CN100366361C - 在可调整低密度气体环境下铸造非晶金属合金的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于铸造金属带的设备和方法，该设备包括具有淬火表面(22)的运动冷却主体(34)。喷嘴机构在淬火表面的淬火区域(26)上沉积熔融金属流以便形成该带。喷嘴机构(28)具有带有喷嘴孔口的排放部分。贫化机构包括多个可单独控制的气体喷嘴(56a～56f)以便供应还原气体到淬火区域上游附近的贫化区域(24)的多个区段内。在每个区段内可与其他区段内气流的控制无关地控制气流分布。还原气体放热反应以便降低密度，从而在贫化区域内提供低密度还原气体环境并基本上防止带内气泡的形成。

Description

在可调整低密度气体环境下铸造非晶金属合金的设备和方法

技术领域

本发明涉及直接由熔融物铸造金属带，本发明尤其涉及直接由熔融物快速固化非晶金属合金以便形成大致连续的金属带。

背景技术

由于淬火期间在淬火表面和熔融金属之间残留的气泡形成气体表面缺陷，通过传统装置难以铸造非常光滑的带。这些缺陷以及其他因素造成铸造带的淬火表面侧以及相对的自由表面侧显著粗糙。在某些情况下，表面缺陷实际上延伸通过带，并在其中形成穿孔。另外，这些表面缺陷的均匀程度在铸造金属带的宽度上可以变化。

授予M.Narasimhan的US专利NO.4,142,571披露一种用于快速淬火熔融金属流以便形成连续金属带的传统设备和方法。该金属可在惰性气体环境或局部真空中铸造。

授予J.Bedell的US专利NO.3,862,658和授予C.Carlson的US专利NO.4,202,404披露用来延长铸造金属丝与淬火表面接触的柔性带。

授予R.Ray等人的US专利NO.4,154,283披露真空铸造金属带以减小气泡缺陷形成。Ray等人教授的真空铸造系统需要特定的腔室和泵以便产生低压铸造气体环境。另外，需要辅助装置将铸造带从真空腔室中连续输送出来。另外，在这种真空铸造系统中，带趋于过度粘接在淬火表面上，而不是在周围气体环境下铸造时通常脱离该淬火表面。

授予H.Suzuki等人的US专利NO.4,301,855披露一种用于铸造金属带的设备，其中熔融金属从加热喷嘴倒在转动辊的外周表面上。盖件覆盖喷嘴上游的辊表面以便提供一个腔室，该腔室的气体通过真空泵排空。盖件内的加热元件加热喷嘴上游的辊表面以便从辊表面上去除液滴或气体。真空腔室降低铸造辊表面附近的运动气体层的密度，由此降低铸造带内气泡的形成。加热元件有助于从辊表面上驱除湿气和依附气体以便进一步降低气泡的形成。Suzuki等人披露的设备不将金属倒在铸造表面上，直到该表面排出真空腔室为止。通过此方法，避免从真空腔室去除快速前进的带所涉及的复杂问题。该带实际上在开放气体环境下铸造，因此抵消带质量上任何潜在的改进。

授予Mobley等人的US专利NO.3,861,450披露一种制造金属丝的方法和设备。盘形吸热构件转动以便将其边缘表面浸入熔池，并且非氧化气体在运动表面进入熔融物的关键处理区域内引入。此非氧化气体可以是还原气体，该气体在气体环境中的燃烧在关键处理区域内产生还原或非氧化燃烧产物。在特别实施例中，由碳或石墨制成的盖子闭合盘的一部分并与盖子附近的氧反应，从而产生非氧化的一氧化碳和二氧化碳气体，该气体接着围绕该盘部分和熔融物的输入区域。

如Mobley等人所述，由于非氧化气体的引入，使得非氧化气体中断并代替氧化气体依附层。非氧化气体的受控引入还提供屏障，以便防止熔融表面上的颗粒固体材料在关键处理区域内聚积，在该区域内转动盘将杂质带入熔融物，使得丝开始固化。最后，通过减少丝和转动盘之间的依附性，从关键区域中去除氧化气体和漂浮杂质增加了丝与转动盘脱开点的稳定性并促进同时脱离。

