CN103752785B - 一种金属快速凝固带材生产装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种金属快速凝固带材生产装置及其方法，它在真空熔炼炉内熔炼母合金，喷嘴进行压力喷带，在喷嘴处进行喷带气氛保护，在喷射包内设置有中间盛液坩埚，可以向喷嘴包坩埚补充母合金熔液。它首先在真空熔炼炉中完成母合金熔炼，之后将母合金熔液倒入喷射包中的盛液坩埚中并关闭真空熔炼炉与喷嘴包之间插板阀。然后从中间盛液坩埚向喷嘴坩埚中补充母合金熔液。并向喷嘴包中通入保护气体加压，在压力作用下金属熔液从喷嘴包上的喷嘴缝喷出在高速旋转的水冷铜辊表面凝固成带。在凝固发生的熔潭区域使用保护气氛进行保护。本发明的有益效果是：具有防氧化，产量高的特点，使得产品有较高性能，同时产量远高于传统全真空甩带方式。

Description

一种金属快速凝固带材生产装置及其方法

技术领域

本发明涉及金属快速凝固技术领域，属于一种金属快速凝固带材生产装置及其方法，尤其适用于非晶态合金带材生产使用的装置及其方法。

背景技术

目前，传统的金属快速凝固薄带的生产特别是非晶态合金带材的生产主要采用大气环境下甩带的方式。成分调整好的母合金在熔化炉中熔化，再将合金熔液从喷嘴窄缝中喷出在高速旋转的冷却铜辊表面快速凝固，形成非晶带。这种方式在生产过程中容易使部分金属元素氧化。影响金属带的性能。带宽50mm以内的也有使用全真空甩带，甩带机构和最终带材成品完全封闭在真空系统中。由于带材成型后比表面积很大。会占很大的空间。所以这种方式的产量很小。在几公斤到几十公斤这个数量级。无法形成大规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属快速凝固带材生产装置及其方法，它能够防止金属元素快速凝固过程中不被氧化，同时有较高生产效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种金属快速凝固带材生产装置，它包括有真空熔炼炉、喷嘴、水冷铜辊，它还包括有喷嘴包，在真空熔炼炉下端与喷嘴包上端之间，设有上下连通的插板阀，在喷嘴包内设有中间盛液坩埚和喷嘴包坩埚，该中间盛液坩埚设置在插板阀的下部，该喷嘴包坩埚设置在中间盛液坩埚的下部，在喷嘴包坩埚下端连接有喷嘴，在喷嘴的下部设置有水冷铜辊；在喷嘴处的熔谭区域设置有熔谭保护的加压充气装置，在母合金熔液凝固的熔谭区域使用保护气体进行保护。

作为优选，所述的中间盛液坩埚的容量大于喷嘴包坩埚的容量。

作为优选，所述的中间盛液坩埚上设有向喷嘴包坩埚倾倒母合金熔液的机构。

作为优选，所述的中间盛液坩埚底部设有向喷嘴包坩埚输送母合金熔液的漏口，在漏口上安装有调节母合金熔液流量的塞杆。

一种金属快速凝固带材生产方法，它包括下列步骤：

(1)、将母合金放置在真空熔炼炉的真空室的真空炉坩埚内；

(2)、调整陶瓷喷嘴与水冷铜辊间的间隙；使得其间隙在0.2-1.2mm之间；陶瓷喷嘴的嘴缝宽度在0.4-0.8mm，宽度为生产带材的宽度20-120mm；调整好陶瓷喷嘴与水冷铜辊间距后，关喷嘴包侧门手动关闭锁紧；盖上喷嘴包下端的密封盖；

(3)、随后进入抽真空阶段，将真空熔炼炉和喷嘴包同时抽真空；真空度到达0.7Pa后，关闭插板阀，喷嘴包内持续通入保护气体，当喷嘴包内压力大于外界压力后打开其下方的密封盖；保持里面保护气体正压，防止空气进入；

(4)、为真空熔炼炉继续抽真空直到0.05Pa，打开真空熔炼炉感应加热线圈的电源，加热母合金，初期母合金内杂质气体排出，母合金熔化后使用测温装置对母合金熔液温度进行测量；如到达目标温度，关闭真空熔炼炉与抽真空系统之间的阀门；

(5)、中间盛液坩埚的作用是存放母合金熔液，中间盛液坩埚和喷嘴包坩埚都需要预先加热，以防母合金熔液凝固；

(6)、向真空熔炼炉内充入保护气体，气体压力与下方喷嘴包接近时，打开两者之间插板阀；

(7)、真空熔炼炉坩埚倾倒，母合金熔液流入中间盛液坩埚；

(8)、母合金熔液全部倒完；插上真空熔炼炉与喷嘴包之间的插板阀；中间盛液坩埚向喷嘴包坩埚(11)倒母合金熔液或通过漏口向喷嘴包坩埚(11)输送母合金熔液，喷嘴包内通入保护气体进行加压；

