CN104493116B - 一种非晶合金条带的喷射制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种非晶合金条带的喷射制备装置及其制备方法，所述的制备装置包括：密封盖、气压管、钢包、喷嘴口、压轮、钢液导槽、冷却铜辊、调压弹簧和限位装置。本发明通过钢液导槽、压轮定厚、侧向压力喷射式制备非晶合金条带的装置及方法，通过喷嘴口喷射出的非晶合金钢液在压轮与钢液导槽之间易形成较大的蓄液缓冲熔潭、利用压轮精确限位以及钢液在快焠冷却瞬间经过压轮一定程度的挤碾，较好地改善喷射制取非晶合金条带的表面平整、组织细密，并实现非晶合金条带厚度的精准可控。本发明既可制备15μm超薄带，又能制备40μm相对厚带，非晶合金条带厚薄跨度大，应用面更广。

Description

一种非晶合金条带的喷射制备装置及其制备方法

技术领域

本发明属于非晶合金的制备技术领域，具体是涉及一种非晶合金条带的喷射制备装置及其制备方法。

背景技术

非晶合金条带作为一种新型软磁材料可制备成开关电源、互感器、电抗器、变压器和传感器等元器件产品，替代矽钢片等传统软磁材料而广泛应用于电力、通讯、家电、军工等行业。随着元器件向高频化、小型化、高端化发展，对非晶合金条带提出了更高的品质要求，非晶合金条带应表面平整、组织细密，且条带厚度根据市场不同性能的应用要求精准可控成为发展趋势。

目前，非晶合晶条带产业化制备无非两种模式，一是单辊喷制模式，另是双辊喷制模式。然而，两种常用非晶合金条带产业化制备模式均存在着不同程度的弱点。

单辊喷制模式，如图1所示，利用一个冷却铜辊，喷嘴口直接将钢包内的非晶合金钢液喷射至高速旋转的冷却铜辊表面被甩出成条。采用单辊喷制模式制备非晶合金条带，其条带厚度主要靠喷嘴流量、压力大小和冷却铜辊转速等多因素综合调整来控制，而它们之间的关系变量太多、太复杂，因此，条带厚度的控制相当困难，通常只能定性控制，而较难定量控制。单辊喷制模式在喷射过程中，喷嘴与冷却铜辊面之间喷射的钢液流柱虽能形成相对稳定的溶潭，但溶潭太小，当冷却铜辊旋转达到一定速度时，钢液溶潭的平衡易被打破，此时喷射流柱随之产生波动，直接影响非晶条带表面平整和组织细密。

双辊喷制模式，如图2所示，利用两个冷却铜辊，通常为两个结构相同、直径相等的冷却铜辊，水平安置，相向同速旋转，两冷却铜辊之间间隙为预先设定，与所需非晶合金条带的厚度一致。钢包喷嘴口在两冷却铜辊之间间隙上方直接喷射，钢液流柱穿过两冷却铜辊间隙被高速相向旋转的两冷却铜辊甩出成条。双辊喷制模式较好地克服单辊喷制模式非晶条带厚度难以调控的关键技术，实现了精准可控，但是，在双辊喷制模式中，喷嘴口向双冷却铜辊面喷射钢液的过程，喷嘴口与冷却铜辊面之间的钢液流柱无法形成稳定溶潭，此时喷射的钢液流柱处于紊流状态，波动较大，势必导致非晶合金条带表面不平整、组织不细密的严重质量问题，虽通过双冷却铜辊的挤压碾辊，非晶合金条带表面有较大修复，但仍存在着一定缺陷。双辊喷制模式设备结构相对复杂，操作不便捷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非晶合金条带的喷射制备装置及其制备方法，保证了制备的非晶合金条带表面平整、组织细密，且条带厚度根据应用要求可预先设定、精准可控。

本发明的技术方案如下：

一种非晶合金条带的喷射制备装置，所述的装置包括：密封盖1、气压管2、钢包3、喷嘴口5、压轮6、钢液导槽7、冷却铜辊10、调压弹簧11和限位装置12；其特征在于：所述的压轮6紧贴冷却铜辊10的垂直上方；所述的喷嘴口5与钢液导槽7同为一体并且开具在钢液导槽7上端，宽度与要喷制的非晶合金条带9宽度一致；钢液导槽7按喷嘴口5朝上装嵌在钢包壁与钢包底衔接处，喷嘴口5贯通钢包包壁并与钢包内底通透；所述的钢液导槽7弧形与压轮6弧形一致，喷嘴口5及钢液导槽7正对着压轮6侧向安装，钢液导槽弧面按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸至或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处。

