一 钇基重稀土硅铁合金的炼制

以氢氧化稀土为原料，以消石灰为粘结剂压成固块，采用硅铁和碳化钙为复合还原剂，在三相电弧炉内炼制。

(一) 工艺流程 (二) 技术条件

复合还原剂与稀土氧化物的比值（Ca+Si/Re₂O₃)为1~2；复合还原剂中钙与硅的比值为0.2~0.4；二氧化硅的加入量为碳化钙的0.5倍；氧化钙加入量与二氧化硅量的比值0.2~0.5；二次电压60~65伏；二次电流1300~1500安。

(三) 炉型

极心圆直径180~190毫米；炉膛直径，上部450毫米，下部400毫米；炉膛高度400毫米；极心圆直径与电极直径之比为1.8~1.9；炉膛直径与极心圆直径的比值为2.36~2.24。

二 钇基重稀土硅铁合金炼制中的几个问题

众所周知，制取重稀土硅铁合金时，稀土原料占总成本的很大比例，只有高收率才能低成本。实践表明，重稀土硅铁合金的炼制工艺特点，是一种少渣或无碴熔炼过程，欲获得较高的稀土实收率，当熔炼完毕时，必须是少碴的。因此，首先要严格控制配料中的熔剂加入量，尽可能减少渣量；这是与利用控制渣的碱度，通过造渣来完成熔炼工艺过程所不同之处。熔炼重稀土硅铁合金时的碱度，对合金中稀土品位和实收率的影响，不是很明显的，有时甚至酸性渣亦可获得稀土品位和实收率均较满意的结果。正因为它具有少渣这个特点，所以对于炉渣可采用直接返回配料加以回收，无须另外处理。其次工艺中采用电石和硅铁作复合还原剂，为了防止碳化硅的形成，又引进了硅石来消除，因此在配料时即使尽量控制渣量，但仍配有一定量的熔剂。例如当配料比Ca+Si/R₂O₃ =1.5；Ca/si=0.25时，每添加3公斤的氢氧化稀土原料时，需配入桂铁1.84公斤，电石0.65公斤，硅石0.19公斤，石灰0.4公斤，当熔炼完毕后，而合金重量约为2.6公斤，一般渣量只有0.2公斤左右，也就是说，在熔炼过程中有相当数量的物质，必须从烟尘或气相逸出，因此收尘问题应引起足够重视。第三为了使上述硅、钙等化合物进入烟尘或气相，完成高收率的少渣熔炼，那么必须有足够高的高温区才能实现，因此我们认为重稀土硅铁合金的熔炼温度约在1600~1800℃的提法是不够确切的。实践表明，在炉型结构上，一定直径的炉膛，必须配备有一定直径的电极，才能使熔炼时有较大的电弧区，否则仍实现不了少渣熔炼，也就得不到较高的稀土实收率，因此，溫度長炼制重稀土硅铁合金的一个很重要的因素，通常电弧区的温度可达3000℃左右，“弧光满面，才能收率高”，这种经验之谈，与重稀土硅铁合金的炼制是借助于电弧来完成的看法是一致的。在生产实践中，敝开式电弧炉上要覆盖炉盖，以防止炉温下降和减少电弧氧化程度，也是这个道理。致于电石的作用，美国专利为了改进硅热还原工艺，添加了电石作为复合还原剂，北京有色金属研究总院，综合比较了硅热法及添加电石的优点，在硅热还原采用电石的同时，又引进了硅石的方法，实践表明这对于强化还原反应，提高合金中稀土品位与收率是有利的。但由于电石是高熔点的物质，如果在工艺条件上选择不当时，这种有利作用是难于达到的，所以有时会得出添加电石反而不如不加电石的结论来。这是由于添加电石又引进硅石，旨在发生下列两个反应。CaC₂+2Si→2SiC+Ca，2SiC+SiO₂→3Si+2Co。但该两个反应都是要在一定的高温下才能进行。同在实现少渣熔炼的条件下，从试验结果进行比较，不加电石的稀土实收率一般较引进电石的约低10%左右。

