CN103937928A - 一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金冶炼工艺技术领域，公开了一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其工艺步骤依次包括：步骤一、配料，步骤二、炉料摆放，步骤三、冶炼等三个步骤，仅仅只加入工业纯铁、硼铁及金属硅，而且硼铁选用的是低铝硼铁，金属硅是后加入，仅冶炼一次，冶炼温度低，省去高温脱碳、还原剂与添加剂混合造渣等环节，减少了冶炼时间，降低了冶炼综合能耗，对减少杂质有贡献，最大限度的减少Si、B等烧损，同时减少喷带时堵嘴、喷红钢、带材表面刮痕等不良现象的发生。

Description

一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺

技术领域

本发明属于合金冶炼工艺技术领域，涉及一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，适用于熔点低于1400℃的FeSiB系非晶合金带材钢液的冶炼。

背景技术

随着非晶合金带材产业的不断发展，对铁基非晶制备用合金钢液的成分及纯度控制提出了越来越高的要求。从传统非晶母合金冶炼工艺来看，高纯度的原材料是制备综合性能优异的非晶合金带材的前提条件。

中国专利公开号CN1105393A提出了一种直流等离子炉直接冶炼铁基非晶态母合金的方法，采用富硼镁矿、富硼渣或直接还原硼铁矿为原料，因含碳量高要对合金钢液进行高温脱碳处理，冶炼温度需＞1600℃，不仅Si、B损耗严重，造成成分难以控制；而且杂质难以去除干净，尤其是杂质Al的含量只能控制在0.005～0.08％范围内；高温时炉衬侵蚀加速，寿命大大降低的不良现象。给直接喷带及连续生产铁基非晶合金带材带来很大困难。

中国专利公开号CN101580903A提出了一种铁基非晶态母合金的冶炼方法，虽然比传统工艺冶炼温度降低了，但冶炼温度仍然在1450～1550℃之间，同样会使Si、B等元素烧损严重；而且使用的原材料非常复杂，种类繁多，造成炉渣酸碱性复杂，降低炉衬寿命；有硼酸脱水的情况，使钢液含氢量增加，造成合金带材氢脆，韧性降低。因使用原材料的复杂及冶炼温度仍然较高使成分、含氢量等难以把控造成连续生产中铁基非晶带材性能的波动性较大。

中国专利公开号CN103526104A提出了一种铁基非晶纳米专用中间合金及冶炼方法，虽然其冶炼温度降低，大大降低了能耗，减少元素的烧损。但所冶炼中间合金为FeCuNbSiB系，这种成分的中间合金要生产非晶带材需额外添加一半纯铁进行二次冶炼，综合能耗仍然较大；此方法冶炼时把易挥发、易氧化的元素Si、Cu和主元素工业纯铁、硼铁一起放到炉内冶炼，放料顺序及方法不合理，增加了Si、Cu的烧损，也使氧化渣多，增加了钢液污染；此冶炼没有说明是否使用底吹氩，而且也没说明中间合金冶炼后成分如何，此方法冶炼的中间合金中Al、Ti含量肯定大于0.005wt％、C含量大于0.05wt％、P含量大于0.02wt％、S含量大于0.01wt％，不适合批量生产宽度大于50mm的非晶带材；而且此系列的合金生产的非晶带材脆性大，断头多。

上述中国专利公开号CN1105393A和CN101580903A所述冶炼工艺中的冶炼温度均较高，使单位质量冶炼能耗大；而且原材料选择非常复杂，成分控制、带材制备困难，造成铁基合金带材成带率低，次品较多，对于大批量生产铁基非晶宽带问题尤为突出。中国专利公开号CN103526104A所述冶炼方法为纳米晶合金体系，生产的带材脆性大，需二次冶炼，成分及钢液纯净度仍然难以把控，综合能耗仍然较大，且通常用于生产宽度小于50mm的带材。因此，如何改善铁基非晶宽带合金钢液冶炼工艺，大幅度提高产品合格率成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，省去高温脱碳、还原剂与添加剂混合造渣等环节；最大限度的减少Si、B等烧损；仅冶炼一次，冶炼温度低，减少了冶炼时间，降低了冶炼综合能耗。此发明特别适用于含Si、B等易氧化、烧损的铁基非晶宽带合金钢液。

