CN108950435B - 一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种饱和磁感高的铁基非晶带材的制备方法，所述的制备方法包括保温步骤；所述的保温：采用保温底注炉进行保温，控制保温的温度是1400‑1480℃。所述的制备方法还包括喷带步骤；所述的喷带：喷带温度为1400‑1600℃，喷嘴距离冷却辊0.2‑0.25mm。所述非晶带材的铁损低于0.2W/kg，铁损变化率＜15%。

Description

一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法，属于非晶合金技术领域。
背景技术
饱和磁感应强度（饱和磁通密度）是指磁体被磁化到饱和状态时的磁感应强度。在实际应用中，饱合磁感应强度往往是指某一指定磁场（基本上达到磁饱和时的磁场）下的磁感应强度。铁基非晶带材的原子处于无规则排列的非晶体结构，使其具有狭窄的B-H回路，具有高导磁性和低损耗的特点；同时非晶合金原子排列的不规则限制了电子的自由通行导致电阻率比晶体合金高出2-3倍，这样也有利于减少涡流损耗。以非晶合金为原料制成的变压器铁心，其空载损耗与采用硅钢片的传统变压器相比，减少了75%左右，使非晶合金变压器具有十分显著地节能和环保效果，当非晶合金变压器铁心用于油浸变压器时，可明显减排多种有害气体。所以，越来越多的生产厂商采用非晶合金来作为变压器铁心的原材料。
专利CN201710081112.8公开了一种铁基非晶合金，该合金材料的饱和磁感应强度不低于1.62T。本申请还提供了所述铁基非晶合金的制备方法，进一步的，其经过合适的热处理后可以获得优良的软磁性能，这种合金材料可用于制作电力变压器、发电机以及发动机的铁芯材料。
专利CN201710221247.X 公开了一种铁基非晶合金及其制备方法 ，该合金材料的饱和磁感应强度不低于1.60T。本申请还提供了所述铁基非晶合金的制备方法，进一步的，其可在一个宽泛的热处理区间进行热处理，且可获得优良的软磁性能的铁基非晶合金带材，这种合金材料可用于制作电力变压器、发电机以及发动机的铁芯材料或磁芯材料。
但现有技术的制备变压器的铁基非晶带材无法实现饱和磁感应强度高于1.65T的同时，矫顽力低、铁损低、弹性模量高。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法，实现以下发明目的：实现饱和磁感应强度高于1.65T的同时，矫顽力低、铁损低、弹性模量高。
为实现上述发明目的，采用以下技术方案：
本发明提供一种饱和磁感高的铁基非晶带材，采用的原材料是利用可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁86.5～87.4%、硼6～7.5%、硅2～2.5%、铬0.5～0.6%、钼0.2～0.3%、镍0.3～0.4%、铝0.2～0.3%、钨0.5～0.7%，其余为杂质。
所述非晶带材的饱和磁感应强度为1.65-1.68T，矫顽力为2.5-3.2A/m。
所述非晶带材的铁损（50Hz，1.35T）低于0.2W/kg，铁损变化率（120℃×200小时）＜15%，弹性模量为105GPa。
所述非晶带材的电阻率125-128μΩ.cm；晶化温度为550℃。
一种饱和磁感高的铁基非晶带材的制备方法，包括以下步骤；
步骤1、熔炼
调料：采用的原材料是利用可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁86.5～87.4%、硼6～7.5%、硅2～2.5%、铬0.5～0.6%、钼0.2～0.3%、镍0.3～0.4%、铝0.2～0.3%、钨0.5-0.7%，其余为杂质。采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼并充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min。
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500hz。
步骤2、保温
采用可控硅12脉冲中频串联电源保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃。
步骤3、喷带
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到冷却辊上，形成铁基非晶带材，喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.025-0.029mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅1600－∅2000*380－400，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃。
冷却辊向卷带辊反方向旋转，铁水通过喷嘴从铜辊上方喷到辊上，带材经辊底部向卷带辊方向载出，经剥离、降温、检测、调压送至卷带辊。通过控制系统控制冷却铜辊转速；控制与喷嘴的位置关系以满足钢液形成非晶带材的条件。
步骤4、带材卷取
所述铁基非晶带材的制备方法还包括带材卷取步骤，带材卷取温度T≤140℃时，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩最小，为20-21×10-6。非晶变压器噪音较传统硅钢变压器大，降噪是难题。铁芯的磁致伸缩振动是引起变压器噪音主要因素。铁基非晶带材生产在卷带过程中卷带温度在70℃-140℃温度的内，带材的铁损和激磁功率随温度升高而加大，其中铁损在0.15w/kg﹣0.17w/㎏范围内，激磁功率在0.21vA/㎏﹣0.225vA/㎏范围内，当温度高于140℃时带材的铁损、激磁功率均呈现急剧上升因上升太快使带材的磁性能不稳定。在有效的卷取温度范围内当卷后保温20min,卷取涨应力范围在300N﹣400N时，各卷取温度下带材的此致伸缩系数相对较小，且相同条件下随着温度的升高时间延长带材的磁致伸缩系数达到临界数值后趋于不变。因此带材的卷取参数140℃；300N； t=20min；对应的磁致伸缩系数20-21×10-6。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
（1） 本发明铁基非晶带材的饱和磁感应强度为1.65-1.68T，矫顽力为2.5-3.2A/m。
（2）本发明铁基非晶带材铁损低于0.2W/kg，铁损变化率（120℃×200小时）＜15%，弹性模量为105GPa。
