可变形永磁合金Cu80Ni13Fe7的研究

D01:10.13374j.isml00103x2006.卫.029 第28卷第12期 北京科技大学学报 Vol.28 No.12 2006年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2006 可变形永磁合金CusoNi13Fe7的研究 刘亚东张辉滕蛟王立锦于广华 朱逢吾 北京科技大学材料科学与工程学院。北京100083 摘要研制了一种新成分的CugoN i3Fe?合金，其加工性能优于传统C6 oNizoFe20合金，并成功轧 制成02mm厚的薄带.系统研究了回火温度与回火时间对该合金磁性能的影响.研究结果表明， CNFe合金只有经过适当的回火处理才能得到较好的磁学性能.在635℃回火1h后，矫顽力H。 可达到542kA"m-1,剩磁感应B.为019T,矩形比S为0.79.磁性测量表明，在635℃回火1h 后样品平行于轧制方向和垂直于轧制方向的矫顽力H。差别较大，而在其他回火条件下的差别都 比较小.新研制的Cugo Ni3Fe,合金可作为磁栅尺的备选材料. 关键词永磁合金：磁学性能：回火处理：磁栅尺 分类号TM274:0482.54 磁栅尺是数控机床上广泛应用的一种位移传 实际应用表明，传统的CucoNi2oFe:0合金在使 感器，对于数控机床的加工精度非常重要.磁栅 用过程中，其磁性能会随着时间的延长而下降，造 尺主要是由磁栅和磁头组成.磁栅通常为一磁 成仪器工作性能降低.国外的研究表明通过工艺 性薄带，上面录有等间距的磁信号.工作时，磁头 调整可解决上述问题到.本文设计了一种新的合 相对于磁栅移动，并把磁栅上的磁信号转换为电 金成分，成功制备出了综合性能优良的CuNiFe 信号，经过电路处理将信号放大，实现对位置或位 合金 移的测量.对于磁栅尺，矫顽力通常要求在32~ 56kA“m1之间，长度要求为几米到几十米.国外 1实验 采用可变形永磁合金制造出符合要求的磁栅尺用 将80%Cu,13%Ni,7%Fe(纯度都超过 磁带材料. 99.9%经真空熔炼，浇铸成铜镍铁合金棒.棒材 可变形永磁合金具有非常好的加工性能.容 在真空炉中进行均匀化处理：炉温1050℃，保温 易加工成尺寸小、精度高的永磁元件（如丝、带和 5h,油淬.然后轧成厚度0.2mm的薄带（如图1 其他复杂形状)；同时，可变形永磁合金还具有很 所示.在高真空（优于10厂4Pa)下回火，回火温 好的磁学性能.这使得它在传感器、仪器仪表等 度为600,620.635,650.675℃，回火时间为1,2,3 领域有不可替代的作用.目前，常用的可变形永 h.样品的磁滞回线用VSM测试.通过公式B= 磁合金有FeCoCr和CuNiFe.它们都是通过失稳 Ho(H+M)将M一H曲线转换成B一H曲线后 分解(spinodal decomposition)来获得永磁性能的. 但是，FeCoCr由于含有昂贵元素Co,而且其热处 得到合金的矫顽力H,矩形比S由M一H曲线 理工艺较为复杂，使得其成本较高.传统的铜镍 铁合金成分为Cu60%,Fe20%,Ni20%(质量 分数).其基本的磁学性能为矫顽力H=36~40 kAm-1,剩磁B,=050~0.55T.国内20世纪 80年代曾研究过铜镍铁永磁合金，其基本磁学性 能为B=0.4~0.6T,H。=3.2-6.4kAm, 矫顽力很低，不能应用. 收稿日期：2005-09-19修回日期：200604-19 基金项目：国家“863”计划资助项目(N0.2003AA325010) 图10.2nmm厚的CugNi1:Fg合金薄带 作者简介：刘亚东(1980一），男，顾士研究生：于广华(1966一)， Fig I CusoNigs Fe,alloy rbbon with a thickness of 0 2 mm 男，教授，博士

可变形永磁合金 Cu80Ni13Fe7 的研究 刘亚东 张 辉 滕 蛟 王立锦 于广华 朱逢吾 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 研制了一种新成分的 Cu80Ni13Fe7 合金, 其加工性能优于传统 Cu60Ni20Fe20合金, 并成功轧 制成 0.2 mm 厚的薄带.系统研究了回火温度与回火时间对该合金磁性能的影响.研究结果表明, CuNiFe合金只有经过适当的回火处理才能得到较好的磁学性能.在 635 ℃回火 1 h 后, 矫顽力 Hc 可达到 54.2 kA·m -1 , 剩磁感应 Br 为 0.19 T, 矩形比 S 为 0.79.磁性测量表明, 在 635 ℃回火 1 h 后样品平行于轧制方向和垂直于轧制方向的矫顽力 Hc 差别较大, 而在其他回火条件下的差别都 比较小.新研制的 Cu80Ni13Fe7 合金可作为磁栅尺的备选材料. 关键词 永磁合金;磁学性能;回火处理;磁栅尺 分类号 TM 274 ;O 482.54 收稿日期:2005 09 19 修回日期:2006 04 19 基金项目:国家“ 863”计划资助项目( No .2003AA325010) 作者简介:刘亚东( 1980—) , 男, 硕士研究生;于广华( 1966—) , 男, 教授, 博士 磁栅尺是数控机床上广泛应用的一种位移传 感器, 对于数控机床的加工精度非常重要.磁栅 尺主要是由磁栅和磁头组成[ 1] .磁栅通常为一磁 性薄带, 上面录有等间距的磁信号 .