[發明專利]一種納米晶母合金熔鑄系統及熔鑄方法

在審

• 申請號: 202211738051.5
• 申請日: 2022-12-31
• 公開（公告）號: CN115945670A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 李宗臻;周少雄;張廣強
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃安泰創明先進能源材料研究院有限公司;常州創明磁性材料科技有限公司
• 主分類號: B22D35/04
• 分類號: B22D35/04;B22D21/06;B22D9/00;B22D7/00;C22C35/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 榮紅穎

1.一種納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，包括：熔爐、澆鋼道、以及鋼錠模裝置；

所述熔爐用于熔煉鋼液，所述澆鋼道用于將所述熔爐熔煉的鋼液澆注到所述鋼錠模裝置中，所述鋼錠模裝置包括鋼錠模本體，所述鋼錠模本體用于容納由所述澆鋼道澆注的鋼液、以令鋼液在所述鋼錠模本體中冷卻；

所述澆鋼道由外到內依次包括外殼、耐火材料填充層以及玻璃內襯；所述玻璃內襯的內腔構成澆道本體，所述澆道本體用于流通鋼液；

所述鋼錠模裝置還包括液冷板，所述液冷板安裝于所述鋼錠模本體的底部，所述液冷板內部流通冷卻液。

2.根據權利要求1所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述耐火材料填充層包括石墨內襯以及設置于所述石墨內襯外層的電磁加熱層；

所述電磁加熱層用于感應加熱所述石墨內襯以提升所述澆道本體的溫度。

3.根據權利要求2所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述石墨內襯與所述電磁加熱層之間設置有保溫層。

4.根據權利要求1所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述鋼錠模裝置還包括風冷裝置；

所述風冷裝置能夠對所述鋼錠模本體吹出冷空氣。

5.根據權利要求1所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述鋼錠模裝置包括框架以及安裝于所述框架的澆鋼盤和多個模具，多個所述模具構成所述鋼錠模本體；

所述澆鋼盤具有一條流道，所述流道上具有多個出鋼口，多個出鋼口與多個模具一一對應設置；

在任一對互相對應的出鋼口和模具中：所述模具通過所述出鋼口與所述流道連通。

6.根據權利要求5所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，每個所述模具與所述框架均可拆卸連接。

7.根據權利要求1-6任一項所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述鋼錠模裝置還包括移動裝置和驅動裝置；

所述鋼錠模本體和所述液冷板均安裝于所述移動裝置；

所述移動裝置具有輪滾，所述驅動裝置用于驅動所述滾輪以令所述移動裝置移動，使得所述鋼錠模本體能夠對準所述澆道本體。

8.一種納米晶母合金熔鑄方法，適用于如權利要求1-7任一項所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，包括如下步驟：

母合金鋼液熔煉步驟：在熔爐中，采用純鐵、結晶硅、硼鐵、磷鐵、鈮鐵和銅作為原料，經熔煉得到母合金鋼液；

澆鑄步驟：將制得的所述母合金鋼液經澆鋼道澆注至鋼錠模本體，然后所述母合金鋼液在鋼錠模本體中進行冷卻，以形成母合金鋼錠。

9.根據權利要求1所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，在母合金鋼液熔煉步驟中，所述經熔煉得到母合金鋼液依次包括以下步驟：

(1)一次純鐵布料，一次熔化，一次保溫，一次打渣；

(2)二次銅、硼鐵布料，二次熔化，二次保溫，二次打渣；

(3)三次鈮鐵布料，三次熔化，三次保溫，一次造渣，三次打渣；

(4)四次磷鐵布料，四次熔化，四次保溫，二次造渣，四次打渣；

(5)五次結晶硅布料，五次熔化，高溫均質化，五次打渣；

(6)降溫，六次保溫，六次打渣；

(7)出鋼得到母合金鋼液，所述出鋼的溫度為1200-1250℃；

所述母合金鋼液為FeSiBPNbMoCu系納米晶母合金；其中，雜質鋁的質量含量在0.002％以下。

10.根據權利要求9所述的納米晶母合金熔鑄系統，其特征在于，所述FeSiBPNbMoCu系納米晶母合金，按原子百分比計，Si:0.1～15％，B:0.1～10％，P:0～10％，Nb:0.1～4％，Mo:0～4％，Cu:0.5～2％，其余為Fe；

和/或，步驟(1)中，

所述一次純鐵布料為：根據爐容一次性加入全部純鐵；

所述一次熔化前還進行烘爐：啟爐前將底吹氬壓力給至最大，以功率100kW，烘爐10min；

所述一次熔化為：在冶煉爐所能達到的最大功率即1000kW下化鋼，待純鐵全部化清后打開氬氣閥門，使得氬氣每秒冒出約1～2個氣泡；

所述純鐵全部化清的時間為40～60min；

所述一次保溫為：繼續以最大功率1000kW將鋼水升溫至1600±10℃，然后調整功率至520kW，保溫5min，保溫過程不蓋爐蓋；

所述一次打渣為：一次保溫結束后打凈純鐵的夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.002wt％以下；

