CN1024024C

CN1024024C - 硼硅铁、硼铁合金的冶炼方法

Info

Publication number: CN1024024C
Application number: CN 89107072
Authority: CN
Inventors: 邹元曦; 张子青; 田彦文; 周继程; 汪光裕
Original assignee: Shanghai Institute of Metallurgy of CAS; Institute of Metal Research of CAS; Tohoku Institute of Technology
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS; Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS; Tohoku Institute of Technology
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2004-09-08
Also published as: CN1050046A

Abstract

本发明是一种采用工业硼砂或氧化硼和工业硅铁为原料的低成本，一次冶炼硼硅铁，硼铁合金的方法，冶炼开始，预热硼砂，熔融脱水后投入硅铁配料。冶炼中，硅铁中的硅为还原剂，且可通过改变温度和/或硅铁的品位和

Description

本发明是硼硅铁、硼铁合金的一个低成本冶炼方法，属铁基母合金的制造方法。

硼硅铁、硼铁是工业中的重要基础材料。特别是，硼硅铁非晶态磁性材料以其优异的性能广为研究、应用。通常，冶炼硼铁合金的方法有碳热法和铝热法两种。其中，碳热法冶炼，不可避免地会含有大量碳杂质，铝热法冶炼，不但要消耗大量金属铝，而且冶炼的合金中含有较多的铝杂质。此外，用金属硼、硅、铁直接配制冶炼硼硅铁，虽然可以冶炼出杂质含量少的硼硅铁，但是成本较高。为了能一次冶炼出硼硅铁合金，苏联专利SU532647公开了一种电弧炉冶炼方法。这种方法是，在电弧炉中，先加入含硼物料和10-20%的铁屑，然后再向熔池中加入石英、还原剂碳和80-90%的铁屑，以获得硼硅铁合金。从本质上来说，这种冶炼方法仍属碳热法，区别仅在于分段加入还原剂，因而提高了硼和原料的利用率。用这种方法冶炼制造的硼硅铁，因原料中铁和石英砂的比例较大。故合金中硼含量较少，品位较低。从其实施例制造的硼硅铁成分推算，仅相当于B_1.5Si_59.5Fe₃₈原子比。这种品位低的合金本来不是非晶态材料，也远不能满足非晶态硼硅铁成分的需要。为了能获得低成本，高品位的硼硅铁或低杂质的硼、铁，本发明提供了一种采用硅铁和硼砂或氧化硼作原料，一次冶炼硼硅铁，且硼、硅含量可调节的冶炼方法。

本发明的目的是采用廉价的工业硼砂或氧化硼和工业硅铁为原料，以硅铁中的硅作还原剂，通过改变冶炼温度和/或改变硅铁的品位或改变金渣比冶炼得到硼、硅含量可调节的硼硅铁合金或硼铁合金，从而为研制多种硼硅铁非晶态材料及低杂质硼铁提供材料。

本发明采用廉价工业硼砂（Na₂B₄O₇.10H₂O）或氧化硼（B₂O₃）和工业硅铁（含20-60%硅）为原料，以硅铁中的硅作还原剂，在1200-1600℃（采用硼砂）或1200-1900℃（采用氧化硼）冶炼，从工业硼砂或氧化硼中还原得到硼硅铁合金所需的硼。冶炼中调节配料比或/和温度，可一次获得所需成分的硼硅铁合金。冶炼的主要化学反应为：

反应在1670℃以下自然进行。

或者反应为：

反应在1990℃以下进行。

由上可见，本发明方法采用工业硼砂时，冶炼温度通常可低于1600℃，最好在1400-1600℃。

冶炼开始，先将适量工业硼砂放入石墨坩埚内预热，加热硼砂逐步升温熔融脱水。然后，再把硅铁配料投入熔融的硼砂内。由于金属被硼砂熔渣复盖，避免了空气对金属的高温氧化。这样处理后，即可在控制好炉温（1200-1600℃）的电炉内进行冶炼。

冶炼平衡时间，视原料量多少及反应温度高低可在0.25-2.5小时范围择定。冶炼中，为防止金属和石墨坩埚在高温下被氧化或烧毁，可在电炉炉管内通入氮或氩气予以保护。冶炼结束，取出料，在水中淬冷，便获得需要组成的硼硅铁或硼铁合金。