工作时, 磁头 相对于磁栅移动, 并把磁栅上的磁信号转换为电 信号, 经过电路处理将信号放大, 实现对位置或位 移的测量 .对于磁栅尺, 矫顽力通常要求在 32 ～ 56 kA·m -1之间, 长度要求为几米到几十米.国外 采用可变形永磁合金制造出符合要求的磁栅尺用 磁带材料 . 可变形永磁合金具有非常好的加工性能, 容 易加工成尺寸小 、精度高的永磁元件( 如丝 、带和 其他复杂形状) ;同时, 可变形永磁合金还具有很 好的磁学性能.这使得它在传感器 、仪器仪表等 领域有不可替代的作用.目前, 常用的可变形永 磁合金有 FeCoCr 和 CuNiFe.它们都是通过失稳 分解( spinodal decomposition) 来获得永磁性能的. 但是, FeCoCr 由于含有昂贵元素 Co, 而且其热处 理工艺较为复杂, 使得其成本较高.传统的铜镍 铁合金成分[ 2] 为 Cu 60 %, Fe 20 %, Ni 20 %( 质量 分数) .其基本的磁学性能为矫顽力 Hc =36 ～ 40 kA·m -1 , 剩磁 B r =0.50 ～ 0.55 T .国内 20 世纪 80 年代曾研究过铜镍铁永磁合金, 其基本磁学性 能为 B r =0.4 ～ 0.6 T, Hc =3.2 ～ 6.4 kA·m -1 , 矫顽力很低, 不能应用. 实际应用表明, 传统的 Cu60Ni20Fe20合金在使 用过程中, 其磁性能会随着时间的延长而下降, 造 成仪器工作性能降低 .国外的研究表明通过工艺 调整可解决上述问题[ 3] .本文设计了一种新的合 金成分, 成功制备出了综合性能优良的 CuNiFe 合金 . 图 1 0.2 mm 厚的 Cu80Ni13Fe7 合金薄带 Fig.1 Cu80Ni13Fe7 alloy ribbon with a thickness of 0.2 mm 1 实验 将 80 % Cu, 13 % Ni, 7 % Fe ( 纯度都超过 99.9 %) 经真空熔炼, 浇铸成铜镍铁合金棒.棒材 在真空炉中进行均匀化处理:炉温 1 050 ℃, 保温 5h, 油淬 .然后轧成厚度 0.2 mm 的薄带( 如图 1 所示) .在高真空( 优于 10 -4 Pa) 下回火, 回火温 度为 600, 620, 635, 650, 675 ℃, 回火时间为 1, 2, 3 h .样品的磁滞回线用 VSM 测试 .通过公式 B = μ0( H +M) 将 M -H 曲线转换成B -H 曲线后 得到合金的矫顽力 Hc, 矩形比 S 由 M -H 曲线 第 28 卷 第 12 期 2006 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.12 Dec.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.12.029

。1132 北京科技大学学报 2006年第12期 得到. 图4给出不同回火时间下矩形比S随回火 温度的变化曲线.从图上可看出，在635℃回火1 2 结果与讨论 h样品的矩形比最高，达到了0.79.该回火时间 图2是不同回火时间下矫顽力H随回火温 下，不同的回火温度对矩形比的影响较大.对于 度的变化曲线.从图中可以看出：当回火温度低 2和3h的回火，在回火温度低于635℃时，回火 于635℃，回火1h或2h后，随着回火温度增加 时间对矩形比的影响不是很明显：当回火温度超 H。逐渐变大：而对回火3h的试样，回火温度对 过635℃时，矩形比则都开始减小，而且回火时间 H。的影响不明显.当回火温度超过635℃时，H。 越长，S下降得越快 开始减小.在635℃回火1h的H。最高，达到了 0.8 542kAm1.对于同一回火温度，如600℃时， 随着回火时间的增加，H。是逐渐变大的：而在 0.7 650和675℃时，则是逐渐减小.在回火温度为 620和635℃时，回火时间影响不明显.从图2来 --1h 看，回火温度为635℃，回火时间1h可以得到较 --3h 高的He. 0.5 590 610 630 650670680 55 回火温度/℃ 50 图4不同回火时间下矩形比S随回火温度的变化曲线 45 Fig.4 Curves of S to tempering temperature at different tem- 40 pering time 35 -2 30 -3h 图2~4表明，CusoNi13Fe7合金只有经过适 25 当的回火处理才能得到较好的磁学性能，其他成 590 610 630650 670680 分的CuNiFe合金也有类似的结果29.可以从 回火温度℃ CuNiFe合金相变过程中微结构的变化来解释以 图2不同回火时间下矫顽力H。随回火温度的变化曲线 上实验结果 Fig.2 Curves of H to tempering temperature at different tem CuNiFe合金经过高温淬火后得到过饱和的 pering time 单相固溶体，回火后发生失稳分解(spinodal de- 从图3可以看出：当回火温度低于635℃，回 com position)形成一个富NiFe的铁磁性相和一个 火时间对B,的影响不明显.回火温度超过635 富Cu相，铁磁性相分散在富Cu相基体中？.因 ℃，不同回火时间下B,都开始减小，而且回火时 此，CuNiFe合金的磁性能和失稳分解后微结构有 间越长，B,下降的越快.在635℃回火1h后，B 关.