趙偉偉

（太原鋼鐵集團(tuán)電氣有限公司， 山西 太原 030003）

Fe基非晶納米晶復(fù)合軟磁材料具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁通、低矯頑力、低鐵損等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上公認(rèn)的綜合性能最好的軟磁材料。其母合金冶煉目前有真空、非真空兩種。采用的真空冶煉具有合金燒損量小、化學(xué)成分容易控制、避免與大氣接觸等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際使用過程中也存在廢帶回爐操作困難、一次性投資成本高等缺陷。出于企業(yè)經(jīng)濟(jì)性考慮，使用非真空冶煉、回爐廢帶在當(dāng)下仍具有巨大的市場(chǎng)存在價(jià)值。

目前生產(chǎn)的Fe基納米晶軟磁合金帶材基本都是在母合金重熔后澆筑在中間包內(nèi)，通過寬23～26 μm，長(zhǎng)20～55 mm的嘴縫與冷卻輥之間形成熔潭，熔潭中的熔體不斷被高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥甩出，形成薄膜，并迅速冷卻成納米晶帶材，噴嘴中的熔體又不斷補(bǔ)充至熔潭中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶材的連續(xù)制造。合金的流動(dòng)性直接影響到熔潭內(nèi)熔體是否能及時(shí)補(bǔ)充到位，因此合金液流動(dòng)性成為了影響Fe基納米晶軟磁合金帶材順利生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

本文主要敘述150 kg非真空中頻爐冶煉Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金流動(dòng)性的影響因素及應(yīng)對(duì)措施。

1 原料選擇

目前生產(chǎn)Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金普遍采用純鐵、鈮鐵、硼鐵、電解銅、金屬硅為原材料。不同廠家、不同批次的原材料中含有的雜質(zhì)成分不同。以鈮鐵為例，有w（Al）低于 0.3%的，也有w（Al）高于0.7%；有w（Ta）低于 0.1%的，也有w（Ta）高于 0.2%的。雜質(zhì)元素越多，對(duì)合金流動(dòng)性影響越大。Al含量越高，冶煉過程中氧化成Al2O3的含量越多，另外Si在合金鈮鐵合金中大多以SiO2形式存在[1]。所以為提高母合金流動(dòng)性，首先應(yīng)最大限度的限制原料中雜質(zhì)元素的含量，尤其是Al、Si等；經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定在冶煉過程中采用堿性坩堝來吸附合金液中的Al2O3等夾雜物[2]，冶煉時(shí)開啟底吹氬，減少冶煉過程中爐內(nèi)的氧分壓，可達(dá)到降低爐內(nèi)合金液體的氧化增重[3]，可明顯提高合金液流動(dòng)性。

2 布料方式

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金冶煉原料采用純鐵、鈮鐵、硼鐵、電解銅、金屬硅?；诠I(yè)原料尺寸考慮，母合金過程中實(shí)際上只是兩種或三種物料最先接觸并熔融、熔化，其他物料是在初熔的基礎(chǔ)上進(jìn)一步熔化。不同的布料方式，最先接觸的初熔物質(zhì)不同；熔融熔化的溫度不同，初熔熔液中產(chǎn)生的會(huì)產(chǎn)生偏析，偏析情況也不同。隨著不同的熔化溫度，熔化過程中氧化雜質(zhì)（SiO2、Al2O3等）生成量不同。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)及總結(jié)，采用螺旋線澆筑的方式進(jìn)行澆筑測(cè)量，在相同冶煉條件下比較，得出：純鐵→部分金屬硅→部分硼鐵→鈮鐵→純鐵→電解銅→剩余金屬硅→剩余硼鐵的布料方式最為合理，螺旋線澆筑長(zhǎng)度最長(zhǎng)，耗時(shí)最短，合金的流動(dòng)性最好。

3 冶煉升溫工藝

升溫工藝不僅影響成分的均勻性，也對(duì)合金元素的氧化量、氧化速率及雜質(zhì)氣體的氧化排出造成影響。納米晶超薄帶的順利制備對(duì)母合金的成分一致性有嚴(yán)格的要求，保證成分均勻性，最大限度的降低合金元素的氧化，是保證合金良好流動(dòng)性的的關(guān)鍵。本文在采取同等裝爐量，相同布料方式的情況下以功率為縱坐標(biāo)和時(shí)間為橫縱坐標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比（見圖 1）。

圖1 對(duì)比渣量及流動(dòng)性的不同冶煉工藝

通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)工藝2下合金的質(zhì)量及流動(dòng)性最好，渣質(zhì)量最少。

4 冶煉最高溫度控制

冶煉最高溫度的增高會(huì)增大合金液的過熱度。而過熱度的增大會(huì)降低非晶帶材的穩(wěn)定性；飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度降低，增大矯頑力和剩磁，不利于帶材的磁性能[4]。過熱度過低，影響合金液的翻滾，導(dǎo)致成分一致性差，容易發(fā)生偏析，同時(shí)不利于合金中雜質(zhì)氣體的排出，降低合金流動(dòng)性。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)摸索，得出最高冶煉溫度1 450～1 500℃，合金液析出渣量最少，制帶過程堵咀率最低（見圖2）。

圖2 對(duì)比合金流動(dòng)性的最高冶煉溫度

5 結(jié)語

非真空狀態(tài)下冶煉Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金，不可避免的要使合金液與大氣接觸，進(jìn)而發(fā)生氧化還原反應(yīng)。要想提高合金的流動(dòng)性，減少Si、Al等元素的氧化，可以從原料開始，控制采購(gòu)合金原料中Si、Al等元素的含量；從冶煉布料方式、冶煉升溫工藝控制、冶煉最高溫度控制、采用堿性爐襯、設(shè)置底吹氬等方面進(jìn)行控制，可有效降低合金液中雜質(zhì)元素的氧化，去除合金中的Al2O3等雜質(zhì)，提高合金鋼液的流動(dòng)性。