CN111286683B

CN111286683B - 一种用于铁基非晶合金带材的渣系与一种铁基非晶合金带材的制备方法

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Publication number: CN111286683B
Application number: CN202010098197.2A
Authority: CN
Inventors: 陈昌; 刘树海; 张彦政
Original assignee: Qingdao Yunlu Advanced Materials Technology Co ltd
Current assignee: Qingdao Yunlu Advanced Materials Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-02-18
Also published as: CN111286683A

Abstract

本发明提供了一种用于铁基非晶合金带材的渣系，由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成。本申请还提供了一种铁基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：按照铁基非晶合金带材的成分配比配制原料，按照所述原料配制渣系，将所述原料和所述渣系在石英砂炉衬的中频炉中熔炼，得到钢水；所述渣系由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成；将所述钢水单辊快淬，得到铁基非晶合金带材。本申请采取一种特定的渣系，该渣系可以使钢水中的硬质夹杂物变性处理为低熔点的复合物，该类复合物熔点低，在1600K的温度下呈液体形式很容易上浮排出。

Description

一种用于铁基非晶合金带材的渣系与一种铁基非晶合金带材的制备方法

技术领域

本发明涉及铁基非晶合金技术领域，尤其涉及一种用于铁基非晶合金带材的渣系与一种铁基非晶合金带材的制备方法。

背景技术

铁基非晶带材具有优良的软磁性能，节能效果明显。非晶带材的形成需要急速冷却才能得到。铁基非晶带材的成分以Fe、Si、B为主，并且Si、B的含量均达2％以上；因此Fe-Si-B系钢水一般选用酸性炉衬进行熔炼，目前主要采用石英砂捣筑烧结而成的中频炉冶炼。中频炉通过电磁感应的方式加热熔化纯铁、硅、硼铁，熔化成具有合格成分的钢水后，吹氩一段时间便开始浇注制备成非晶带材。

在单辊法制备非晶带材过程中，钢水熔液从具有一定宽度的矩形开口喷嘴中(矩形开口宽度在0.3～0.5mm)流到冷却辊上形成具有一定宽度和厚度(20～40μm)的金属带材。带材具有两面，与冷却辊接触的面称之为贴辊面，背离冷却辊的一面称之为自由面。

在铁基非晶合金制备过程中，带材自由面会附着由钢水中带来的硬质小颗粒，该类小颗粒会使带材自由面变粗糙，制备磁芯时会造成带材与带材之间相互粘结，带材之间的摩擦系数增加，给磁芯的制备带来困难，将此现象称之为带材粘性。而带材粘性与钢水洁净度有很大关系，主要是钢水中夹杂物颗粒的影响。

目前，在制备铁基非晶带材中，Fe-Si-B系钢水质量的好坏主要取决于金属原材料的洁净度。钢水的洁净度主要取决于钢水中的夹杂物以及钢水中的气体含量，Fe-Si-B系钢水中的夹杂物以氧化铝、氧化硅等形式存在，该类夹杂物在具有一定碱度的渣系下才会被捕捉去除；但结合Fe-Si-B系钢水的特征，中频炉炉衬选择石英砂炉衬，该类炉衬呈酸性对去除夹杂物无任何优势。因此，该类炉衬的中频炉冶炼Fe-Si-B系钢水，钢水中的夹杂物只能靠镇静或吹氩被带出去除，但夹杂物上浮到钢水液面时，一部分夹杂物在电磁搅拌的作用下又会被带入到钢水中无法完全排出。

钢水中的夹杂物无法排除对非晶薄带的制备影响很大，一方面对喷带的顺行度造成影响；另一方面会造成上述带材粘性问题，对磁芯的制备带来很大的困难。因此，在酸性炉衬中如何有效去除铁基非晶钢水中的夹杂物是十分重要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于铁基非晶合金带材的渣系，本申请提供的渣系可提高钢水的纯净度，减少钢水中的细小硬质颗粒物，从而降低铁基非晶合金带材的粘性，提高带材自由面的光滑度。

有鉴于此，本申请提供了一种用于铁基非晶合金带材的渣系，由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成。

