专利名称：一种软磁合金的冶炼生产方法
技术领域：
本发明涉及冶金行业精密合金的冶炼生产方法，尤其是指软磁合金的冶炼生产方法。
背景技术：
属于精密合金范畴的软磁合金，是现代通讯、计算机、家电及精密仪器仪表广泛使用的低矫顽力和高磁导率金属功能材料，常用于制作各种电磁铁的极头、极靴、磁导体、磁屏蔽、电机的转子和定子、变压器和继电器的铁芯及各种通讯、传感、记录等工程中的磁性元件。Fe-Ni软磁合金、Fe-Cr软磁合金是应用较广泛的二种软磁合金，它们多在交流磁化状态下应用，要求有较低的功率损耗。
大家知道软磁合金成品的化学元素，对合金的磁性能起到重要作用，一方面，含量很少的间隙固溶体形成元素(C、H、O、N)对软磁性能有显著损害(当形成间隙原子时，由晶格畸变引起的微观应力分布，将造成畴壁位移的阻力)；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、氮化物等夹杂时，这些非磁性掺杂能使畴壁钉扎，提高了软磁合金的矫顽力和降低磁导率。因此，Fe-Ni软磁合金、Fe-Cr软磁合金的成分配比必须力求准确，故软磁合金的冶炼工艺要求十分严格，尤其是C、H、O、N、Al、Ti等夹杂元素含量的冶炼控制。
目前，软磁合金的冶炼方法主要有“真空感应炉”和“电弧炉+VD”二种方式。采用“真空感应炉”冶炼工艺，优点是成分配比准确、夹杂含量低、冶金质量好，缺点是对冶炼原材料的要求也极高，所用的原料均为优质纯铁、Ni板，且必需经机械抛光去除氧化后才能冶炼；故冶炼成本极高(冶炼步骤费用达10000元/吨)，所以现在精密合金生产企业通常采用“电弧炉+VD”冶炼工艺。
采用“电弧炉+VD”冶炼工艺，优点是冶炼成本较低；缺点是(1)电弧炉炉体的要求比较严格，必须采用低碳炉体，不能使用沥青炉衬的电弧炉(由于软磁合金成分的要求，一般要求炉衬不含碳；相比沥青炉衬炉体而言，低碳炉体成本较高)；(2)脱碳任务在电弧炉完成，而电弧炉的脱碳能力有限，由于耐火材料中含C的原因(即使采用低碳炉体)，钢中的C含量(对磁性性能起主要作用)最低只能达到0.02％；另外，Al、Ti等夹杂元素含量也比较高(Al≥0.03％、Ti≥0.01％)，这对软磁合金的性能有较大的影响；(3)由于电弧炉本身的特点，熔炼时钢液的搅拌能力较差，去除钢液中气体、夹杂的效果较差，造成钢锭热加工塑性和成品磁性能的波动较大；(4)VD炉型普遍较小，故冶炼成本仍较高(冶炼步骤费用约3000元/t)、金属收得率也较低，另外由于冶炼容量偏小，炉与炉之间成分波动相对较大，造成软磁合金的性能波动较大，且生产周期相对较长。
发明内容
本发明开发一种软磁合金的冶炼生产方法，用“电弧炉熔化钢液+AOD炉冶炼”代替传统的“电弧炉+VD”，生产出符合标准要求的软磁合金(Fe-Ni软磁合金、Fe-Cr软磁合金)的钢锭，一方面，AOD炉冶炼使成分碳可以控制得更低，另一方面，AOD炉中氩气的强烈搅拌作用，同时炉容量的扩大，减少了传统工艺炉与炉之间的成分波动，减轻了化学元素的偏析程度，稳定了软磁合金的性能；同时冶炼成本也大大降低(一方面，冶炼容量扩大，降低了冶炼工序成本；另一方面，利用AOD炉冶炼的脱碳能力，可以采用成本更低的沥青炉衬炉体代替成本较高的低碳炉体进行熔化初炼，且电弧炉冶炼的合金原材料亦可以采用成本较低的高碳合金)，满足用户要求和市场需要。
本发明提供的一种软磁合金的冶炼生产方法，其特征在于首先在普通电弧炉内进行熔化初炼；然后在AOD炉进行软磁合金钢液的精炼，冶炼出成分合格的软磁合金；最终模铸成钢锭。
第一步，在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼。
1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制，尽量使用高碳合金(因AOD有良好的脱碳效果，而低C铬合金成本大大高于高C铬合金)，降低冶炼成本；2)熔化初炼按返回吹氧法操作；3)成分控制Ni，中下限；Si≤0.35％；Fe-Cr软磁合金的Cr，中下限；4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；5)出钢温度T≥1630℃，确保AOD开吹温度≥1540℃。