但是Mobley等人所解决的只是盘表面和熔融物内的氧化问题。如Mobley等人所述，非氧化气体流始终通过转动轮的粘性牵伸力带入熔池中，并可将熔融物与盘边缘分开，从而瞬间干扰丝的形成。Mobley等人提供的特殊优点在于非氧化气体降低熔池内实际丝形成点处的氧化。因此，Mobley等人没有使得将盘和熔融物分开和隔离并降低局部淬火的带入气体最小化。

授予H.Liebermann的US专利NO.4,282,921和4,262,734披露一种设备和方法，其中采用同轴喷气流降低快速淬火的非晶金属带内的边缘缺陷。授予H.Liebermann的US专利NO.4,177,856和4,144,926披露一种方法和设备，其中控制雷诺数参数以便降低快速淬火晶体带内的边缘缺陷。气体密度和雷诺数通过使用真空和采用低分子重量的气体来调整。

授予H.Liebermann的US专利NO.4,869,312披露一种用于铸造金属带以便减小由形成气泡所造成的表面缺陷的设备和方法。喷嘴机构在淬火表面的淬火区域内沉积熔融金属流以便形成金属带。供应还原气体到淬火区域上游附近的贫化区域内。还原气体进行放热反应以便在贫化区域内提供低密度还原气体环境并有助于防止气泡在带内形成。

但是传统方法不能充分降低金属带宽度上表面缺陷的变化。现有技术中还存在其他缺陷，本发明可以克服并修正这些缺陷。

发明内容

在一个方面，披露一种铸造金属带的方法。具有淬火表面的冷却主体在选定速度下运动，并且熔融金属流沉积在淬火表面的淬火区域内以便形成带。供应还原气体到淬火区域上游附近的贫化区域。还原气体由多个喷嘴提供，该喷嘴通过挡板相互分开。阀单独控制通过每个喷嘴的气体流。还原气体进行放热反应以便降低其密度并在每个区域内的贫化区域内单独提供低密度还原气体环境。在优选实施例中，金属带是非晶金属合金。

在第二方面，披露一种系统，该系统包括例如轮子的铸造表面、熔融金属供应装置、还原气体供应装置、包括多个可单独控制的气体喷嘴的气体总管和多个气流控制装置。该系统设置成通过单独调整进入贫化区域内不同区域的气流改善铸造金属带厚度的均匀性。该系统还设置成控制有利和不利的带表面特征。

另一方面包括一种在金属带铸造系统内控制到达淬火区域的不同分散区段的气流的方法，该方法包括使用传感器以便测量铸造金属带的质量。该控制方法使得淬火区域的不同分散区段内还原火焰气体环境可以单独自动调整。

所披露的技术有利地降低金属带铸造期间淬火表面和金属之间气泡的形成和滞留，并在带宽度上提供均匀的带厚度分布和均匀的光洁度。

本发明的其他方面将在这里描述。

附图说明

当参考以下详细说明和附图时将更加完全地理解本发明，并且其优点将更加清楚，附图中：

图1表示在沉积有熔融金属的淬火表面部分处的气体边界层速度分布图；

图2表示表示现有技术铸造系统的代表性实施例；

图3表示图2现有技术铸造系统的一部分；

图4表示本发明铸造系统的剖切平面图；

图5表示本发明铸造系统的侧视图；

图6表示本发明铸造系统的透视图；

图7表示本发明燃烧器组件的剖切透视图；

图8表示扩散板的两个视图；

图9表示具有控制功能的本发明铸造系统；

图10表示本发明铸造带的三个示例性厚度分布图；

图11A-11B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图；

图12A～12B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图；

图13表示本发明铸造带的三个示例性厚度分布图；

图14表示本发明铸造带的三个示例性厚度分布图；

图15A～15B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图；

图16A～16B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图；

图17A～17B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图；

图18A～18B表示本发明铸造带的示例性厚度分布图。

具体实施方式

出于本发明的目的并且如说明书和权利要求中所使用的那样，“带”应该理解为细长主体，其横向尺寸小于其长度。因此，应该理解的是术语“带”包括具有规则和不规则截面的线、带、板和类似物。特别是平带(带、片、带板)的情况下，带的高度或厚度通常小于其宽度，并且其宽度远远小于其长度。