表1是本发明方法采用不同配料组成及多种冶炼温度冶炼获得的硼硅铁或硼铁合金。

从表1中可见：

1.本方法采用工业硼砂，在冶炼温度范围内（1200-1600℃），冶炼温度从1250℃逐步提高时，所得合金含硼百分比以及硼的百分利用率（被还原的硼量/渣料中含硼总量）均相应有所提高，硅利用率（还原硼所用的总量/配料中含硅总量）在1300℃以上也逐步提高，同时合金含硅百分比则相应逐步下降。（见表1中1-5试样）

2.本发明方法中配料含硅成分对所得合金成分以及硼、硅利用率的影响很大，当配料中含硅量从20%增加到45%时，所得合金含硼百分比和硼利用率均显著增高，且在配料含硅达到45%时均有一个最高值（合金含硼百分比约10%，硼利用率约56%）。当配料中含硅量从45%增加到60%时，所得合金含硼百分比和硼的利用率又明显下降。合金中硅的残留量均随配料中含硅量的增加而增高，同时硅利用率则相应下降。调节配料含硅量、渣量、冶炼温度可获得需要组份的硼硅铁合金，调节范围硼1-10%，硅3-60%。（见表1中4、5、6、7、8、9试样）

3.本发明方法中不同金属配料与渣配料间之比表明，当金属料与渣料之比从1∶1.5增至1∶1.2时，所得硼硅铁合金含硼百分比和硅的利用率均有提高，达到1∶1.2时均有一个最高值（含硼百分比约8.2%，硅利用率约72%），从1∶1.2增至1∶0.3时，合金含硼百分比和硅利用率均逐渐下降。合金中硅的残留量和硼的利用率随金属料与渣料比值的增大而升高。为获得较高含硼百分比的硼硅铁以及较高的硼、硅利用率，金属料与渣料之比在1∶1.2-1∶0.9之间为好。（见表1中6、10、11、12、13试样）

4.本发明方法冶炼得到的硼硅铁或硼铁中各种杂质如碳、铝、硫、磷含量均比一般商品硼粒、硼粉、硼铁少。这是因为本方法中所用还原剂硅是硼硅铁合金本身所需要的组成，且复盖在熔体上面的渣（Na₂B₄O₇）有一定的氧化性，在熔炼中可以除去多种有害杂质，如硫、磷、镁、铝、碳或其它较活泼金属元素。

本发明方法的优点是，采用廉价的工业硅铁和工业硼砂，以硅铁中的硅作还原剂一次冶炼成品位高的硼硅铁。同时，还可应需要，通过改变硅铁成分、反应温度和金渣比调节硼硅铁中的硼、硅含量。因此，这是一种取材方便，成本低，既能冶炼供非晶态材料需要的硼硅铁，又能冶炼钢铁工业中广泛应用的硼铁合金的低成本冶炼方法。

下面详细说明符合本发明主题的各种实施例。

冶炼实施在竖式硅钼棒电炉内石墨坩埚中进行。熔炼结束后，水淬冷熔融合金便获得需要硼硅铁或硼铁。

实施例1

选择工业硼砂（Na₂B₄O₇）或氧化硼（B₂O₃）以及不同温度，按配方a.45%的工业硅铁25克和氧化硼25克混合配料，或b.45%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，冶炼结果如下：

（表见文后）

实施例2

选择不同品位的工业硅铁，按配方a.20%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，或配方b.45%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，或配方c.60%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，分别在1400℃或1450℃冶炼，结果如下：

（表见文后）

实施例3

选择不同冶炼时间，按配方为45%的工业硅铁6克和工业硼砂9克混合配料，分别在1350℃、1400℃或1450℃下，选取20-60分钟进行冶炼，反应达到平衡，冶炼结果如下：

