專利名稱：：一種冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鐵基非晶態(tài)用母合金的冶煉
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是提供了一種冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法，適用于含硼鐵基非晶態(tài)用母合金的制造。
背景技術(shù)：
：鐵基非晶態(tài)合金主要用于電力變壓器與高頻變壓器等的鐵心材料，具有鐵損低、飽和磁通密度和導(dǎo)磁率大等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用，主要產(chǎn)品有鐵硅硼系列，在我國的產(chǎn)量達(dá)到數(shù)萬噸，另外還有納米晶鐵硅硼銅鈮等，鐵基非晶態(tài)合金在國內(nèi)外己得到廣泛的應(yīng)用。鐵基非晶態(tài)合金可采用單輥法、雙輥法將熔融狀態(tài)母合金從噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的金屬滾筒的外圓周面上，使之急冷凝固制成薄帶或薄絲。鐵基非晶態(tài)母合金主要通過感應(yīng)爐(或電爐等)冶煉，將工業(yè)純鐵、硅鐵、硼鐵等放入冶煉爐內(nèi)，通電將其熔化獲得所需成分的液態(tài)母合金，然后再進(jìn)行噴帶(絲)制得非晶態(tài)產(chǎn)品。這種鐵基非晶態(tài)母合金制造方法存在的主要問題是原料成本較高，由于非晶帶對(duì)熔融母合金成分的苛刻要求，主要是A1、Ti等夾雜容易堵塞或保留在非晶帶中，給工藝順行與產(chǎn)品質(zhì)量帶來很大隱患。因此母合金的原料中A1、Ti等盡可能低，這樣對(duì)母合金的原料提出了苛刻要求，鐵原料至少選擇低A1的工業(yè)純鐵，硅鐵與硼鐵也有控制Al的含量。低A1硅鐵、低A1硼鐵要比普通硅鐵、硼鐵制造工藝復(fù)雜，其價(jià)格自然也比普通硅鐵與硼鐵高。以鐵硅硼合金為例，其含硼在2.6~2.65w線。原料成本約占母合金的1/3。即使使用較為純凈的原料，在制造熔融非晶母合金時(shí)，由于沒有去除夾雜的有效方法，給噴帶及產(chǎn)品質(zhì)量帶來威脅，特別是大規(guī)模、連續(xù)化的噴帶制造設(shè)備。發(fā)明專利(公開號(hào)CN1854322)提出了碳熱法制備高純硼鐵方法，以降低硼鐵中Al含量，但是過程硼的收得率不高，由于碳元素也是鐵基非晶態(tài)母合金控制的夾雜元素，碳熱法后期，還需高溫保硼脫碳，難度較大，不可避免造成硼的二次損失。因此,此法得到的硼鐵價(jià)格是比較昂貴的。發(fā)明專利(公開號(hào)CN1024024C)提出了硅熱法生產(chǎn)硼鐵或硅硼鐵的方法，作為生產(chǎn)鐵基非晶態(tài)母合金的原料，此方法硼的收得率僅為56%左右、硅的利用率僅為72%左右，生產(chǎn)過程資源浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高。發(fā)明專利(公開號(hào)CN1105393A)提出了在直流等離子爐中用硼鎂礦及富硼渣生產(chǎn)鐵基非晶母合金方法，采用碳熱為主、硅熱輔助還原的方法，產(chǎn)品中碳含量難以達(dá)到要求，如果釆用高溫脫碳，母合金中的硅硼損失比較嚴(yán)重，據(jù)此申請(qǐng)專利報(bào)道，硼的收得率只有60%左右，而母合金中的碳含量并未給出。另外其采用渣鐵混出，冷凝后分離渣鐵方式，給連續(xù)生產(chǎn)鐵基非晶母合金與直接噴帶帶來了很大困難。