李 青

（太原鋼鐵（集團(tuán)）電氣有限公司， 山西 太原 030003）

非晶態(tài)合金自發(fā)明以來就以其獨特的組織結(jié)構(gòu)、高效的制備工藝、優(yōu)異的材料性能和廣闊的應(yīng)用前景受到材料科學(xué)工作者和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別是作為軟磁材料的非晶/納米晶合金帶材。納米晶合金帶材具有高飽和磁感、高磁導(dǎo)率、高磁感下的高頻低損耗等綜合優(yōu)異性能，兼?zhèn)淞朔蔷Ш辖鹋c各類傳統(tǒng)軟磁材料的優(yōu)點，成為促進(jìn)電子產(chǎn)品向高效節(jié)能、小型輕量化方向發(fā)展的關(guān)鍵材料。

納米晶極薄帶成分復(fù)雜、產(chǎn)品規(guī)格?。?6～25μm）。目前大范圍商品化產(chǎn)業(yè)化的納米晶帶材是由日本日立金屬公司發(fā)明的Finemet 型合金品種，采用熔體單輥旋淬急冷技術(shù)生產(chǎn)，即將精煉后的高溫鋼液通過一定長度、一定寬度的狹縫噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上快速冷卻形成非晶薄帶。由于制備納米晶極薄帶使用的氮化硼噴嘴嘴縫寬度極其狹窄，通常約0.23～0.25 mm，生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生嘴縫堵塞或聚渣，導(dǎo)致制帶中斷或帶材表面出現(xiàn)劃痕、劈裂等缺陷，因此，嚴(yán)格控制鋼液中夾雜物的尺寸大小和數(shù)量，確保高溫鋼液的潔凈度成為保障納米晶極薄帶順產(chǎn)和薄帶質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

在嚴(yán)格把控母合金熔煉工藝、確保真空爐煉內(nèi)鋼液純凈的基礎(chǔ)上，本文提出了兩種高溫鋼液澆注過程中清渣、濾渣的改進(jìn)措施，通過減少澆注過程對鋼液的污染、去除鋼液內(nèi)的小顆粒夾雜進(jìn)一步提高高溫鋼液潔凈度，有效改善了納米晶極薄帶澆注過程噴嘴堵塞率高、帶材厚度不均勻等技術(shù)難題。

1 機(jī)理研究

嚴(yán)格控制高溫鋼液澆注過程流經(jīng)的耐火“容器”，包括流鋼槽、中間包、噴嘴杯等。由于中間包是鋼液制帶澆注之前所進(jìn)入的最后一個容器，所以中間包內(nèi)鋼液的流動狀態(tài)和夾雜物的運動行為與鋼液質(zhì)量、帶材質(zhì)量密切相關(guān)。中間包內(nèi)鋼液的流動比較復(fù)雜，是由鋼液的靜壓力和鋼包注流共同作用完成的。鋼液從澆鋼漏斗的長水口流進(jìn)中間包，然后再從中間包的出水口流出，而傳統(tǒng)制帶時中間包僅僅起到把鋼液儲存起來然后進(jìn)行分配的作用?；陂L期的不銹鋼生產(chǎn)經(jīng)驗，借鑒煉鋼過程中，中間包類似一個獨立的二次精煉容器、發(fā)揮冶金作用的功效，設(shè)計改進(jìn)納米晶極薄帶中間包，使得中間包除了傳統(tǒng)意義上滿足鋼液供給、使溫度分布更加均勻的容器外，更重要的是可以促使夾雜物碰撞上浮，從而達(dá)到提高鋼液潔凈度的目的。

基于對流鋼槽和中間包內(nèi)鋼液流動和夾雜物的運動行為進(jìn)行深入的研究分析結(jié)果，合理設(shè)計流鋼槽和中間包過濾裝置、采用控流技術(shù)實現(xiàn)全自動穩(wěn)流澆注。

