CN103667855A - 一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于非晶态材料用母合金的冶炼技术领域，特别涉及一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法；采用的原料为：废带材、造渣剂、纯铁、硼铁和工业硅；所述冶炼方法包括如下步骤：步骤一，首先将部分纯铁、全部硼铁和全部工业硅加入感应炉内，加热；步骤二，当感应炉内物料第一次化清后，加入全部废带材；步骤三，当感应炉内物料第二次化清后，加入部分造渣剂，进行造渣、打渣；然后加入剩余纯铁；步骤四，当感应炉内物料第三次化清后，通氩气，加入造渣剂，进行造渣、打渣；步骤五，浇注为所需形状的母合金；本发明能够将铁基非晶废带材重新冶炼，制得铁基非晶母合金，达到节约资源和降低生产成本的目的。

Description

一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法

技术领域

本发明属于非晶态材料用母合金的冶炼技术领域，特别涉及一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法。

背景技术

根据非晶态合金的成分不同，目前应用较广的非晶态合金可以分为三大类：铁基非晶软磁合金、钴基非晶软磁合金和铁镍基非晶软磁合金。铁基非晶合金中Fe重量比约占92%，其余为B、Si、C或P，其特点是具有较高的饱和磁感应强度（饱和磁感应强度可达1.4-1.7T）、软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，作为中低频变压器的铁芯（一般在10千赫兹以下），例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。

铁基非晶带材一般采用单辊旋转法来制备，即用电磁感应炉使合金熔化，然后将合金熔体流经喷嘴而形成射流喷向高速旋转的冷却辊上，当冷却速度达到10⁶度/秒时冷凝成非晶条带。用这种方法生产的非晶带材由于两面冷却条件不同，质量也可能不同，但却比较容易得到宽带，是工业生产上常用的方法。

在非晶带材的生产和使用过程中会产生铁基非晶废带材（以下简称废带材），如带头带尾由于外观不符合要求会形成了废带材；用户对于产品外观或性能不满意退回的废带材；在采用非晶带材制备铁芯的过程中形成的废带材等。这些废带材由于外观、尺寸、性能不合格，不能再出售或制成铁芯等产品，只能废弃，造成资源的严重浪费，并增加了生产成本。

现有技术中还没有能够合理利用废带材，节约资源，降低生产成本的方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其能够将铁基非晶废带材重新冶炼，制得铁基非晶母合金，达到节约资源和降低生产成本的目的。

本发明的技术方案为：一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，采用的原料为：废带材、造渣剂、纯铁、硼铁和工业硅；所述冶炼方法包括如下步骤：

步骤一，首先将部分纯铁、全部硼铁和全部工业硅加入感应炉内，加热；

步骤二，当感应炉内物料第一次化清后，加入全部废带材；

步骤三，当感应炉内物料第二次化清后，加入部分造渣剂，进行造渣、打渣；然后加入剩余纯铁；

步骤四，当感应炉内物料第三次化清后，通氩气，加入造渣剂，进行造渣、打渣；

步骤五，浇注为所需形状的母合金。

优化的，所述原料按重量百分比为：废带材占0-50%，造渣剂占1-3%，余量为纯铁、硼铁和工业硅。

优化的，所加炉料中除废带材之外的工业纯铁，工业硅，硼铁中含Fe、Si、B元素的质量百分比为（30-43）：（2-4）：1。

优化的，所加炉料中除废带材之外的工业纯铁，工业硅，硼铁中含Fe、Si、B元素的质量百分比为（30-35）:（2~3）:1。

优化的，步骤二中当感应炉内物料第一次化清后，且温度达到1300-1450℃时，加入全部废带材；步骤三中当感应炉内物料第二次化清后，在1300-1400℃时保温10-20min，然后加入部分造渣剂；步骤四中，当感应炉内物料第三次化清后，升温至1400-1450℃开始通氩气；然后降温至1300-1400℃保温10-20min，加入造渣剂；步骤五，将钢液温度降为1250-1350℃时，浇注为所需形状的母合金。

优化的，步骤一中加入的纯铁为全部纯铁重量的40-70%；步骤二中加入的造渣剂为全部造渣剂重量的40-60%。

优化的，步骤一中采用上松下紧的方式向炉内添加原料。

优化的，步骤一中添加原料的方式为首先将纯铁放入感应炉底部，然后将工业硅和硼铁均匀混合并放置在纯铁上面。

优化的，所述造渣剂采用生石灰和玻璃混合物，其重量比例为2:1。

本发明通氩气的流量以液面轻微波动为宜，既可以防止感应炉内物料的氧化，具有上浮杂质的作用，又能够充分利用氩气。

本发明添加原料时采用上松下紧的布料方式，可以防止原料之间搭桥现象的发生。其中在步骤一中添加原料时将原料压实，其仅占据感应炉最底部的小部分容积，步骤二中添加废带材时使其松散的占据感应炉中部的大部分容积，步骤三中添加的纯铁密实的占据感应炉的小部分容积。