三 非纪重稀土元素的球化效果

钇基重稀土硅铁合金中的稀土元素，除了含有占稀土量50%左右的钇外，还有近40%的其它重稀土元素，它们主要是镱、铒，镝等元素，根据资料普遍认为Mg、Ce、y具有肯定的球化能力，而这些非钇重稀土元素，对铸铁能不能起球化作用呢？或者是起相反的作用？为此赣州有色冶金研究所与佛山球墨铸铁研究所于七十年代对镱、铒、镝等非钇重稀土元素的球化能力作了初步探讨，试验表明除钇外，铒、镱、镝等这些非钇重稀土元素也同样表现了非常良好的球化能力。经过球化处理后的各种重稀土球铁和其它球铁一样，都得到比较理想的机械性能指标。特别应该指出，重稀土铒球铁，表现出异常好的综合机械性能，不仅铸态时韧性较高，正火等温淬火后均有较理想的延伸率。因此，不能认为非钇重稀土元素对球化无作用，只是因为与钇共生，难以分离才被保留下来，这一发现既为我们进一步发展和完善我国自己的无镁稀土球化剂谱型提供了一项有益的参考资枓，同时又为我们今后如何从低钇的下料中来炼制重稀土硅铁合金，进一步降低合金成本提供依据。

四 用途与展望

钇基重稀土珪铁合金经多年来的应用，据用户要求，品种增加，现已发展为十几个品种，其用途可分为三类，即冰化剂（含球铁焊条）、孕育剂和添加剂。

从一九七三年始，北京有色金属研究院、佛山球墨铸铁研究所、清华大学、中山大学、沈阳铸造所、东北工学院、南京工学院、江西省机械科学研究所、赣州有色冶金研究所等十多个单位对钇基重稀土及钇族各单一重稀土硅铁合金的研制及其涑化性能进行了系统的研究，并将其应用于大断面球铁件和浇注流水作业线。宋山轧辊厂和鞍山轧辊厂曾生产过直径4>805x1200毫米热轧薄板钇基球铁轧辊，并通过部级鉴定，不仅机械性能达到标准要求，使用寿命比原轻稀土镁球铁轧辊提高一倍左右。无锡柴油机厂、广州重机厂和红岩机械厂用钇基重稀土硅铁合金试制成功8300曲轴，效果良好。无锡市压缩机厂浇铸的大断面曲轴，铸态性能由QT60—2提高到QT80—2以上。武汉重型机械厂还生产过大吨位钇基重稀土球铁结构件，其中最重的达28吨，机械性能普遍达到QT70—2水平。佛山水泵厂先后浇注过2000吨油压机φ670毫米实心活塞，骨牌φ20毫米3W—3B高压柱塞泵实心曲轴，并试制过大型2SK—250水环真空泵主轴（直径4>272毫米长4000毫米重2.1吨）效果良好。南昌柴油机厂生产过钇基重稀土铸态球铁X—4105曲轴，铸态下达到QT70—2要求。江西拖拉机厂用钇基重稀土硅铁合金试制成功丰收-27型拖'拉机前轮轮辐成型冲压模，该模具外圆尺寸φ560毫米，厚度300毫米，单件重量0.4吨，与原钢模比较工时节约80%,成本降低80%。江西轴承厂研制的钩重稀土合金铸铁光球板在3M4630机床上软磨效率比铬钼铜板约高一倍，它不但适合磨大中球，也适合磨小球，不但适合磨轴承钢球，也适合磨低炭钢球，从初磨头几批球时起，直到整块板报废时止，始终有一个较高的磨削效率。佛山球铁所、郑州机械研究所等单位研制的钇基重稀土合金球铁螺旋伞齿轮具有抗扭强度高，耐磨损，噪音小等优点。此外，几年来还有许多单位应用钇基重稀土硅铁合金生产抗衰退能力较强的球轶，用作流水作业线，该球铁一般可保温115分钟，仍然具有抗拉强度，相当于轻稀土球铁的3—6倍。

