專利名稱：一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)精密合金的冶煉生產(chǎn)方法，尤其是指軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
屬于精密合金范疇的軟磁合金，是現(xiàn)代通訊、計算機、家電及精密儀器儀表廣泛使用的低矯頑力和高磁導率金屬功能材料，常用于制作各種電磁鐵的極頭、極靴、磁導體、磁屏蔽、電機的轉(zhuǎn)子和定子、變壓器和繼電器的鐵芯及各種通訊、傳感、記錄等工程中的磁性元件。Fe-Ni軟磁合金、Fe-Cr軟磁合金是應用較廣泛的二種軟磁合金，它們多在交流磁化狀態(tài)下應用，要求有較低的功率損耗。
大家知道軟磁合金成品的化學元素，對合金的磁性能起到重要作用，一方面，含量很少的間隙固溶體形成元素(C、H、O、N)對軟磁性能有顯著損害(當形成間隙原子時，由晶格畸變引起的微觀應力分布，將造成疇壁位移的阻力)；另一方面，少量的Al、Ti元素，在合金中不能固溶而形成氧化物、氮化物等夾雜時，這些非磁性摻雜能使疇壁釘扎，提高了軟磁合金的矯頑力和降低磁導率。因此，F(xiàn)e-Ni軟磁合金、Fe-Cr軟磁合金的成分配比必須力求準確，故軟磁合金的冶煉工藝要求十分嚴格，尤其是C、H、O、N、Al、Ti等夾雜元素含量的冶煉控制。
目前，軟磁合金的冶煉方法主要有“真空感應爐”和“電弧爐+VD”二種方式。采用“真空感應爐”冶煉工藝，優(yōu)點是成分配比準確、夾雜含量低、冶金質(zhì)量好，缺點是對冶煉原材料的要求也極高，所用的原料均為優(yōu)質(zhì)純鐵、Ni板，且必需經(jīng)機械拋光去除氧化后才能冶煉；故冶煉成本極高(冶煉步驟費用達10000元/噸)，所以現(xiàn)在精密合金生產(chǎn)企業(yè)通常采用“電弧爐+VD”冶煉工藝。
采用“電弧爐+VD”冶煉工藝，優(yōu)點是冶煉成本較低；缺點是(1)電弧爐爐體的要求比較嚴格，必須采用低碳爐體，不能使用瀝青爐襯的電弧爐(由于軟磁合金成分的要求，一般要求爐襯不含碳；相比瀝青爐襯爐體而言，低碳爐體成本較高)；(2)脫碳任務在電弧爐完成，而電弧爐的脫碳能力有限，由于耐火材料中含C的原因(即使采用低碳爐體)，鋼中的C含量(對磁性性能起主要作用)最低只能達到0.02％；另外，Al、Ti等夾雜元素含量也比較高(Al≥0.03％、Ti≥0.01％)，這對軟磁合金的性能有較大的影響；(3)由于電弧爐本身的特點，熔煉時鋼液的攪拌能力較差，去除鋼液中氣體、夾雜的效果較差，造成鋼錠熱加工塑性和成品磁性能的波動較大；(4)VD爐型普遍較小，故冶煉成本仍較高(冶煉步驟費用約3000元/t)、金屬收得率也較低，另外由于冶煉容量偏小，爐與爐之間成分波動相對較大，造成軟磁合金的性能波動較大，且生產(chǎn)周期相對較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法，用“電弧爐熔化鋼液+AOD爐冶煉”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“電弧爐+VD”，生產(chǎn)出符合標準要求的軟磁合金(Fe-Ni軟磁合金、Fe-Cr軟磁合金)的鋼錠，一方面，AOD爐冶煉使成分碳可以控制得更低，另一方面，AOD爐中氬氣的強烈攪拌作用，同時爐容量的擴大，減少了傳統(tǒng)工藝爐與爐之間的成分波動，減輕了化學元素的偏析程度，穩(wěn)定了軟磁合金的性能；同時冶煉成本也大大降低(一方面，冶煉容量擴大，降低了冶煉工序成本；另一方面，利用AOD爐冶煉的脫碳能力，可以采用成本更低的瀝青爐襯爐體代替成本較高的低碳爐體進行熔化初煉，且電弧爐冶煉的合金原材料亦可以采用成本較低的高碳合金)，滿足用戶要求和市場需要。
