一种铁基纳米晶合金的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种铁基纳米晶合金的制备方法。
背景技术
目前,非晶软磁材料具有优异的综合性能,如高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、高导磁以及低损耗等,近年来得到迅速发展,在很多领域得到应用,比如,在电气方面该合金带材已经取代了大部分的铁氧体和坡莫合金;在电力方面,非晶变压器国家正在大规模推广。
铁基纳米晶合金是以Fe元素为主,加入少量的Nb、Cu、Si、B元素,经快速凝固工艺制备而成。常见的制备铁基纳米晶合金的原材料为工业纯铁、金属硅、电解铜、铌铁、硼铁。现有技术中铁基纳米晶带材的制备工艺流程为:步骤一:采用中频炉进行第一次冶炼,将各种金属原材料按照一定配比均匀混合,并进行初步除杂;步骤二:将混合均匀的钢水浇注成母合金锭;步骤三:将母合金锭重新熔炼达到要求的钢水温度;步骤四:将重熔的钢水喷制成所需厚度的带材。为了达到使用要求,对铁基纳米晶合金的性能要求很严格,采用上述制备方法在严格控制工艺参数、原料配比和优化设备性能的情况下,可以制得合格的铁基纳米晶合金带材。
但是现有技术中的纳米晶合金带材的制备方法包括两次冶炼步骤,分别为将第一次冶炼金属原材料步骤和将母合金锭重熔步骤,流程较长,因此其存在耗能较大、耗时较长、生产效率低的缺陷。而现有技术中还未见简化冶炼步骤,制得合格铁基纳米晶合金的报道。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种铁基纳米晶合金的制备方法,其通过省略冶炼母合金钢锭和再次重熔的步骤,仅包括一次冶炼步骤,制备出纳米晶母合金,具有步骤简化、节约能源、缩短工时、提高生产效率的特点。
本发明提供的技术方案为:一种铁基纳米晶合金的制备方法,包括如下步骤,
步骤一,冶炼步骤:将金属原材料冶炼成高温钢水;
步骤二,制带步骤:将高温钢水喷制成带材。
优化的,所述原材料为工业纯铁、铌铁、硼铁、金属硅、电解铜和铌铁。
优化的,在冶炼步骤中还包括除去杂质的操作。
优化的,所述除去杂质操作采用的覆盖剂的组分及重量含量为:SiO2 25-40wt%、Al2O3 20-30wt%、CaO 30-40wt%、Na2O 3-5wt%、CaF2 3-5wt%。
优化的,步骤一中采用分步冶炼金属原材料和分步除杂的方式。
优化的,步骤一中还包括氩气保护操作。
优化的,步骤一的具体操作过程为:
a:将覆盖剂加入到中频炉底,再铺上20%的金属硅,上面依次加入金属原材料中50%的纯铁、全部的硼铁、全部的铌铁;
b:加热至炉内物料熔化后,加入剩余的工业纯铁,并加热至1500-1550℃,保温30min;
c:打出部分的覆盖剂,露出高温钢水,然后加入电解铜和剩余的金属硅,开始通氩气30min,温度到达1400-1450℃时保温;
d:通氩气结束后,将剩余覆盖剂用打渣剂打出,清理干净钢水表面的浮渣。
优化的,步骤二中将高温钢水温度控制在1450-1480℃时,开始浇钢,喷带。
本发明的有益效果在于:
1、本发明通过省略冶炼母合金钢锭和再次重熔的步骤,仅包括一次冶炼步骤,制备出纳米晶母合金,具有步骤简化、节约能源、缩短工时、提高生产效率的特点。
2、本发明通过工艺调整和原材料控制,将前三个步骤中的冶炼金属原材料、浇注母合金、母合金重熔合并为一次冶炼金属原材料的步骤,制备出纳米晶带材,缩短冶炼工艺流程,节省了能耗,提高了生产效率。
