Nghiên cứu công nghệ sản xuất chất cầu hóa hợp kim trung gian kim loại đất hiếm manhê

ở Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo gang cầu được thực hiện trong thời kỳ chống Mỹ cứu nước, nhằm tạo ra vật liệu gang cầu có độ bền cao dùng trong quân khí phục vụ chiến tranh, sau chiến tranh được áp dụng sản xuất trục cán thép bằng gang cầu. Các loại ống nước lớn, các nắp cống bằng gang cầu của hệ thống thoát nước thành phố, hệ thống cống của ống cáp truyền dẫn các loại bằng gang cầu có nhu cầu về chất cầu hoá (hợp kim trung gian FeSiKLĐHMg) rất lớn. Nước ta hàng năm sản xuất từ 30-50 ngàn tấn gang cầu thì phải cần từ 600 đến 1000 tấn chất cầu hoá (HKTG KLĐHMg).
Thực tế cho thấy, các nhà máy sản xuất gang cầu của ta là HKTG KLĐHMg chủ yếu phải  nhập của các nước như Nga, Anh, Đức, Trung Quốc, Nam Phi. Trong lúc đó, Việt Nam có nguồn tài nguyên kim loại đất hiếm rất lớn, trữ lượng trên 10 triệu tấn. Đặc điểm tài nguyên kim loại đất hiếm của nước ta là hàm lượng các nguyên tố đất hiếm trong quặng rất cao, nhưng chưa được nghiên cứu sản xuất ở qui mô lớn. Từ nhiều năm qua, một số cơ sở nghiên cứu đã có triển khai thực hiện, nhưng kết quả không cao, không đủ sức thuyết phục các cơ sở sản xuất.
Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim bắt đầu nghiên cứu sản xuất fero đất hiếm từ những năm 70 của thế kỷ XX, bước đầu có kết quả tốt, được áp dụng vào biến tính thép tại Công ty Gang thép Thái Nguyên từ năm 1978. Nhưng việc nghiên cứu sản xuất chất cầu hoá có chứa magie thì mãi đến đầu năm 2001 mới được triển khai một cách bài bản, dưới dạng Đề tài khoa học KC 02.15 thuộc Chương trình Kỹ thuật – kinh tế công nghệ vật liệu, một trong những chương trình trọng điểm của Nhà nước.
Được sự quan tâm của Ban chủ nhiệm chương trình kỹ thuật – kinh tế công nghệ vật liệu, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim cùng tập thể tác giả đã tập trung triển khai đề tài “ Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất hợp kim Fe-Re-Mg có hàm lượng Mg trung bình và hợp kim Fe-RE-Mg trung bình có chứa Titan”. Nhóm tác giả đã tìm ra được các thông số công nghệ, đã thành công trong việc thay thế các chất hoàn nguyên đắt tiền như nhôm bằng than cám cốc và fero silic, hoàn nguyên oxyt manhê từ đôlômit. Dùng hợp kim Mg phế liệu thay cho dùng Mg kim loại sạch đã sản xuất ra HKTG KLĐHMg có hàm lượng Fe 2-3%, Mg 5-7%, Si 43-50%. Tương đương với các HKTG nhập ngoại nhưng có giá thành rẻ hơn ~ 20%.
Các tác giả đã đưa ra sơ đồ công nghệ nấu luyện HKTGFeĐHMg như sau: (Xem sơ đồ)
Thành công về mặt công nghệ: Nhóm các tác giả đã thực hiện lần đầu tiên ở Việt Nam nấu luyện thành HKTG KLĐHMg có thành phần hoá học ổn định, công nghệ đơn giản, an toàn. Nhóm nghiên cứu đề tài có tính sáng tạo cao. Chủ động giảm hàm lượng Si, tăng tỷ trọng HKTG do đó, hiện tượng phản ứng lúc cầu hoá êm dịu hơn, hiệu suất cầu hoá cao hơn. Việc dùng khuôn đúc hợp kim bằng vật liệu grafit thay khuôn kim loại (mà các nước đang dùng) giúp cho thao tác nhẹ nhàng hơn, độ bền khuôn tăng lên, giảm bớt được chi phí.
Về kinh tế: Lấy phương châm sử dụng vật tư trong nước thay thế vật tư nhập ngoại đã đảm bảo tính ổn định của sản phẩm, chủ động trong sản xuất. Có khả năng tăng sản lượng, giảm giá thành sản phẩm, cạnh tranh được với sản phẩm cùng loại nhập khẩu trên thị trường trong nước. Năm 2003, Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim đã sản xuất ra 300 kg fero đất hiếm và hơn 1 tấn HKTG KLĐHMg.
Cũng cần phải nhắc lại việc quảng bá sản phẩm còn hạn chế, cho nên khó khăn lúc đầu là đưa sản phẩm đến các nhà máy gặp rất nhiều khó khăn. Các cơ sở sản xuất đang quen dùng HKTG KLĐHMg nhập ngoại, ngại dùng hàng nội, cho rằng chất lượng không ổn định. Mg là nguyên tố bay hơi nhiệt độ thấp, nấu luyện khó. Nhiều nơi nấu thử nhưng bị nổ, không đảm bảo an toàn để sản xuất. Nhóm nghiên cứu đã phải lặn lội đến hàng chục nhà máy, có ngày đi gần 300 cây số, đến gõ cửa bảy nhà máy cơ khí, cùng thảo luận công nghệ biến tính như thành phần hoá học của gang, nhiệt độ biến tính, lượng chất biến tính, phương pháp cho chất biến tính... và “biếu” mỗi nhà máy 30 kg HKTG KLĐHMg để họ dùng thử.
Sau một tuần 4 nhà máy báo  tín hiệu mừng là: “Sử dụng HKTG KLĐHMg của Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim có kết quả tương đương với HKTG KLĐHMg nhập ngoại và đề nghị hợp đồng với Viện sản xuất lượng lớn”. Cụ thể là có 2 đơn vị đã đặt hàng với số lượng lớn.
Nhà máy Cơ khí Gang thép Thái Nguyên đã ký hợp đồng mua của Viện 3 tấn HKTG KLĐHMg/tháng và 500 kg fero đất hiếm/tháng, thay thế hoàn toàn sản phẩm nhập ngoại và thay thế công nghệ cầu hoá bằng fero đất hiếm và magie kim loại.
Công ty cổ phần một thành viên Mai Động đề nghị Viện cung cấp từ 5 - 10 tấn HKTG KLĐHMg/tháng.
Được sự quan tâm của lãnh đạo Viện cho vay vốn dự án sản xuất thử nghiệm chất cầu hoá và áp dụng cơ chế khoán gọn đến người lao động cho nhóm nghiên cứu đề tài, do đó việc sản xuất được đẩy mạnh và đạt sản lượng và chất lượng cao.
Từ dây chuyền thiết bị nghiên cứu công nghệ của Viện, có thể sản xuất hàng tháng 8-10 tấn HKTG KLĐHMg và 2 tấn fero đất hiếm, đáp ứng được nhu cầu của một số nhà máy cơ khí sản xuất gang cầu có độ bền cao.
Thành công của đề tài mở ra triển vọng sử dụng kim loại đất hiếm, nguồn tài nguyên phong phú của đất nước vào phục vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.