[发明专利]一种冶炼铁基非晶态母合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于铁基非晶态用母合金的冶炼技术领域，特别是提供了一种冶炼铁基非晶态母合金的方法，适用于含硼铁基非晶态用母合金的制造。

背景技术

铁基非晶态合金主要用于电力变压器与高频变压器等的铁心材料，具有铁损低、饱和磁通密度和导磁率大等特点，得到了广泛应用，主要产品有铁硅硼系列，在我国的产量达到数万吨，另外还有纳米晶铁硅硼铜铌等，铁基非晶态合金在国内外已得到广泛的应用。

铁基非晶态合金可采用单辊法、双辊法将熔融状态母合金从喷嘴喷射到高速旋转的金属滚筒的外圆周面上，使之急冷凝固制成薄带或薄丝。

铁基非晶态母合金主要通过感应炉(或电炉等)冶炼，将工业纯铁、硅铁、硼铁等放入冶炼炉内，通电将其熔化获得所需成分的液态母合金，然后再进行喷带(丝)制得非晶态产品。

这种铁基非晶态母合金制造方法存在的主要问题是原料成本较高，由于非晶带对熔融母合金成分的苛刻要求，主要是Al、Ti等夹杂容易堵塞或保留在非晶带中，给工艺顺行与产品质量带来很大隐患。因此母合金的原料中Al、Ti等尽可能低，这样对母合金的原料提出了苛刻要求，铁原料至少选择低Al的工业纯铁，硅铁与硼铁也有控制Al的含量。低Al硅铁、低Al硼铁要比普通硅铁、硼铁制造工艺复杂，其价格自然也比普通硅铁与硼铁高。以铁硅硼合金为例，其含硼在2.6~2.65wt％。原料成本约占母合金的1/3。

即使使用较为纯净的原料，在制造熔融非晶母合金时，由于没有去除夹杂的有效方法，给喷带及产品质量带来威胁，特别是大规模、连续化的喷带制造设备。

发明专利(公开号CN1854322)提出了碳热法制备高纯硼铁方法，以降低硼铁中Al含量，但是过程硼的收得率不高，由于碳元素也是铁基非晶态母合金控制的夹杂元素，碳热法后期，还需高温保硼脱碳，难度较大，不可避免造成硼的二次损失。因此，此法得到的硼铁价格是比较昂贵的。

发明专利(公开号CN1024024C)提出了硅热法生产硼铁或硅硼铁的方法，作为生产铁基非晶态母合金的原料，此方法硼的收得率仅为56％左右、硅的利用率仅为72％左右，生产过程资源浪费严重，生产成本高。

发明专利(公开号CN1105393A)提出了在直流等离子炉中用硼镁矿及富硼渣生产铁基非晶母合金方法，采用碳热为主、硅热辅助还原的方法，产品中碳含量难以达到要求，如果采用高温脱碳，母合金中的硅硼损失比较严重，据此申请专利报道，硼的收得率只有60％左右，而母合金中的碳含量并未给出。另外其采用渣铁混出，冷凝后分离渣铁方式，给连续生产铁基非晶母合金与直接喷带带来了很大困难。

从上述分析可知，目前大规模的铁基非晶态母合金仍然采用硼铁、硅铁与纯铁为原料的方式，硼铁来自碳热法还原法，其硼的收得率低、生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冶炼铁基非晶态母合金的方法，省去硼铁制造工艺、提高硼酐(或硼酸)的综合利用率，降低冶炼综合能耗，实现一步法冶炼铁基非晶母合金。此发明特别适用于我国的铁硅硼等系列含硼铁基非晶母合金。

本发明是将硼原料(硼酐或硼酸)、还原剂(硅铁)、添加剂(石灰、镁砂、萤石)按照一定比例混合，与工业纯铁以及其它必需元素(铁基非晶态母合金成分中除了硼、硅、铁以外的主要金属元素，如冶炼FeSiBCuNb母合金时，Cu和Nb也是主要元素)的合金添加剂一起加入到冶炼铁基非晶态母合金的设备内，其中硼原料、还原剂与添加剂混合物放在工业纯铁下方；通电冶炼并通入氩气作为保护气氛，在熔化工业纯铁过程中，硼原料与还原剂发生反应，工业纯铁熔清后，扒除炉渣，得到所需的液态铁基非晶态母合金。

硅铁加入质量与硼原料(硼酐或硼酸)加入质量的比例为1.25～2.35∶1(或0.65～1.35∶1)。

石灰的加入质量与硼原料(硼酐或硼酸)加入质量的比例为1.15～1.65∶1(或0.65～1.05∶1)；镁砂的加入质量与石灰加入质量的比例为0～0.2∶1；萤石的加入质量与石灰的加入质量的比例为0～0.15∶1。

本发明的原理为：主要解决铁基非晶母合金冶炼过程硼铁来源问题，硼铁原料有多种：硼砂、硼酸、硼酐等，其中硼砂含有Na₂O，对炉衬的侵蚀大，不利于炉衬长寿，因此适宜的硼原料为硼酐(氧化硼)，硼酸也可使用，但冶炼铁基非晶母合金冶炼过程需增加硼酸脱水时间。