本发明适用于铸造金属带，该带基本上是晶体或非晶的性质。与晶体金属不同，非晶金属缺乏长程晶体结构并在本质上是玻璃状的。理想的是，非晶金属组分至少80％是非晶，优选的是90％，更优选的是95％，最优选的是98％。结晶度可通过公知的技术确认。非晶金属包括那些以10⁴℃/秒的速度从熔融金属供料快速固化和淬火的金属。这种快速固化的非晶金属带通常提供改进的物理性能，例如以下一种或多种性能：改进的拉伸强度；改进的韧性；改进抗腐蚀性；以及提高的磁性。

图1表示沉积有熔融金属的淬火表面22的一部分上气体边界层速度分布20。气体边界层速度分布20表示环境空气被吸入并围绕运动淬火表面22的周边。最大的气体边界层速度出现在淬火表面22的附近并等于运动淬火表面22的速度。淬火表面22在箭头“a”所示的方向上运动。如图1所示，运动淬火表面22从周围气体环境中吸入冷空气到贫化区域24并进入淬火区域26，后者是沉积有熔融金属熔池30的淬火表面22的区域。由于边界层气体带入淬火区域26的速度很快，热铸造喷嘴22和熔池30产生的热不显著降低淬火区域26的周围气体环境密度。当理解为需要淬火表面的非常高的转动和/或线性速度以便实现形成非晶金属带所需的高冷却速度时这是非常明显的。

淬火表面22通常包括衬底，该衬底通常是光滑、凉的金属。熔池30湿润衬底表面到达一定程度，该程度通过包括金属合金组分、衬底组分和衬底表面上存在薄膜的不同因素来确定。但是熔融衬底界面处由气体边界层施加的压力用来局部地将熔融物与衬底分开并在熔池30下侧形成滞留的气泡32。这些气泡32是不希望的。

为了减小滞留在熔池30之下的气泡32的尺寸和数量，必须降低气体密度或降低衬底速度。由于可不利地影响带36冷却速度，降低衬底速度通常不实用。因此，必须降低气体密度。这可以通过多个可能的方法来实现。通过去除气体边界层，可以在真空中铸造以消除带下侧内的气泡32。作为选择，强迫低密度气体进入边界层可有效地降低滞留在熔池30之下的气泡的尺寸和数量。使用低密度气体(例如氦)是降低边界层气体密度的一种方法。作为选择，可通过放热反应(即燃烧)还原气体来提供低密度还原气体。当进行气体放热反应时，反应所提供的热还造成燃烧气体的密度随绝对温度的升高而减小。提供气体在熔池30的上游侧贫化区域24内的放热反应，熔池之下的滞留气泡32的尺寸和数量可显著减小。

图2表示现有技术铸造系统的代表性实施例，其中能够点燃和燃烧的气体用来形成低密度还原气体。铸造喷嘴28将熔融金属沉积在转动铸造轮34的淬火表面22上以便形成带36。通过使用气体供应装置38、气体阀40、包括多个孔44a～44k的气体总管42和点燃装置46可以实现贫化。气体阀40调整通过孔44a～44k输送的气体体积和速度。在气体48与充分的氧混合以便确保燃烧之后，点燃装置46点燃气体48以便在贫化区域24和沉积有熔融金属的淬火区域26内产生加热的、低密度还原气体。点燃装置46包括例如火花点燃、热细丝、热板和熔融金属装置喷嘴本身，它们通常足够热以便点燃气体48。

图3表示图2所示现有技术铸造系统的一部分的可选择视图。单个阀40控制从气体供应装置38到总管42的气流，该总管将气体供应到多个孔44a～44k。气体阀40是单点控制装置，使得排出孔44a～44k的气体流速可以调整并大致均匀。

再参考图2，当气体点燃时，其形成延伸足够远以便接触铸造喷嘴28和带36的火焰。火焰柱50延伸超过火焰的端部并且是低密度气体。火焰柱50通常在淬火区域26的上游开始。气体燃烧过程消耗来自周围气体环境中的氧。另外，存在于火焰柱50的未燃烧气体进行反应以便减少淬火表面22、铸造喷嘴28和带36上的氧化物。火焰柱50的可见性可便于最佳控制气流，并且火焰柱50通过淬火表面22的运动有效地吸入轮34周边的一部分附近。淬火表面22可以是轮子、带和任何其他传统表面。火焰柱50存在于淬火区域26并用于此后的分散距离。火焰柱50有利地围绕铸造喷嘴28和带36并在其冷却时提供非氧化、保护气体环境。