在一个优选的技术方案中，所述的限位装置12安装在压轮6上，限位的高度等于要喷制的非晶合金条带6的厚度，限位装置12调节精度为±3μm；所述的压轮6的两端还安装有调压弹簧11。

在一个优选的技术方案中，所述的压轮直径为采用耐高温且硬度高的氧化锆材料制作。

在一个优选的技术方案中，所述的钢液导槽7弧面沿着喷嘴口5自上而下开具一条深10-30μm、宽度与喷嘴口5宽度相等的平滑渠槽，平滑渠槽的垂直长度为15-40mm，喷嘴口5定位在压轮6侧向水平切点下端0-20mm处，与压轮间隙为20-100μm。

在一个优选的技术方案中，所述的钢液导槽7采用氮化硼或碳化硅材料制作。

在一个优选的技术方案中，喷制前后，所述的冷却铜辊10始终带动压轮6以线速度20～40m/s高速相向旋转。

一种采用上述非晶合金条带的喷射制备装置制备非晶合金条带的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将钢包安装固定在钢包支架中，通过调整钢包来调节喷嘴口、钢液导槽与压轮的位置与间隙；喷嘴口须在压轮侧向水平切点下端0-20mm的位置，与压轮间隙20-100μm，钢液导槽弧面须按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处；

步骤二、将压轮装配在紧贴冷却铜辊的垂直上方；根据预先设定的将要喷制非晶合金条带厚度，通过调节限位装置限定压轮被抬起的高度，压轮限定高度等于将要喷制的非晶合金条带的厚度，限位精度为±3μm；同时根据需要，通过调节压轮两端的调压弹簧，调整压轮碾压力度；

步骤三、当钢包内非晶合金在中高频感应加热融熔达1200-1500℃的适当温度时，钢液在自重和外加气压的共同作用下，非晶合金钢液通过喷嘴口朝着20～40m/s高速旋转的压轮直接喷射，此刻，钢液在压轮与钢液导槽之间蓄集形成钢液溶潭，此时，在压轮高速旋转对钢液的抽拉和喷嘴口连续压力喷射钢液的作用下，非晶合金钢液以稳流液柱状沿着钢液导槽定向导流的方向，即压轮与冷却铜辊交切线处喷冲；

步骤四、喷制前后，冷却铜辊始终带动压轮以线速度20～40m/s高速相向旋转；在喷制前的空载状态时，压轮与冷却铜辊为无缝贴附，当喷制时，非晶合金钢液在快焠冷却瞬间通过压轮和冷却铜辊相向高速旋转抽拉的共同作用下强力冲开压轮，压轮由相对于冷却铜辊面的0位抬高至非晶合金条带所需厚度的限位高度，此时非晶合金钢液穿跃压轮与冷却铜辊之间的间隙被甩出成条。

在一个优选的技术方案中，制备的非晶合金条带的厚度为15μm～40μm。

本发明采用紧贴冷却铜辊的垂直上方安置一小型氧化锆压轮，冷却铜辊为主动轮带动压轮相向高速旋转；将钢包喷口安装在压轮的侧向下方，并在喷嘴口沿钢液喷射流动方向装配与压轮弧形一致的钢液导槽。其目的，一是喷嘴口喷射出的非晶合金钢液在压轮与钢液导槽之间易形成较大的蓄液缓冲溶潭，使钢液流柱更加稳定的、无波动的恒量、恒速地被高速旋转的冷却铜辊甩出成条，这种稳流制带极易达到非晶合金条带表面平整、组织细密的目的；二是利用压轮精确限位。根据所需非晶合金条带厚度，预先将此厚度设制定位为压轮的限位间隙，当空载时，压轮与冷却铜辊无隙贴附，冷却铜辊带动压轮同线速度相向高速旋转，当非晶钢液在快焠冷却瞬间通过压轮和冷却铜辊相向高速旋转抽拉作用下强力冲开压轮，压轮由原相对于冷却铜辊面的0位抬高至非晶合金条带所需厚度的限位高度，此时非晶合金钢液穿跃压轮与冷却铜辊之间的间隙被甩出成条，实现非晶合金条带厚度精准可控，即喷制出的非晶合金条带厚度与预先设定的厚度完全一致；三是钢液在快焠冷却瞬间经过压轮一定程度的挤碾，可进一步改善非晶合金条带表面平整、组织细密。