优选的，所述SiO₂的含量为52～57wt％。

优选的，所述Al₂O₃的含量为11.5～14.2wt％。

优选的，所述CaO的含量为25.8～29.2wt％。

优选的，所述SiO₂的原料来源为玻璃，所述玻璃中SiO₂的含量大于95wt％。

本申请还提供了一种铁基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：

按照铁基非晶合金带材的成分配比配制原料，将所述原料和渣系在石英砂炉衬的中频炉中熔炼，得到钢水；所述渣系由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成；

将所述钢水单辊快淬，得到铁基非晶合金带材。

优选的，所述渣系的质量为所述原料质量的0.2～0.5wt％。

优选的，所述铁基非晶合金带材的成分具体如Fe_xSi_yB_z所示；其中，x、y、z分别代表Fe、Si和B的原子百分比，x＝79～80％、y＝9.0～9.5％、z＝10.5～12％。

优选的，所述钢水的夹杂物尺寸为1～3.5μm。

优选的，所述铁基非晶合金带材的静摩擦系数为0.20～0.25。

本申请提供了一种用于铁基非晶合金带材的渣系，其由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成；本申请提供的渣系用于捕捉铁基非晶钢水中的夹杂物，钢水中的Al₂O₃被渣系中的SiO₂、CaO捕捉，形成低熔点的复合物并可除去；同时炉渣中高熔点的Al₂O₃的减少，炉渣熔点的降低，可以有效解决炉衬挂渣的问题；进一步的，本申请通过SiO₂和CaO配合使用，有效避免了中频炉石英砂炉衬受到侵蚀的问题。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

针对现有技术中去除酸性炉衬的中频熔炼炉熔炼过程中钢水中夹杂物物的问题，本申请提供了一种用于铁基非晶合金带材的渣系，该渣系适合酸性炉衬且可以捕捉铁基非晶合金钢水中夹杂物，从而提高钢水的洁净度，由此打破了提高铁基非晶合金钢水纯净度只能通过原材料控制的单一方法。具体的，本申请实施例公开了一种用于铁基非晶合金带材的渣系，由50～60wt％的SiO₂、15～20wt％的Al₂O₃和25～30wt％的CaO组成。

本申请提供的上述渣系，氧化铝无需额外加入，其全部来自于铁基非晶合金钢水中的氧化铝。常规冶金造渣用二氧化硅熔点为1600℃以上，难以化开，而非晶冶炼炉温度在1500℃以内，因此，本申请采用熔点较低的普通玻璃用作二氧化硅原料，玻璃中二氧化硅的含量可达95％以上。氧化钙的原料来源为石灰，石灰的中氧化钙的含量可达85％以上。二氧化硅的量根据钢水中的二氧化硅进行调整，氧化钙的加入必然对石英砂炉衬造成影响，因此氧化钙加入的同时必须加入二氧化硅，此种加入方式则保证熔炼钢水的中频炉石英砂炉衬不受到侵蚀，炉衬寿命不会减少，且提高铁基非晶合金钢水的纯净度。

因此，铁基非晶合金钢水中有上述成分的渣系，可使钢水中的Al₂O₃被渣中的SiO₂-CaO捕捉，形成低熔点的复合物并在搅拌作用下上浮去除；同时炉渣中高熔点的Al₂O₃减少，炉渣熔点降低，可以有效解决炉渣挂渣的问题。

对于本申请提供的渣系，所述SiO₂的含量为50～60wt％，更具体的，所述SiO₂的含量为52～57wt％，其含量超出上述范围，则导致二氧化硅夹杂物增加而影响铁基非晶合金薄带的生产顺行度；所述Al₂O₃的含量为15～20wt％，更具体的，所述Al₂O₃的含量为16.5～18.2wt％，其含量超出上述范围则会直接侵蚀熔炼炉的炉衬；所述CaO的含量为25～30wt％，更具体的，所述CaO的含量为25.8～29.2wt％。

