[发明专利]一种冶炼铁基纳米晶母合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼母合金技术领域，尤其涉及一种冶炼铁基纳米晶母合金的方法。

背景技术

铁基纳米晶合金以Fe元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素构成合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料，热处理后获得直径为10-20nm的微晶，弥散分布在非晶态的基体上，被称为铁基纳米晶或铁基超微晶材料。铁基纳米晶具有优异的综合软磁性能：初始磁导率可达到10万，最大磁导率可达到50万，饱和磁感应强度为1.0-1.2T，矫顽力与钴基非晶相近，在20～100kHz，有比铁镍合金更小的损耗，比铁氧体有更高的B秒和理想的热稳定性，而且不同的成分配比可以获得高矩形系数、高脉冲磁导率、低剩磁等特性，并且工艺简单、价格低廉。铁基纳米晶由于其优异的软磁性能而应用广泛，可应用于电流互感器、共模电感、大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、漏电保护开关、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈等。

铁基纳米晶的原材料为工业纯铁、金属硅、电解铜、铌铁、硼铁，其中铌铁和硼铁较为难熔，还有易烧损的金属硅和电解铜，其中铌铁价格昂贵，用这些原材料冶炼的母合金要求有益元素有较高的收得率，成分均匀，颗粒分布均匀，喷带过程中有较高的得材率（得材率=带材质量/原材料质量）。

现有铁基纳米晶母合金冶炼方法一般为单纯的真空冶炼法或非真空冶炼法。非真空冶炼纳米晶母合金一般布料情况下最高熔炼温度为1560-1600℃，对炉衬伤害较严重，元素氧化程度大导致杂质较多（会导致制备所得带材发脆），有益元素烧损较严重，并且相同配比的炉料熔炼的母合金成分波动范围较大（成分波动范围大会导致制备带材性能不稳定）：Si波动范围达到0.15%，Cu波动范围达到0.06%，B波动范围达到0.1%，Nb波动范围达到0.1%，Nb的收得率较低一般为95%。真空冶炼纳米晶母合金冶炼时间较长，熔炼200kg纳米晶母合金一般需要150分钟左右，且一般的布料状况要求最高熔炼温度需达到1560-1600℃，对炉衬伤害较大，相同配比的炉料熔炼的母合金Cu的波动范围达到0.1%。

鉴于上述原因，迫切需要提供一种最高熔炼温度较低、有益元素波动范围较小、母合金杂质含量较低、冶炼效率较高的冶炼纳米晶母合金的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冶炼纳米晶母合金的方法，旨在解决冶炼纳米晶母合金过程中炉衬损害大、有益元素烧损严重、母合金杂质含量高、冶炼效率低等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种冶炼纳米晶母合金的方法。其工艺步骤包括：将一定量金属硅铺于炉子底部，将数根工业纯铁竖直放置于炉子内，并保证各工业纯铁间为均等空隙，然后将原材料硼铁的一半量撒入炉内下半部空隙中，铌铁撒入炉内中部空隙，剩余硼铁撒入炉内上半部空隙；盖上炉盖，开始抽真空、送电，调节加热功率以及加热时间直至布料化清后升温到1520±10℃，在炉料的不断熔化过程中通过加料仓将剩余工业纯铁加入炉内，加热功率保持为200kW；当温度达到1520±10℃时进行保温15分钟，然后调节加热功率到0kW降温到1460±10℃，用捣料杆将钢液表面渣子层破除，通过加料仓加入剩余金属硅，调节加热功率到100kW，熔化30秒，待熔化时间结束后加入电解铜，同时保证加热功率为100kW熔化时间为30秒；调节功率到0kW降温到1360±10℃破真空，打开炉盖，继续降温到1280±10℃，打掉渣子，然后出钢，将钢水浇入钢锭模具中。

本发明与已有的技术相比具有以下优点和特点：本发明通过合理的布料、控制加热功率及加热时间，提高了冶炼效率；用本方法冶炼铁基纳米晶母合金熔炼效率较高，总熔炼时间为105±5分钟，本冶炼方法熔炼最高温度为1530℃，最高温度较低，可以有效保护炉衬并提高其寿命，也为使用石英砂炉衬提供了可能；所熔炼母合金成分均匀，有益元素成分波动较小：Si波动范围≤0.1%，Cu波动范围≤0.04%，B波动范围≤0.05%，Nb波动范围≤0.04%，Nb的收得率达到97%以上，可有效节约成本；母合金中杂质较少，不会造成喷带时杂质堵塞喷嘴，喷带的得材率达到83%以上，喷带韧性较好。

附图说明

图1是根据本发明实施例的冶炼纳米晶母合金的方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是根据本发明实施例的冶炼纳米晶母合金的方法流程图。