本发明的有益效果如下：

1)非晶合金条带带厚可根据应用要求精准可控，即喷射制备的非晶合金条带的厚度与预先设定的厚度完全吻合、一致。本发明既可制备15μm超薄带，又能制备40μm相对厚带，非晶合金条带厚薄跨度大，应用面更广。目前，采用常用的产业化压力喷射制带装置及方法制备的超薄带仅约为18μm，相对厚带约为36μm；

2)非晶合金条带表面平整、组织细密，条带无波浪状、无弯曲状，条带表面无划痕、无微粒状、无毛刺等。本发明制备的非晶合金条带表面平整、组织细密程度是目前常用的产业化压力喷射制带装置及方法难以达到的。

3)本发明的设备结构简单、工艺路线短、操作安全便捷。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为单辊喷制模式制备非晶合金条带的装置的结构示意图；

图2为双辊喷制模式制备非晶合金条带的装置的结构示意图；

图3为本发明制备非晶合金条带的装置的结构示意图；

图4为图3中A部的放大结构示意图；

图中：1-密封盖、2-气压管、3-钢包、4-非晶合金钢液、5-喷嘴口、6-压轮、7-钢液导槽、8-钢液熔潭、9-非晶合金条带、10-冷却铜辊、11-调压弹簧、12-限位装置。

具体实施方式

下面结合说明书附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本发明的制备非晶合金条带的装置的技术方案如下，如图3～4所示：

一种非晶合金条带的喷射制备装置，包括：密封盖1、气压管2、钢包3、喷嘴口5、压轮6、钢液导槽7、冷却铜辊10、调压弹簧11和限位装置12；压轮6紧贴冷却铜辊10的垂直上方；所述的喷嘴口5与钢液导槽7同为一体并且开具在钢液导槽7上端，宽度与要喷制的非晶合金条带9宽度一致；钢液导槽7按喷嘴口5朝上装嵌在钢包壁与钢包底衔接处，喷嘴口5贯通钢包包壁并与钢包内底通透；所述的钢液导槽7弧形与压轮6弧形一致，喷嘴口5及钢液导槽7正对着压轮6侧向安装，钢液导槽弧面按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸至或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处；所述的限位装置12安装在压轮6上，限位的高度等于要喷制的非晶合金条带6的厚度，限位装置12调节精度为±3μm；所述的压轮6的两端还安装有调压弹簧11；所述的压轮直径为采用耐高温且硬度高的氧化锆材料制作；所述的钢液导槽7弧面沿着喷嘴口5自上而下开具一条深10-30μm、宽度与喷嘴口5宽度相等的平滑渠槽，平滑渠槽的垂直长度为15-40mm，喷嘴口5定位在压轮6侧向水平切点下端0-20mm处，与压轮间隙为20-100μm；所述的钢液导槽7采用氮化硼或碳化硅材料制作；喷制前后，所述的冷却铜辊10始终带动压轮6以线速度20～40m/s高速相向旋转。

实施例二

本发明的制备非晶合金条带的装置和方法：

1)压轮及装置。①压轮6为小型的耐高温、硬度高的氧化锆轮，直径压轮6装配在紧贴冷却铜辊10的垂直上方，依靠冷却铜辊10带动而同线速度相向高速旋转；②压轮安装了抬高限位装置12。限位的高度等于将要喷制的非晶合金条带9所需的厚度，限位装置精度为±3μm。在喷制非晶合金条带前，需预先设定并调至好限位高度。在喷制前的空载状态下，压轮6与冷却铜辊10无缝贴附，冷却铜辊带动压轮高速相向以线速度20～40m/s旋转，当喷制时，非晶合金钢液4在快焠冷却瞬间通过压轮和冷却铜辊相向高速旋转抽拉作用下强力冲开压轮，压轮由原相对于冷却铜辊面的0位抬高至非晶合金条带所需厚度的限位高度，此时非晶合金钢液穿跃压轮与冷却铜辊之间的间隙被甩出成条，实现非晶合金条带厚度精准可控；③压轮对非晶合金条带的挤碾力度除压轮自身的重量外，还在压轮的两端安装了调压弹簧11，既可增加非晶合金条带的挤碾力度，为防止非晶合金条带冲不开压轮而导致喷制失败，也可适当减小压轮的挤碾力度；④压轮的挤碾作用，通过调压弹簧11和压辊自身重量调节对非晶合金条带的挤碾力度，进一步提高非晶合金条带的表面平整度和组织细密度；⑤压轮6与钢液导槽7共同作用所形成的钢液溶潭8的稳流作用和钢液导槽7对钢液流柱的定向导流，始终保持钢液流柱稳流状态，从而极易实现喷射制备的非晶合金条带表面平整、组织细密。