（表见文后）

当然，本发明方法用于工业生产时，因原料量大，平衡时间可适当延长到2-2.5小时。

实施例4

按不同金渣比在1400-1600℃温度下冶炼。

选用配方a.20%的工业硅铁20克和工业硼砂6克混合配料，金渣比1∶0.3;或配方b.20%的工业硅铁20克和工业硼砂10克混合配料，金渣比1∶0.5;或配方c，20%的工业硅铁20克和工业硼砂16克混合配料，金渣比1∶0.8;或配方d.20%的工业硅铁20克和工业硼砂24克混合配料，金渣比1∶1.2;或配方e.20%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，金渣比1∶1.5，冶炼结果如下：

（表见文后）

如上，用本发明方法冶炼获得的硼硅铁品位较高，且合金中的硼、硅含量（硼百分含量1-10%，硅百分含量3-60%）可调。特别，合金中的杂质含量较低。以配方a.20%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，在1400℃冶炼的硼硅铁以及按配方b.45%的工业硅铁20克和工业硼砂30克混合配料，在1450℃冶炼的硼硅铁作杂质分析。本方法冶炼的合金中杂质碳和杂质铝含量都比碳热法或铝热法冶炼的低。其它杂质含量也较低。分析结果如下：

（表见文后）

因此，这是一种能冶炼低杂质硼硅铁或硼铁合金的方法。应用于工业生产不但可为非晶态硼硅铁磁性材料的研制提供多种品位的合金，而且也可为钢铁工业提供多种品位的硼铁材料。

（注：本发明中的百分数均为重量百分数）。

（表1见文后）

表1

1250 1300 1350 1400

硼硅硼硅硼硅硼硅

氧化硼 1.35 42.21 2.28 40.55 2.13 40.92 2.89 40.1

工业硼砂 5.60 33.57 7.91 30.62 8.57 26.93 9.66 25.05

表2

1400 1450

硼硅硼硅

20%硅铁 7.82 3.66 8.31 3.58

45%硅铁 9.66 25.05 10.55 24.68

60%硅铁 4.33 47.40 4.75 50.14

表3

20 30 40 50

硼硅硼硅硼硅硼硅

1350 3.21 38.09 3.37 36.98 3.87 37.25 4.27 36.04

1400 3.45 35.95 3.80 35.33 4.25 35.72 4.36 35.36

1450 4.98 38.13 4.85 31.09 4.66 36.34 4.56 35.99

表4

不同组成硼硅铁 B₁₆Si₂₀Fe₆₄B₂₀Si₁₅Fe₆₅B₂₇Si₉Fe₆₄B₃₀Si₈Fe₆₂

金渣比 1:0.3 1:0.5 1:0.8 1:1.2

硼的百分含量 3.88 5.34 7.13 8.23

硅的百分含量 12.22 9.64 6.40 5.36

表5

1400℃ 1450℃

碳铝硫磷碳铝硫磷

20%工业硅铁 0.57 0.52 0.007 0.018 0.53 0.48 0.004 0.017

45%工业硅铁 0.054 0.52 0.004 0.015 0.032 0.51 0.006 0.017

Claims

1、一种硼硅铁、硼铁合金的冶炼方法，其特征在于

a.以硼砂或氧化硼和硅铁为原料，硅铁中的硅作还原剂；

b.先将硼砂预热，熔融脱水后投入硅铁配料；

c.改变温度和/或硅铁的含硅量和/或配料的金渣比，调节硼硅铁合金中的硼、硅百分含量；

d.冶炼温度1200-1600℃(采用硼砂)或1200-1990℃(采用氧化硼)，平衡时间0.25-2.5小时；

e.淬冷融熔合金

2、根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于硅铁为工业硅铁，其硅的百分含量为20%-60%。

3、根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于硼砂是工业硼砂。

4、根据权利要求1或3所述的冶炼方法，其特征在于采用硼砂时冶炼温度在1400-1600℃。

5、根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于金渣比调节在1∶0.3-1∶1.5之间。

6、根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于硼硅铁合金中的硼、硅百分含量可调节范围为：硼1-10%，硅3-60%。

7、根据权利要求1所述的冶炼方法，其特征在于冶炼可在保护气体氮或氩中进行。

8、根据权利要求1、5所述的冶炼方法，其特征在于配料的金渣比在1∶0.9-1∶1.2之间。（注：本发明中的百分数均为重量百分数）。