将所述钢水单辊快淬，得到铁基非晶合金带材。

本申请所述铁基非晶合金带材的制备方法按照本领域技术人员熟知的方法进行，只是在熔炼过程中采用了特定组成的渣系进行造渣，以实现钢水中夹杂物的去除；其中的二氧化硅和氧化钙是额外引入的渣系组分，而三氧化二铝则是由原料带来的。本申请所述铁基非晶合金带材的制备方法适用于本领域技术人员熟知的铁基非晶合金，即只要成分配比满足铁基非晶合金均是可以适用于上述方法的；具体的，所述铁基非晶合金带材的成分具体如Fe_xSi_yB_z所示；其中，x、y、z分别代表Fe、Si和B的原子百分比，x＝79～80％、y＝9.0～9.5％、z＝10.5～12％。在具体实施例中，所述渣系的质量为所述原料(含铝原材料)质量的0.2～0.5wt％。

本申请提供的铁基非晶合金带材的制备方法通过引入特定配比的造渣体系，实现了熔炼的钢水中夹杂物尺寸为1～3.5μm，铁基非晶合金带材的静摩擦系数为0.20～0.35；且熔炼中频炉炉衬没有受到侵蚀。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于铁基非晶合金带材的渣系以及铁基非晶合金带材的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例

按照铁基非晶合金带材的成分配制原料，原料中带入的氧化铝总量0.6kg(该氧化铝量计算：含铝原材料1000kg，其中铝含量为0.03％，则带入的铝量为0.3kg，由铝氧反应计算得出氧化铝总量为0.6kg)渣系按照SiO₂ 50～60wt％、Al₂O₃ 15～20wt％、CaO 25～30wt％的比例关系配比，经计算可得需加入的玻璃量大约为2kg、氧化钙的量大约为1kg；

熔炼原材料时，将配好的玻璃及氧化钙充分混合后加入炉内进行熔化，熔炼过程中炉渣不允许扒出，待钢水出钢前扒出，在炉衬为石英砂的中频炉内熔炼Fe-Si-B系钢水，钢水中非金属夹杂物如表1所示；

将钢水单辊快淬后得到铁基非晶合金带材；以铁基非晶带材自由面的摩擦系数来表征带材粘性，带材粘性如表2所示；

按照上述方法制备试样1、试样2和试样3；

以同样的方法制备铁基非晶合金带材，区别在于未进行造渣；

试样1的成分具体为：Fe₇₉Si_9.5B_11.5；

试样2的成分具体为：Fe₇₉Si₉B₁₂；

试样3的成分具体为：Fe₈₀Si₉B₁₁。

表1 熔炼后钢水中夹杂物尺寸数据表

表2 铁基非晶合金带材的静摩擦系数数据表

下述表格中实施例与比较例成分均采用Fe₈₀Si₉B₁₁，制备方法与现有制备方法相同；表3为不同渣系配比下熔炼后夹杂物尺寸以及中频率石英砂炉衬侵蚀度数据表(成分按照质量百分比wt％)；

表3 实施例和比较例夹杂物尺寸、侵蚀度和摩擦系数数据表

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于铁基非晶合金带材的渣系，由50~58wt%的SiO₂、15~20wt%的Al₂O₃和25~30wt%的CaO组成。

2.根据权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述SiO₂的含量为52~57wt%。

3.根据权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述Al₂O₃的含量为16.5~18.2wt%，所述SiO₂、Al₂O₃和CaO的总和为100%。

4.根据权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述CaO的含量为25.8~29.2wt%，所述SiO₂、Al₂O₃和CaO的总和为100%。

5.根据权利要求1所述的渣系，其特征在于，所述SiO₂的原料来源为玻璃，所述玻璃中SiO₂的含量大于95wt%。

6.一种铁基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：

按照铁基非晶合金带材的成分配比配制原料，将所述原料和渣系在石英砂炉衬的中频炉中熔炼，得到钢水；所述渣系由50~60wt%的SiO₂、15~20wt%的Al₂O₃和25~30wt%的CaO组成；

将所述钢水单辊快淬，得到铁基非晶合金带材。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述渣系的质量为所述原料质量的0.2~0.5wt%。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金带材的成分具体如Fe_xSi_yB_z所示；其中，x、y、z分别代表Fe、Si和B的原子百分比，x=79~80%、y=9.0~9.5%、z=10.5~12%。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钢水的夹杂物尺寸为1~3.5μm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金带材的静摩擦系数为0.20~0.25。