2)喷嘴口、钢液导槽制作与安装。①喷嘴口5开具在钢液导槽7上端，与钢液导槽同为一体，便于加工、安装和装配间隙调整，将一块长方体形状的氮化硼或碳化硅材料，在高度方向的一平面磨制成与压轮弧形一致的弧面，在弧形面的上端开具一透通的以长方体两端平行的喷嘴口，喷嘴口宽度为0.5-2mm，长度依将要喷制的非晶合金条带9宽度而定，与条带宽度一致；②钢液导槽7弧形与压轮6弧形一致；③钢液导槽弧面沿着喷嘴口自上而下开具一条深10-30μm、宽与喷嘴口宽相等的平滑渠槽，渠槽的垂直长度为15-40mm；④将与喷嘴口连为一体的钢液导槽按喷嘴口朝上装嵌在钢包壁与钢包底衔接处，喷嘴口必须贯通钢包包壁，并与钢包内底通透，保证钢包3中的非晶合金钢液4通过喷嘴口5向外畅通喷射，同时钢液导槽7依托钢包外壁获得支撑。

3)钢包安装及喷嘴口、钢液导槽与压轮间隙定位。钢包3装配好喷嘴口5及钢液导槽7后，将喷嘴口及钢液导槽正对着压轮侧向的钢包3安装固定在钢包支架中，再通过调整钢包位移将喷嘴口定位在压轮侧向水平切点下端0-20mm处，与压轮6间隙调整至20-100μm，并将钢液导槽弧面按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸至或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处；装配双辊轮和钢液导槽或钢液导流装置的侧向喷制非晶合金条带模式。此模式便于形成较大的钢液溶潭，稳流液柱平衡不易破坏，有利于喷制成型的非晶合金条带表面平整、组织细密；此模式便于用较小的被动轮就能轻易实现钢液的抽拉传送、条带定厚、条带表面挤碾改善工艺目的。

4)工艺方法。

首先，将钢包3安装固定在钢包支架中，通过调整钢包3来调节喷嘴口5、钢液导槽7与压轮6的位置与间隙。喷嘴口须在压轮侧向水平切点下端0-20mm的位置，与压轮间隙20-100μm，钢液导槽弧面须按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处。

其次，将氧化锆压轮装配在紧贴冷却铜辊的垂直上方。根据预先设定的将要喷制非晶合金条带厚度，通过调节限位装置限定压轮被抬起的高度，压轮限定高度等于将要喷制的非晶合金条带的厚度，限位精度为±3μm。同时根据需要，通过调节压轮两端的调压弹簧，调整压轮碾压力度；

再次，当钢包3内非晶合金在中高频感应加热融熔达1200-1500℃的适当温度时，非晶合金钢液4在自重和外加气压(通过设置在密封盖1上的气压管2引入)的共同作用下，非晶合金钢液4通过喷嘴口5朝着20～40m/S高速旋转的压轮直接喷射，此刻，钢液在压轮与钢液导槽之间蓄集形成钢液溶潭8，此时，在压轮高速旋转对钢液的抽拉和喷嘴口连续压力喷射钢液的作用下，非晶合金钢液以稳流液柱状沿着钢液导槽定向导流的方向，即压轮与冷却铜辊交切线处喷冲。因钢液溶潭的蓄液缓冲作用和钢液导槽定向导流下，钢液流柱始终处于无波动的稳流状态，钢液的稳流在喷制过程中极易实现非晶合金条带表面平整、组织细密。