为解决技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其工艺步骤依次包括：

步骤一、配料：根据铁基非晶母合金的标准成分要求进行称量工业纯铁、低铝硼铁和金属硅，其中，低铝硼铁的硼含量为17～19wt％；

步骤二、炉料摆放：将工业纯铁区分为长料纯铁和短料纯铁，把长料纯铁紧贴炉壁排满一层，再把短料纯铁排列摆满炉底，然后把低铝硼铁全部倒入炉内堆放在短料纯铁上表面，这样，硼与铁的质量比约为1.5：98.5～10：90，不仅炉内原料熔化快，而且亦可实现低温熔化，利于除去高温炉渣、低温炉渣；剩余工业纯铁铺放在低铝硼铁上表面，金属硅放入料斗内，待炉内原料熔化完之后再分批次将金属硅放入炉内，其中，长料纯铁的长度为625mm以上，短料纯铁的长度为400mm以下；

步骤三、冶炼：非真空感应冶炼炉上电，先用额定功率的1/3加热20min，使炉内水分完全蒸发且炉料加热到800～900℃；然后用额定功率加热15min，至炉料开始熔化，再把功率调至额定功率的2/3，直至炉内原料全部化清，之后用额定功率的1/3保温清渣，待清渣结束后，功率调至额定功率的1/2，分批次加入金属硅，待温度升至1350～1400℃后，功率调为额定功率的1/3保温15min，然后清渣出钢。

本发明的原理为：在Fe-B合金相图中，不同铁、硼的混合比例其熔点会各不相同，可以根据这一原理，调整非真空感应冶炼炉中纯铁与硼铁的配比，可加速合金熔化。这样不仅降低了合金熔化的温度、减少了熔化时间；而且从炉底吹入氩气进行保护，避免了熔化过程中的氧化，使合金成分及杂质含量更容易把控。等炉内合金完全熔化后再加入原材料金属硅，这样不仅可以极大的起到脱氧的作用，而且可以减少硅的烧损。

铁基非晶合金对微量成分P、S、C、Al、Ti等有严格的要求，因此原材料中纯铁需选用工业纯铁；由于硼铁要和纯铁比例合理才能使冶炼温度＜1400℃，所以考虑选择低铝硼铁，而且硼铁合金中硼含量17～19wt％；金属硅可以选择3303、2202、3103或411牌号。

关于冶炼时炉料的添加顺序及摆放也很讲究，要使纯铁和硼铁能同时熔化且钢液温度控制在1400℃以内，必须把硼铁和纯铁混合加入熔化。而且熔化初期的功率最好为额定功率的1/3，这样可以使炉料中含有的水分被充分蒸发干净，减少熔化后钢液中的含氢量，降低非晶合金带材的脆性，提高了带材的非晶度与韧性。

把金属硅延迟加入炉内，待炉内纯铁与硼铁熔化后再加入，这样可以起到钢液脱氧的良好作用，而且还可以减少钢液的氧化、烧损，因此即使选用Al、Ti等杂质含量较高的金属硅作为原材料，仍然可以得到杂质含量较低的钢液，满足最终产品要求，降低了原材料的成本。

传统工艺中采用真空冶炼工艺的方法可以达到本发明工艺冶炼的合金钢液的纯度，但采用真空冶炼时间长、生产效率低而且能耗高；现有技术的非真空冶炼工艺没有氩气保护，且放料顺序不合理，容易增加Si、B烧损，增加钢液的污染，对喷带不利，降低成带率。

