一種軟磁坡莫合金的電渣重熔方法與流程
2023-06-01 18:47:51 1
本發明涉及軟磁合金冶金工藝領域，特別涉及一種軟磁坡莫合金的電渣重熔方法。
背景技術：
Fe-Ni軟磁合金是在弱磁場中具有高的磁導率及低的矯頑力的一類合金。在弱磁場磁化下就顯示出高的磁導率和低的矯頑力，並且具有良好的冷加工性能。通過對成分改變含量，添加一種或幾種合金元素（如Mo，Cu，Cr和Ti等）和工藝的調控，可以獲得各種各樣的具有不同特點的坡莫合金，其品種的繁多，為軟磁材料中之最。這類合金廣泛應用於無線電電子工業、精密儀器儀表、遙控及自動控制系統中，綜合起來主要用於能量轉換和信息處理兩大方面，是國民經濟中的一種重要材料。
電渣重熔是提純金屬並獲得潔淨、均勻、緻密鋼錠組織的一種重要冶金工藝技術，然而如何通過優化電渣重熔渣系配方並配合合適的電渣工藝，提高合金組織純度、降低有害元素含量、減少非金屬夾雜物、保障鋼錠表面光滑、組織潔淨均勻緻密和化學成分均勻，是提高合金成品率所要解決的核心問題。
經過多年的Fe-Ni軟磁合金電渣重熔試驗，探索出了一種電渣工藝，通過這種工藝，可以有效的改善材料的純度和組織，提高產品成品率和合金性能。
技術實現要素：
本發明提供了一種軟磁坡莫合金的電渣重熔方法，採用該方法可以減少合金的有害元素，改善合金的雜質分布情況，利於細化組織，大大降低了金屬材料中的C、S、P含量，從而改善高性能耐蝕合金的純淨度和成材率。
實現本發明的技術方案是：一種軟磁坡莫合金的電渣重熔方法，包括以下步驟：
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni 49-51份，Mn 0.3-0.6份，Si 0.15-0.3份，餘量為Fe；經真空感應熔煉，澆鑄成圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒；
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2 55-65份，Al2O3 10-16份，CaO 10-14份，MgO 12-15份，用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，調整重熔電壓至40-50V、電流3000-5000A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到電渣錠；電渣錠在1300±5℃的溫度下保溫1小時，再鍛造成黑皮棒或軋製成板帶，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，然後以100-150℃/h的速度冷卻至室溫，即得軟磁坡莫合金。
所述步驟（1）中自熔電極棒的直徑為115mm-140mm。
所述步驟（2）中自熔電極棒與結晶器的填充比為0.6-0.9。
所述步驟（2）中，黑皮棒的鍛造比大於或等於50%。
所述步驟（2）中，黑皮棒經過鍛造、熱軋製備成板帶，所述板帶的加工度大於或等於50%。
所述步驟（2）中電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2 60份，Al2O3 14份，CaO 13份，MgO 13份。
本發明自熔電極原料為：Ni含量為99.9%的電解鎳，Mn含量99.7%的電解錳，Si為99.0%結晶矽，鐵含量為99.5%的工業純鐵，渣料CaF2，A12O3，CaO，MgO含量均達到99.5%，均採用市場常用的工業原料。
本發明的有益效果是：
（1）採用該渣系可以減少有害元素和夾雜物、改善合金組織。經測試，合金雜質：C為0.005%；S≤0.008%；P≤0.01%，Cu≤0.06%；磁性能指標：初始磁導率μ0為2.73mH/m，最大磁導率μm為35.3mH/m，矯頑力Hc為9.38A/m，飽和磁感應強度Bs為1.5T。合金材料中的硫、磷含量大大降低，熱加工成材率達到了95%左右，能夠提高純淨度和成材率；
（2）所述電渣重熔方法，使合金中的有害元素含量減少，純度提高，組織優化，特別是顯著改善其加工性能，大大提高了材料的成材率，有利於提升該材料的綜合技術水平，推動我國冶金企業的產業進步和經濟發展，因此具有顯著的經濟和社會效益。
附圖說明
圖1是實施例1製備軟磁坡莫合金金相組織圖。
具體實施方式
實施例1
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni：49.5份（14850g），Mn：0.4份（120g），Si：0.2份（60g），Fe：49.9份（14970g），總重30000g。經真空感應熔煉，澆鑄成直徑110mm圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒。
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為: CaF2：55份（3850g）；Al2O3：18份（1260 g）；CaO：12份（840g）；MgO：15份（1050g），總重7000g。用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入直徑160mm結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒緩慢下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，自熔電極棒的直徑為120mm時，調整重熔電壓至45V、電流4500A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到組織緻密、均勻、純淨，表面光潔的電渣錠；電渣錠隨爐升溫1300±5℃，保溫1小時，再鍛造成黑皮棒，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，然後以100℃/h的速度冷卻至室溫，棒材車光、檢測後得到合格後，即得軟磁坡莫合金。
經測試，合金雜質：C為0.005%；S≤0.007%；P≤0.005%，Cu≤0.003%；磁性能指標：初始磁導率μ0為2.53mH/m，最大磁導率μm為32.3mH/m，矯頑力Hc為9.12A/m，飽和磁感應強度Bs為1.45T。達到了提高純度和性能的目的，適用於海洋裝備的電磁閥。
實施例2
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni：50份（15000g）、Mn：0.5份（150g），Si：0.25份（75g），Fe：49.25份（14775g），總重30000g。經真空感應熔煉，澆鑄成直徑120mm圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒。