磁滞回线的测量表明，富C山相为非磁性相， 达到最大值为0.19T. 因此不存在铁磁相和弱铁磁相的耦合作用.而且 铁磁相的磁晶各向异性比较小，其矫顽力主要来 0.19 源于磁性相的形状各向异性.在失稳分解初 0.18 0.17 期，随着回火温度的升高或回火时间的延长，合金 0.16 中磁性相和非磁性相的成分会不断变化，最后达 G0.15 -1h 到平衡值.在回火温度较低或回火时间较短时， 0.14 --2h --3h 失稳分解进行得不完全，磁性相的成分未达到平 0.13 0.12 衡值，其磁性能较差.随着回火温度或回火时间 0.11L 增加，失稳分解完全进行，合金中两相的成分都达 590 610 630650670680 回火温度℃ 到了平衡值2，.如果磁性颗粒尺寸比较合适，则 图3不同回火时间下B随回火温度的变化曲线 合金的磁性相将保持单畴态，磁化过程主要是磁 Fig.3 Curves of B to tempering temperature at different tem- 矩的一致转动，此时合金的H。最大.但是当回火 pering time 温度或时间进一步增加，磁性颗粒长大，超过单畴 的临界尺寸，这时会导致有效磁各向异性下降，而

得到 . 2 结果与讨论 图 2 是不同回火时间下矫顽力 Hc 随回火温 度的变化曲线.从图中可以看出:当回火温度低 于 635 ℃, 回火 1 h 或 2 h 后, 随着回火温度增加, Hc 逐渐变大;而对回火 3 h 的试样, 回火温度对 Hc 的影响不明显.当回火温度超过 635 ℃时, Hc 开始减小.在 635 ℃回火 1 h 的 Hc 最高, 达到了 54.2 kA·m -1 .对于同一回火温度, 如 600 ℃时, 随着回火时间的增加, Hc 是逐渐变大的;而在 650 和 675 ℃时, 则是逐渐减小.在回火温度为 620 和 635 ℃时, 回火时间影响不明显.从图 2 来 看, 回火温度为 635 ℃, 回火时间 1 h 可以得到较 高的 Hc . 图 2 不同回火时间下矫顽力 Hc 随回火温度的变化曲线 Fig.2 Curves of Hc to tempering temperature at different tem￾pering time 从图 3 可以看出 :当回火温度低于 635 ℃, 回 火时间对 B r 的影响不明显.回火温度超过 635 ℃, 不同回火时间下 B r 都开始减小, 而且回火时 间越长, B r 下降的越快 .在 635 ℃回火 1 h 后, B r 达到最大值为 0.19 T . 图 3 不同回火时间下 Br 随回火温度的变化曲线 Fig.3 Curves of Br to tempering temperature at different tem￾pering time 图 4 给出不同回火时间下矩形比 S 随回火 温度的变化曲线.从图上可看出, 在 635 ℃回火 1 h 样品的矩形比最高, 达到了 0.79 .该回火时间 下, 不同的回火温度对矩形比的影响较大.对于 2 和 3 h 的回火, 在回火温度低于 635 ℃时, 回火 时间对矩形比的影响不是很明显;当回火温度超 过 635 ℃时, 矩形比则都开始减小, 而且回火时间 越长, S 下降得越快 . 图 4 不同回火时间下矩形比 S 随回火温度的变化曲线 Fig.4 Curves of S to tempering temperature at different tem￾pering time 图 2 ～ 4 表明, Cu80Ni13Fe7 合金只有经过适 当的回火处理才能得到较好的磁学性能, 其他成 分的 CuNiFe 合金也有类似的结果 [ 2, 4] .可以从 CuNiFe 合金相变过程中微结构的变化来解释以 上实验结果. CuNiFe 合金经过高温淬火后得到过饱和的 单相固溶体, 回火后发生失稳分解( spinodal de￾composition) 形成一个富 NiFe 的铁磁性相和一个 富Cu 相, 铁磁性相分散在富 Cu 相基体中[ 2] .因 此, CuNiFe 合金的磁性能和失稳分解后微结构有 关.磁滞回线的测量表明, 富 Cu 相为非磁性相, 因此不存在铁磁相和弱铁磁相的耦合作用 .而且 铁磁相的磁晶各向异性比较小, 其矫顽力主要来 源于磁性相的形状各向异性 [ 2] .在失稳分解初 期, 随着回火温度的升高或回火时间的延长, 合金 中磁性相和非磁性相的成分会不断变化, 最后达 到平衡值 .在回火温度较低或回火时间较短时, 失稳分解进行得不完全, 磁性相的成分未达到平 衡值, 其磁性能较差.随着回火温度或回火时间 增加, 失稳分解完全进行, 合金中两相的成分都达 到了平衡值[ 2, 5] .如果磁性颗粒尺寸比较合适, 则 合金的磁性相将保持单畴态, 磁化过程主要是磁 矩的一致转动, 此时合金的 Hc 最大 .但是当回火 温度或时间进一步增加, 磁性颗粒长大, 超过单畴 的临界尺寸, 这时会导致有效磁各向异性下降, 而 · 1132 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 12 期