(9)、向喷嘴下端设置的熔潭保护装置内输入保护气体；在母合金熔液进入喷嘴包坩埚后，在喷嘴包压力作用下，喷嘴向水冷铜辊喷射母合金熔液；

(10)、水冷铜辊转动线速度在每秒20米到每秒30米之间，母合金熔液与水冷铜辊接触后快速凝固成带；母合金熔液与水冷铜辊接触的熔潭部分，使用熔潭保护装置的遮罩将此区域包裹，并通入保护气体，使得该区域充满保护气体，隔离空气；通过检查带材情况，适当调整辊嘴间距，水冷铜辊转速，在母合金熔液完全从喷嘴喷出后完成整个喷带过程。

使用时，母合金熔化在真空熔炼炉中进行，母合金熔化完成并达到合适温度后将母合金熔液倒入喷嘴包的中间盛液坩埚中，在喷嘴包中设置有中间盛液坩埚，用于存放熔化好的母合金；母合金全部倒入中间盛液坩埚之后，关闭喷嘴包与真空熔炼炉之间的插板阀；然后向喷嘴包中充入保护气体，并且使得保护气体的压力高于外界大气压力，这样在中间包中的合金熔液逐步补充入喷嘴包坩埚时，母合金熔液从喷嘴包坩埚下方的喷嘴窄缝处在压力作用下喷射而出，与快速转动的水冷铜辊接触凝固成带，而喷嘴与水冷铜辊之间的熔谭区域使用局部气氛保护，隔离金属熔液与空气，中间包坩埚向喷嘴包坩埚的补液方式可以是倾倒，也可以是从其下方的漏口流入。

金属母合金的融化完全是在真空炉中进行，有一个储合金熔液装置可以向喷包加料，喷嘴包与真空炉隔离，喷带是加压喷带，母合金熔液与水冷铜辊接触的金属熔谭区域使用保护气体(惰性气体，氮气，二氧化碳，或者它们的混合物体)。

本发明的有益效果是：具有防氧化，产量高的特点，使得产品有较高性能，同时产量远高于传统全真空甩带方式。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是图1左视结构示意图。

附图标号：

1、真空熔炼炉；2、合金加料装置；3、测温装置；4、观测窗；5、真空炉坩埚倾倒完成状态；6、真空熔炼炉坩埚；7、真空熔炼炉感应线圈；8、漏斗；9、插板阀；10、中间盛液坩埚；11、喷嘴包坩埚；12、加压充气装置；13、喷嘴套；14喷嘴；15、水冷铜辊；16、熔谭保护装置；17、喷嘴包支撑钢结构；18、真空熔炼炉支撑钢结构；19、喷嘴包侧门；20、喷嘴包；21、抽真空系统；22、水冷铜辊主轴；23、铜辊转动方向。

具体实施方式

参见图1、图2所示：一种金属快速凝固带材生产装置，它包括有真空熔炼炉1、抽真空系统22、喷嘴14、水冷铜辊15，它还包括有喷嘴包20，在真空熔炼炉下端与喷嘴包20上端之间，设有上下连通的插板阀9，在喷嘴包20内设有中间盛液坩埚10和喷嘴包坩埚11，该中间盛液坩埚10设置在插板阀9的下部，该喷嘴包坩埚11设置在中间盛液坩埚10的下部，在喷嘴包坩埚11下端连接有喷嘴14，在喷嘴14上套用喷嘴套13，在喷嘴14的下部设置有水冷铜辊15。在喷嘴处的熔谭区域设置有熔谭保护的加压充气装置，在母合金凝固的熔谭区域使用保护气体进行保护。

在真空熔炼炉1上，还设置有合金加料装置2、测温装置3、观察窗4，在真空熔炼炉1内，设置有真空熔炼炉坩埚6、漏斗8，漏斗8设置在真空熔炼炉坩埚6的一侧，漏斗8的下端是设有插板阀9，该插板阀9的下端连通喷嘴包20；在真空熔炼炉坩埚6的外侧端包有真空熔炼炉感应线圈7，用于加热真空熔炼炉坩埚6内的母合金；

在喷嘴包20外部设有喷嘴包支撑钢结构，用于支撑喷嘴包20，在真空熔炼炉1外部设有真空熔炼炉支撑钢结构18；

喷嘴14下端设置水冷铜辊15，该水冷铜辊15由两侧的水冷铜辊主轴22带动，按铜辊转动方向23转动(见图1)；

作为优选，所述的中间盛液坩埚10的容量大于喷嘴包坩埚11的容量。

作为优选，所述的中间盛液坩埚10上设有向喷嘴包坩埚11倾倒母合金熔液的机构。该机构是通过喷嘴包外部的转杆带动中间盛液坩埚10转动，向喷嘴包坩埚11内倒母合金熔液；