图2～3的现有技术通常使用多个孔44a～44k引入放热反应还原气体，其中通过这些孔的气体流速通过一个公共控制阀40控制。这造成在带36的整个宽度上提供不可变化的火焰气体环境。通过控制阀调整气体流速，这种配置可用来影响带在其宽度上的厚度分布均匀性。通过此方法可在某种程度上影响带的所得到的铸造性能和物理特性，但是在本领域中需要和希望进一步的改进。

本发明提供一种单独控制喷嘴组件的分散区段内的气流和所得到火焰的方法和设备，因此使得铸造金属带的分散区段内的性能单独受到影响，而不影响其他的区段。同样将描述本发明另外的方面和优点。

说明书和权利要求中使用的术语“火焰柱”和“低密度气体环境”意味着其气体密度小于大约1克/升的还原气体环境，当铸造系统处于正常大气压力的环境中时，其气体密度小于大约0.5克/升。

为了获得所需低密度还原气体环境，气体48在至少大约800K的温度下进行放热反应(即燃烧)，更优选的是在至少大约1200K的温度下进行放热反应。通常，更热的燃烧气体是优选的，这是由于它们具有更低的密度和更大的还原能力，因此更好地降低沉积熔融金属内气泡32的形成。

滞留气泡32是不希望的，这是由于它们在金属带36上形成降低表面光洁度并不利影响金属带36的其他性能的表面缺陷。在极端的情况下，气泡32可造成通过带36的穿孔。当卷绕用于磁芯的磁性金属带36时，由于表面缺陷降低材料的填充因数，非常光滑的表面精度是特别重要的。填充因数是表示卷绕铁芯的表观密度的体积率或体积百分比，并等于卷绕铁芯内磁性材料的体积除以卷绕铁芯的总体积。填充因数接触表示为百分比(％)，其中理想的填充因数是100％。没有缺陷的光滑表面对于优化带36的磁性能以及减小降低带机械强度的局部应力集中是重要的。

气泡32还将沉积熔融金属与淬火表面22局部隔离，并且因此减少这些局部区域的淬火速度。所得到的不均匀的淬火通常在带36内产生不均匀的物理和磁性能，例如不均匀的强度、韧性、高的铁芯损耗或激励功率。当铸造非晶金属带36时，气泡32可使得不希望的结晶出现在带36的局部区域内。气泡36和局部结晶产生不连续性，这将禁止磁畴壁的迁移性，由此使得材料磁性能降低。因此，通过减少滞留的气泡32，本发明可提供高质量的金属带36，其具有改进的表面光洁度和改进的物理和磁性能。例如，已经制造的金属带36具有至少大约80％、并高达95％的填充因数。

图4和5表示本发明铸造系统的可选择的视图，该系统包括连接在气体阀总管52上的气体供应装置38。气体阀总管52包括多个气体阀40a～40f。这些多个气体阀40a～40f控制到达燃烧器总管54的气流。燃烧器总管54适于容纳多个燃烧器喷嘴56a～56f，每个喷嘴具有单独的供应管线。每个燃烧器喷嘴56a～56f单独供应气体。此特别的实施例表示六个分开的燃烧器喷嘴56a～56f，但应该理解可以采用任何数量的喷嘴以便实现所需结果。每个喷嘴组件的间距还可变化，并且不需要一致的间距。

最好是气流48以离开假想线58的角度在0°～90°之间的角度指向淬火表面22，该假想线与淬火表面22呈切向并在熔融金属沉积在淬火表面22上的位置处与淬火表面22相交。更特别的是，气流48应该以离开假想线58的角度在20°～70°之间的角度指向淬火表面22。每个燃烧器喷嘴56a～56f具有相应的点燃装置。该点燃装置包括例如火花点燃、热细丝、热板和熔融金属装置喷嘴本身。同样多个喷嘴可共用单个点燃装置。图4和5表示铸造轮34，但可使用任何类型的铸造表面。

在优选实施例中，燃烧器总管54在一个壁62上包括多个通道60，其尺寸设定成容纳气体喷嘴56a～56f。燃烧器总管54的相对侧上的壁64闭合。一系列挡板66构造成将燃烧器总管54的内部分成单独的腔室，并且防止来自每个燃烧器喷嘴56a～56f的气流与来自相邻燃烧器喷嘴56a～56f的气流混合在一起。