從上述分析可知，目前大規(guī)模的鐵基非晶態(tài)母合金仍然采用硼鐵、硅鐵與純鐵為原料的方式，硼鐵來自碳熱法還原法，其硼的收得率低、生產(chǎn)成本高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法，省去硼鐵制造工藝、提高硼酐(或硼酸)的綜合利用率，降低冶煉綜合能耗，實(shí)現(xiàn)一步法冶煉鐵基非晶母合金。此發(fā)明特別適用于我國的鐵硅硼等系列含硼鐵基非晶母合金。本發(fā)明是將硼原料(硼酐或硼酸)、還原劑(硅鐵)、添加劑(石灰、鎂砂、螢石)按照一定比例混合，與工業(yè)純鐵以及其它必需元素(鐵基非晶態(tài)母合金成分中除了硼、硅、鐵以外的主要金屬元素，如冶煉FeSiBCuNb母合金時(shí)，Cu和Nb也是主要元素)的合金添加劑一起加入到冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的設(shè)備內(nèi)，其中硼原料、還原劑與添加劑混合物放在工業(yè)純鐵下方；通電冶煉并通入氬氣作為保護(hù)氣氛，在熔化工業(yè)純鐵過程中，硼原料與還原劑發(fā)生反應(yīng)，工業(yè)純鐵熔清后，扒除爐渣，得到所需的液態(tài)鐵基非晶態(tài)母合金。硅鐵加入質(zhì)量與硼原料(硼酐或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.25~2.35:1(或0.65~1.35:1)。石灰的加入質(zhì)量與硼原料(硼酐或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.15L65:1(或0.651.05:1);鎂砂的加入質(zhì)量與石灰加入質(zhì)量的比例為00.2:1;螢石的加入質(zhì)量與石灰的加入質(zhì)量的比例為0~0.15:1。本發(fā)明的原理為主要解決鐵基非晶母合金冶煉過程硼鐵來源問題，硼鐵原料有多種硼砂、硼酸、硼酐等，其中硼砂含有Na20，對(duì)爐襯的侵蝕大，不利于爐襯長(zhǎng)壽，因此適宜的硼原料為硼酐(氧化硼)，硼酸也可使用，但冶煉鐵基非晶母合金冶煉過程需增加硼酸脫水時(shí)間。由于鐵基非晶態(tài)母合金對(duì)Al、C、Ti等要求嚴(yán)格，可使用工業(yè)純鐵作為鐵原料，同時(shí)直接冶煉鐵基非晶態(tài)母合金時(shí)，硼酐(或硼酸)的還原劑不能選擇A1與鈦鐵等，碳質(zhì)材料也不適合做還原劑，一者碳還原硼酐(或硼酸)需要更高的溫度，二者碳質(zhì)材料容易滲碳，還原后還需解決滲碳問題，使得一步法冶煉復(fù)雜。理想的還原劑為硅鐵，一者因?yàn)殍F基非晶母合金本身就含有一定的硅，冶煉過程需要用硅鐵增硅，二者硅鐵作為還原劑，比較容易還原硼酐，研究表明IOOO'C以上還原反應(yīng)就可發(fā)生。冶煉硼鐵與冶煉鐵基非晶態(tài)母合金硼的收得率差距非常大，這主要是因?yàn)榕痂F中硼的質(zhì)量濃度高、硅(Al、C)的質(zhì)量濃度低，從熱力學(xué)上不利于氧化硼的還原，從圖l可見，正常冶煉溫度(152(TC左右)，硼的收得率只有56%左右，為了得到更高的收得率，只能降低溫度，由于受熔體溫度限制，降低冶煉溫度是不可行的，此分析結(jié)果與目前硼鐵冶煉收得率較低是吻合的。鐵基非晶態(tài)母合金中硼的質(zhì)量含量低，硅的質(zhì)量含量相對(duì)較高，因此在熱力學(xué)上有利于提高硼的收得率，從圖2可見，硼的收得率可達(dá)95%以上水平?？梢?，直接用硼酐等硼原料冶煉鐵基非晶態(tài)母合金，硼的收得率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于先冶煉硼鐵再加入鐵基非晶態(tài)母合金冶煉裝置硼的收得率。.硼酐的熔點(diǎn)低、受熱易膨脹，如果不進(jìn)行控制，不僅影響硼的還原效果，而且氧化硼也會(huì)嚴(yán)重侵蝕爐襯，本發(fā)明通過配加添加劑來抑制氧化硼的受熱膨脹，盡可能降低氧化硼對(duì)爐襯的影響，本發(fā)明主要以石灰作為添加劑。