CN109248994B - 一种薄带的铸造装置及薄带的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄带的铸造装置及薄带的铸造方法。该装置和方法至少包括熔炼炉、冷却辊、和用以将所述熔炼炉形成的熔液供给到所述冷却辊的供给装置，所述供给装置具有进液口和出液口，所述进液口至所述出液口之间设置出液通道，所述出液通道上设置一挡板，并形成一蓄液池。其通过在供给装置的出液通道的内壁上设置一挡板，起到蓄液、蓄温的作用，从而获得一致性好的薄带。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄带的铸造装置及薄带的铸造方法，具体地涉及一种熔化金属材料并通过薄带连铸法形成铸造产品的薄带的铸造装置及薄带的铸造方法。
背景技术
在金属熔化金属材料的铸造过程中，特别是在Nd-Fe-B系稀土合金的铸造过程中，通常使用如下结构的铸造装置：其包括密闭容器、熔炼炉、对所述熔炼炉熔化的熔液进行薄带连铸并冷却形成急冷合金片的冷却辊和将所述熔液浇铸到所述冷却辊上的供给装置，所述熔炼炉、所述冷却辊和所述供给装置均设置在所述密闭容器内。
然而，在使用上述设备进行浇铸之时，从浇铸开始至达到平衡的时间较长，导致初期及最后获得的金属薄带或合金薄带的片厚较低，影响薄带的微观结构，并最终影响粉末的一致性和产品的一致性。在使用上述设备进行低稀土配方的Nd-Fe-B系稀土合金的铸造时，还容易在供给装置中形成α-Fe，造成磁铁性能下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种铸造装置，其通过在供给装置的出液通道的内壁上设置一挡板，起到蓄液、蓄温的作用，从而获得一致性好的薄带。
本发明采用的技术方案是：
一种薄带的铸造装置，至少包括熔炼炉、冷却辊、和用以将所述熔炼炉形成的熔液供给到所述冷却辊的供给装置，其特征在于：所述供给装置具有进液口和出液口，所述进液口至所述出液口之间设置出液通道，所述出液通道上设置一挡板，并形成一蓄液池。
这样，熔液从熔炼炉中流出，流入供给装置之后，可以先在蓄液池内蓄液、蓄温，防止熔炼开始时或熔炼结束时少量流出的熔液形成片厚较低的薄带，提高薄带的一致性。
本发明中，上述挡板的形状不限，可以为方形、圆弧形或折线形等形状。
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种合金薄带的铸造方法。
一种薄带的铸造方法，其特征在于：其使用一铸造装置，所述铸造装置至少包括均设置在一密闭容器内的熔炼炉、冷却辊和供给装置，所述供给装置具有进液口和出液口，所述进液口至所述出液口之间设置出液通道，所述出液通道上设置一挡板，并形成一蓄液池；所述熔炼炉形成的熔液从所述进液口进入所述出液通道，再从所述蓄液池的顶部溢出，之后从所述出液口流出至转动的冷却辊上，获得合金薄带。
附图说明
图1为实施例1的铸造装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
在推荐的实施方式中，所述熔炼炉、所述冷却辊和所述供给装置均设置在一密闭容器内。这样，可以用来处理容易氧化的金属熔液或合金熔液，防止其在制作薄带的过程中氧化。
在推荐的实施方式中，所述挡板的顶部高度高于所述出液口的顶部高度。挡板高度高于出液口的高度，这样，可以保证熔液在供给装置内达到完全平衡前没有熔液溢出，保证薄带的一致性。更优选的情形，挡板的高度仅略高于出液口的高度，使得在铸造结束之后，也没有过多的熔液残留在供给装置中，提高产品收率。
在推荐的实施方式中，所述出液口设置在供给装置的底部或靠近底部的位置，所述出液口由数个排列的喷嘴组成。这里的数个指的是两个或两个以上。
在推荐的实施方式中，所述挡板与所述出液口之间的间距为1cm-8cm。将挡板与出液口之间的间距适当缩短，可以提高熔液温度的一致性，进而提高产品的一致性。
在推荐的实施方式中，所述熔液为R-Fe-B系磁铁的原料熔液，所述R-Fe-B系磁铁为含有R2Fe14B主相的磁铁，所述R为稀土元素，所述R的含量为27.0wt％～33.5wt％。上述装置制备可提高R-Fe-B系薄带制造过程中的一致性。
在推荐的实施方式中，所述熔液为R-Fe-B系磁铁的原料熔液，所述R-Fe-B系磁铁为含有R2Fe14B主相的磁铁，所述R为稀土元素，所述R的含量为27.7wt％～30.2wt％。在使用低稀土含量的R-Fe-B系磁铁的原料熔液制造薄带的过程中，更容易形成α-Fe，而上述结构的供给装置可以明显改善这一现象。
在推荐的实施方式中，所述R-Fe-B系磁铁原料还包括X，X为选自Co、Al、Cu、Zn、In、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Hf、Ta、W、O、C、N、S或P中的至少1种元素，X的含量为6wt％以下。X的含量为6wt％以下为本行业的常规选择，因此，在实施例中，没有对上述含量范围加以试验和验证。