（3）本发明铁基非晶带材的电阻率125-128μΩ.cm；晶化温度为550℃。
具体实施方式
实施例1 一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法
制备方法：
步骤1、熔炼
采用的原材料是利用可利用的再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁86.5%、硼6%、硅2%、铬0.5%、钼0.2%、镍0.3%、铝0.2%、钨0.5%，其余为杂质。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼，熔炼时充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min。
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500hz。
步骤2、保温
采用可控硅12脉冲中频串联电源保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃。
步骤3、喷带
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到冷却辊上，形成铁基非晶带材，喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.025mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅1600mm*380mm，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃，出水温度35-36℃。
冷却辊向卷带辊反方向旋转，铁水通过喷嘴从铜辊上方喷到辊上，带材经辊底部向卷带辊方向载出，经剥离、降温、检测、调压送至卷带辊。通过控制系统控制冷却铜辊转速；控制与喷嘴的位置关系以满足钢液形成非晶带材的条件。
步骤4、带材卷取
带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩系数为21×10-6。
制备的铁基非晶带材：饱和磁感应强度为1.65T，矫顽力为3.2A/m；铁损（50Hz，1.35T）0.17W/kg，铁损变化率（120℃×200小时）＜15%，弹性模量为105GPa；电阻率128μΩ.cm；晶化温度为550℃。
实施例2 一种饱和磁感高的铁基非晶带材及其制备方法
制备方法：
步骤1、熔炼
采用的原材料是利用可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁87.4%、硼7.5%、硅2.3%、铬0.6%、钼0.3%、镍0.4%、铝0.3%、钨0.6%，其余为杂质。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼，熔炼时充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min。
熔炼时采用电炉搅动铁水，电炉频率为500hz。
步骤2、保温
采用可控硅12脉冲中频串联电源保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，保温底注炉功率为3200kw；将熔炼好的铁水导入保温底注炉，导入速率为45m³/s；导入时进行清渣处理；
导入后，控制保温的温度是1450℃，控制压力为0.2MPa。
步骤3、喷带
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到冷却辊上，形成铁基非晶带材，喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.028mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅2000*400，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃出水温度35-36℃。
冷却辊向卷带辊反方向旋转，铁水通过喷嘴从铜辊上方喷到辊上，带材经辊底部向卷带辊方向载出，经剥离、降温、检测、调压送至卷带辊。通过控制系统控制冷却铜辊转速；控制与喷嘴的位置关系以满足钢液形成非晶带材的条件。
步骤4、带材卷取
带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩系数为21×10-6。
制备的铁基非晶带材：饱和磁感应强度为1.68T，矫顽力为2.5A/m；铁损（50Hz，1.35T）0.15W/kg，铁损变化率（120℃×200小时）＜15%，弹性模量为105GPa；电阻率125μΩ.cm；晶化温度为550℃。
除特殊说明的外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述的比值均为质量比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种饱和磁感高的铁基非晶带材的制备方法，其特征在于：包括熔炼、保温、喷带、带材卷取步骤；
所述熔炼，将原材料的可利用再生资源、废旧钢材以及变压器铁芯，重新熔炼使成分达到含铁87.4%、硼7.5%、硅2.3%、铬0.6%、钼0.3%、镍0.4%、铝0.3%、钨0.6%，其余为杂质；
所述熔炼的加热温度为1250℃，熔炼时间为50-60min；
所述保温，采用保温底注炉进行保温，将熔炼好的铁水导入所述保温底注炉，导入速率为45m³/s；导入后，控制保温温度1450℃，控制压力为0.2MPa；
所述喷带：喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；控制铁基非晶带材厚度为0.028mm；
所述带材卷取，带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N；保温时间20分钟时，所述非晶带材的磁致伸缩系数为21×10-6；
所述的铁基非晶带材的饱和磁感应强度为1.68T，矫顽力为2.5A/m。
2.根据权利要求1所述的一种饱和磁感高的铁基非晶带材，其特征在于：所述非晶带材的铁损低于0.2W/kg，铁损变化率＜15%。
3.根据权利要求1所述的一种饱和磁感高的铁基非晶带材，其特征在于：所述非晶带材的弹性模量为105GPa。
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