一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，所述精炼优化方法包括如下步骤：(1)基于SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法


[0001]本专利技术属于冶金和软磁材料制备
，具体涉及一种适用于铁基非晶合 金的低熔点精炼渣设计方法。

技术介绍

[0002]铁基非晶合金由于其优异的软磁性能如低矫顽力(H
c
)、高有效磁导率(μ
e
) 和极低的损耗(P)，在高频高速电机、5G基站建设、无线充电填空布局和电网 改造电气系统升级等电子电力领域具有广阔应用前景。与传统的晶态软磁材料相 比，铁基非晶合金的空载损耗极低，而且效率高，能够促进电子产品向节能高效 化方向发展，有利于实现“双碳”目标。
[0003]在工业化制备铁基非晶合金过程中，工业纯铁、硅铁、硼铁、磷铁等原材料 中的杂质极大影响着铁基非晶合金的性能。例如，Mn、Al、Ti、O、N等元素， 在感应熔炼过程中易形成夹杂物，一方面容易堵塞喷嘴，影响非晶带材制备工序 的顺行，而且在非晶带材中产生划痕；另一方面会在快速凝固过程中作为异质核 心诱导晶化，从而严重影响其非晶形成能力和电磁性能。目前，铁基非晶合金中 的冶金理论研究相对滞后，适用的低熔点精炼渣设计缺乏有理指导。
[0004]中国专利技术专利CN101840764B中公开了一种向含有Al、Ti杂质元素的铁基 非晶合金中添加Sb优化软磁性能的方法，添加Sb元素能够抑制Al、Ti杂质的 析出，相对提高了Al、Ti杂质元素的容许量。日本4
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329846中提出向含有Al、 Ti、Zr等杂质元素的非晶合金中添加适量的Sn和S元素，可以有效的抑制杂质 元素带来的不利影响，从而提高非晶形成能力。但是，过渡族金属元素Sb和Sn 较为昂贵，提高了原料成本，而且降低了合金的饱和磁感应强度；而S元素会使 带材变脆，影响带材质量。
[0005]中国专利技术专利CN102337485B公开了一种用于非晶合金的钢水净化剂，其中 组成包括氧化硅、氧化钙、硅锰合金、氧化硼、稀土，能够有效降低母合金中的 Al、Ti、O、N含量，但是这些净化剂都含有稀土，增高了原料成本。
[0006]在洁净钢生产领域，已经有很多精炼渣及其设计方法公布，能够有效起到脱 硫、脱氧、脱气、去除夹杂物等效果。例如，硅钙钡镁精炼渣用于特制的中频感 应炉内冶炼可脱氧，并去除钢液中夹杂物；组成包括铝灰、炉渣、电石等钢水复 合精炼渣能够用于电炉、转炉及精炼炉中的脱氧和脱硫等；组成为氧化硅和氧化 钙混合的CaSiO3，可用于精炼炉中的脱氧和去除夹杂物等。但是，炼钢用精炼 渣无法应用于铁基非晶合金，主要原因如下：(1)铁基非晶合金具有类金属元 素(如Si、B、P等)含量高和低温熔炼(<1300℃)的特点，炼钢用精炼渣熔 点(1400℃)高于铁基非晶合金的液相温度；(2)精炼渣会与铁基非晶合金中 的Si、B等主要成分元素发生反应，使铁基非晶合金的目标成分发生偏离；(3) 炼钢用精炼渣成分复杂，感应熔炼过程中容易带入其他杂质，严重影响非晶性能。
[0007]综上所述，现有的方法和技术中，应用于铁基非晶合金的精炼渣设计不合理， 没有充分考虑精炼渣熔点、黏度和界面张力等性质对钢液成分和夹杂物去除效果 的影响。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于铁基非晶合金 的低熔点精炼渣设计方法，充分结合炼钢工艺中的精炼渣合理设计方法和铁基非 晶合金低温熔炼的特点，能够有效抑制杂质元素的影响，从而提高非晶形成能力。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，包括如下步骤：
[0011](1)基于SiO2‑
CaO
‑
Al2O3精炼渣，加入B2O3，得精炼渣系；
[0012](2)基于Factsage辅助计算不同B2O3含量下精炼渣系的低熔点区域，初步 确定精炼渣系成分范围；
[0013](3)根据铁基非晶合金成分计算钢渣平衡，防止因钢渣反应导致目标成分 发生较大变化；同时，计算精炼渣系的粘度和表面张力，以满足夹杂物去除的条 件，进一步确定精炼渣系成分含量；
[0014]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(1)中精炼渣系中各组分的含量 为SiO2＝5～20wt％，CaO＝25～40wt％，Al2O3＝25～40％，B2O3＝5～30％。