作为优选，所述的中间盛液坩埚10底部设有向喷嘴包坩埚11输送母合金熔液的漏口，在漏口上安装有调节合金熔液流量的塞杆。该塞杆是通过喷嘴包外部的杆控制中间盛液坩埚10底部的漏口，向喷嘴包坩埚11内输送母合金熔液；

一种金属快速凝固带材生产方法，它包括下列步骤：

(1)、将母合金熔液(例如，非晶合金带材国标101成分铁硅硼)放置在真空熔炼炉1的真空室的真空炉坩埚6内；再放置喷嘴包坩埚等耐火材料，耐火材料一般为碳化硅或氧化铝制品。喷嘴使用氮化硼陶瓷材料。耐火材料之间使用耐火胶泥预先烤制。

(2)、调整陶瓷喷嘴14与水冷铜辊15间的间隙；使得其间隙在0.2-1.2mm之间；陶瓷喷嘴14的嘴缝宽度在0.4-0.8mm，宽度为生产带材的宽度20-120mm；调整好陶瓷喷嘴14与水冷铜辊1间距后，关喷嘴包侧门21手动关闭锁紧；盖上喷嘴包20下端的密封盖；

(3)、随后进入抽真空阶段，将真空熔炼炉1和喷嘴包20同时抽真空；真空度到达0.7Pa后，关闭插板阀9，通过加压充气装置12向喷嘴包内持续通入保护气体，当喷嘴包内压力大于外界压力后打开其下方的密封盖；保持里面保护气体正压，防止空气进入；

(4)、为真空熔炼炉继续抽真空直到0.05Pa，打开真空熔炼炉感应加热线圈7的电源，加热母合金，初期母合金内杂质气体排出，母合金熔化后使用测温装置3对母合金熔液温度进行测量；如到达目标温度，关闭真空熔炼炉1与抽真空系统21之间的阀门；

(5)、中间盛液坩埚的作用是存放母合金熔液，中间盛液坩埚和喷嘴包坩埚都需要预先加热，以防母合金熔液凝固；

(6)、向真空熔炼炉内充入保护气体，气体压力与下方喷嘴包20接近时，打开两者之间插板阀9；

(7)、真空熔炼炉坩埚6倾倒，(见图1真空炉坩埚倾倒完成状态5)母合金熔液通过漏斗8、插板阀9流入中间盛液坩埚10；

(8)、母合金熔液全部倒完；插上真空熔炼炉与喷嘴包20之间的插板阀9；中间盛液坩埚向喷嘴包坩埚(11)倒母合金熔液或通过漏口向喷嘴包坩埚(11)输送母合金熔液，喷嘴包内通入保护气体进行加压；

(9)、向喷嘴下端设置的熔潭保护装置内输入保护气体；在母合金熔液进入喷嘴包坩埚后，在喷嘴包压力作用下，喷嘴向水冷铜辊喷射母合金熔液；

(10)、水冷铜辊转动线速度在每秒20米到每秒30米之间，母合金熔液与水冷铜辊接触后快速凝固成带；母合金熔液与水冷铜辊接触的熔潭部分，使用熔潭保护装置的遮罩将此区域包裹，并通入保护气体，使得该区域充满保护气体，隔离空气；通过检查带材情况，适当调整辊嘴间距，水冷铜辊转速，在母合金熔液完全从喷嘴喷出后完成整个喷带过程。

本发明的主要特点是，在真空熔炼炉内熔炼母合金，喷嘴进行压力喷带，在喷嘴处进行喷带气氛保护，在喷射包内设置有中间盛液坩埚，可以向喷嘴包坩埚补充母合金熔液。

实际使用时，母合金熔化在真空熔炼炉1中进行，母合金熔化完成并达到合适温度后将母合金熔液通过漏斗8倒入喷嘴包的中间盛液坩埚10中，在喷嘴包20中设置有中间盛液坩埚，用于存放熔化好的母合金熔液；母合金熔液全部倒入中间盛液坩埚之后，关闭喷嘴包与真空熔炼炉之间的插板阀9；然后通过上的加压充气装置12向喷嘴包中充入保护气体，并且使得保护气体的压力高于外界大气压力，这样在中间包中的母合金熔液逐步补充入喷嘴包坩埚时，母合金熔液从喷嘴包坩埚下方的喷嘴窄缝处在压力作用下喷射而出，与快速转动的水冷铜辊接触凝固成带，而喷嘴与水冷铜辊之间的熔潭区域使用局部气氛保护，隔离母合金熔液与空气，中间包坩埚向喷嘴包坩埚的补液方式可以是倾倒，也可以是从其下方的漏口流入。