最后，在喷制前后，冷却铜辊始终带动压轮以线速度20-40m/S高速相向旋转。在喷制前的空载状态时，压轮与冷却铜辊为无缝贴附，当喷制时，非晶合金钢液在快焠冷却瞬间通过压轮和冷却铜辊相向高速旋转抽拉的共同作用下强力冲开压轮，压轮由相对于冷却铜辊面的0位抬高至非晶合金条带所需厚度的限位高度，此时非晶合金钢液穿跃压轮与冷却铜辊之间的间隙被甩出成条，实现非晶合金条带厚度精准可控，既可精准制备15μm超薄带，又能制备40μm相对超厚带。同时，压轮自身重量和压轮两端的调压弹簧对非晶合金条带施加的挤碾力度，使非晶合金条带表面平整、组织细密达到更加理想状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非晶合金条带的喷射制备装置，所述的装置包括：密封盖(1)、气压管(2)、钢包(3)、喷嘴口(5)、压轮(6)、钢液导槽(7)、冷却铜辊(10)、调压弹簧(11)和限位装置(12)；其特征在于：所述的压轮(6)紧贴冷却铜辊(10)的垂直上方；所述的喷嘴口(5)与钢液导槽(7)同为一体并且开具在钢液导槽(7)上端，宽度与要喷制的非晶合金条带(9)宽度一致；钢液导槽(7)按喷嘴口(5)朝上装嵌在钢包壁与钢包底衔接处，喷嘴口(5)贯通钢包壁并与钢包底通透；所述的钢液导槽(7)弧形与压轮(6)弧形一致，喷嘴口(5)及钢液导槽(7)正对着压轮(6)侧向安装，钢液导槽弧面按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸至或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的限位装置(12)安装在压轮(6)上，限位的高度等于要喷制的非晶合金条带的厚度，限位装置(12)调节精度为±3μm；所述的压轮(6)的两端还安装有调压弹簧(11)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的压轮(6)直径为采用耐高温且硬度高的氧化锆材料制作。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述的钢液导槽(7)弧面沿着喷嘴口(5)自上而下开具一条深10-30μm、宽度与喷嘴口(5)宽度相等的平滑渠槽，平滑渠槽的垂直长度为15-40mm，喷嘴口(5)定位在压轮(6)侧向水平切点下端0-20mm处，与压轮间隙为20-100μm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的钢液导槽(7)采用氮化硼或碳化硅材料制作。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：喷制前后，所述的冷却铜辊(10)始终带动压轮(6)以线速度20～40m/s高速相向旋转。

7.一种使用权利要求1～6任一项权利要求所述的装置制备非晶合金条带的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将钢包安装固定在钢包支架中，通过调整钢包来调节喷嘴口、钢液导槽与压轮的位置与间隙；喷嘴口须在压轮侧向水平切点下端0-20mm的位置，与压轮间隙20-100μm，钢液导槽弧面须按喷嘴口与压轮相同间隙沿压轮弧线延伸或接近于压轮与冷却铜辊交接切线处；

步骤二、将压轮装配在紧贴冷却铜辊的垂直上方；根据预先设定的将要喷制非晶合金条带厚度，通过调节限位装置限定压轮被抬起的高度，压轮限定高度等于将要喷制的非晶合金条带的厚度，限位精度为±3μm；同时根据需要，通过调节压轮两端的调压弹簧，调整压轮碾压力度；

步骤三、当钢包内非晶合金在中高频感应加热融熔达1200-1500℃的适当温度时，钢液在自重和外加气压的共同作用下，非晶合金钢液通过喷嘴口朝着20～40m/s高速旋转的压轮直接喷射，此刻，钢液在压轮与钢液导槽之间蓄集形成钢液溶潭，此时，在压轮高速旋转对钢液的抽拉和喷嘴口连续压力喷射钢液的作用下，非晶合金钢液以稳流液柱状沿着钢液导槽定向导流的方向，即压轮与冷却铜辊交切线处喷冲；

步骤四、喷制前后，冷却铜辊始终带动压轮以线速度20～40m/s高速相向旋转；在喷制前的空载状态时，压轮与冷却铜辊为无缝贴附，当喷制时，非晶合金钢液在快焠冷却瞬间通过压轮和冷却铜辊相向高速旋转抽拉的共同作用下强力冲开压轮，压轮由相对于冷却铜辊面的0位抬高至非晶合金条带所需厚度的限位高度，此时非晶合金钢液穿跃压轮与冷却铜辊之间的间隙被甩出成条。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：制备的非晶合金条带的厚度为15μm～40μm。