由于鐵基非晶態(tài)母合金的熔點(diǎn)較低，冶煉溫度一般控制在14501550'C之間，當(dāng)氧化硼還原后，爐渣成分主要為CaO與Si02，從降低爐渣熔點(diǎn)與提高爐渣流動(dòng)性出發(fā)，本發(fā)明石灰的加入質(zhì)量與硼酐(或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.151.65:1(或0.651.05:1)。也可添加少量鎂砂進(jìn)一步降低終渣熔點(diǎn)和提高爐渣流動(dòng)性，鎂砂的加入質(zhì)量與石灰加入質(zhì)量的比例為00.2:1為宜。螢石也能降低爐渣熔點(diǎn)與提高爐渣流動(dòng)性，考慮對(duì)爐襯的負(fù)面影響，螢石的加入質(zhì)量與石灰的加入質(zhì)量的比例為00.15:1為宜。硼料的加入質(zhì)量以鐵基非晶態(tài)母合金中的硼含量確定，而硅鐵加入質(zhì)量與硼酐(或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.252.35:1(或0.651.35:1)，以確保硼的利用率較高，同時(shí)滿足鐵基非晶態(tài)母合金成分的要求。將需要的硼原料、還原劑與添加劑按照上面所述的范圍配料混合。冶煉鐵基非晶態(tài)母合金時(shí)，混合料有兩種加入方法，一種是等工業(yè)純鐵先熔化，然后再加入混合料，這種方法硼的收得率低；一種是裝料時(shí)，先加入混合料，再加入工業(yè)純鐵，這樣在感應(yīng)加熱過程中，硅鐵先與硼原料還原，隨著工業(yè)純鐵的熔化，還原后的金屬硼料與多余的硅鐵溶解于鋼液中，這種還原方式硼的收得率高，本發(fā)明的試驗(yàn)表明，硼的收得率超過80%。除此之外，鋼液中的A1、Ti等夾雜很容易被爐渣吸收，減輕了A1、Ti等夾雜對(duì)鐵基非晶態(tài)母合金的成分影響以及提高了后序噴帶質(zhì)量。鐵基非晶態(tài)母合金的化學(xué)成分中，除了硼、硅、鐵元素以外，可能還包含其它有益金屬元素，例如冶煉鐵硅硼銅鈮時(shí)，其它有益金屬元素包括Cu與Nb，則冶煉鐵基非晶態(tài)母合金時(shí)需要添加相應(yīng)的合金添加劑，如電解銅與鈮鐵；而冶煉鐵硅硼合金時(shí)，則不需要添加其它合金劑；因此其它有益金屬元素與鐵基非晶態(tài)母合金的產(chǎn)品相關(guān)。根據(jù)上述目的和方法原理，本發(fā)明具體的技術(shù)方案為一種冶煉鐵基非晶母合金的方法，其特征是將硼原料(硼酐或硼酸)、還原劑(硅.鐵)、添加劑(石灰、鎂砂、螢石)按照一定比例混合，與工業(yè)純鐵以及其它必需元素(鐵基非晶態(tài)母合金成分中除了硼、硅、鐵以外的有益金屬元素)的合金添加劑一起加入到冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的設(shè)備內(nèi)，其中硼原料、還原劑與添加劑混合物放在工業(yè)純鐵下方；通電冶煉并通入氬氣作為保護(hù)氣氛，在熔化工業(yè)純鐵過程中，硼原料與還原劑發(fā)生反應(yīng)，工業(yè)純鐵熔清后，扒除爐渣，得到所需的液態(tài)鐵基非晶態(tài)母合金。本發(fā)明的特征還包括硅鐵加入質(zhì)量與硼酐(或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.252.35:1(或0.651.35:1);石灰的加入質(zhì)量與硼酐(或硼酸)加入質(zhì)量的比例為1.151.65:1(或0.651.05:1);鎂砂的加入質(zhì)量與石灰加入質(zhì)量的比例為00.2:1;螢石的加入質(zhì)量與石灰的加入質(zhì)量的比例為00.15:1。