Vol.28 No.12 刘亚东等：可变形永磁合金QsNi3Fe,的研究 。1133。 且其磁化过程也发生改变，会出现磁矩的非一致 关.由图5中的磁滞回线来看，轧向是CuNiFe合 转动如涡旋式(curling mode)和曲折式(buck ling 金的易轴方向（即和长轴平行方向），垂直于轧向 mode)转动.它们决定的矫顽力和颗粒的直径有 为难轴方向（即和短轴平行向）.图5(a)中合金表 关，并且总小于一致转动决定的矫顽24可， 现出较强的形状各向异性(Na和Nb差别大，而 图5为回火温度及时间分别为635℃，1h和 图5(b)中的形状各向异性较弱(Na和Nb差别 675℃，3h样品平行于轧制方向和垂直于轧制方 小，这说明合金中颗粒的形状和尺寸受不同回 向的磁滞▣线.由图5(a)可知，在635℃回火1 火工艺的影响.在适当温度下回火时，为降低其 h,垂直于轧向和平行于轧向的Hc相差较大，而 界面能，磁性颗粒会长大，且细长的椭球形磁性颗 在675℃回火3h的两个方向的H。均较小，且差 粒有向球形转变的趋势.因此，经较高温度(675 别很小（见图5(b).电镜观察表明2,9，CuNiFe 9和较长时间(3)回火后，一方面合金中磁性 合金中磁性相为扁长的椭球颗粒，且长轴沿轧向， 颗粒平均尺寸增加较快，导致H。降低：另一方 在形状各向异性决定的矫顽力的情况下，矫顽力 面，其长轴与短轴比变小，导致易轴方向和难轴方 和该椭球颗粒长短轴方向的退磁因子NaNb有 向的H。的差别变小. 1.0(a)635℃回火1h 1.0F b)675℃回火3h 0.5 0.5 =⊥轧向 轧向 0 0 0.5 ∥轧向 0.5 =轧向 -1.0 -1.0 -600-400-2000200400600 -600400-2000200400600 H/(kA.m-) H/kA·m) 图5Cui:Fe合金经不同回火处理后的磁滞回线 Fig.5 Hysteresis loop of Cugo NiaFe,after different tempering treatments schaften von dauemagetlegierungen wahrend der isothemen 3结论 ausscheidungshartung.Z Metsllkd.1956,47:289 [3 Hatoyama G M,Ohkubo H.KikuchiS.Pblems in magnetic 研制出一种新的CusoNit13Fe合金，其加工性 recording on relatively thick media.IEEE Trans Magn,1972. 能优于传统Cu6oNi2oFe2o合金，并成功轧制成0.2 8:577 mm厚的薄带.在635℃回火1h后，H。可达 [4 Kikuchi S.Ito S.Properties of hard magnetic Cu-Ni-Fe ah 54.2kAm1,B.为019T,矩形纰为079.该合 loys IEEE Trans Magn,1972,8:344 金可作为磁栅尺的备选材料. [5]Buter E P.Thomas G.Structure and properties of spinodally decomposed Cu-Ni-Fe alloys.Acta Metall,1970.18:347 参 考文献 [6 Frei E H.Shtrikman S.Treves D.Critical size and nucleation field of ideal ferromagetic particks.Phys Rev.1957.106: [刂杨广，刘芳，李德勇.磁栅尺的结构、特点及应用。传感器 446 世界，1999.1853 [2]Biedemann E.Kneller E.Gefuge und magnetische eigen Research on a ductile permanent magnet alloy CusoNi3Fe7 LIU Yadong,ZHANG Hui,TENG Jico,WANG Lijin,YU Guanghua,ZHU Fengwu Materials Science and Engineering School University of Science and Technology Beijing Beijing 100083,China ABSTRACT A new CusoNi3Fe7 alloy was obtained and rolled into thin tape with a thickness of 0 2mm successfully.The machining property proved to be better than the conventional CucoNiFe2o alloy.The ef-

且其磁化过程也发生改变, 会出现磁矩的非一致 转动如涡旋式( curling mode) 和曲折式( buckling mode) 转动.它们决定的矫顽力和颗粒的直径有 关, 并且总小于一致转动决定的矫顽力[ 2, 4, 6] . 图 5 为回火温度及时间分别为 635 ℃, 1 h 和 675 ℃, 3 h 样品平行于轧制方向和垂直于轧制方 向的磁滞回线 .由图 5( a) 可知, 在 635 ℃回火 1 h, 垂直于轧向和平行于轧向的 Hc 相差较大, 而 在 675 ℃回火 3 h 的两个方向的 Hc 均较小, 且差 别很小( 见图 5( b) ) .电镜观察表明[ 2, 4] , CuNiFe 合金中磁性相为扁长的椭球颗粒, 且长轴沿轧向, 在形状各向异性决定的矫顽力的情况下, 矫顽力 和该椭球颗粒长短轴方向的退磁因子 Na, Nb 有 关.