钇基重稀土硅铁合金用作钢铁添加剂已有许多资料报导，重庆工具厂几年来使用钇基重稀土硅铁合金来生产高钨工具钢，产品出口到东南亚各国受到好评。赣南铸锻厂用于生产耐热钢，使用寿命提高到约10倍以上(与原来A₃钢相比较）。南昌钢铁厂添加钇基重稀土硅铁合金曾试制60si₂Mn稀土弹簧钢，单片疲劳寿命与不加稀土的比较约提高25%。赣州冶机厂使用钇基重稀土硅铁合金试制并生产高锰钢，制作锤式破碎机的锤头，250X500顎式破碎机衬板和4M³电铲斗齿，使用寿命一般都能提高30%以上，山西冶金研究所研制成功的钇基重稀土高锰铝青铜轧辊轴瓦，其使用寿命提高到600小时，并已应用于生产。江西省材料研究所研究出钇基重稀土硅铁合金在电工纯铁中的作用，亦取得了一定的成绩。另外电热合金中添加钇基重稀土可提高抗氧化性能，对成材率和使用寿命均有利。钇基重稀土若在钢中使用，以硅铁合金的形式是不够理想的，而必须大大降低硅的含量，添加各种有用元素，改变成份，制成各种钇基合金，如y-Mg、y-Fe、y-Al等。

由于球铁的某些特性未完全被人们所掌握以及设备或工艺等多种因素的影响，致使球铁生产中的废品率约在10—15%之间，需要研制一种球铁焊接的新型材料。钇基重稀土焊条是采用钇基重稀土硅铁合金作为球化剂而研制成功的一种新型稀土球铁的焊补材料，北京建筑研究院作了大量的工作，这种焊条可焊性能好，抗球化衰退能力强，焊缝球化良好，其焊接接头的综合机械性能可达或超过QT80—2牌号要求，此焊条已由泰州电焊条厂、建阳电焊条厂生产。

钇基重稀土硅铁合金的生产，赣州有色冶金研究所于1984年在国家稀土推广办与中国有色金属总公司的大力支持下，对电炉进行改造，完善冶炼设备，扩大生产能力，现已建成年产50—80吨的生产线，但合金的用量増加缓慢，年销售量仍在10吨左右，影响合金推广应用的原因主要有：

1.合金价格上涨。近年来由于混合重稀土氧化物出口量逐年增加，一跃为紧俏商品，矿山不愿再生产氢氧化稀土，提取工艺中的下料亦减少，加上重要原材料硅铁供应紧张，致使合金成本上升，合金销售价不但没有下降，反而上涨，由原来的0.8元/公斤•度上升为1.2元/公斤•度。另外厂家使用了合金后，出产的产品不能优质优价，如赣州冶机厂每吨钢水需增加重稀土合金费50元左右，较普通锰钢提高成本4.5%, 目前产品价格不能优质优价，厂家考虑经济效益，不敢使用。所以降低合金成本，是许多用户的迫切要求，是广开销路推广应用领域的重要条件。

2.科研成果不能及时推广。钇基重稀土硅铁合金近年来许多单位进行了一系列试验，积累了不少经验，如果这些经验能及时进行交流，取长补短，必然会使合金应用的工艺日臻完善，但各厂家为了本单位的经济利益，互相保密，很少进行交流，甚至出现有的厂家想用该合金，却不知处理工艺，研制与应用脱节。

3.还没有一个稳定的价格和质量标准，亦没有一个固定的定点厂家，能生产足够数量的合金，所以还不能适应大型企业工艺的改革，因没有原材料的保证，如某一改造项目若列入国家重点攻关项目，预计年耗合金量就接近1000吨。

总结过去，展望未来。钇基重稀土硅铁合金在球铁，钢和球铁焊条等方面的需用量，近年来还是逐年俱增的。可以预料随着利用重稀土处理各种钢种来改善钢的质量工作的逐步深入和优质钢的发展，稀土金属在钢中的应用将更趋多样化；同时随着在球铁“三剂”应用的进一步发展，必然会促使稀土消费量的增加。由于钇基重稀土硅铁合金中硅含量较高，不适于钢中应用，所以有不少用户提出，要求降低硅含量，添加其它元素。因此，今后增加新品种以及研制各种重稀土金属或合金是面临的迫切任务。