状态（图5、图6），浸入铁水的部位受热后升温熔化，稀土金属芯渗入铁水，这样就减少铁水上面的液渣或空气对稀土金属芯的氧化，在本实施例三中，保护壳套件一方面增加了稀土芯合金块的体积密度使淹没在钢水中的体积增加进而减少渣液或空气的氧化，并增加了熔化、溶解、吸收的速度。这样就达到了提高稀土金属制取铸造孕育或球化剂时的收得率、增加熔炼速度、改善使用时的便捷性的和目的。

上述技术方案、实施例一、实施例二及实施例三表明，本发明的材料成分及材料的分布达到了使合金化、铸造孕育剂、脱氧时收率更高、溶解吸收更快、脱氧效果更好的效果和目的，本发明的构造减少或避免了渣液对稀土金属氧化，达到了提高用稀土金属对钢水进行合金化时的稀土金属收得率、节约了稀土金属用量的效果，本发明具有分割方便和计量精确的优点，同时克服了稀土金属在储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门的密封金属桶繁琐和使用不便的缺点。本发明提供的实现本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对减少钢水稀土合金化的成本、节约稀土资源极具积极意义。

以上所述，仅为本发明较优的具体实施方式，但本发明的保护方位并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种稀土芯合金块，包括金属质保护壳套件和稀土芯（1），其特征在于：稀土芯（1）位于金属质保护壳套件内且与金属质保护壳套件的内壁紧密相贴，稀土芯（1）中轻稀土金属的质量含量在17%－37%的范围之内，金属硅的质量含量在35%－46%，余量为金属铝和金属铁且金属铁的质量含量不大于3%，金属质保护壳套件为由不少于两个的中空盒件（2）相互连接而成的构件，每个中空盒件（2）由一个圆筒顶盒段（3）、一个锥筒段（4）和一个连接管段构成，圆筒顶盒段（3）为上端面设有圆顶盖板（5）的部件，圆顶盖板（5）的中心部位设有连接管插装孔（6），锥筒段（4）的大径端的内径和外径分别与圆筒顶盒段（3）开口端的内径和外径一致，圆筒顶盒段（3）的开口端与锥筒段（4）的大端开口密闭相连，连接管段的一端与一个中空盒件（2）上的锥筒段（4）小经端密闭相通连，连接管段的另一端与经另一个中空盒件（2）的圆顶盖板（5）上的连接管插装孔（6）密闭相通连，圆筒顶盒段（3）的外径不大于120mm、且圆筒顶盒段（3）的高度不大于120mm，锥筒段（4）的外圆锥面的锥尖角不大于120°，锥筒段（4）的内圆锥面的锥尖角不小于锥筒段（4）的外圆锥面的锥尖角，连接管段的外径不大于25mm，连接管段的管壁厚度不大于1mm，锥筒段（4）的质量及锥筒段（4）内稀土金属的质量之和与锥筒段（4）及锥筒段（4）内的稀土金属所占的体积之和的比大于圆筒顶盒段（3）的质量及圆筒顶盒段（3）内的稀土金属的质量之和与圆筒顶盒段（3）及圆筒顶盒段（3）内的稀土金属所占的体积之和的比。

2.根据权利要求1所述的一种稀土芯合金块，其特征在于：所述的稀土芯（1）的组成替换为：稀土芯（1）中轻稀土金属的质量含量不小于98.5%。

3.根据权利要求1所述的一种稀土芯合金块，其特征在于：所述的稀土芯（1）的组成替换为：稀土芯（1）中轻稀土金属的质量含量在10%～13%范围内， 金属镁的质量含量在15%～18%范围之内，余量为金属硅和金属铁且金属铁的质量含量不大于5%。

4.根据权利要求1所述的一种稀土芯合金块，其特征在于：所述的金属质保护壳套件为碳钢质保护壳套件。

5.制取权利要求1~4任一项所述的稀土芯合金块的方法，其特征在于，步骤为：

步骤一：分别采用压力加工的方式用金属管制取锥筒段（4）和圆筒顶盒段（3）；

步骤二：将圆筒盖盒和锥筒段连接在一起制成一个中空盒件（2）；

步骤三：将一个以上的中空盒件连接固定在一起制成金属质保护壳套件；

步骤四：将液态的稀土金属浇注到金属质保护壳套件内冷却凝固。

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