本發(fā)明具有的特點(diǎn)包括(1)可省去硼鐵原料加工過程直接使用硼原料冶煉鐵基非晶態(tài)母合金，可省去硼原料加工硼鐵工序，縮短了工序，減輕了硼鐵冶煉造成的環(huán)境影響。(2)顯著提高硼的收得率直接使用硼原料冶煉鐵基非晶態(tài)母合金，硼的收得率超過80%，明顯優(yōu)于制造硼鐵的收得率。(3)可改善鐵基非晶態(tài)母合金的潔凈度還原反應(yīng)過程，鐵料及硅鐵中的A1、Ti夾雜容易被爐渣吸收，減輕了A1、Ti等夾雜對(duì)鐵基非晶態(tài)母合金潔凈度的負(fù)面影響。因此，本發(fā)明提出的一種冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法，不僅可以提高硼的收得率，降低鐵基非晶態(tài)母合金的生產(chǎn)成本，還可提高鐵基非晶態(tài)母合金的潔凈度。圖1為硼的收得率。圖2為硼的收得率。具體實(shí)施例方式實(shí)施例在500kg感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行，配有底吹氬系統(tǒng)。鐵料選擇為工業(yè)純鐵，硼原料為硼酐或硼酸，還原劑為硅鐵。添加劑為石灰、鎂砂與螢石。其它合金劑還包括電解銅與鈮鐵。原料化學(xué)成分見表1表3，各爐次使用的原料質(zhì)量與配加比例見表4(其中，硅鐵(/硼源)是指硅鐵加入質(zhì)量與硼酐(或硼酸)加入質(zhì)量的比，其余類推；母合金.中類X代表FeSiB母合金，Y代表FeSiBCuNb母合金)。冶煉時(shí)，將硼原料(硼酐或硼酸)、還原劑(硅鐵)、添加劑(石灰、鎂砂、螢石)按照表4所給定的質(zhì)量混合，與表4中給定質(zhì)量的工業(yè)純鐵以及給定質(zhì)量的其它必需元素(Y母合金中為Cu與Nb)的合金添加劑一起加入到感應(yīng)爐內(nèi)，其中硼原料、還原劑與添加劑混合物放在工業(yè)純鐵下方；通電冶煉并通入氬氣作為保護(hù)氣氛，工業(yè)純鐵熔清后，扒除爐渣，得到所需的液態(tài)鐵基非晶態(tài)母合金，冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的成分及硼的收得率見表5。從表5可見，采用本發(fā)明方法，硼的收得率達(dá)到80%以上，其中冶煉FeSiBCuNb母合金時(shí)，硼的收得率能夠達(dá)到90%左右。從實(shí)施例結(jié)果可見，硅鐵加入質(zhì)量與硼酐加入質(zhì)量的比例與冶煉母合金產(chǎn)品種類有關(guān)，當(dāng)比例為1.252.35:1時(shí)，能夠滿足目前鐵基非晶態(tài)母合金冶煉的要求；選擇硼酸為硼原料時(shí)，硅鐵加入質(zhì)量與硼酸加入質(zhì)量的比例以0.651.35:1為宜。從實(shí)施例結(jié)果可見，石灰的加入質(zhì)量與硼原料相關(guān)，選擇硼酐為硼原料時(shí)，石灰的加入質(zhì)量與硼酐加入質(zhì)量的比例為1.151.65:1能夠滿足冶煉要求，若以硼酸為硼原料，則石灰的加入質(zhì)量與硼酸加入質(zhì)量的比例以0.651.05:1為宜。冶煉鐵基非晶態(tài)母合金時(shí)，可以單純依靠石灰調(diào)節(jié)爐渣，當(dāng)然還可以添加少量鎂砂、螢石進(jìn)一步降低終渣熔點(diǎn)和提高爐渣流動(dòng)性，從實(shí)施例結(jié)果可見，鎂砂的加入質(zhì)量與石灰加入質(zhì)量的適宜比例為00.2:1;螢石的加入質(zhì)量與石灰的加入質(zhì)量的適宜比例為00.15:1。可見，通過本發(fā)明提出的冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法，可以顯著提高硼的收得率，能夠大幅度降低鐵基非晶態(tài)母合金的生產(chǎn)成本。