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(jì)算機(jī)、家電及精密儀器儀表廣泛使用的低矯頑力和高磁導(dǎo)率金屬功能材料，常用于制作各種電磁鐵的極頭、極靴、磁導(dǎo)體、磁屏蔽、電機(jī)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(yīng)用較廣泛的二種軟磁合金，它們多在交流磁化狀態(tài)下應(yīng)用，要求有較低的功率損耗。
大家知道軟磁合金成品的化學(xué)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(dāng)形成間隙原子時(shí)，由晶格畸變引起的微觀應(yīng)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(shí)，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(dǎo)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(zhǔn)確，故軟磁合金的冶煉工藝要求十分嚴(yán)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(yīng)爐”和“電弧爐+VD”二種方式。采用“真空感應(yīng)爐”冶煉工藝，優(yōu)點(diǎn)是成分配比準(zhǔn)確、夾雜含量低、冶金質(zhì)量好，缺點(diǎn)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(jī)械拋光去除氧化后才能冶煉；故冶煉成本極高(冶煉步驟費(fèi)用達(dá)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(diǎn)是冶煉成本較低；缺點(diǎn)是(1)電弧爐爐體的要求比較嚴(yán)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(wù)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(dá)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(diǎn)，熔煉時(shí)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(fèi)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)烈攪拌作用，同時(shí)爐容量的擴(kuò)大，減少了傳統(tǒng)工藝爐與爐之間的成分波動，減輕了化學(xué)元素的偏析程度，穩(wěn)定了軟磁合金的性能；同時(shí)冶煉成本也大大降低(一方面，冶煉容量擴(kuò)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(jìn)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(jìn)行熔化初煉；然后在AOD爐進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(fù)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(dāng)T≤1650℃時(shí)，Cr元素優(yōu)先氧化，其次是C元素；當(dāng)T＞1650℃時(shí)，C元素優(yōu)先氧化，其次是Cr元素；)，并采用強(qiáng)烈的底吹氬攪拌和強(qiáng)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(fù)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(qiáng)供氧能力使鋼液中碳迅速氧化并促成鋼液升溫，達(dá)到鋼液熔池強(qiáng)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(qiáng)供氧手段在AOD爐進(jìn)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(jì)算，Ni回收按100％計(jì)算)；3)當(dāng)C約為0.10％(根據(jù)吹氧降碳公式計(jì)算)時(shí)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(dāng)C約0.01％時(shí)，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為450～500m3/h；向爐內(nèi)加入預(yù)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(jì)算，利用高溫下Si氧化性優(yōu)于Cr的特點(diǎn)，將已氧化的鉻還原出來，使得總鉻回收率達(dá)到96～97％，大大降低成本)、0.8～1.5Kg Al/噸鋼(與Si-Fe組合，起加強(qiáng)脫氧作用)；5)預(yù)還原時(shí)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(hù)澆注(防止鋼液的二次氧化)，以常規(guī)澆注速度，控制保護(hù)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(diǎn)，另外AOD具有的良好脫碳效果，可以彌補(bǔ)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(diǎn)1.冶煉容量擴(kuò)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(xué)條件，鋼水?dāng)嚢枇?qiáng)，可促使夾雜物上浮，鋼中氣體含量與“電弧爐+VD”方法相當(dāng)，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(jià)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(shí)施方案某鋼鐵公司煉鋼車間實(shí)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(jì)6爐，其工藝流程是電弧爐熔化初煉—→在AOD爐進(jìn)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(shí)加入還原劑預(yù)還原，預(yù)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(jìn)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(jìn)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(jì)算，Ni回收按100％計(jì)算)；(3)當(dāng)C約為0.10％時(shí)，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(dāng)C約0.01％時(shí)，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為480m3/h；向爐內(nèi)加入預(yù)還原渣料，渣料配比(7～8.4)×G×[Si]＝500Kg石灰、Si-Fe180Kg、Al 20Kg；(5)預(yù)還原時(shí)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(jìn)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(hù)澆注工藝，將高溫鋼液澆鑄成鋼錠，鎮(zhèn)靜時(shí)間4分鐘，澆注時(shí)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(xué)條件良好、生產(chǎn)成本低、裝備和工藝通用性強(qiáng)、碳控制得更低、冶煉容量擴(kuò)大的特點(diǎn)，實(shí)施本發(fā)明專利生產(chǎn)出的1J117、1J50軟磁合金，其化學(xué)成分完全滿足內(nèi)控要求(化學(xué)成分控制準(zhǔn)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(jī)鍛打、軋鋼機(jī)開坯或軋制)制成的成品，性能符合用戶的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行熔化初煉；然后在AOD爐進(jìn)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(fù)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(qiáng)烈的底吹氬攪拌和強(qiáng)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(fù)中解脫出來；對Fe-Ni軟磁合金而言，利用AOD爐的強(qiáng)供氧能力使鋼液中碳迅速氧化并促成鋼液升溫，達(dá)到鋼液熔池強(qiáng)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(qiáng)供氧手段在AOD爐進(jìn)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(jì)算，Ni回收按100％計(jì)算；3)當(dāng)C約為0.10％時(shí)，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(dāng)C約0.01％時(shí)，停止吹氧，全部吹氬，氬氣流量為450～500m3/h；向爐內(nèi)加入預(yù)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(yù)還原時(shí)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(hù)澆注，以常規(guī)澆注速度，控制保護(hù)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(tuán)上海五鋼有限公司