способ получения ферробора повышенной чистоты для производства магнитных сплавов типа nd-fe-b

Формула изобретения

Способ получения ферробора повышенной чистоты для производства магнитных сплавов типа NdFeB, включающий перемешивание борсодержащего материала с алюминиевым порошком и внепечное восстановление реакционной смеси в кокиле, отличающийся тем, что перед перемешиванием с порошком алюминия борсодержащий материал обжигают на воздухе при температуре 300-500°С в течение 3 ч, а в качестве борсодержащего материала используют смесь борной кислоты с порошковым оксидом железа в соотношении 1:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области литейного производства и металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к способам получения ферросплавов.

Известен способ получения металлических сплавов системы Fe-B-Si-C с высоким содержанием бора, основанный на плавлении и восстановлении измельченной железной руды и измельченного борсодержащего материала при вдувании флюса, содержащего Аl₂O ₃, вместе с другими материалами и горячим воздухом в вертикальную печь с уложенными слоями углистого материала [1].

Недостатками известного способа являются, во-первых, большое содержание примесей (Al, Si, С), обусловленное введением флюса, во-вторых, сложность технологической схемы.

Известен также способ получения ферробора путем многоступенчатого восстановления [2].

Недостатками данного способа являются, во-первых, большие затраты электроэнергии, во-вторых, высокое содержание углерода, в-третьих, сложная технологическая схема.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ внепечной плавки ферробора, получаемого из боратовой и железной руд с использованием железно-термитного осадителя [3].

Ферробор, полученный данным способом, непригоден для производства магнитных сплавов типа Nd-Fe-B вследствие содержания в нем вредных примесей, таких как углерод, кремний и алюминий.

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения содержания углерода, кремния и алюминия в получаемом ферроборе.

Поставленная задача достигается тем, что перед перемешиванием с порошком алюминия борсодержащий материал обжигают на воздухе при температуре 300-500°С в течение 3 часов, а в качестве борсодержащего материала используют смесь борной кислоты с порошковым оксидом железа в соотношении 1:1.

Ферробор, используемый в производстве редкоземельных магнитов типа NdFeB должен содержать 10-15% В и иметь минимальное содержание вредных примесей, таких как С, Al, Si, Cr, Мn и др. Некоторые производители магнитов используют в качестве борсодержащего сырья чистый бор, который плохо усваивается магнитным сплавом и содержит до 5% углерода. Также используют стандартный FeB марок ФБ17-ФБ20, которые обычно производятся для легирования сталей, содержащих примеси Si (3-12%), Al (3-10%).

В данном изобретении процесс обжига необходим для разложения борной кислоты до борного ангидрида (В₂О₃), исходя из сущности алюминотермического восстановления. Разложение Н₃ВО₃ осуществляется путем совместного обжига с оксидом железа в соотношении (1:1) близкому к стехиометрическому, что позволяет снизить энергозатраты. При уменьшении процента борной кислоты в исходной смеси снижается содержание борного ангидрида после обжига, что уменьшает процентное содержание бора в ферроборе, и при этом повышается расход алюминия вследствие восстановления избыточных окислов железа. Увеличение Н₃ВО₃ более 50% не выгодно, т.к. после обжига в смеси образуются крупные агломераты с размерами до нескольких сантиметров, которые необходимо дробить, что приводит к увеличению энергозатрат.

Обжиг смеси (Fе₂О₃+Н ₃ВО₃=1:1) производится при температуре 300-500°С в течение 3 часов. При увеличении температуры обжига смеси более 500°С часть оксида бора уносится в атмосферу с парами воды, что приводит к снижению содержания бора в ферроборе. При снижении температуры обжига менее 300°С происходит неполное разложение борной кислоты, что также приводит к снижению содержания бора в ферроборе. Обжиг менее 3 часов не позволяет борной кислоте полностью разложиться до борного ангидрида, в результате содержание бора в ферроборе снижается. Увеличение времени обжига более 3 часов нецелесообразно, т.к. дальнейшее разложение борной кислоты не происходит и приводит к расходу электроэнергии.

После этого в обоженную смесь добавляют порошковый алюминий. Расчет количества алюминия ведется по известной методике определения процентного содержания А1, необходимого для восстановления металла и сплава из окислов.

Способ осуществлялся следующим образом.

Исходные материалы (порошковый оксид железа и борная кислота) смешивают в смесителе до однородной массы. Затем смесь загружают в металлические емкости и обжигают при температуре 300-500°С в течение 3 часов.

После этого прокаленную смесь смешивают с алюминиевым порошком, загружают в кокили и нагревают до 300°С. Предварительный нагрев смеси перед началом реакции позволяет снизить расход алюминиевого порошка и сохранять жидкоподвижность шлака до полного выхода из него металла и газов, выделяющихся при затвердевании слитка.

Затем смесь сжигают внепечным способом с верхним запалом. Старт алюминотермической реакции с верхним запалом реакционной смеси не требует дополнительного технологического переоснащения, а сама схема проста по оформлению, т.к. порошкообразная шихта находится под слоем расплава.

После остывания кокилей производят выбивку слитков ферробора.

Полученный ферробор исследовали химическим и рентгено-спектральным методами.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили плавку по способу, описанному в [3]. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Из приведенной таблицы видно, что качество ферробора, полученного по предлагаемому способу, значительно выше, чем по способу [3].

Таким образом, предлагаемый способ получения ферробора повышенной чистоты для производства магнитных сплавов типа NdFeB, позволяет повысить качество ферробора за счет использования недорогого борсодержащего материала и порошкового алюминия, получаемого на предприятии [4]. А также снизить энергозатраты за счет использования стандартного технологического оборудования, не требующего дополнительного переоснащения.

Источники информации

1. Патент Японии №3-2221, кл. C 22 C 33/04, 1984, опубл. 1985.

2. Патент Японии №4-29731, кл. C 22 C 33/04, 1984, опубл. 1984.

3. Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Восстановление окислов металлов алюминия. - М.: Металлургия, 1967, с.195.

4. Заявка на изобретение №2001105734/02 (005882), Россия, МПК 7 B 22 F 9/08, 9/06, от 28.02.2001.