第二步，在AOD炉进行软磁合金钢液的精炼，一方面，创造合金钢液中碳优先氧化的条件，使电炉从钢液脱碳的重负中解脱出来；另一方面，大大降低钢液中的H、N等有害气体。对Fe-Cr软磁合金而言，快速升温脱碳(在AOD炉熔炼温度下，当T≤1650℃时，Cr元素优先氧化，其次是C元素；当T＞1650℃时，C元素优先氧化，其次是Cr元素；)，并采用强烈的底吹氩搅拌和强制脱氧，加速Fe-Cr软磁合金钢渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来；对Fe-Ni软磁合金而言(在AOD炉熔炼温度下，C元素优先氧化)，利用AOD炉的强供氧能力使钢液中碳迅速氧化并促成钢液升温，达到钢液熔池强搅拌效果，提高脱C效果。
1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；2)兑钢毕拉渣全部，测温、取样分析一；并根据钢液中Si含量加入石灰，石灰加入量＝(7.0～8.4)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量，[Si]是钢液中Si含量；向炉内吹入氩、氧混合气体，混合气体流量是800～1200m3/h，比例关系是O2∶Ar＝(3～4)∶1，采用强供氧手段在AOD炉进行快速升温、脱碳处理；根据分析一结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；3)当C约为0.10％(根据吹氧降碳公式计算)时测温、取样分析二，并切换氩、氧混合气体流量比例，混合气体流量是800～1200m3/h，比例关系是O2∶Ar＝(1～2)∶1，根据分析二结果调整成分至内控中限；4)当C约0.01％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为450～500m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比(7.0～8.4)×G×[Si]的石灰、7～10Kg Si-Fe/吨钢(对于Fe-Cr软磁合金，根据原始钢液成分和吹氧总量计算，利用高温下Si氧化性优于Cr的特点，将已氧化的铬还原出来，使得总铬回收率达到96～97％，大大降低成本)、0.8～1.5Kg Al/吨钢(与Si-Fe组合，起加强脱氧作用)；5)预还原时间5～10分钟，取样全分析三、四并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/吨钢、2～3Kg萤石/吨钢(用于改善钢液的流动性)；吹Ar化渣≥3分钟，为确保还原良好，可加Si-Ca适量；6)出钢前吹氩精炼≥3分钟后出钢；7)吊包温度为液相线温度+50～60℃。
第三步，采用氩气保护浇注(防止钢液的二次氧化)，以常规浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成钢锭。
电弧炉的炉衬材料最好采用沥青炉衬(沥青炉衬具有制作成本低、水份少的优点，另外AOD具有的良好脱碳效果，可以弥补其炉衬中碳含量较高的缺陷)，降低冶炼成本。
和现有技术相比，本发明具有下列优点1.冶炼容量扩大，生产周期缩短，性能稳定性增加。
2.碳可控制得更低，提高性能。
3.AOD有良好的动力学条件，钢水搅拌力强，可促使夹杂物上浮，钢中气体含量与“电弧炉+VD”方法相当，使钢液冶金质量大大提高。
4.冶炼含铬软磁合金可使用价格低廉的高碳合金，大大降低生产成本。
5.电炉无须采用低碳炉衬，降低成本。
具体实施方案某钢铁公司炼钢车间实施本发明专利，生产1J117(Fe-Cr软磁合金)、1J50(Fe-Ni软磁合金)等牌号的软磁合金共计6炉，其工艺流程是电弧炉熔化初炼—→在AOD炉进行软磁合金钢液的精炼—→浇注钢锭第一步，20吨交流电弧炉(沥青炉衬)熔化初炼初炼炉采用返回吹氧法操作，熔清大于80％后吹氧助熔；钢液温度大于1660℃时加入还原剂预还原，预还原后取样全分析，拉渣全部；根据分析结果调整成分，Cr中下限，Ni中下限，Si≤0.35％；温度大于1630℃出钢。第二步，在18吨AOD炉进行软磁合金钢液的精炼(1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；(2)兑钢毕拉渣全部，测温T＝1568℃、取样分析一；加入石灰(7～8.4)×G×[Si]＝500Kg；向炉内吹入氩、氧混合气体(比例关系是O2∶Ar＝4∶1，混合气体流量是1100m3/h)，在AOD炉进行快速升温、脱碳处理；根据分析一结果调整成分至内控中限(Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算)；(3)当C约为0.10％时，测温T＝1736℃、取样分析二，并切换氩、氧混合气体流量(O2∶Ar＝1∶1，气体流量是900m3/h)；根据分析二结果调整成分至内控中限；(4)继续吹氧降碳，当C约0.01％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为480m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比(7～8.4)×G×[Si]＝500Kg石灰、Si-Fe180Kg、Al 