气体48从气体供应装置38流过可单独调整的阀40a～40f、单独的管子并到达气体喷嘴56a～56f。气体48流过喷嘴56a～56f并进入主腔室72a～72f。气体48流过扩散板68并进入次腔室78a～78f。气体48继续流过排放细槽74。气体48在与足以支持燃烧的氧混合时燃烧。燃烧气体48流入贫化区域25并进入淬火区域26，其中熔融金属与淬火表面22接触。

图4和5所示的配置对于流入贫化区域24宽度上的不同区域70a～70f的气体进行单独控制。此单独控制的特征可以进行调整以便修正带36的一个区域内的不足，而不影响带36的其他区域的厚度分布。

当然，此配置可以不同方式改型，并始终按照本发明的教导提供所需功能。刨如，多个喷嘴56a～56f可设置在一个或多个主腔室72a～72f内；控制阀40a～40f可集成在燃烧器喷嘴56a～56f的结构或燃烧器总管54的壳体内。还可以进行其他变型。

图6表示本发明燃烧器总管54的透视图。火焰76从排放燃烧器总管54的细槽74延伸。排放细槽74在燃烧器总管54的倒角内切制而成。

图7表示燃烧器总管54的剖切立视图(沿图6的截面7-7截取)。气体48接着流过燃烧器喷嘴56c并进入主腔室72c。气体48接着流过扩散板68内的孔84，并进入次腔室78c。气体48接着流过排放细槽74并当其与足够的氧混合时点燃。火焰离开排放细槽74的方向由“f”表示，该方向相对于假想线58呈角度α(参考图2如上所述)。如上所述角度α在0°和90°之间，并更优选的是在20°和70°之间。图7表示假想线58与燃烧器总管54的底表面重合。但是，假想线58可不与燃烧器总管54的底表面重合。

图8表示扩散板68的两个视图。如图8的前视图所示，扩散板68具有13个孔84。扩散板68可具有比图中所示或多或少的孔84。同样，孔84的配置和尺寸可不同于图中所示。还表示出扩散板68的平面图。

图9表示用于这里描述的控制技术的特定实施例。传感器80监测铸造金属带36的质量(例如厚度和在宽度上的厚度均匀性)。传感器80例如是X射线传感器，但可以使用任何适于检测所需质量的传感器80。传感器80产生表示铸造带36质量的信号，并将该信号传送到控制器82上。理想的是，传感器80能够测量铸造金属带36的完全横向长度。控制器82可例如是程控计算机或专用控制器。控制器82提供控制信号到气体阀总管52内的气体阀40a～40f上。气体阀40a～40f的定位以及气体流速进行调整以便响应来自控制器82的信号。控制信号可以例如是气压信号、机械信号、电信号或任何其他传统类型的信号。另外，控制器82还包括用于记录传感器80和/或系统在一定时间间隔内的操作的装置。

适当选择还原气体是重要的。燃烧气体的燃烧产物不应该产生明显数量的液态或固态相，该液态或固态相可不适宜地沉积在淬火表面22或铸造喷嘴28上，由此不利地影响金属带36的铸造和/或性能。例如，氢气在普通条件下不能令人满意地起作用，这是由于氢的燃烧产物是水，水可凝结在淬火表面22上。因此，氢火焰柱经常不能充分地降低带36的淬火表面22侧上的气泡32的形成。

还原气体最好是不仅在强烈的放热反应中燃烧并消耗氧的气体，而且其产生燃烧产物在铸造表面处的温度和压力条件下保持为气相的气体。一氧化碳(CO)气体是优选的气体，其中它满足所述条件。一氧化碳还提供所需的无水还原气体环境。但是可以使用其他的气体，例如包括少量氧、氢的一氧化碳和/或不同的碳氢化合物。其他的气体可提供某种优点，例如更高的火焰温度、更加活性(即脱氧)的气体或成本更低。

同样有利的是在淬火表面22处调整某些其他的主要因素，例如热、低密度气体环境的组分和其他参数，以便显著防止沉积在淬火表面22上、产生表面缺陷并使得带36质量下降的任何固体或液体物质的形成。

希望的是，淬火区域26附近的低密度还原气体48产生的热不会使得熔融金属的淬火降级。而是，通过减少绝缘、滞留的气泡32的存在，放热还原反应产生的热实际上改善淬火率的均匀性，并因此改善铸造带36的质量。

