CN109136787B - 一种铁基非晶带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁基非晶带材，所述的非晶带材采用的原料是利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯，重新熔炼使其成分达到含铁90‑93%、硼2‑4%、硅3‑5%、碳0.5‑2%。一种铁基非晶带材的制备方法，包括熔炼步骤；所述的熔炼：熔炼温度为1200‑1250℃；熔炼炉功率为2800‑3200kw，熔炼炉的容量为5‑6吨，熔炼时间为50‑60min。所述非晶带材的饱和磁感强度Bs大于1.6T，最大导磁率＞720000H/m，铁损为0.16W/kg，弹性模量为105GPa，维氏硬度900kg/mm2，居里温度415℃。

Description

一种铁基非晶带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种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
非晶合金，或称为金属玻璃，它是20世纪70年代问世的一种新型材料，是利用急冷技术，将钢液一次成型为厚度为30微米的薄带，得到的固体合金（薄带）是不同于冷轧硅钢材料中原子规则排列的晶体结构，正是这种合金其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芯用于油浸变压器时，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。
现有技术的铁基非晶带材存在以下缺陷：目前一般工作温度低于150℃，热稳定性较低；作单相变压器铁芯的铁损较高，噪音较大。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种铁基非晶带材及其制备方法，实现以下发明目的：提高铁基非晶带材的热稳定性，降低铁损和噪音。
为实现上述发明目的，采用以下技术方案：
本发明提供一种铁基非晶带材，采用的原材料是可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁90-93%、硼2-4%、硅3-5%、碳0.5-2%%。
所述非晶带材的饱和磁感强度Bs大于1.6T，最大导磁率＞720000 H/m，铁损（1.3T/50Hz）为0.16 W/kg，弹性模量为105GPa，维氏硬度900kg/mm2，居里温度415℃。
所述非晶带材的电阻率130μΩ·cm，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1500～2000MPa，热膨胀系数7.6ppm/℃。
一种铁基非晶带材的制备方法，包括熔炼步骤；
所述的熔炼：
熔炼温度为1200-1250℃；熔炼炉功率为2800-3000kw，熔炼炉到的容量为 5-6吨。
所述的熔炼：熔炼时间为50-60min。
所述的制备方法还包括保温步骤；所述的保温：控制的保温包温度为1400-1600℃；保温包内全程充置氩气，保护熔液。
所述的制备方法还包括喷带步骤；所述的喷带：喷带温度为1450-1480℃，喷嘴内充一氧化碳和氩气。
所述的喷带：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℃。
所述的熔炼：熔炼时间为50-60min；所述的保温:控制保温温度为1450℃；
所述的喷带：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；控制喷嘴与冷却辊之间的距离为0.2mm-0.5mm。
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热稳定性高，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1500～2000MPa，热膨胀系数7.6ppm/℃。
（2）本发明铁基非晶带材作单相变压器铁芯的铁损为0.15w/kg﹣0.17w/㎏。
（3）本发明铁基非晶带材作单相变压器铁芯的噪音低于38分贝。
具体实施方式
实施例1 一种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92%、硼4%、硅3%、碳1%。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼，熔炼时冲氩气保护钢液。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0.028mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅1600mm *380 mm，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：最大导磁率＞720000 H/m，弹性模量为105GPa，维氏硬度900kg/mm2，居里温度415℃，密度为7.2g/cm3，晶化温度550℃，电阻率130μΩ·cm，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1500～2000MPa，热膨胀系数7.6ppm/℃，铁损为0.17w/㎏。
实施例2 一种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92%、硼2%、硅3.2%、碳1%、铬0.1%。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼，熔炼时冲氩气保护钢液。熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉到的容量为 6吨；熔炼时间为50-52min。
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℃，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；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∅2000 mm *400mm，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20.5×10-6。
制备的铁基非晶带材：最大导磁率＞720000 H/m，弹性模量为104GPa，维氏硬度915kg/mm2，居里温度412℃，密度为7.3g/cm3，晶化温度548℃，电阻率128μΩ·cm，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1800～2000MPa，热膨胀系数7.6ppm/℃；铁损0.15w/kg。
采用上述铁基非晶带材作单相变压器铁芯的噪音低于38分贝。
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 (4)

1.一种铁基非晶带材，其特征在于，所述的非晶带材采用的原料是利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯，重新熔炼使其成分达到由铁90-93%、硼2-4%、硅3-5%、碳0.5-2%组成；
所述铁基非晶带材的制备方法，包括熔炼、保温、喷带步骤；
所述熔炼：
熔炼温度为1200-1250℃；熔炼炉功率为2800-3200kw，熔炼炉的容量为 5-6吨，熔炼时间为50-60min ；
所述保温：控制的保温包温度为1400-1600℃；保温包内全程充置氩气，保护熔液；
所述喷带：喷带温度为1450-1480℃，喷嘴内充一氧化碳和氩气；
所述喷带：采用的冷却辊规格为∅1600－∅2000mm*380－400mm，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃；
所述非晶带材的饱和磁感强度Bs大于1.6T，最大导磁率＞720000 H/m，铁损1.3T/50Hz为0.16 W/kg，弹性模量为105GPa，维氏硬度900kg/mm2 ，居里温度415℃；
所述非晶带材的电阻率130μΩ·cm，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1500～2000MPa，热膨胀系数7.6ppm/℃。
2. 根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材，其特征在于，所述熔炼：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。
3.根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材，其特征在于，所述熔炼：熔炼时间为50-60min；所述保温:控制保温温度为1450℃；
所述喷带：通过控制系统控制冷却铜辊转速；控制冷却铜辊与喷嘴的位置关系，以满足钢液形成非晶带材的条件；控制喷嘴与冷却辊之间的距离为0.2mm-0.5mm。
4. 根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材，其特征在于，所述喷带：铁基非晶带材厚度为0.025mm，采用的冷却辊规格为∅2000 mm *400mm。
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