本发明的有益效果在于：1、本发明通过分步加入原料，逐步化清、通氩气、两步打渣、最后浇注母合金的方法，能够回收利用废带材，即将铁基非晶喷带开始时、喷带结束时、喷带过程中、以及使用过程中由于尺寸、外观、性能不良而出现的铁基非晶废带材重新冶炼，并制得铁基非晶母合金，达到了节约资源和降低生产成本的目的。2、由于非晶态废带材不受电磁感应，因此中频感应炉不能直接将其熔化，本发明在加入废带材之前，先将部分纯铁、全部的工业硅和硼铁熔化，在大部分原料熔化完后，加入全部的废带材，最后再加入剩余的纯铁，并合理控制感应炉的加热功率、加入原料的温度，从而提高熔化速率，节约了能源。3、由于废带材在非真空回炉冶炼的过程中的二次氧化严重，会形成大量的夹杂物，所得母合金的纯净度及工艺性能均不能满足喷带要求，不能得到使用。而本发明把合金成分调整和造渣等冶金手段应用在回炉料上，经过多次试验证明，采用本发明方法调整回炉料制得母合金的纯净度及工艺性能达到了喷带的要求。4、本发明通过通入氩气的方法，既防止冶炼过程中原料的氧化，又提高了氩气的利用率，合理利用资源。5、本发明通过调整加热，选择加入废带材和纯铁的温度和时机，提高了制得的母合金成分的均匀性，颗粒分布的均匀性。6、本发明提供的回收废带冶炼铁基非晶母合金的方法采用非真空冶炼技术，比真空冶炼耗电量较低、大大节省成本。8、本发明采用合理的原料比例、冶炼温度和时间，使冶炼过程中主元素烧损较少，母合金合金成分均匀，颗粒分布均匀，并且使所制备的母合金与用标准原材料（即不用废带材）直接冶炼的母合金质量相当，经过精炼喷带，带表面基本上无缺陷，光洁度很高，磁性能也达到合格标准，本发明是一种高效、节能的利用铁基非晶废带材制备母合金的非真空冶炼工艺。

附图说明

图1为本发明提供的废带材冶炼母合金的方法中原料的分布示意图；

1、步骤三中添加的纯铁；2、步骤二中添加的废带材；3、步骤一中添加的原料；4、造渣剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式具体说明本发明。

本实施方式的技术方案为：一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金

的方法，采用的原料为：废带材、造渣剂、纯铁、硼铁和工业硅；所述原料按重量百分比为：废带材占0-50%，造渣剂占1-3%，余量为纯铁、硼铁和工业硅；所加炉料中除废带材之外的工业纯铁，工业硅，硼铁中含Fe、Si、B元素的质量百分比为（30-43）：（2-4）：1；所述造渣剂采用生石灰和玻璃混合物，其重量比例为2:1。

所述冶炼方法包括如下步骤：

步骤一，首先将部分纯铁、全部硼铁和全部工业硅加入感应炉内，加热；

步骤二，当感应炉内物料第一次化清后，且温度达到1300-1450℃时，加入全部废带材；

步骤三，当感应炉内物料第二次化清后，在1300-1400℃时保温10-20min，加入部分造渣剂，进行造渣、打渣；然后加入剩余纯铁；

步骤四，当感应炉内物料第三次化清后，升温至1400-1450℃开始通氩气，然后降温至1300-1400℃保温10-20min，加入造渣剂，进行造渣、打渣；

步骤五，将钢液温度降为1250-1350℃时，浇注为所需形状的母合金。

其中，步骤一中加入的纯铁为全部纯铁重量的50%；步骤二中加入的造渣剂为全部造渣剂重量的50%。

其中，步骤一中采用上松下紧的方式向炉内添加原料，可以防止原料之间搭桥现象的发生。其中在步骤一中添加原料时将原料压实，其仅占据感应炉最底部的小部分容积，步骤二中添加废带材时使其松散的占据感应炉中部的大部分容积，步骤三中添加的纯铁密实的占据感应炉的小部分容积。

其中，步骤一中添加原料的方式为首先将纯铁放入感应炉底部，然后将工业硅和硼铁均匀混合并放置在纯铁上面。

本实施方式采用不同的原料配比，按照上述方法分别制得了母合金，编号为样品1-8，并将母合金经过精炼喷带，得到了非晶带材。表1中列出了样品编号、每个样品所用原料的重量份（以原料总重量份为100份计算）、各个样品中Fe、Si、B元素的重量比等数值。

本发明所采用的纯铁中含Fe元素99.8%，硼铁中含Fe元素82%、含B元素17%，工业硅中含Si元素99.6%，不足百分百的部分为杂质，因此本发明原料中的Fe元素的来源为纯铁和硼铁、Si元素的来源为工业硅、B元素的来源为硼铁。本实施方式在配备各个样品的原料时，纯铁、硼铁和工业硅的重量按照其含有Fe、Si、B元素的含量及表1中所列的各个样品原料中Fe、Si、B元素的重量份计算后称取。