形成为气体燃烧产物的低密度还原气体环境提供将熔池48附近区域加热非常高的温度(大约1200～1500K的级别)的有效措施，并在熔池30周围提供密度非常低的气体环境。高温还增加还原反应的动力以便进一步降低淬火表面22、铸造喷嘴28和带36上的氧化。铸造喷嘴28处存在的热还原火焰还降低其中的热梯度，该热梯度会使得铸造喷嘴28产生裂纹。

采用所述条件的快速淬火可用来获得亚稳的、均匀的、可延展的材料。亚稳材料可以是玻璃状的，在这种情况下，没有长程有序。玻璃状金属合金的X射线衍射图案表示只有与无机氧化物玻璃观察到的类似的扩散晕。这种玻璃状的合金必须至少50％为玻璃状，以便充分延展，从而允许随后处理，例如通过合金带冲压复杂的形状。优选的是，玻璃状金属合金必须至少80％为玻璃状，最优选的是基本上(或完全)玻璃状，以便获得极好的延展性。

本发明的材料有利地制成箔片(或带)形式，并且不管材料是玻璃状还是微晶，可以用于例如铸造的产品应用中。作为选择，玻璃状金属合金的箔片可进行热处理以便获得最好是细小颗粒的结晶相，以便在用于冲压复杂形状时提高模具寿命。

特别有用的非晶金属包括下面公式限定的金属：

M_70-85Y_5-20Z_0-20

其中下标是原子百分比，“M”是至少一种Fe、Ni和Co。“Y”是至少一种B、C和P，并且“Z”是至少一种Si、Al和Ge；另外(i)高达10原子百分比的组分“M”可用至少一种金属Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta和W代替，并且(ii)高达10原子百分比的组分(Y+Z)可用至少一种非金属In、Sn、Sb和Pb代替。这种非晶金属互感器芯适于使用在大约50和60Hz的分配频率以及高达千兆赫范围的频率的电压转换和能量储存的应用中。

淬火表面22处存在可单独调整的还原气体环境具有特殊的优点。首先，可单独影响带不同区段的厚度分布。同样，低密度还原气体环境减少带36的氧化。另外，低密度还原气体环境消耗淬火表面22上的氧并减少其氧化。减少氧化改善还原表面22的湿润性，并且使得熔融金属更均匀地沉积在淬火表面22上。在淬火表面22内铜基材料的情况下，减少氧化使得淬火表面22更便于抵抗由于热引起的疲劳裂纹的成核和生长。低密度还原气体环境还耗尽铸造喷嘴28区域的氧，因此降低铸造喷嘴28的堵塞，否则由于氧化物颗粒的聚积可造成堵塞。

采用这里描述的技术的铸造系统的另一优点可实现的是在铸造细窄带时分散的喷嘴可以闭合。其优点在于节省气体。这些和其他优点将从以下实例中更加清楚。

实例

研究本发明铸造系统对于铸造时带厚度分布的影响。

按照如图4～8所述制成燃烧器，其带有六个可单独控制的气体阀、喷嘴和燃烧腔室，每个燃烧腔室大约2英寸宽。通过在分散区段内调整气流，试图使用该燃烧器来控制带分散区段内的带厚度分布，而不显著影响其他区段。

首先，通过所有六个喷嘴的气流进行调整，使得所有喷嘴供应相同的气流(每个喷嘴大约10升/分钟)。进行系统调整，使得铸造尽可能在不改变可单独控制区域内的气流的情况下进行。因此获得可以实现的最佳铸件。X射线装置构造成当该带运动通过X射线装置时通过该带的宽度。因此，所获得的所有厚度分布扫描图实际上表示该带的对角线截面。

图10表示通过每个可单独控制的喷嘴以相同速度(大约10升/分钟)供应气体所获得的厚度分布。纵坐标(垂直轴)表示给定点带的厚度，横坐标(水平轴)表示带宽度上位置。X射线装置设置有检测带边缘以便确保它不越过该边缘的边缘传感器。X射线装置进行调整以便从带的一个边缘扫描到带的另一边缘。每个扫描图中央的水平直线表示“理想”的铸造厚度分布。铸造表面的内侧位于页面的左侧，并且铸造表面的外侧位于页面的右侧。铸造表面的内侧是冷却介质进入其中的铸造表面的一侧。铸造表面的外侧是冷却介质离开铸造表面的一侧。

