稀土硅铁合金的粉化及防治措施

后勤部长 · 发表于 2011-5-3 08:33

合金的粉化现象

某些稀土中间合金放置在空气中会自动粉化，特别是用稀土精矿为原料生产的合金和碳热还原法生产的合金，粉化倾向更为严重，有的仅在几十分钟内就全部粉化成暗灰色的粉末，装桶的块状合金曾因粉化发生过爆炸。据观察，合金粉化时逸出的气体常有刺鼻的气味，会自烯并伴有爆裂声。有粉化倾向的合金在潮湿空气中会加快粉化过程。粉化的合金给传统应用领域造成一定困难。

将易粉化合金置于研究其粉化过程的装置中，收集到的气体以氢气为主，还原少量的PH3和AsH3等。排出的氢气量和总气体与时间关系曲线如图1和图2所示。

图1 合金粉化逸出氢量与时间关系

图2 合金粉化逸出气体体积变化情况

据文献报道，合金在空气中粉化后，其质量增加0.62%左右。磷含量变化为0.07%，砷含量变化为0.01%。

表1 合金粉化前后部分元素分析结果单位：%

炉号	状态	O	P	Fe	RE	Si
A-30	未粉块粉末入水后	0.05 0.06 0.02	0.65 0.53 0.41	27.30 27.30 27.33	21.33	46～48
A-32	末粉块粉末入水后	0.08 0.07 0.03	0.59 0.50 0.43	25.54 24.73 25.27	18.07	46～48

采用纯净原料，在真空感应炉中冶炼出的稀土硅铁合金和稀土硅化物也有粉化现象。

合金粉化的原因分析

影响合金粉化的因素很多，如冶炼温度杂质含量、冷却速度和周围环境的温度等。在实践中长期观察发现，凡易粉化合金一般晶粒比较粗大，结构疏松，特别是在图3所示的Ⅱ区组分的合金，在空气中会自动粉化。这个区域的边线外延到硅铁线上，其范围恰好也是硅铁易粉化区。因此合金粉化的主要原因可能是易粉化组成的合金缓慢冷却时，稀土硅化物或ξ相硅铁在晶粒边界析出，析出的化合物被空气中水气所氧化，体积膨胀而使合金粉碎。

合金遇水会加速粉化，析出的气体有电石味，因此可以推断粉化与合金中夹杂有微量的碳化物或渣相有关。

防止合金粉化的措施

（1）提供原料碱度，降低原料中有害杂质含量提高原料碱度，可以有效降低合金中的硅含量，使其处于易粉化区以外。但碱度的变化会影响到整个冶炼过程。降低原料中有害杂质，特别是磷的含量至关重要，在稀土精矿脱铁时只要注意控制温度和碱度，必要时增加一些强化措施如添加少量硅铁就可以保证渣中磷含量符合要求。南京冶金研究所采用稀土精矿粉在高碱度下直接炼硅铁合金，使磷进入大气和渣中，所得的合金不粉化。

图3 稀土合金粉化区域图

（2）提高出炉温度提高出炉温度要防止合金中混入渣等杂物，渣铁分离较好；出炉温度提高后，也易于进行包中处理。

（3）浇铸薄锭和水淬处理浇铸薄锭和水淬均是加快合金的冷却速度，防止合金偏析，细化晶粒的措施，对抑制合金粉化有一定效果。尤其是水淬，操作简单，水淬前后合金化学成分变化不大，具体数据列于表2。但水淬后合金粒常有空心，堆密度较小，还需对这种处理方式进行深入一步试验。北京科技大学采用氩气制粉，可以使合金粉直接用于喷吹装置。

表2 水淬前后合金化学成分比较单位：%

试样	RE	Si	Fe	Ca	Mg	P	Al
水淬前水淬后	18.55 18.79	55.73 51.35	16.73 20.36	2.53 2.14	0.14 0.17	0.018 0.024	0.96 0.90

粉化合金的使用与处理

（1）直接应用于喷吹法或包芯线中对稀土在钢铁中应用的传统加入方法-冲入法来说粉化合金的粒度太小，表面能较大，难免漂浮在需处理的钢液或铁液的表面被白白氧化掉，使处理工艺失败。但目前，随着稀土加入方法的改进，喷吹法、包芯线喂丝法已推广和应用，块状的合金需粉碎到一定粒度，具有一定形态才能适用。从大量分析数据看，合金粉化前后化学变化不大，表面的氧化层也很薄，不至影响使用。

（2）配制其他品种合金我国除稀土硅铁合金是采用硅热还原法冶炼的以外，其他品种的合金大多采用熔融配料法生产。

（3）重熔处理粉化后的合金在配有一定碱度的稀土富渣（或冶炼稀土合金后的废渣）保护下进行重熔处理，稀土品位略有提高，硅含量略有下降，具体数据列于表3，重熔后合金一般不再粉化。

表3 合金重熔前后主要化学成分比较单位：%