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2：60份（4200g）；Al2O3：15份（1050 g）；CaO：13份（910g）；MgO：12份（840g），總重7000g。用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入直徑160mm結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒緩慢下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，自熔電極棒的直徑為115mm時，調整重熔電壓至40V、電流3000A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到組織緻密、均勻、純淨，表面光潔的電渣錠；電渣錠隨爐升溫1300±5℃，保溫1小時，再鍛造成黑皮棒，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，然後以110℃/h的速度冷卻至室溫，鍛棒再軋製成厚度0.5、寬度15mm帶材，即得軟磁坡莫合金帶材成品。
經測試，合金雜質：C為0.005%；S≤0.004%；P≤0.005%，Cu≤0.002%；磁性能指標：初始磁導率μ0為2.90mH/m，最大磁導率μm為38.2mH/m，矯頑力Hc為9.45A/m，飽和磁感應強度Bs為1.54T。達到了提高純度和性能的目的，適用於工業變電站輸出系統的電磁閥。
實施例3
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni：50.5份（15150g）、Mn：0.4份（120g），Si：0.3份（90g），Fe：48.8份（14640g），總重30000g。經真空感應熔煉，澆鑄成直徑140mm圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒。
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2：58份（4060g）；Al2O3：16份（1120 g）；CaO：14份（980g）；MgO：12份（840g），總重7000g。用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入直徑160mm結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒緩慢下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，自熔電極棒的直徑為130mm時，調整重熔電壓至48V、電流4500A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到組織緻密、均勻、純淨，表面光潔的電渣錠；電渣錠隨爐升溫1300±5℃，保溫1小時，再鍛造成黑皮棒，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，以120℃/h的速度冷卻至室溫，再經軋製成厚度0.3、寬度10mm帶材，即得軟磁坡莫合金帶材成品。
經測試，合金雜質：C為0.006%；S≤0.005%；P≤0.005%，Cu≤0.004%；磁性能指標：初始磁導率μ0為2.79mH/m，最大磁導率μm為36.7mH/m，矯頑力Hc為9.77A/m，飽和磁感應強度Bs為1.45T。達到了提高純度和性能的目的，適用於汙水處理工程中的電磁閥。
實施例4
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni：49份、Mn：0.6份，Si：0.15份，Fe：50.25份。經真空感應熔煉，澆鑄成直徑140mm圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒。
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2：65份；Al2O3：10份；CaO：10份；MgO：15份。用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入直徑160mm結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒緩慢下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，調整重熔電壓至48V、電流4500A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到組織緻密、均勻、純淨，表面光潔的電渣錠；電渣錠隨爐升溫1300±5℃，保溫1小時，再鍛造成黑皮棒，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，以130℃/h的速度冷卻至室溫，再經軋製成厚度0.3、寬度10mm帶材，即得軟磁坡莫合金帶材成品。
實施例5
（1）自熔電極棒的製備
軟磁坡莫合金自熔電極棒的配料成分按重量份為：Ni：51份、Mn：0.3份，Si：0.3份，Fe：48.4份。經真空感應熔煉，澆鑄成直徑140mm圓棒，將圓棒表面砂磨精整後，即為電渣重熔的自熔電極棒。
（2）電渣重熔
電渣重熔的渣料配比按重量份為：CaF2：60份；Al2O3：14份；CaO：13份；MgO：13份。用於軟磁坡莫合金電渣重熔，將上述渣料加熱至熔融狀態，倒入直徑160mm結晶器中，結晶器和底板均用水冷卻，將步驟（1）中製備的自熔電極棒緩慢下降到熔融的電渣重熔的渣料中，通電起弧後，自熔電極棒的直徑為140mm時，調整重熔電壓至50V、電流5000A；自熔電極棒受電阻熱緩慢熔化，熔化後的自熔電極棒液滴穿過熔融的渣料層與渣料發生反應而得到提純，並在結晶器的底部重新結晶，得到組織緻密、均勻、純淨，表面光潔的電渣錠；電渣錠隨爐升溫1300±5℃，保溫1小時，再鍛造成黑皮棒，在1150℃高純氫氣保護下保溫3小時，以150℃/h的速度冷卻至室溫，再經軋製成厚度0.3、寬度10mm帶材，即得軟磁坡莫合金帶材成品。
以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。