图10所示的三个厚度分布趋势表示楔形分布，其中内侧分布相对薄，并且厚度向外侧增加。在燃烧器组件的可单独控制的区域内，不将气流调整到不同水平，无法修正楔形分布。同样测量到的两个铸造参数是叠层系数(LF)和厚度误差(TV)。叠层系数(LF)可限定成由金属填充的矩形截面的百分比。希望LF更高，表示空间充分由金属填充。理想的LF值是1.0。厚度误差(TV)可限定为带最大厚度与带最小厚度的比例。希望TV值越低，表示带厚度均匀。理想的TV值是1.0。测量的LF是0.79，并且测量的TV是1.35。

图11A表示在对于每个可单独控制的燃烧器区域的流速进行调整之后获得的三个厚度分布扫描图。最内侧区域的气体流速是倍增，并且所有其他区域的气体流速略微增加。这三个扫描图的厚度分布显著地不同于图10所示的三个扫描图的厚度分布。图11A的三个扫描图厚度分布更接近“理想”的厚度分布。调整可单独控制区域的气流的作用可以非常快速。除了具有楔形厚度分布(如图10所示)之外，铸件现在具有略微盘形分布。测量的LF是0.83并且测量的TV是1.16。两个参数已经通过单独调整可控制燃烧器区域来改善。同样，注意到楔形分布通过调整气体流速来显著修正。

图11B表示在对于每个可单独控制的燃烧器区域的流速进行调整之后大约67秒获得的三个厚度分布扫描图。注意到图11B扫描图的厚度分布的趋势大致与图11A扫描图的厚度分布的趋势类似。再次测量LF和TV。LF是0.82并且TV是1.26。这些值在图11A扫描期间进行测量时变化非常小。可以得出结论，图11A扫描图的厚度分布表示大致稳定的状态。

对于气体速率可以在一次尝试中进行另外调整以便造成并修正多个公知的厚度分布，如下面描述。图11A的厚度分布可用作与进行其他调整之后获得的其他厚度分布进行比较的基准条件。

图12A表示关闭两个中央可单独控制喷嘴的气流之后获得的三个厚度分布扫描图。图11所示的略呈盘形分布恶化。测量的LF是0.78并且测量的TV是1.31。这些参数比基准条件恶化。

图12B表示将流体速率返回到基准值之后获得的三个厚度分布扫描图。该盘形分布通过调整进行显著修正。可以得出结论，调整可单独控制区域的流体流速的作用是可逆的。同样似乎是通过降低该区域的流体流速，铸造带可在特定区域内制成更薄。

图13表示关闭中央四个区域的气流之后获得的三个厚度分布扫描。该盘形分布进一步恶化。测量的LF是0.8并且测量的TV是1.37。这些参数已经恶化。此操作条件造成失效，并且铸造停止。必须建立新的基准铸造条件。

图14表示代表失效随后开始新铸造之后建立的新基准铸造条件三个X射线厚度分布扫描图。测量的LF是0.86并且测量的TV是1.24。这些分布具有略微D形分布。

图15A表示关闭两个外部区域的气流之后获得的三个X射线厚度分布扫描图。这两个外部区域是铸造带的边缘的外部，并且似乎对于厚度部分只具有微小的影响。但是，在铸造中产生略微恶化的D形分布。测量的LF是0.84并且测量的TV是1.18。这些值恶化。

图15B表示大致返回到记录图14的扫描图时现有的流体流速。D形分布略微修正。此新的基准铸造条件造成LF是0.85并且TV是1.15。

图16A表示闭合四个外部区域的气流之后获得的三个X射线厚度分布扫描图。特别在外侧产生显著的D形分布。测量的LF是0.78并且测量的TV是1.31。

图16B表示返回到基准气流条件。几乎修正了D形分布。测量的LF是0.83并且测量的TV是1.24。

图17A表示调整气流以便增加内侧的气流并减少外侧的气流之后获得的三个X射线厚度分布扫描图。这造成略微楔形的分布，其中外侧更薄，内侧更厚。此作用在外侧更加显著。LF是0.83并且TV是1.31。

图17B表示返回到基准气体流速。几乎修正了该略微的楔形分布。LF是0.84并且TV是1.22。

图18A表示调整气流以便增加外侧的气流并减少内侧的气流之后获得的三个X射线厚度分布扫描图。这造成略微楔形的分布，其中外侧更厚，内侧更薄。测量的LF是0.84并且测量的TV是1.16。