表1硼原料主要成分wt%硼原料貼03B203A1A硼酸99.89一0.03硼酐—98.90.1表2工業(yè)純鐵、硅鐵與其它有益金屬添加劑主要成分wt%原料FeCSiMnSPAlCuNb工業(yè)純鐵99.8590.0030.010.080.0060.0090.0030.01—75硅鐵24.6450.174.50.40.020.035—■—-鈮鐵33.420.040.40.30.020.02—0.365電解銅0.004-——0.0040.001—99.989-表3輔助原料主要成分wt%6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種冶煉鐵基非晶母合金的方法，其特征在于，將硼原料、還原劑硅鐵、添加劑按照一定比例混合，與工業(yè)純鐵以及其它必需元素的合金添加劑一起加入到冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的設(shè)備內(nèi)，其中硼原料、還原劑與添加劑混合物放在工業(yè)純鐵下方；通電冶煉并通入氬氣作為保護(hù)氣氛，在熔化工業(yè)純鐵過程中，硼原料與還原劑發(fā)生反應(yīng)，工業(yè)純鐵熔清后，扒除爐渣，得到所需的液態(tài)鐵基非晶態(tài)母合金。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冶煉鐵基非晶母合金的方法，硅鐵加入質(zhì)量與硼原料加入質(zhì)量的比例為1.25-2.35:1或0.651.35:1。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，石灰的加入質(zhì)量與硼原料加入質(zhì)量的比例為L(zhǎng)151.65:l或0.65~1.05:1;鎂砂的加入質(zhì)量與石灰加入質(zhì)量的比例為0~0.2:1;螢石的加入質(zhì)量與石灰的加入質(zhì)量的比例為00.15丄4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硼原料為硼酐或硼酸。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的添加劑為石灰、鎂砂或螢石。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的其它必需元素是指冶煉FeSiBCuNb母合金時(shí)，還包括Cu和Nb。全文摘要一種冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的方法，屬于鐵基非晶態(tài)用母合金的冶煉方法。本發(fā)明是將硼原料、還原劑硅鐵、添加劑按照一定比例混合，與工業(yè)純鐵以及其它必需元素的合金添加劑一起加入到冶煉鐵基非晶態(tài)母合金的設(shè)備內(nèi)，其中硼原料、還原劑與添加劑混合物放在工業(yè)純鐵下方；通電冶煉并通入氬氣作為保護(hù)氣氛，在熔化工業(yè)純鐵過程中，硼原料與還原劑發(fā)生反應(yīng)，工業(yè)純鐵熔清后，扒除爐渣，得到所需的液態(tài)鐵基非晶態(tài)母合金。優(yōu)點(diǎn)在于，不僅可以提高硼的收得率，降低鐵基非晶母合金的生產(chǎn)成本，還可提高鐵基非晶態(tài)母合金的潔凈度。文檔編號(hào)C22C1/02GK101580903SQ20091008724公開日2009年11月18日申請(qǐng)日期2009年6月19日優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日發(fā)明者劉國棟,周少雄,沛趙,趙定國,郭培民,陳文智申請(qǐng)人:鋼鐵研究總院;安泰科技股份有限公司