20Kg；(5)预还原时间7分钟后，取样全分析三、四拉渣全部，加入还原渣料，吹氩化渣4分钟，为确保还原良好，加Si-Ca60Kg；渣料配比300Kg石灰、50Kg萤石；根据分析三、四结果调整成分进内控要求；(6)测温，1J117(Fe-Cr软磁合金)T＝1610℃出钢，1J50(Fe-Ni软磁合金)T＝1550℃出钢。第三步，采用氩气保护浇注工艺，将高温钢液浇铸成钢锭，镇静时间4分钟，浇注时间5分钟。本发明专利具有冶炼操作工艺简单、原材料合金配料限制少、冶金动力学条件良好、生产成本低、装备和工艺通用性强、碳控制得更低、冶炼容量扩大的特点，实施本发明专利生产出的1J117、1J50软磁合金，其化学成分完全满足内控要求(化学成分控制准确)，钢液冶金质量高(C、H、O、N、Al、Ti等元素含量低)，钢锭经热加工(锻压机锻打、轧钢机开坯或轧制)制成的成品，性能符合用户的质量标准要求。
权利要求
1.一种软磁合金的冶炼生产方法，其特征在于首先在普通电弧炉内进行熔化初炼；然后在AOD炉进行软磁合金钢液的精炼，冶炼出成分合格的软磁合金；最终模铸成钢锭第一步，在普通电弧炉内，对返回料、合金、辅料等原材料进行熔化初炼1)冶炼所需的返回料、合金和辅料等原材料配料时，原材料碳含量不受限制，尽量使用高碳合金；2)熔化初炼按返回吹氧法操作；3)成分控制Ni，中下限；Si≤0.35％；Fe-Cr软磁合金的Cr，中下限；4)出钢前拉渣全部，确保无渣出钢；5)出钢温度T≥1630℃；第二步，在AOD炉进行软磁合金钢液的精炼，一方面，创造合金钢液中碳优先氧化的条件，使电炉从钢液脱碳的重负中解脱出来；另一方面，大大降低钢液中的H、N等有害气体。对Fe-Cr软磁合金而言，快速升温脱碳，并采用强烈的底吹氩搅拌和强制脱氧，加速Fe-Cr软磁合金钢渣中氧化铬的还原，使电炉从高铬钢液脱碳的重负中解脱出来；对Fe-Ni软磁合金而言，利用AOD炉的强供氧能力使钢液中碳迅速氧化并促成钢液升温，达到钢液熔池强搅拌效果，提高脱C效果1)AOD开吹温度≥1540℃，全程吹氩；2)兑钢毕拉渣部分，测温、取样分析一；并根据钢液中Si含量加入石灰，石灰加入量＝(7.0～8.4)×G×[Si]，G是炼钢炉内钢液重量，[Si]是钢液中Si含量；向炉内吹入氩、氧混合气体，混合气体流量是800～1200m3/h，比例关系是O2∶Ar＝(3～4)∶1，采用强供氧手段在AOD炉进行快速升温、脱碳处理；根据分析一结果调整成分至内控中限，Cr回收按97％计算，Ni回收按100％计算；3)当C约为0.10％时，测温、取样分析二，并切换氩、氧混合气体流量比例，混合气体流量800～1200m3/h，比例关系是O2∶Ar＝(1～2)∶1，根据分析二结果调整成分至内控中限；4)当C约0.01％时，停止吹氧，全部吹氩，氩气流量为450～500m3/h；向炉内加入预还原渣料，渣料配比(7.0～8.4)×G×[Si]的石灰、7～10KgSi-Fe/吨钢、0.8～1.5Kg Al/吨钢；5)预还原时间5～10分钟，取样全分析三、四，并拉渣全部，加入还原渣料，渣料配比15～25Kg石灰/吨钢、2～3Kg萤石/吨钢；吹Ar化渣≥3分钟，为确保还原良好，可加Si-Ca适量；6)出钢前吹氩精炼≥3分钟后出钢；7)吊包温度为液相线温度+50～60℃；第三步，采用氩气保护浇注，以常规浇注速度，控制保护渣和钢液均匀上升，将高温钢液浇铸成钢锭。
2.根据权利要求1所述的一种软磁合金的冶炼生产方法，其特征是电弧炉的炉衬材料最好采用沥青炉衬。
全文摘要
一种软磁合金的冶炼生产方法，其特征是(1)电弧炉内熔化初炼原辅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％；无渣出钢。(2)AOD炉精炼钢液开吹温度≥1540℃，全程吹氩；根据Si含量加入石灰；炉内吹入1100m
文档编号C22C33/00GK1594626SQ20041002544
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月24日 优先权日2004年6月24日
发明者袁昱, 包民伟, 陈新建, 王治政, 徐明华, 胡俊辉, 杨杰 申请人:宝钢集团上海五钢有限公司