图18B表示返回到基准气体流速。几乎修正了该略微的楔形分布。测量的LF是0.85并且测量的TV是1.17。

采用本发明的技术确定的是成功地产生并随后修正几个当前铸造中发现的常用分布，其包括盘形分布、D形分布和楔形分布；某些比其他的更显著。其作用通常是非常快速的，并且非常快地到达稳定状态条件。同时其作用是可逆的。

Claims (28)

1.一种铸造金属带的方法，其包括：

将熔融金属沉积在淬火表面的淬火区域上以便形成具有一定宽度的带；

供应气体到该带宽度上的多个分散的区段，并进入淬火表面的靠近淬火区域上游的贫化区域内；

在每个分散区段内供应气体进行放热反应以便在贫化区域内提供其密度小于大约1克/升的气体环境；以及

在每个分散区段内单独控制反应。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括通过传感器测量带厚度的均匀性，并根据所述测量调整供应到每个分散区段的气体。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该传感器是X射线装置。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该气体是还原火焰气体环境。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该还原火焰气体环境的火焰温度小于熔融金属的温度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该供应气体通过以与假想线呈0°和90°之间的角度向该淬火表面引导该气体来实现，该假想线限定为与该淬火表面呈切向，并在熔融金属沉积在该淬火表面的位置上与该淬火表面相交。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该角度在20°和70°之间。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，多个分散区段与一个或多个挡板的位置相对应。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该贫化区域内的气体环境具有小于大约0.5克/升的密度。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该气体是一氧化碳。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该金属带是非晶金属带。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该非晶金属带具有以下化学组分：

M_70-85V_5-20Z_0-20

其中下标是原子百分比；

“M”是至少一种Fe、Ni和Co；

“Y”是至少一种B、C和P；

“Z”是至少一种Si、Al和Ge；以及

其中高达10原子百分比的组分“M”可用至少一种金属Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta和W代替，并且高达10原子百分比的组分(Y+Z)可用至少一种非金属In、Sn、Sb和Pb代替。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该供应气体流过扩散板。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供应气体的放热反应在至少大约800K温度下进行。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供应气体的放热反应在至少大约1200K温度下进行。

16.一种用于铸造金属带的系统，其包括：

铸造表面；

熔融金属供应装置；

铸造喷嘴；

还原气体供应装置；

多个单独控制的气体喷嘴；以及

多个气流控制装置；

该系统适于：

将熔融金属沉积在淬火表面的淬火区域上以便形成具有一定宽度的带；

从还原气体供应装置供应还原气体到多个分散的区段，该区段在淬火表面的贫化区域内延伸通过带的宽度，所述贫化区域位于该淬火区域上游附近；

在每个分散区段内还原气体进行放热反应以便在贫化区域内提供还原气体环境，所述还原气体环境具有小于大约1克/升的密度；以及

在每个分散区段内单独控制反应。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，其还包括厚度传感器，适于采用该厚度传感器监测带厚度的均匀性并根据该监测调整还原气体的供应。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该厚度传感器的输出适于改变多个气流控制装置。

19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该厚度传感器是X射线装置。

20.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该贫化区域内气体环境的温度是至少大约800K。

21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该贫化区域内气体环境的温度是至少大约1200K。

22.如权利要求16所述的系统，其特征在于，其适于供应以与假想线呈0°和90°之间的角度指向该淬火表面的气体，该假想线限定为与该淬火表面呈切向，并在熔融金属沉积在该淬火表面的位置上与该淬火表面相交。

23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，该角度在20°和70°之间。

24.如权利要求16所述的系统，其特征在于，多个可单独控制的喷嘴供应气体到多个腔室内，该腔室通过挡板相互分开。

25.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该贫化区域内的气体环境具有小于大约0.5克/升的密度。

26.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该还原气体是一氧化碳。

27.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该金属带是非晶金属带。

28.如权利要求27所述的系统，其特征在于，该非晶金属带具有以下化学组分：

M_70-85Y_5-20Z_0-20

其中下标是原子百分比；

“M”是至少一种Fe、Ni和Co；

“Y”是至少一种B、C和P；

“Z”是至少一种Si、Al和Ge；以及

其中高达10原子百分比的组分“M”可用至少一种金属Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Ta和W代替，并且高达10原子百分比的组分(Y+Z)可用至少一种非金属In、Sn、Sb和Pb代替。

Images