优选的，所述步骤二中，炉内堆放的低铝硼铁和短料纯铁中，硼与铁的质量比为2：98～7：93。

优选的，所述步骤三中，加入金属硅后，待温度升至1350～1380℃后，功率调为额定功率的1/3保温15min，然后清渣出钢。

优选的，所述步骤三中，在整个冶炼过程中对炉内通高纯氩气进行保护。

本发明具有以下有益效果：

1.与现有技术的工艺相比，可以选用Al、Ti等杂质含量较高的金属硅作为原材料，仍然可以得到杂质含量较低的钢液，降低了原材料的成本；

2.本工艺冶炼非晶宽带制备用合金钢液区别于传统二次冶炼工艺，仅需一次冶炼即满足喷带要求；由于炉底吹送氩气，而使合金钢液成分更均匀，并且合金钢液成分混合均匀所需时间更短，大大降低了合金冶炼的综合能耗；

3.低温冶炼、炉底吹送氩气保护及延迟加入金属硅，还大大降低了Si、B元素的烧损，提高了合金钢液的冶炼生产效率，这样不仅可以减少钢液中N₂、H₂、O₂等气体的含量，而且可以避免钢液因氧化、烧损导致的钢水污染，容易去除Al、Ti等的氧化渣，使钢液更纯净，减少喷带时堵嘴、喷红钢、带材表面刮痕等不良现象的发生。

具体实施方式

本发明一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺实施例1，以冶炼标准质量分数Fe92.1Si5.4B2.5的铁基非晶母合金为例。其工艺步骤依次包括：

步骤一、配料：根据铁基非晶母合金的标准成分要求进行称量工业纯铁、低铝硼铁和金属硅，其中，低铝硼铁的硼含量为17～19wt％；现有技术中，除了加入工业纯铁、工业硅和硼铁，一般还加入铌铁和电解铜等，而本发明仅仅只加入工业纯铁、硼铁及金属硅，而且硼铁选用的是低铝硼铁，省去高温脱碳、还原剂与添加剂混合造渣等环节，对减少杂质有贡献，而且金属硅是后加入，最大限度的减少Si、B等烧损。

步骤二、炉料摆放：将工业纯铁区分为长料纯铁和短料纯铁，把长料纯铁紧贴炉壁排满一层，再把短料纯铁排列摆满炉底，然后把低铝硼铁全部倒入炉内堆放在短料纯铁上表面，这样，炉内堆放的低铝硼铁和短料纯铁中，硼与铁的质量比约为1.5：98.5～10：90，不仅炉内原料熔化快，而且亦可实现低温熔化，利于除去高、低温渣；剩余工业纯铁铺放在低铝硼铁上表面，金属硅放入料斗内，待炉内原料熔化完之后再分批次将金属硅放入炉内，其中，长料纯铁的长度为625mm以上，短料纯铁的长度为400mm以下；

步骤三、冶炼：非真空感应冶炼炉上电，先用额定功率的1/3加热20min，使炉内水分完全蒸发且炉料加热到800～900℃；然后用额定功率加热15min，至炉料开始熔化，再把功率调至额定功率的2/3，直至炉内原料全部化清，之后用额定功率的1/3保温清渣，待清渣结束后，功率调至额定功率的1/2，分批次加入金属硅，待温度升至1350～1400℃后，功率调为额定功率的1/3保温15min，然后清渣出钢。其中，所用非真空感应熔炼炉容量为300kg，额定功率240kW，冶炼时功率调整如表1：

表1

本发明一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺实施例2，其工艺步骤与实施例1基本相似，区别在于：所用非真空感应熔炼炉容量为500kg，额定功率350kW，冶炼时功率调整如表2：

表2

本发明一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺实施例3，其工艺步骤与实施例1基本相似，区别在于：所用非真空感应熔炼炉容量为1000kg，额定功率750kW，冶炼时功率调整如表3：

