一种冶金用稀土铝合金生产装置的制作方法

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种冶金用稀土铝合金生产装置。

背景技术：

稀土元素作为“工业维生素”，广泛地应用于材料、石化、轻纺、农业等多个领域。适量稀土加入到钢中主要有三大作用：净化钢液、变质夹杂、微合金化，可提高钢的韧塑性特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性；例如稀土可使高硬度的氧化铝夹杂转变成球状硫氧化物和铝酸稀土，显著提高钢的抗疲劳性能；稀土在晶界的偏聚能抑制磷硫和低熔点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合物，净化和强化晶界，消除低熔点杂质的有害作用，有利于改善塑性尤其是高温塑性等。钢中应用稀土后，可以起到细化夹杂、深度净化钢液和强烈微合金化作用，显著提高钢的韧、塑性和疲劳寿命，使钢更加强韧、耐热、耐磨、耐蚀。

喂丝法是比较合适的稀土加入到钢水中的方法。目前，国内外进行了多项稀土加入工艺的试验研究，在各自历史条件下均实现了规模生产，主要有：大包投入法、大包压入法、包内喷吹稀土粉法、模注中注管喂丝法、模内吊挂稀土金属棒法、钢包喂丝法、中间包喂丝法、结晶器喂丝法等八种方法。目前通行的方法主要集中在：钢包喂丝法、结晶器喂丝法这两种方法。其中结晶器喂丝法具有收得率高，工艺稳定的优点。

纯稀土丝容易氧化。常温下，纯稀土金属容易与空气中的氧反应，在表面产生稀土氧化物，而且部分稀土氧化物容易粉化，不断裸露出新鲜表面重新与氧反应而氧化。纯稀土丝的比表面积越大，越多的稀土元素接触到空气中的氧而氧化。因此稀土丝的保存成为限制其广泛应用的一个弱点。在加入时，钢水上方环境温度较高，氧化速率更大；在一定钢水深度时，由于稀土金属的气化，甚至发生沸腾现象。

目前申请名称为一种制备含稀土铝合金的方法(201610732657.6)，申请名称为一种稀土泡沫铝材料(201610836686.7)的专利申请提供的稀土铝合金不适宜用于冶金行业，专利一种铝硅稀土合金锭(201610141648.x)和一种稀土铝合金(201711254396.2)中提供的方法等不能实现稀土铝合金的连续生产。

为此，综上所说，连铸生产时，亟需一种能够生产易保存、工艺适应性强的含有稀土元素的金属，尤其是加入比较方便的稀土合金杆或稀土合金丝的连续工业化生产装置。

技术实现要素：

本发明提供一种冶金用稀土铝合金生产装置，本发明实现了铝元素和稀土元素的真空加料；解决了铝元素和稀土元素易吸气、氧化的现象，易于实现；也可以用于稀土铝铁合金、稀土铝硅合金、稀土铝钡合金等类似合金的杆或丝的生产。用该方法生产的稀土丝具有易保存、工艺适应性强的特点。

本发明的一种冶金用稀土铝合金生产装置技术方案为：

所述的冶金用稀土铝合金稀土元素的含量为0.5～11％，其中含有la和ce。

相同钢水条件下，金属元素的脱氧能力由强到弱的顺序是为：ca，mg，re(稀土元素)，al，ti，b，si，c，v，cr，mn。在脱氧、脱硫等工序，按照脱氧剂先弱后强的加入顺序，可使用al、si、mn等元素预脱氧后再加入稀土元素进行终脱氧等，将稀土元素与其他合金元素搭配使用。为实现稀土元素的合理、经济使用，将稀土元素合金化，形成稀土合金丝是一个很好的途径。另一方面，ca和mg高温下具有较大的蒸汽压，在保存方面也存在一定的难度。综合考虑，将稀土元素和铝元素混掺起来，形成稀土铝金属丝，可利于稀土元素的保存、加入和使用。

适量稀土加入到钢中起到有益作用，但当向钢水中加入过量稀土适得其反，不但不能使钢的性能改善，还会影响钢材的正常生产，甚至造成材料的报废。由于价格等方面的影响，稀土不宜做预先脱氧、脱硫剂，因此要求稀土铝合金中，应该以铝元素为主要脱氧、脱硫剂，稀土元素的含量不宜过高。

所述的冶金用稀土铝合金为含有稀土元素的金属丝，直径为2-12cm。

一种冶金用稀土铝合金生产方法所用的生产装置，包括依次连接的铝包、真空室，其中，铝包内储存铝液，导流管连通铝液和真空室，铝液进入真空室内进行脱气，真空室内设置有电磁感应加热容器，真空室上方设置有稀土块状材料加料仓，真空室内电磁感应加热容器出料口处设置有设置有连铸缓冲容器，连铸缓冲容器依次与真空室外的连铸机、轧机组连接。

