改善非真空中频冶炼纳米晶软磁合金流动性的方法★

赵伟伟

（太原钢铁集团电气有限公司， 山西 太原 030003）

Fe基非晶纳米晶复合软磁材料具有高磁导率、高饱和磁通、低矫顽力、低铁损等优点，是目前世界上公认的综合性能最好的软磁材料。其母合金冶炼目前有真空、非真空两种。采用的真空冶炼具有合金烧损量小、化学成分容易控制、避免与大气接触等优点，但在实际使用过程中也存在废带回炉操作困难、一次性投资成本高等缺陷。出于企业经济性考虑，使用非真空冶炼、回炉废带在当下仍具有巨大的市场存在价值。

目前生产的Fe基纳米晶软磁合金带材基本都是在母合金重熔后浇筑在中间包内，通过宽23～26 μm，长20～55 mm的嘴缝与冷却辊之间形成熔潭，熔潭中的熔体不断被高速旋转的冷却辊甩出，形成薄膜，并迅速冷却成纳米晶带材，喷嘴中的熔体又不断补充至熔潭中，进而实现带材的连续制造。合金的流动性直接影响到熔潭内熔体是否能及时补充到位，因此合金液流动性成为了影响Fe基纳米晶软磁合金带材顺利生产的关键因素。

本文主要叙述150 kg非真空中频炉冶炼Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金流动性的影响因素及应对措施。

1 原料选择

目前生产Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金普遍采用纯铁、铌铁、硼铁、电解铜、金属硅为原材料。不同厂家、不同批次的原材料中含有的杂质成分不同。以铌铁为例，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。杂质元素越多，对合金流动性影响越大。Al含量越高，冶炼过程中氧化成Al2O3的含量越多，另外Si在合金铌铁合金中大多以SiO2形式存在[1]。所以为提高母合金流动性，首先应最大限度的限制原料中杂质元素的含量，尤其是Al、Si等；经过多次试验，确定在冶炼过程中采用碱性坩埚来吸附合金液中的Al2O3等夹杂物[2]，冶炼时开启底吹氩，减少冶炼过程中炉内的氧分压，可达到降低炉内合金液体的氧化增重[3]，可明显提高合金液流动性。

2 布料方式

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金冶炼原料采用纯铁、铌铁、硼铁、电解铜、金属硅。基于工业原料尺寸考虑，母合金过程中实际上只是两种或三种物料最先接触并熔融、熔化，其他物料是在初熔的基础上进一步熔化。不同的布料方式，最先接触的初熔物质不同；熔融熔化的温度不同，初熔熔液中产生的会产生偏析，偏析情况也不同。随着不同的熔化温度，熔化过程中氧化杂质（SiO2、Al2O3等）生成量不同。经过反复试验及总结，采用螺旋线浇筑的方式进行浇筑测量，在相同冶炼条件下比较，得出：纯铁→部分金属硅→部分硼铁→铌铁→纯铁→电解铜→剩余金属硅→剩余硼铁的布料方式最为合理，螺旋线浇筑长度最长，耗时最短，合金的流动性最好。

3 冶炼升温工艺

升温工艺不仅影响成分的均匀性，也对合金元素的氧化量、氧化速率及杂质气体的氧化排出造成影响。纳米晶超薄带的顺利制备对母合金的成分一致性有严格的要求，保证成分均匀性，最大限度的降低合金元素的氧化，是保证合金良好流动性的的关键。本文在采取同等装炉量，相同布料方式的情况下以功率为纵坐标和时间为横纵坐标进行了对比（见图 1）。

图1 对比渣量及流动性的不同冶炼工艺

通过对比，发现工艺2下合金的质量及流动性最好，渣质量最少。

4 冶炼最高温度控制

冶炼最高温度的增高会增大合金液的过热度。而过热度的增大会降低非晶带材的稳定性；饱和磁感应强度降低，增大矫顽力和剩磁，不利于带材的磁性能[4]。过热度过低，影响合金液的翻滚，导致成分一致性差，容易发生偏析，同时不利于合金中杂质气体的排出，降低合金流动性。经过反复试验摸索，得出最高冶炼温度1 450～1 500℃，合金液析出渣量最少，制带过程堵咀率最低（见图2）。

图2 对比合金流动性的最高冶炼温度

5 结语

非真空状态下冶炼Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金，不可避免的要使合金液与大气接触，进而发生氧化还原反应。要想提高合金的流动性，减少Si、Al等元素的氧化，可以从原料开始，控制采购合金原料中Si、Al等元素的含量；从冶炼布料方式、冶炼升温工艺控制、冶炼最高温度控制、采用碱性炉衬、设置底吹氩等方面进行控制，可有效降低合金液中杂质元素的氧化，去除合金中的Al2O3等杂质，提高合金钢液的流动性。