提高納米晶極薄帶澆注過程鋼液潔凈度的工藝研究★

李 青

（太原鋼鐵（集團）電氣有限公司， 山西 太原 030003）

非晶態合金自發明以來就以其獨特的組織結構、高效的制備工藝、優異的材料性能和廣闊的應用前景受到材料科學工作者和產業界的廣泛關注，特別是作為軟磁材料的非晶/納米晶合金帶材。納米晶合金帶材具有高飽和磁感、高磁導率、高磁感下的高頻低損耗等綜合優異性能，兼備了非晶合金與各類傳統軟磁材料的優點，成為促進電子產品向高效節能、小型輕量化方向發展的關鍵材料。

納米晶極薄帶成分復雜、產品規格薄（16～25μm）。目前大范圍商品化產業化的納米晶帶材是由日本日立金屬公司發明的Finemet 型合金品種，采用熔體單輥旋淬急冷技術生產，即將精煉后的高溫鋼液通過一定長度、一定寬度的狹縫噴射到高速旋轉的冷卻輥上快速冷卻形成非晶薄帶。由于制備納米晶極薄帶使用的氮化硼噴嘴嘴縫寬度極其狹窄，通常約0.23～0.25 mm，生產過程中經常發生嘴縫堵塞或聚渣，導致制帶中斷或帶材表面出現劃痕、劈裂等缺陷，因此，嚴格控制鋼液中夾雜物的尺寸大小和數量，確保高溫鋼液的潔凈度成為保障納米晶極薄帶順產和薄帶質量的關鍵因素。

在嚴格把控母合金熔煉工藝、確保真空爐煉內鋼液純凈的基礎上，本文提出了兩種高溫鋼液澆注過程中清渣、濾渣的改進措施，通過減少澆注過程對鋼液的污染、去除鋼液內的小顆粒夾雜進一步提高高溫鋼液潔凈度，有效改善了納米晶極薄帶澆注過程噴嘴堵塞率高、帶材厚度不均勻等技術難題。

1 機理研究

嚴格控制高溫鋼液澆注過程流經的耐火“容器”，包括流鋼槽、中間包、噴嘴杯等。由于中間包是鋼液制帶澆注之前所進入的最后一個容器，所以中間包內鋼液的流動狀態和夾雜物的運動行為與鋼液質量、帶材質量密切相關。中間包內鋼液的流動比較復雜，是由鋼液的靜壓力和鋼包注流共同作用完成的。鋼液從澆鋼漏斗的長水口流進中間包，然后再從中間包的出水口流出，而傳統制帶時中間包僅僅起到把鋼液儲存起來然后進行分配的作用。基于長期的不銹鋼生產經驗，借鑒煉鋼過程中，中間包類似一個獨立的二次精煉容器、發揮冶金作用的功效，設計改進納米晶極薄帶中間包，使得中間包除了傳統意義上滿足鋼液供給、使溫度分布更加均勻的容器外，更重要的是可以促使夾雜物碰撞上浮，從而達到提高鋼液潔凈度的目的。

基于對流鋼槽和中間包內鋼液流動和夾雜物的運動行為進行深入的研究分析結果，合理設計流鋼槽和中間包過濾裝置、采用控流技術實現全自動穩流澆注。

2 技術措施

采用過濾器主要對鋼液內的夾雜物進行機械攔截，多孔過濾器孔隙度較高，所以具有較高的過濾效率，更換操作簡單易行，而且使用成本低。既可以用來對固體夾雜物進行過濾，也可以對少部分的液態夾雜物進行過濾。多孔過濾器分為兩類，一類孔隙率低，一般小于50%，材質為剛玉；另一類孔隙率高，可到60%～80%，以泡沫陶瓷為材質。泡沫陶瓷過濾器過濾原理為深層過濾或濾餅過濾，其特點是質量輕、通道彎曲、比表面積大，能完全濾除尺寸大于50 μm的大顆粒夾雜物，對于尺寸小于30 μm 的Al2O3夾雜物也有較強的捕捉能力，過濾效率較高。本文采用的是泡沫陶瓷過濾器。

2.1 濾渣式流鋼槽設計

在直通的流鋼槽1/3 處增設一擋渣板，擋渣板與流鋼槽之間的縫隙用過濾網填充，澆鋼時鋼液流經擋渣板與流鋼槽之間的縫隙由過濾網過濾，不但可以減緩鋼液對耐火材料的沖刷，而且可以濾除漂浮在鋼液上面的渣質，包括流鋼槽內未清理干凈的雜質、澆鋼過程中流鋼槽內被沖刷的耐材以及鋼液內Si、Al 等元素氧化形成的大顆粒夾雜等。圖1 所示為流鋼槽改進前后的對比照。

圖1 流鋼槽改進前后對比照

2.2 濾網式中間包設計

在中間包中部垂直豎一過濾網板并固定，對鋼液進行二次濾渣、沉渣。制帶時，鋼液先流經過濾網板再由水口向噴嘴流出，如此過濾網板就將鋼液內的雜質擋在沒有水口的中間包另一側。從圖2 制帶完成后的中間包改進前后對比照和圖3 使用前后過濾網板的表面對比照可以看出，未增設過濾網板時，制帶完成后的中間包整個內表面都被鋼渣覆蓋，而增設過濾網板以后，制帶完成后的中間包僅半邊表面被鋼渣覆蓋，且過濾網板兩側的中間包內表面對比明顯。待中間包周轉下線時更換過濾網板即可。

圖2 制帶完成后的中間包改進前后對比照

3 實施效果

通過實施濾渣式流鋼槽和濾網式中間包，不但可以濾除澆鋼過程中，某些物質與氧結合新形成的大顆粒雜質，同時還可以濾除冶煉工序中未完全清理的鋼液殘渣和流鋼槽內的被沖刷的耐材。經取樣檢測，中間包內鋼液中的雜質元素C+P+Al+T[O]含量由傳統工藝的800×10-6降低至180×10-6。因噴嘴嘴縫聚渣造成的制帶堵塞率和帶面劃痕缺陷也大大減少，帶面質量有了很大提高，見圖4 和圖5。

圖3 制帶完成后的過濾網表面對比照

圖4 改進措施實施前后制帶效果對比

圖5 帶材表面質量對比照

4 結語

本文針對納米晶極薄帶制備時采用高速噴射法澆注一次成型，要求母液具有極高的潔凈度，而出帶水口尺寸又極窄，極易出現噴嘴堵塞等問題，開發了納米晶極薄帶高效澆注技術，在常規澆注模式的基礎上，通過采取濾渣式流鋼槽、濾網式中間包和全自動穩流澆注等技術，顯著改善了極薄帶澆注過程噴嘴堵塞率高、帶材厚度不均勻等技術，成材綜合成材率大幅提升，實現了極薄帶的高效化生產。