本發(fā)明提供的一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法，其特征在于首先在普通電弧爐內(nèi)進行熔化初煉；然后在AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉，冶煉出成分合格的軟磁合金；最終模鑄成鋼錠。
第一步，在普通電弧爐內(nèi)，對返回料、合金、輔料等原材料進行熔化初煉。
1)冶煉所需的返回料、合金和輔料等原材料配料時，原材料碳含量不受限制，盡量使用高碳合金(因AOD有良好的脫碳效果，而低C鉻合金成本大大高于高C鉻合金)，降低冶煉成本；2)熔化初煉按返回吹氧法操作；3)成分控制Ni，中下限；Si≤0.35％；Fe-Cr軟磁合金的Cr，中下限；4)出鋼前拉渣全部，確保無渣出鋼；5)出鋼溫度T≥1630℃，確保AOD開吹溫度≥1540℃。
第二步，在AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉，一方面，創(chuàng)造合金鋼液中碳優(yōu)先氧化的條件，使電爐從鋼液脫碳的重負中解脫出來；另一方面，大大降低鋼液中的H、N等有害氣體。對Fe-Cr軟磁合金而言，快速升溫脫碳(在AOD爐熔煉溫度下，當T≤1650℃時，Cr元素優(yōu)先氧化，其次是C元素；當T＞1650℃時，C元素優(yōu)先氧化，其次是Cr元素；)，并采用強烈的底吹氬攪拌和強制脫氧，加速Fe-Cr軟磁合金鋼渣中氧化鉻的還原，使電爐從高鉻鋼液脫碳的重負中解脫出來；對Fe-Ni軟磁合金而言(在AOD爐熔煉溫度下，C元素優(yōu)先氧化)，利用AOD爐的強供氧能力使鋼液中碳迅速氧化并促成鋼液升溫，達到鋼液熔池強攪拌效果，提高脫C效果。
1)AOD開吹溫度≥1540℃，全程吹氬；2)兌鋼畢拉渣全部，測溫、取樣分析一；并根據(jù)鋼液中Si含量加入石灰，石灰加入量＝(7.0～8.4)×G×[Si]，G是煉鋼爐內(nèi)鋼液重量，[Si]是鋼液中Si含量；向爐內(nèi)吹入氬、氧混合氣體，混合氣體流量是800～1200m3/h，比例關(guān)系是O2∶Ar＝(3～4)∶1，采用強供氧手段在AOD爐進行快速升溫、脫碳處理；根據(jù)分析一結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限(Cr回收按97％計算，Ni回收按100％計算)；3)當C約為0.10％(根據(jù)吹氧降碳公式計算)時測溫、取樣分析二，并切換氬、氧混合氣體流量比例，混合氣體流量是800～1200m3/h，比例關(guān)系是O2∶Ar＝(1～2)∶1，根據(jù)分析二結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限；4)當C約0.01％時，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為450～500m3/h；向爐內(nèi)加入預還原渣料，渣料配比(7.0～8.4)×G×[Si]的石灰、7～10Kg Si-Fe/噸鋼(對于Fe-Cr軟磁合金，根據(jù)原始鋼液成分和吹氧總量計算，利用高溫下Si氧化性優(yōu)于Cr的特點，將已氧化的鉻還原出來，使得總鉻回收率達到96～97％，大大降低成本)、0.8～1.5Kg Al/噸鋼(與Si-Fe組合，起加強脫氧作用)；5)預還原時間5～10分鐘，取樣全分析三、四并拉渣全部，加入還原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/噸鋼、2～3Kg螢石/噸鋼(用于改善鋼液的流動性)；吹A(chǔ)r化渣≥3分鐘，為確保還原良好，可加Si-Ca適量；6)出鋼前吹氬精煉≥3分鐘后出鋼；7)吊包溫度為液相線溫度+50～60℃。
第三步，采用氬氣保護澆注(防止鋼液的二次氧化)，以常規(guī)澆注速度，控制保護渣和鋼液均勻上升，將高溫鋼液澆鑄成鋼錠。