2 技術(shù)措施

采用過濾器主要對鋼液內(nèi)的夾雜物進(jìn)行機(jī)械攔截，多孔過濾器孔隙度較高，所以具有較高的過濾效率，更換操作簡單易行，而且使用成本低。既可以用來對固體夾雜物進(jìn)行過濾，也可以對少部分的液態(tài)夾雜物進(jìn)行過濾。多孔過濾器分為兩類，一類孔隙率低，一般小于50%，材質(zhì)為剛玉；另一類孔隙率高，可到60%～80%，以泡沫陶瓷為材質(zhì)。泡沫陶瓷過濾器過濾原理為深層過濾或濾餅過濾，其特點是質(zhì)量輕、通道彎曲、比表面積大，能完全濾除尺寸大于50 μm的大顆粒夾雜物，對于尺寸小于30 μm 的Al2O3夾雜物也有較強(qiáng)的捕捉能力，過濾效率較高。本文采用的是泡沫陶瓷過濾器。

2.1 濾渣式流鋼槽設(shè)計

在直通的流鋼槽1/3 處增設(shè)一擋渣板，擋渣板與流鋼槽之間的縫隙用過濾網(wǎng)填充，澆鋼時鋼液流經(jīng)擋渣板與流鋼槽之間的縫隙由過濾網(wǎng)過濾，不但可以減緩鋼液對耐火材料的沖刷，而且可以濾除漂浮在鋼液上面的渣質(zhì)，包括流鋼槽內(nèi)未清理干凈的雜質(zhì)、澆鋼過程中流鋼槽內(nèi)被沖刷的耐材以及鋼液內(nèi)Si、Al 等元素氧化形成的大顆粒夾雜等。圖1 所示為流鋼槽改進(jìn)前后的對比照。

圖1 流鋼槽改進(jìn)前后對比照

2.2 濾網(wǎng)式中間包設(shè)計

在中間包中部垂直豎一過濾網(wǎng)板并固定，對鋼液進(jìn)行二次濾渣、沉渣。制帶時，鋼液先流經(jīng)過濾網(wǎng)板再由水口向噴嘴流出，如此過濾網(wǎng)板就將鋼液內(nèi)的雜質(zhì)擋在沒有水口的中間包另一側(cè)。從圖2 制帶完成后的中間包改進(jìn)前后對比照和圖3 使用前后過濾網(wǎng)板的表面對比照可以看出，未增設(shè)過濾網(wǎng)板時，制帶完成后的中間包整個內(nèi)表面都被鋼渣覆蓋，而增設(shè)過濾網(wǎng)板以后，制帶完成后的中間包僅半邊表面被鋼渣覆蓋，且過濾網(wǎng)板兩側(cè)的中間包內(nèi)表面對比明顯。待中間包周轉(zhuǎn)下線時更換過濾網(wǎng)板即可。

圖2 制帶完成后的中間包改進(jìn)前后對比照

3 實施效果

通過實施濾渣式流鋼槽和濾網(wǎng)式中間包，不但可以濾除澆鋼過程中，某些物質(zhì)與氧結(jié)合新形成的大顆粒雜質(zhì)，同時還可以濾除冶煉工序中未完全清理的鋼液殘渣和流鋼槽內(nèi)的被沖刷的耐材。經(jīng)取樣檢測，中間包內(nèi)鋼液中的雜質(zhì)元素C+P+Al+T[O]含量由傳統(tǒng)工藝的800×10-6降低至180×10-6。因噴嘴嘴縫聚渣造成的制帶堵塞率和帶面劃痕缺陷也大大減少，帶面質(zhì)量有了很大提高，見圖4 和圖5。

圖3 制帶完成后的過濾網(wǎng)表面對比照

圖4 改進(jìn)措施實施前后制帶效果對比

圖5 帶材表面質(zhì)量對比照

4 結(jié)語

本文針對納米晶極薄帶制備時采用高速噴射法澆注一次成型，要求母液具有極高的潔凈度，而出帶水口尺寸又極窄，極易出現(xiàn)噴嘴堵塞等問題，開發(fā)了納米晶極薄帶高效澆注技術(shù)，在常規(guī)澆注模式的基礎(chǔ)上，通過采取濾渣式流鋼槽、濾網(wǎng)式中間包和全自動穩(wěn)流澆注等技術(shù)，顯著改善了極薄帶澆注過程噴嘴堵塞率高、帶材厚度不均勻等技術(shù)，成材綜合成材率大幅提升，實現(xiàn)了極薄帶的高效化生產(chǎn)。