和/或，步驟(2)中，

所述二次銅、硼鐵布料為：分批次加入銅和硼鐵；

每批次的添加量為8～12kg，優選10kg，添加頻率為：每批次銅/硼鐵化清后，加入下一批次，直至所有銅/硼鐵添加完畢且全部化清；

所述二次熔化為：功率調整至最大1000kW，開大氬氣，在大流量氬氣下攪拌，直至所有銅/硼鐵添加完畢全部化清，然后調整氬氣閥門，使得氬氣每秒冒出約1～2個氣泡，開始二次保溫；

所述二次保溫為：利用硼鐵熔化吸熱效應將鋼液降溫，并調整功率至500kW，在1580℃±10℃保溫2min，保溫過程中不蓋爐蓋；

所述二次打渣為：保溫結束后打凈硼鐵的夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.003wt％以下；

和/或，步驟(3)中，

所述三次鈮鐵布料為：分批次加入鈮鐵；

每批次的添加量為8～12kg，優選10kg，添加頻率為：每批次鈮鐵化清后，加入下一批次，直至所有鈮鐵添加完畢且全部化清；

所述三次熔化為：功率調整至最大1000kW，開大氬氣，在大流量氬氣下攪拌，直至所有鈮鐵添加完畢全部化清，然后調整氬氣閥門，使得氬氣每秒冒出約1～2個氣泡，開始三次保溫；

所述三次保溫為：利用鈮鐵熔化吸熱效應將鋼液降溫，并調整功率至480kW，在1550℃±5℃保溫5min，保溫過程中不蓋爐蓋；

所述一次造渣為：加入高溫造渣劑吸渣；

所述高溫造渣劑的組分如下：以重量計，70.5～76.5wt％SiO₂，9～13wt％Al₂O₃，2.5～2.9wt％Fe₂O₃，0.15～0.25wt％MgO，1.0～2.6wt％CaO，3.0～6.0wt％Na₂O，3.5～4.8wt％K₂O，粒徑為1-1.5mm；

所述三次打渣為：三次保溫結束后打凈鈮鐵的夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.005wt％以下；

和/或，步驟(4)中，

所述四次磷鐵布料為：分批次加入磷鐵；

每批次的添加量為8～12kg，優選10kg，添加頻率為：每批次磷鐵化清后，加入下一批次，直至所有磷鐵添加完畢且全部化清；

所述四次熔化為：功率調整至最大1000kW，開大氬氣，在大流量氬氣下攪拌，直至所有磷鐵添加完畢全部化清，然后調整氬氣閥門，使得氬氣每秒冒出約1～2個氣泡，開始四次保溫；

所述四次保溫為：利用磷鐵熔化吸熱效應將鋼液降溫，并調整功率至320kW，在1450℃±10℃保溫2min，保溫過程中不蓋爐蓋；

所述二次造渣為：加低溫造渣劑；

所述低溫造渣劑的組分如下：以重量計，72.5～78.5wt％SiO₂，7～12wt％Al₂O₃，2.5～3.7wt％Fe₂O₃，0.15～0.25wt％MgO，1.0～1.6wt％CaO，3.0～4.0wt％Na₂O，3.5～4.5wt％K₂O，1.5～2.5wt％P₂O₅，粒徑為0.5-1mm；

所述四次打渣為：四次保溫結束后打凈磷鐵的夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.004wt％以下；

和/或，步驟(5)中，

所述五次結晶硅布料為：分批次加入結晶硅；

每批次的添加量為8～12kg，優選10kg，添加頻率為：每批次結晶硅化清后，加入下一批次，直至所有結晶硅添加完畢且全部化清；

所述五次熔化為：保持功率至320kW，開大氬氣，在大流量氬氣下攪拌，直至所有結晶硅添加完畢全部化清，然后調整氬氣閥門，使得氬氣每秒冒出約1～2個氣泡；

所述高溫均質化為：利用結晶硅熔化放熱效應將鋼液升溫，并調整功率至500kW，在1580℃±10℃進行五次保溫，保溫5min，保溫過程中不蓋爐蓋；

所述五次打渣為：五次保溫結束后打凈結晶硅的高溫夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.003wt％以下；

和/或，步驟(6)中，

所述降溫為：調整功率至0功率，軟吹氬，氬氣流量為3～10L/min，調整功率至260kW，在1250℃±10℃進行六次保溫，保溫30min，保溫過程中蓋上爐蓋；

所述六次打渣為：六次保溫結束后打凈母合金的低溫夾雜物渣，使得鋼液Al含量0.002wt％以下，等待出鋼。