電弧爐的爐襯材料最好采用瀝青爐襯(瀝青爐襯具有制作成本低、水份少的優(yōu)點，另外AOD具有的良好脫碳效果，可以彌補其爐襯中碳含量較高的缺陷)，降低冶煉成本。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點1.冶煉容量擴大，生產(chǎn)周期縮短，性能穩(wěn)定性增加。
2.碳可控制得更低，提高性能。
3.AOD有良好的動力學條件，鋼水攪拌力強，可促使夾雜物上浮，鋼中氣體含量與“電弧爐+VD”方法相當，使鋼液冶金質(zhì)量大大提高。
4.冶煉含鉻軟磁合金可使用價格低廉的高碳合金，大大降低生產(chǎn)成本。
5.電爐無須采用低碳爐襯，降低成本。
具體實施方案某鋼鐵公司煉鋼車間實施本發(fā)明專利，生產(chǎn)1J117(Fe-Cr軟磁合金)、1J50(Fe-Ni軟磁合金)等牌號的軟磁合金共計6爐，其工藝流程是電弧爐熔化初煉—→在AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉—→澆注鋼錠第一步，20噸交流電弧爐(瀝青爐襯)熔化初煉初煉爐采用返回吹氧法操作，熔清大于80％后吹氧助熔；鋼液溫度大于1660℃時加入還原劑預還原，預還原后取樣全分析，拉渣全部；根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整成分，Cr中下限，Ni中下限，Si≤0.35％；溫度大于1630℃出鋼。第二步，在18噸AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉(1)AOD開吹溫度≥1540℃，全程吹氬；(2)兌鋼畢拉渣全部，測溫T＝1568℃、取樣分析一；加入石灰(7～8.4)×G×[Si]＝500Kg；向爐內(nèi)吹入氬、氧混合氣體(比例關(guān)系是O2∶Ar＝4∶1，混合氣體流量是1100m3/h)，在AOD爐進行快速升溫、脫碳處理；根據(jù)分析一結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限(Cr回收按97％計算，Ni回收按100％計算)；(3)當C約為0.10％時，測溫T＝1736℃、取樣分析二，并切換氬、氧混合氣體流量(O2∶Ar＝1∶1，氣體流量是900m3/h)；根據(jù)分析二結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限；(4)繼續(xù)吹氧降碳，當C約0.01％時，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為480m3/h；向爐內(nèi)加入預還原渣料，渣料配比(7～8.4)×G×[Si]＝500Kg石灰、Si-Fe180Kg、Al 20Kg；(5)預還原時間7分鐘后，取樣全分析三、四拉渣全部，加入還原渣料，吹氬化渣4分鐘，為確保還原良好，加Si-Ca60Kg；渣料配比300Kg石灰、50Kg螢石；根據(jù)分析三、四結(jié)果調(diào)整成分進內(nèi)控要求；(6)測溫，1J117(Fe-Cr軟磁合金)T＝1610℃出鋼，1J50(Fe-Ni軟磁合金)T＝1550℃出鋼。第三步，采用氬氣保護澆注工藝，將高溫鋼液澆鑄成鋼錠，鎮(zhèn)靜時間4分鐘，澆注時間5分鐘。本發(fā)明專利具有冶煉操作工藝簡單、原材料合金配料限制少、冶金動力學條件良好、生產(chǎn)成本低、裝備和工藝通用性強、碳控制得更低、冶煉容量擴大的特點，實施本發(fā)明專利生產(chǎn)出的1J117、1J50軟磁合金，其化學成分完全滿足內(nèi)控要求(化學成分控制準確)，鋼液冶金質(zhì)量高(C、H、O、N、Al、Ti等元素含量低)，鋼錠經(jīng)熱加工(鍛壓機鍛打、軋鋼機開坯或軋制)制成的成品，性能符合用戶的質(zhì)量標準要求。
權(quán)利要求