金属母合金的融化完全是在真空熔炼炉中进行，有一个储母合金熔液装置可以向喷包加料，喷嘴包与真空炉隔离，喷带是加压喷带，母合金熔液与水冷铜辊接触的金属熔谭区域使用保护气体(惰性气体，氮气，二氧化碳，或者它们的混合物体)。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属快速凝固带材生产装置，它包括有真空熔炼炉(1)、喷嘴(14)、水冷铜辊(15)，其特征在于，它还包括有喷嘴包(20)，在真空熔炼炉下端与喷嘴包(20)上端之间，设有上下连通的插板阀(9)，在喷嘴包(20)内设有中间盛液坩埚(10)和喷嘴包坩埚(11)，该中间盛液坩埚(10)设置在插板阀(9)的下部，该喷嘴包坩埚(11)设置在中间盛液坩埚(10)的下部，在喷嘴包坩埚(11)下端连接有喷嘴(14)，在喷嘴(14)的下部设置有水冷铜辊(15)；在喷嘴处的熔潭区域设置有熔潭保护的加压充气装置，在母合金熔液凝固的熔潭区域使用保护气体进行保护。

2.根据权利要求1所述的金属快速凝固带材生产装置，其特征在于，所述的中间盛液坩埚(10)的容量大于喷嘴包坩埚(11)的容量。

3.根据权利要求2所述的金属快速凝固带材生产装置，其特征在于，所述的中间盛液坩埚(10)上设有向喷嘴包坩埚(11)倾倒母合金熔液的机构。

4.根据权利要求2所述的金属快速凝固带材生产装置，其特征在于，所述的中间盛液坩埚(10)底部设有向喷嘴包坩埚(11)输送母合金熔液的漏口，在漏口上安装有调节母合金熔液流量的塞杆。

5.一种金属快速凝固带材生产方法，其特征在于，它采用上述任一权利要求所述的金属快速凝固带材生产装置；

还包括下列步骤：

(1)、将母合金放置在真空熔炼炉(1)的真空室的真空炉坩埚(6)内；

(2)、调整陶瓷喷嘴与水冷铜辊间的间隙；使得其间隙在0.2-1.2mm之间；陶瓷喷嘴的嘴缝宽度在0.4-0.8mm，陶瓷喷嘴的嘴缝长度为生产带材的宽度20-120mm；调整好陶瓷喷嘴与水冷铜辊(15)间距后，关喷嘴包侧门手动关闭锁紧；盖上喷嘴包下端的密封盖；

(3)、随后进入抽真空阶段，将真空熔炼炉和喷嘴包同时抽真空；真空度到达0.7Pa后，关闭插板阀，喷嘴包内持续通入保护气体，当喷嘴包内压力大于外界压力后打开其下方的密封盖；保持里面保护气体正压，防止空气进入；

(4)、为真空熔炼炉继续抽真空直到0.05Pa，打开真空熔炼炉感应加热线圈的电源，加热母合金，初期母合金内杂质气体排出，母合金熔化后使用测温装置对母合金熔液温度进行测量；如到达目标温度，关闭真空熔炼炉与抽真空系统之间的阀门；

(5)、中间盛液坩埚的作用是存放母合金熔液，中间盛液坩埚和喷嘴包坩埚都需要预先加热，以防母合金熔液凝固；

(6)、向真空熔炼炉内充入保护气体，气体压力与下方喷嘴包接近时，打开两者之间插板阀；

(7)、真空熔炼炉坩埚倾倒，母合金熔液流入中间盛液坩埚；

(8)、母合金熔液全部倒完；插上真空熔炼炉与喷嘴包之间的插板阀；中间盛液坩埚向喷嘴包坩埚(11)倒母合金熔液或通过漏口向喷嘴包坩埚(11)输送母合金熔液，喷嘴包内通入保护气体进行加压；

(9)、向喷嘴下端设置的熔潭保护装置内输入保护气体；在母合金熔液进入喷嘴包坩埚后，在喷嘴包压力作用下，喷嘴向水冷铜辊喷射母合金熔液；

(10)、水冷铜辊转动线速度在每秒20米到每秒30米之间，母合金熔液与水冷铜辊接触后快速凝固成带；母合金熔液与水冷铜辊接触的熔潭部分，使用熔潭保护装置的遮罩将此区域包裹，并通入保护气体，使得该区域充满保护气体，隔离空气；通过检查带材情况，适当调整辊嘴间距，水冷铜辊转速，在母合金熔液完全从喷嘴喷出后完成整个喷带过程。