由图 5 中的磁滞回线来看, 轧向是 CuNiFe 合 金的易轴方向( 即和长轴平行方向) , 垂直于轧向 为难轴方向( 即和短轴平行向) .图 5( a) 中合金表 现出较强的形状各向异性( Na 和 Nb 差别大) , 而 图5( b) 中的形状各向异性较弱( Na 和 Nb 差别 小) .这说明合金中颗粒的形状和尺寸受不同回 火工艺的影响.在适当温度下回火时, 为降低其 界面能, 磁性颗粒会长大, 且细长的椭球形磁性颗 粒有向球形转变的趋势.因此, 经较高温度( 675 ℃) 和较长时间( 3 h) 回火后, 一方面合金中磁性 颗粒平均尺寸增加较快, 导致 Hc 降低;另一方 面, 其长轴与短轴比变小, 导致易轴方向和难轴方 向的 Hc 的差别变小. 图 5 Cu80Ni 13Fe7 合金经不同回火处理后的磁滞回线 Fig.5 Hysteresis loop of Cu80Ni 13Fe7 after different tempering treatments 3 结论 研制出一种新的 Cu80Ni13Fe7 合金, 其加工性 能优于传统 Cu60Ni20Fe20合金, 并成功轧制成 0.2 mm 厚的薄带 .在 635 ℃回火 1 h 后, Hc 可达 54.2 kA·m -1 , B r 为 0.19T, 矩形比为 0.79 .该合 金可作为磁栅尺的备选材料. 参 考 文 献 [ 1] 杨广, 刘芳, 李德勇.磁栅尺的结构、特点及应用.传感器 世界, 1999, 18:53 [ 2] Biedermann E, Kneller E .Gefuge und magnetische eigen￾schaft en von dauermagnetlegierungen w ahrend der isothermen ausscheidungshartung .Z Metsllkd, 1956, 47:289 [ 3] Hatoyama G M, Ohkubo H, Kikuchi S .Problems in magnetic recording on relatively thick media .IEEE Trans Magn, 1972, 8:577 [ 4] Kikuchi S , Ito S.Properties of hard magnetic Cu-Ni-Fe al￾loys.IEEE Trans Magn, 1972, 8:344 [ 5] Butler E P, T homas G .S tructure and properties of spinodally decomposed Cu-Ni-Fe alloys.Acta Metall, 1970, 18:347 [ 6] Frei E H, S htrikman S, Treves D.Critical size and nucleation field of ideal f erromagnetic particles.Phys Rev, 1957, 106: 446 Research on a ductile permanent magnet alloy Cu80Ni13Fe7 LIU Y adong , ZHANG Hui, TENG J iao, WANG Lijin , Y U Guanghua, ZHU Fengwu Materials S cience and Engineering S chool, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, C hina ABSTRACT A new Cu80Ni13Fe7 alloy was obtained and rolled into thin tape w ith a thickness of 0.2 mm successfully .The machining property proved to be better than the conventional Cu60Ni20Fe20 alloy .The ef￾Vol.28 No.12 刘亚东等:可变形永磁合金 Cu80Ni13Fe7 的研究 · 1133 ·

。1134 北京科技大学学报 2006年第12期 fects of tempering tem perature and time on the magnetic properties of the alloy were studied.Better mag- netic property of the alloy could be got only under proper tempering condition.After tempered at 635 C for 1h,the coercivity He,the remnant induction B.and the squareness S of the alloy reached 54.2kA'm, 0.19T and 0.79,respectively.M agnetic measurements showed that the difference of coercivity between parallel and perpendicular to the olling direction for the alloy tempered at 635 