铝液上层为覆盖剂，导流管一端位于覆盖剂下方的铝液内，导流管另一端位于真空室内电磁感应加热容器上方开口处。电磁感应加热容器可以设置一个以上。

稀土块状材料加料仓包括上料仓和下料仓，上料仓和下料仓之间通过料仓阀门连接，下料仓通过加料管道连通到真空室内电磁感应加热容器上方开口处，上料仓上方设置有加料盖，加料管道上设置有加料真空阀门，料仓和真空室通过加料真空阀门联接，铝元素和稀土元素的加入无需要破坏冶炼空间的真空环境。

稀土块状材料加料仓可以设置一个以上，各包括一个以上的上料仓和一个以上的下料仓。

电磁感应加热容器上设置有电磁感应加热容器支持和旋转装置。以控制电磁感应加热容器进行支持和旋转，便于将合金液体由电磁感应加热容器倒入连铸缓冲容器。

真空室下方或侧面与惰性气体充气装置连接；铝包下方设置有移动铝包升降装置；导流管通过导流管支持装置固定；导流管与真空室连接处设置有导流管密封圈；连铸缓冲容器通过滑动水口与连铸机连接。

用上述装置生产一种冶金用稀土铝合金的生产方法，包括以下步骤：

①铝的加入：铝水在减压和降温环境中进入电磁感应加热容器；

②稀土加入：在真空环境下，向电磁感应加热容器中加入稀土块状材料；

③合金均匀化：通过电磁感应加热，稀土块状金属逐渐熔化，铝液与稀土块状金属混合，最后形成成分比较均匀的合金液体；

④合金液体由电磁感应加热容器一次性地倒入连铸缓冲容器，合金液体通过连铸机形成梯形截面铝杆，或再经过轧机组轧制成横截面圆形的稀土合金线材。

以上步骤具体为：

①铝的加入。铝包内的熔融渣具有保温、隔绝空气和吸收铝水中的夹杂物的作用。在抽气泵动作用下，真空室内的密闭空间内真空度逐提高，并能产生负压，盛铝熔液容器内铝水沿管道上升到一定高度，并沿管道水平流动，转移到电磁感应加热容器上方，在重力的作用下，渣池上端的铝水流入到加热容器内。由于是在一定真空度的条件进行，同时在下降过程中降温，在降温和真空处理的双重作用下，可去除铝水或轻度结晶的铝水中的气体。铝水从铝包转移到加热容器和过程中，经历降温和真空处理过程，进入电磁感应加热容器。

②稀土加入。稀土元素经过上方的真空加料装置落入电磁感应加热容器内。料仓阀门将料仓分为上料仓和下料仓两部分，在布料时，关闭料仓阀门，打开上料仓加料盖，加入稀土块状材料，稀土块状材料存放在上料仓；加料时，打开料仓阀门，稀土块状材料由上料仓进入下料仓，关闭料仓阀门，打开真空阀门，稀土块状材料经过加料通道落入电磁感应加热容器。

③合金均匀化。在电磁感应加热容器内，铝液与稀土块状金属混合。通过电磁感应加热，稀土块状金属逐渐熔化，最后形成成分比较均匀的合金液体，并将液体的温度控制在一定范围内。

④合金成型。合金液体由电磁感应加热容器一次性地倒入连铸缓冲容器。合金液体不断地通过四轮式连铸机形成梯形截面铝杆，再经过后面的二辊轧机和y型轧机轧制成横截面圆形的稀土合金线材。

步骤②中所用稀土块状材料为la、ce或含有la和ce的混合稀土金属材料。

稀土块状材料的等效直径为5～20mm，长宽比或轴宽比不超过2。

la和ce的密度略大于铝的密度，相同铝水温度下，块体纯稀土材料尺寸越大，熔化需要的时间越长，沉到熔池底部的可能性越大。

本发明的有益效果为：本发明可使铝元素和稀土元素在真空环境内混合，成功克服了冶炼环境下稀土材料的氧化现象，在不破坏真空条件下实现了铝元素和稀土元素的加料；解决了铝元素和稀土元素易吸气、氧化的现象，原理和结构简单，易于实现。利用本发明提供一种冶金用稀土铝合金丝的生产方法，改变加入料仓的原材料的化学成分，也可以用于稀土铝铁合金、稀土铝硅合金、稀土铝钡合金等类似合金的杆或丝的生产。

附图说明：

图1所示为本发明的生产装置结构示意图。

其中：1-铝液，2-铝包，3-覆盖剂，4-真空室，5-导流管，6-电磁感应加热容器，7-料仓阀门，8-加料真空阀门，9-加料盖，10-稀土块状材料，11-上料仓，12-下料仓，13-加料管道，14-合金液体，15-连铸缓冲容器，16-连铸机，17-稀土合金杆，18-轧机组，19-稀土铝合金丝，20-电磁感应加热容器支持和旋转装置，21-铝包升降装置，22-导流管支持装置，23-惰性气体充气装置，24-导流管密封圈，25-滑动水口。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例1

一种冶金用稀土铝合金生产装置，包括依次连接的铝包2、真空室4，其中，铝包2内储存铝液1，导流管5连通铝液1和真空室4，真空室4内设置有电磁感应加热容器6，真空室4上方设置有稀土块状材料加料仓，真空室4内电磁感应加热容器6出料口处设置有设置有连铸缓冲容器15，连铸缓冲容器15依次与真空室4外的连铸机16、轧机组18连接。