1.一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法，其特征在于首先在普通電弧爐內(nèi)進行熔化初煉；然后在AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉，冶煉出成分合格的軟磁合金；最終模鑄成鋼錠第一步，在普通電弧爐內(nèi)，對返回料、合金、輔料等原材料進行熔化初煉1)冶煉所需的返回料、合金和輔料等原材料配料時，原材料碳含量不受限制，盡量使用高碳合金；2)熔化初煉按返回吹氧法操作；3)成分控制Ni，中下限；Si≤0.35％；Fe-Cr軟磁合金的Cr，中下限；4)出鋼前拉渣全部，確保無渣出鋼；5)出鋼溫度T≥1630℃；第二步，在AOD爐進行軟磁合金鋼液的精煉，一方面，創(chuàng)造合金鋼液中碳優(yōu)先氧化的條件，使電爐從鋼液脫碳的重負中解脫出來；另一方面，大大降低鋼液中的H、N等有害氣體。對Fe-Cr軟磁合金而言，快速升溫脫碳，并采用強烈的底吹氬攪拌和強制脫氧，加速Fe-Cr軟磁合金鋼渣中氧化鉻的還原，使電爐從高鉻鋼液脫碳的重負中解脫出來；對Fe-Ni軟磁合金而言，利用AOD爐的強供氧能力使鋼液中碳迅速氧化并促成鋼液升溫，達到鋼液熔池強攪拌效果，提高脫C效果1)AOD開吹溫度≥1540℃，全程吹氬；2)兌鋼畢拉渣部分，測溫、取樣分析一；并根據(jù)鋼液中Si含量加入石灰，石灰加入量＝(7.0～8.4)×G×[Si]，G是煉鋼爐內(nèi)鋼液重量，[Si]是鋼液中Si含量；向爐內(nèi)吹入氬、氧混合氣體，混合氣體流量是800～1200m3/h，比例關(guān)系是O2∶Ar＝(3～4)∶1，采用強供氧手段在AOD爐進行快速升溫、脫碳處理；根據(jù)分析一結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限，Cr回收按97％計算，Ni回收按100％計算；3)當C約為0.10％時，測溫、取樣分析二，并切換氬、氧混合氣體流量比例，混合氣體流量800～1200m3/h，比例關(guān)系是O2∶Ar＝(1～2)∶1，根據(jù)分析二結(jié)果調(diào)整成分至內(nèi)控中限；4)當C約0.01％時，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為450～500m3/h；向爐內(nèi)加入預還原渣料，渣料配比(7.0～8.4)×G×[Si]的石灰、7～10KgSi-Fe/噸鋼、0.8～1.5Kg Al/噸鋼；5)預還原時間5～10分鐘，取樣全分析三、四，并拉渣全部，加入還原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/噸鋼、2～3Kg螢石/噸鋼；吹A(chǔ)r化渣≥3分鐘，為確保還原良好，可加Si-Ca適量；6)出鋼前吹氬精煉≥3分鐘后出鋼；7)吊包溫度為液相線溫度+50～60℃；第三步，采用氬氣保護澆注，以常規(guī)澆注速度，控制保護渣和鋼液均勻上升，將高溫鋼液澆鑄成鋼錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法，其特征是電弧爐的爐襯材料最好采用瀝青爐襯。
全文摘要
一種軟磁合金的冶煉生產(chǎn)方法，其特征是(1)電弧爐內(nèi)熔化初煉原輔材料的碳含量不受限制；返回吹氧法操作；成分控制Cr、Ni中下限，Si≤0.35％；無渣出鋼。(2)AOD爐精煉鋼液開吹溫度≥1540℃，全程吹氬；根據(jù)Si含量加入石灰；爐內(nèi)吹入1100m
文檔編號C22C33/00GK1594626SQ20041002544
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者袁昱, 包民偉, 陳新建, 王治政, 徐明華, 胡俊輝, 楊杰 申請人:寶鋼集團上海五鋼有限公司