表3

本发明一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺实施例4，其工艺步骤与实施例1基本相似，区别在于：所用非真空感应熔炼炉容量为3000kg，额定功率1500kW，冶炼时功率调整如表4：

表4

下面对实施例1～4中得到的钢液中杂质含量进行检测，并与现有技术进行对比，其中，现有技术中原料包括工业纯铁、铌铁、工业硅、电解铜和硼铁，经过二次冶炼工艺得到钢液。金属硅选用3303牌号时，检测结果如表5：

表5

                                              单位：wt％

从检测结果中得知，本发明实施例1～4中得到的钢液中，Si、B、Nb、Cu的含量与对比例基本相当，C、S、P、Al、Mn、Ti的含量明显比对比例小，说明本发明所得到的铁基非晶宽带制备用合金钢液比现有技术的性能有显著提高。

金属硅选用2202牌号时，检测结果如表6：

表6

                                                 单位：wt％

从检测结果中得知，本发明实施例1～4中得到的钢液中，Si、B、Nb、Cu的含量与对比例基本相当，C、S、P、Al、Mn、Ti的含量明显比对比例小，说明本发明所得到的铁基非晶宽带制备用合金钢液比现有技术的性能有显著提高。

金属硅选用3103牌号时，检测结果如表7：

表7

                                                单位：wt％

从检测结果中得知，本发明实施例1～4中得到的钢液中，Si、B、Mn、Nb、Cu的含量与对比例基本相当，C、S、P、Al、Ti的含量明显比对比例小，说明本发明所得到的铁基非晶宽带制备用合金钢液比现有技术的性能有显著提高。

金属硅选用411牌号时，检测结果如表8：

表8

                                               单位：wt％

从检测结果中得知，本发明实施例1～4中得到的钢液中，Si、B、Mn、Nb、Cu的含量与对比例基本相当，C、S、P、Al、Ti的含量明显比对比例小，说明本发明所得到的铁基非晶宽带制备用合金钢液比现有技术的性能有显著提高。

综上所述，采用本发明的冶炼工艺，对选用的原材料要求可以比现有技术有所降低，而仍然可以得到杂质含量明显降低的铁基非晶宽带制备用合金钢液，从而钢液可以喷制出性能优异且成带率高的带材。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (4)

1.一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其特征在于：其工艺步骤依次包括：

步骤一、配料：根据铁基非晶母合金的标准成分要求进行称量工业纯铁、低铝硼铁和金属硅，其中，低铝硼铁的硼含量为17～19wt％；

步骤二、炉料摆放：将工业纯铁区分为长料纯铁和短料纯铁，把长料纯铁紧贴炉壁排满一层，再把短料纯铁排列摆满炉底，然后把低铝硼铁全部倒入炉内堆放在短料纯铁上表面，剩余工业纯铁铺放在低铝硼铁上表面，金属硅放入料斗内，待炉内原料熔化完之后再分批次将金属硅放入炉内，其中，长料纯铁的长度为625mm以上，短料纯铁的长度为400mm以下；

步骤三、冶炼：非真空感应冶炼炉上电，先用额定功率的1/3加热20min，然后用额定功率加热15min，再把功率调至额定功率的2/3，直至炉内原料全部化清，之后用额定功率的1/3保温清渣，待清渣结束后，功率调至额定功率的1/2，分批次加入金属硅，待温度升至1350～1400℃后，功率调为额定功率的1/3保温15min，然后清渣出钢。

2.如权利要求1所述的一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤二中，炉内堆放的低铝硼铁和短料纯铁中，硼与铁的质量比为2：98～7：93。

3.如权利要求1所述的一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤三中，加入金属硅后，待温度升至1350～1380℃后，功率调为额定功率的1/3保温15min，然后清渣出钢。

4.如权利要求1所述的一种铁基非晶宽带制备用合金钢液的冶炼工艺，其特征在于：所述步骤三中，在整个冶炼过程中对炉内通高纯氩气进行保护。