[0015]作为本专利技术技术方案的更进一步优选，步骤(1)中所述精炼渣系中B2O3的质量占比为25％。
[0016]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(2)中Factsage辅助计算时热力 学温度为1300℃。
[0017]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(2)中Factsage辅助计算的具体 步骤如下：根据Factsage计算出铁基非晶合金中B和Si的活度，反应达到平衡 时可获得精炼渣系中SiO2与B2O3的活度比，Factsage绘制出精炼渣系中SiO2的 等活度线；然后根据钢渣平衡计算得到的比值绘制出相应B2O3的等活度线，取 其交集得到铁基非晶合金主要成分与精炼渣系平衡曲线。
[0018]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(3)中精炼渣系的粘度的计算步 骤为：基于Factsage 8.1Viscosity板块输入钢渣成分，精炼温度为1300℃，计算 粘度，并绘制精炼渣等粘度线。
[0019]作为本专利技术技术方案的进一步优选，步骤(3)中精炼渣系的表面张力的计 算步骤为：根据NPL炉渣模型计算精炼渣低熔点区域内的表面张力，并绘制等 表面张力曲线；
[0020]NPL炉渣模型计算公式为：
[0021]σs＝X1*σ1+X2*σ2+X3*σ3…
+X
n
*σ
n
；
[0022]其中，X
n
表示炉渣n的摩尔分数，σ
n
表示炉渣n的表面张力，σ
s
表示精炼 渣的表面张力。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0024](1)本专利技术提供的一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，结 合炼钢工艺中的精炼渣合理设计方法和铁基非晶合金低温熔炼的特点，通过计算 能够有效设计适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣系。
[0025](2)本专利技术提供的一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，开 发的低熔点SiO2‑
CaO
‑
Al2O3‑
B2O3精炼渣系能够有效去除铁基非晶合金中的Mn、 Al、Ti、O、N等杂质元素，从而提高非晶形成能力，提高非晶带材质量。
[0026]总之，本专利技术提供的精炼优化方法，能够保证：
[0027]a)精炼渣的熔化温度低于铁基非晶合金液相温度；
[0028]b)根据铁基非晶合金成分计算钢渣平衡，防止因钢渣反应导致目标成分发 生较大变化；
[0029]c)精炼渣应该有合适的粘度，具有良好的流动性，能有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于SiO2‑
CaO
‑
Al2O3精炼渣，加入B2O3，得精炼渣系；(2)基于Factsage辅助计算不同B2O3含量下精炼渣系的低熔点区域，初步确定精炼渣系成分范围；(3)根据铁基非晶合金成分计算钢渣平衡，防止因钢渣反应导致目标成分发生较大变化；同时，计算精炼渣系的粘度和表面张力，以满足夹杂物去除的条件，进一步确定精炼渣系成分含量。2.根据权利要求1所述的适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，其特征在于，步骤(1)中精炼渣系中各组分的含量为SiO2＝5～20wt％，CaO＝25～40wt％，Al2O3＝25～40％，B2O3＝5～30％。3.根据权利要求2所述的适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，其特征在于，步骤(1)中所述精炼渣系中B2O3的质量占比为25％。4.根据权利要求1所述的适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，其特征在于，步骤(2)中Factsage辅助计算时热力学温度为1300℃。5.根据权利要求1所述的适用于铁基非晶合金的低熔点精炼渣设计方法，其特征在于，步骤(2)中Factsage辅助计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，莫帅，刘涛，倪红卫，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：