Cfor Ih,is more significant than those under other tempering conditions.The results indicate that the alloy is a candidate for magnetic scales. KEY WORDS permanent magnet alloy;magnetic properties tempering;magnetic scale Optimization for the structure of BF hearth bottom and the arrangement of ther- mal couples ZHAO Hongbo,CHENG Shusen Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The hearth of "heat transfer method"and the ceramic cup synthetic hearth bottom of"heart isolation method"are two most popular designs for blast fumace(BF).Although there are successful real examples,some disadvantages,for instance large heat bss and high cost,still exist for these designs.Ac- cording to the theo ry of heat transfer,based on the calculation of temperature distribution of the hearth bot- tom,it is elucidated that all brick layers at the hearth bottom may not be considered as the only reason why different structures exhibited different temperature dist ributions although total heat resistance is the same, and then based on the effect of hot metal and cold water on different temperature distribution ranges,the concepts of"heat resistance"and "cooling enhancement"are put forth.Based on this,the disadvantages and the factors affecting temperature distribution,of the two types of hearth bottoms were illustrated.On the basis of these analyses,a novel structure for BF hearth bottom designing that can easily for"self-pro- tecting"slag layer stably,called "the method of gradient brick lay out that has an optimum combination of cooling enhancement and heat resistance"was proposed;it can not only prolong the hearth bottom longevity but also reduce the cost and heat loss.Also,the optimum arrangement of thermal couples in hearth bottom was suggested based on the previous studies on erosion prediction carried out by the author. KEY WORDS blast fumace;hearth bottom:longevity design;erosion [Journal of University of Science and Technology Beijing,2006,13(5):497]