3、本发明通过除杂、通氩气、分步冶炼金属原料、分步除杂、工艺参数控制等精炼手段,提高了高温钢水的纯净度,使其质量达到了两次冶炼的水平。
4、本发明与现有技术中需要两次冶炼步骤的制备方法相比节约了成本,冶炼每吨金属原材料能节约300元电费和减少三个工人的人工成本。
具体实施方式
下面结合实施方式具体说明本发明。
本实施方式提供的铁基纳米晶合金的制备方法,采用的金属原材料为工业纯铁、铌铁、硼铁、金属硅、电解铜和铌铁。
其包括如下步骤,
步骤一,冶炼步骤:将金属原材料冶炼成高温钢水;此冶炼步骤中还包括除去杂质的操作;除去杂质操作采用的覆盖剂的组分及重量含量为:SiO2 25-40wt%、Al2O3 20-30wt%、CaO 30-40wt%、Na2O 3-5wt%、CaF2 3-5wt%;
本步骤采用分步冶炼金属原材料、分步除杂和的氩气保护的操作方式。
本步骤的具体操作过程为:
a:将覆盖剂加入到中频炉底,再铺上20%的金属硅,上面依次加入金属原材料中50%的纯铁、全部的硼铁、全部的铌铁;
b:加热至炉内物料熔化后,加入剩余的工业纯铁,并加热至1500-1550℃,保温30min;
c:打出部分的覆盖剂,露出高温钢水,然后加入电解铜和剩余的金属硅,开始通氩气30min,温度到达1400-1450℃时保温;
d:通氩气结束后,将剩余覆盖剂用打渣剂打出,清理干净钢水表面的浮渣。
步骤二,制带步骤:将高温钢水温度控制在1450-1480℃时,开始浇钢,喷带。
本实施方式提供了两个具体的例子:
实施例1、采用200kg的金属原材料,制备8mm的薄带,采用本实施方式提供的方法,冶炼用时1.5h,三流浇注,喷带40min,带厚25±2μm,生产物理尺寸和性能合格带材170kg,收得率为85%。
实施例2、采用500kg的金属原材料,制备50mm的薄带,采用本实施方式提供的方法,冶炼用时2h,单流浇注,喷带50min,带厚30±2μm,生产物理尺寸和性能合格带材450kg,收得率为90%。
对比例:采用500kg的金属原材料,制备50mm的薄带,采用现有技术中提供的冶炼金属原材料、浇注母合金、母合金重熔、喷制带材的方法,冶炼金属原材料用时2.5h,浇注母合金锭用时0.3h,重熔母合金锭用时1.5h,单流浇注,喷带0.8h,带厚30±2μm,生产物理尺寸和性能合格带材300-350kg,钢水收得率为60-70%。
通过上述对比可知,尤其是实施例2与对比例对比,本发明提供的方法冶炼和喷带共两个步骤,用时2小时10分钟;对比例共四个步骤,共用时 ,而两种方法合格产品收得率相当,因此本发明方法优于对比例,具有步骤简化、节约能源、缩短工时、提高生产效率的特点,本发明优于现有技术。
综上所述,本发明具有如下特点:
本发明通过省略冶炼母合金钢锭和再次重熔的步骤,仅包括一次冶炼步骤,制备出纳米晶母合金,具有步骤简化、节约能源、缩短工时、提高生产效率的特点。
本发明通过工艺调整和原材料控制,将前三个步骤中的冶炼金属原材料、浇注母合金、母合金重熔合并为一次冶炼金属原材料的步骤,制备出纳米晶带材,缩短冶炼工艺流程,节省了能耗,提高了生产效率。
本发明通过除杂、通氩气、分步冶炼金属原料、分步除杂、工艺参数控制等精炼手段,提高了高温钢水的纯净度,使其质量达到了两次冶炼的水平。
本发明与现有技术中需要两次冶炼步骤的制备方法相比节约了成本,冶炼每吨金属原材料能节约300元电费和减少三个工人的人工成本。