铝液1上层为覆盖剂3(又称保护渣)，导流管5一端位于覆盖剂3下方的铝液1内，导流管5另一端位于真空室4内电磁感应加热容器6上方开口处。

稀土块状材料加料仓包括上料仓11和下料仓12，上料仓11和下料仓12之间通过料仓阀门7连接，下料仓12通过加料管道13连通到真空室4内电磁感应加热容器6上方开口处，上料仓11上方设置有加料盖9，加料管道13上设置有加料真空阀门8。

电磁感应加热容器6上设置有电磁感应加热容器支持和旋转装置20。

10.根据权利要求5所述的生产装置，其特征在于，真空室4下方或侧面与惰性气体充气装置23连接；铝包2下方设置有移动铝包升降装置21；导流管5通过导流管支持装置22固定；导流管5与真空室4连接处设置有导流管密封圈24；连铸缓冲容器15通过滑动水口25与连铸机16连接。

实施例2

一种冶金用稀土铝合金的生产方法，包括以下步骤：

①铝的加入：铝液1在减压和降温环境中进入电磁感应加热容器6；

②稀土加入：在真空环境下，向电磁感应加热容器6中加入稀土块状材料10；

③合金均匀化：通过电磁感应加热，稀土块状材料10逐渐熔化，铝液1与稀土块状金属混合，最后形成成分比较均匀的合金液体14；

④合金液体由电磁感应加热容6器一次性地倒入连铸缓冲容器15，合金液体14通过连铸机形成梯形截面铝杆，或再经过轧机组轧制成横截面圆形的稀土合金线材。

所用稀土块状材料为la、ce或含有la和ce的混合稀土金属材料。稀土块状材料的等效直径为5～20mm，长宽比或轴宽比不超过2。

实施例3

一种冶金用稀土铝合金生产的具体操作方法，包括以下步骤：

①铝液1储存在铝包2。在铝包2内，下层为铝液1，上层为覆盖剂3。在真空室4内达到一定真空度时，铝液1经过导流管5转移到真空室4内，并进入电磁感应加热容器6，电磁感应加热容器6的铝液达到一定体积后，移动铝包升降装置21和导流管支持装置22，调整铝包2和导流管5相对位置，停止加入铝液1。

②料仓阀门7和加料真空阀门8都关闭时，打开加料盖9，将稀土块状材料10装入上料仓11；关闭加料盖9。此时稀土块状材料10处于上料仓11，准备加入到下料仓12，料仓阀门7和加料真空阀门8处于关闭状态。

③加料真空阀门8关闭，料仓阀门7打开，稀土块状材料10进入下料仓料仓阀门11，关闭料仓阀门7。此时稀土块状材料10处于下料仓12，准备加入到加料管道13，料仓阀门7和加料真空阀门8处于关闭状态。

④料仓阀门7关闭，加料真空阀门8打开，稀土块状材料10进入加料管道13，关闭加料真空阀门8。稀土块状材料10加入到电磁感应加热容器6。

⑤在电磁感应加热容器6，铝液1和稀土块状材料10混合后被电磁感应加热，稀土块状材料10吸收热量逐渐熔化。在电磁作用的搅拌下，铝和稀土元素形成合金液体14。

⑥利用电磁感应加热容器支持和旋转装置20，将合金液体14由电磁感应加热容器6倒入连铸缓冲容器15，经过连铸机16形成一定形状的稀土铝合金杆17，稀土铝合金杆17在轧机组18作用下成型为一定直径尺寸的稀土铝合金丝19。

生产出的冶金用稀土铝合金，稀土元素的含量为0.5～11％，其中含有la和ce。所述的冶金用稀土铝合金为含有稀土元素的金属丝，直径为2-12cm。

实施例4

采用实施例3的方法，制备al92re8牌号稀土铝合金，生产过程如下：选择高纯铝(铝质量百分含量不低于99.7％)与稀土块状材料(稀土质量百分含量不低于99.7％)，按照al与re质量比为92：8的比例加入电磁感应加热容器6中，加热至880-900℃，保温30min，均匀温度成分，真空室内压力不高于0.5托(67pa)，浇注温度720-740℃，经连铸机16浇注成型后直接进入轧机组18，坯料温度入轧机前控制在480-520℃，控制入轧速度0.18-0.22m/s，终轧速度控制在6m/s，轧后线材规格φ9.5mm、φ12mm两种规格，根据炼钢工艺要求进行拉拔处理，最终稀土铝合金产品规格2-12mm。

根据炼钢生产试用，现有工艺方法的稀土金属直接加入钢包的收得率不大于15％，钢包喂稀土铝合金丝的稀土元素收得率60-70％，而采用本发明的装置得到的稀土铝合金丝的稀土元素收得率不低于80％。

稀土金属在空气中极易氧化，而以铝为主要元素的稀土铝合金在室温下会在表面形成一层致密的三氧化二铝氧化膜，可以隔绝空气，避免金属内部的氧化。