fects of tempering temperature and time on the mag netic properties of the alloy were studied .Better mag￾netic property of the alloy could be got only under proper tempering condition .After tempered at 635 ℃for 1 h, the coercivity Hc , the remnant induction B r and the squareness S of the alloy reached 54.2kA·m -1 , 0.19 T and 0.79, respectively .M agnetic measurements showed that the difference of coercivity between parallel and perpendicular to the rolling direction for the alloy tempered at 635 ℃for 1h, is more sig nificant than those under o ther tempering conditions .The results indicate that the alloy is a candidate fo r magnetic scales . KEY WORDS permanent mag net alloy ;mag netic properties;tempering ;mag netic scale Optimization for the structure of BF hearth bottom and the arrangement of ther￾mal couples ZHAO Hongbo, CHENG Shusen Metallurgical and Ecological Engineering School, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The hearth of “heat transfer method” and the ceramic cup synthetic hearth bottom of “heart isolation method” are tw o most popular designs fo r blast furnace ( BF) .Althoug h there are successful real examples, some disadvantages, fo r instance large heat loss and hig h cost, still exist for these designs .Ac￾co rding to the theo ry of heat transfer, based on the calculation of temperature distribution of the hearth bot￾tom, it is elucidated that all brick layers at the hearth bo ttom may no t be considered as the only reason w hy different structures exhibited different temperature distributions althoug h total heat resistance is the same, and then based on the effect of hot metal and cold w ater on different temperature distribution ranges, the concepts of “heat resistance” and “cooling enhancement” are put forth .Based on this, the disadvantages and the factors affecting temperature distributio n, of the two types of hearth bottoms w ere illustrated .On the basis of these analyses, a novel structure for BF hearth bottom designing that can easily fo rm “self-pro￾tecting” slag layer stably, called “the method of gradient brick lay out that has an optimum combinatio n of cooling enhancement and heat resistance” w as proposed ;it can not only prolong the hearth bottom longevity but also reduce the cost and heat loss .Also, the optimum arrangement of thermal couples in hearth bottom w as suggested based on the previous studies on erosion prediction carried out by the autho r. KEY WORDS blast furnace ;hearth bo ttom ;longevity design ;erosion [ 摘自 Journal of University of Science and Technology Beijing, 2006, 13( 5) :497] · 1134 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 12 期