改善非真空中頻冶煉納米晶軟磁合金流動性的方法★

趙偉偉

（太原鋼鐵集團電氣有限公司， 山西 太原 030003）

Fe基非晶納米晶復合軟磁材料具有高磁導率、高飽和磁通、低矯頑力、低鐵損等優點，是目前世界上公認的綜合性能最好的軟磁材料。其母合金冶煉目前有真空、非真空兩種。采用的真空冶煉具有合金燒損量小、化學成分容易控制、避免與大氣接觸等優點，但在實際使用過程中也存在廢帶回爐操作困難、一次性投資成本高等缺陷。出于企業經濟性考慮，使用非真空冶煉、回爐廢帶在當下仍具有巨大的市場存在價值。

目前生產的Fe基納米晶軟磁合金帶材基本都是在母合金重熔后澆筑在中間包內，通過寬23～26 μm，長20～55 mm的嘴縫與冷卻輥之間形成熔潭，熔潭中的熔體不斷被高速旋轉的冷卻輥甩出，形成薄膜，并迅速冷卻成納米晶帶材，噴嘴中的熔體又不斷補充至熔潭中，進而實現帶材的連續制造。合金的流動性直接影響到熔潭內熔體是否能及時補充到位，因此合金液流動性成為了影響Fe基納米晶軟磁合金帶材順利生產的關鍵因素。

本文主要敘述150 kg非真空中頻爐冶煉Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金流動性的影響因素及應對措施。

1 原料選擇

目前生產Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金普遍采用純鐵、鈮鐵、硼鐵、電解銅、金屬硅為原材料。不同廠家、不同批次的原材料中含有的雜質成分不同。以鈮鐵為例，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。雜質元素越多，對合金流動性影響越大。Al含量越高，冶煉過程中氧化成Al2O3的含量越多，另外Si在合金鈮鐵合金中大多以SiO2形式存在[1]。所以為提高母合金流動性，首先應最大限度的限制原料中雜質元素的含量，尤其是Al、Si等；經過多次試驗，確定在冶煉過程中采用堿性坩堝來吸附合金液中的Al2O3等夾雜物[2]，冶煉時開啟底吹氬，減少冶煉過程中爐內的氧分壓，可達到降低爐內合金液體的氧化增重[3]，可明顯提高合金液流動性。

2 布料方式

Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9母合金冶煉原料采用純鐵、鈮鐵、硼鐵、電解銅、金屬硅。基于工業原料尺寸考慮，母合金過程中實際上只是兩種或三種物料最先接觸并熔融、熔化，其他物料是在初熔的基礎上進一步熔化。不同的布料方式，最先接觸的初熔物質不同；熔融熔化的溫度不同，初熔熔液中產生的會產生偏析，偏析情況也不同。隨著不同的熔化溫度，熔化過程中氧化雜質（SiO2、Al2O3等）生成量不同。經過反復試驗及總結，采用螺旋線澆筑的方式進行澆筑測量，在相同冶煉條件下比較，得出：純鐵→部分金屬硅→部分硼鐵→鈮鐵→純鐵→電解銅→剩余金屬硅→剩余硼鐵的布料方式最為合理，螺旋線澆筑長度最長，耗時最短，合金的流動性最好。

3 冶煉升溫工藝

升溫工藝不僅影響成分的均勻性，也對合金元素的氧化量、氧化速率及雜質氣體的氧化排出造成影響。納米晶超薄帶的順利制備對母合金的成分一致性有嚴格的要求，保證成分均勻性，最大限度的降低合金元素的氧化，是保證合金良好流動性的的關鍵。本文在采取同等裝爐量，相同布料方式的情況下以功率為縱坐標和時間為橫縱坐標進行了對比（見圖 1）。

圖1 對比渣量及流動性的不同冶煉工藝

通過對比，發現工藝2下合金的質量及流動性最好，渣質量最少。

4 冶煉最高溫度控制

冶煉最高溫度的增高會增大合金液的過熱度。而過熱度的增大會降低非晶帶材的穩定性；飽和磁感應強度降低，增大矯頑力和剩磁，不利于帶材的磁性能[4]。過熱度過低，影響合金液的翻滾，導致成分一致性差，容易發生偏析，同時不利于合金中雜質氣體的排出，降低合金流動性。經過反復試驗摸索，得出最高冶煉溫度1 450～1 500℃，合金液析出渣量最少，制帶過程堵咀率最低（見圖2）。

圖2 對比合金流動性的最高冶煉溫度

5 結語

非真空狀態下冶煉Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金，不可避免的要使合金液與大氣接觸，進而發生氧化還原反應。要想提高合金的流動性，減少Si、Al等元素的氧化，可以從原料開始，控制采購合金原料中Si、Al等元素的含量；從冶煉布料方式、冶煉升溫工藝控制、冶煉最高溫度控制、采用堿性爐襯、設置底吹氬等方面進行控制，可有效降低合金液中雜質元素的氧化，去除合金中的Al2O3等雜質，提高合金鋼液的流動性。