本实施方式还提供了不添加废带材，制备铁基非晶母合金的空白对照样品，见表1中最后一行。

表1

通过表1可知，样品1-9采用本实施方式的方法冶炼的母合金，杂质元素含量、气体含量、夹杂物，均与空白对照样品即用原材料（不含废带材）直接冶炼制得的母合金质量相当，经过精炼喷带，非晶带材表面基本上无缺陷，光洁度高，磁性能也达到合格标准。即废带材的添加量最高可达母合金原料的50%，因此本实施方式提供的方法在回收废带材，节约资源和降低生产成本方面具有重要的作用。

其中第6和8号样品喷制的带材性能最优，与空白对照样品最接近，其性能如表2所示。

表2

从上表可以看出，5号和6号样品、7号和8号样品废带材的添加量相同，但6号和8号的性能较好，因此本实施方式优选的纯铁、工业硅、硼铁按Fe、Si、B元素的重量比为（30-35）:（2~3）:1。

本实施方式的特点在于：1、本实施方式通过分步加入原料，逐步化清、通氩气、两步打渣、最后浇注母合金的方法，能够回收利用废带材，即将铁基非晶喷带开始时、喷带结束时、喷带过程中、以及使用过程中由于尺寸、外观、性能不良而出现的铁基非晶废带材重新冶炼，并制得铁基非晶母合金，达到了节约资源和降低生产成本的目的。2、由于非晶态废带材不受电磁感应，因此中频感应炉不能直接将其熔化，本实施方式在加入废带材之前，先将部分纯铁、全部的工业硅和硼铁熔化，在大部分原料熔化完后，加入全部的废带材，最后再加入剩余的纯铁，并合理控制感应炉的加热功率、加入原料的温度，从而提高熔化速率，节约了能源。3、由于废带材在非真空回炉冶炼的过程中的二次氧化严重，会形成大量的夹杂物，所得母合金的纯净度及工艺性能均不能满足喷带要求，不能得到使用。而本实施方式把合金成分调整和造渣等冶金手段应用在回炉料上，经过多次试验证明，采用本实施方式方法调整回炉料制得母合金的纯净度及工艺性能达到了喷带的要求。4、本实施方式通过通入氩气的方法，既防止冶炼过程中原料的氧化，又提高了氩气的利用率，合理利用资源。5、本实施方式通过调整加热，选择加入废带材和纯铁的温度和时机，提高了制得的母合金成分的均匀性，颗粒分布的均匀性。6、本实施方式提供的回收废带冶炼铁基非晶母合金的方法采用非真空冶炼技术，比真空冶炼耗电量较低、大大节省成本。8、本实施方式采用合理的原料比例、冶炼温度和时间，使冶炼过程中主元素烧损较少，母合金合金成分均匀，颗粒分布均匀，并且使所制备的母合金与用标准原材料（即不用废带材）直接冶炼的母合金质量相当，经过精炼喷带，带表面基本上无缺陷，光洁度很高，磁性能也达到合格标准，本实施方式是一种高效、节能的利用铁基非晶废带材制备母合金的非真空冶炼工艺。

Claims (9)

1.一种用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：采用的原料为：废带材、造渣剂、纯铁、硼铁和工业硅；所述冶炼方法包括如下步骤：

步骤一，首先将部分纯铁、全部硼铁和全部工业硅加入感应炉内，加热；

步骤二，当感应炉内物料第一次化清后，加入全部废带材；

步骤三，当感应炉内物料第二次化清后，加入部分造渣剂，进行造渣、打渣；然后加入剩余纯铁；

步骤四，当感应炉内物料第三次化清后，通氩气，加入造渣剂，进行造渣、打渣；

步骤五，浇注为所需形状的母合金。

2.根据权利要求1所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：所述原料按重量百分比为：废带材占0-50%，造渣剂占1-3%，余量为纯铁、硼铁和工业硅。

3.根据权利要求2所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：所加炉料中除废带材之外的工业纯铁，工业硅，硼铁中含Fe、Si、B元素的质量百分比为（30-43）：（2-4）：1。

4.根据权利要求3所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：所加炉料中除废带材之外的工业纯铁，工业硅，硼铁中含Fe、Si、B元素的质量百分比为（30-35）:（2~3）:1。

5.根据权利要求4所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：步骤二中当感应炉内物料第一次化清后，且温度达到1300-1450℃时，加入全部废带材；步骤三中当感应炉内物料第二次化清后，在1300-1400℃时保温10-20min，然后加入部分造渣剂；步骤四中，当感应炉内物料第三次化清后，升温至1400-1450℃开始通氩气；然后降温至1300-1400℃保温10-20min，加入造渣剂；步骤五，将钢液温度降为1250-1350℃时，浇注为所需形状的母合金。

6.根据权利要求5所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：步骤一中加入的纯铁为全部纯铁重量的40-70%；步骤二中加入的造渣剂为全部造渣剂重量的40-60%。

7.根据权利要求6所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：步骤一中采用上松下紧的方式向炉内添加原料。

8.根据权利要求7所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：步骤一中添加原料的方式为首先将纯铁放入感应炉底部，然后将工业硅和硼铁均匀混合并放置在纯铁上面。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的用废带材冶炼铁基非晶态母合金的方法，其特征在于：所述造渣剂采用生石灰和玻璃混合物，其重量比例为2:1。

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