在推荐的实施方式中，通过至少一个驱动机构使所述供给装置和所述冷却辊相对地进行转动。
实施例1
如图1中所示，薄带铸造装置，至少包括熔炼炉(图中未示)、由电机驱动的可转动冷却辊(图中未示)、和用以将熔炼炉形成的熔液供给到冷却辊的供给装置1，熔炼炉、冷却辊和供给装置1均设置在一密闭容器(图中未示)内。
供给装置1具有进液口13和出液口14，进液口13至出液口14之间设置出液通道，出液通道上设置一平面挡板11，并形成一蓄液池12。
出液口高度为2.5mm，熔液流量为1.13kg/s，平面挡板11的高度超过出液口的高度5mm，挡板11至出液口的距离为1cm。
出液口14由数个排列的喷嘴组成，并设置在供给装置1的底部位置。
这样，熔炼炉形成的熔液从进液口13进入出液通道，再从蓄液池12的顶部溢出，之后从出液口14流出至转动的冷却辊上，获得铸造薄带。这样，可以先在供给装置内蓄液、蓄温，防止熔炼开始时少量流出的熔液形成片厚较低的薄带，提高薄带的一致性。
试验例1
准备纯度99.5％的Nd和Dy、工业用Fe-B、工业用纯Fe、纯度99.9％的Co和纯度99.5％的Cu和Al，以质量百分比wt％配制。
各元素的含量如表1所示：
表1各元素的配比(wt％)
| 组别 | Nd | Dy | Co | B | Cu | Al | Fe |
| 实施例1.1 | 27.2 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 实施例1.2 | 27.7 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 实施例1.3 | 28.6 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 实施例1.4 | 29.5 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 实施例1.5 | 30.2 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 实施例1.6 | 30.5 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.1 | 27.2 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.2 | 27.7 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.3 | 28.6 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.4 | 29.5 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.5 | 30.2 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
| 对比例1.6 | 30.5 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.1 | 0.25 | 余量 |
实施例组1.1-1.6的配制：各实施例组按照表1中元素组成进行配制，分别称量、配制了20Kg的原料。
用实施例1的薄带铸造装置将上述原料铸造成薄带，具体过程如下：
每次取1份配制好的原料放入氧化铝制的坩埚中，在熔炼炉中在10-1Pa的真空中以1500℃以下的温度进行真空熔炼。
在真空熔炼后的熔炼炉中通入Ar气体使气压达到5万Pa后，将熔炼炉形成的熔液供给到供给装置1，再从供给装置1供给到以1.2m/s的线速度转动的冷却辊上，以102℃/秒～104℃/秒的冷却速度获得各实施例组和对比例1.1、1.2的急冷合金。
对比例组1.1-1.6的配制：各对比例组按照表1中元素组成进行配制，分别称量、配制了20Kg的原料。
用现有技术中的薄带铸造装置将上述原料铸造成薄带，该薄带铸造装置除供给装置中不含有挡板和蓄液池以外，其大小、形状、材料等均与实施例1的薄带铸造装置相同。具体过程如下：
每次取1份配制好的原料放入氧化铝制的坩埚中，在熔炼炉中在10-2Pa的真空中以1500℃以下的温度进行真空熔炼。
在真空熔炼后的熔炼炉中通入Ar气体使气压达到3万Pa后，将熔炼炉形成的熔液供给到供给装置1，再从供给装置1供给到以1.2m/s的线速度转动的冷却辊上，以102℃/秒～104℃/秒的冷却速度获得对比例1.3-1.8的急冷合金。
对各实施例、各对比例获得的薄带放在SEM 200倍进行拍摄，拍摄时贴辊面与视场下边平行，实施例1.2-1.5均不含有α-Fe，而对比例1.2-1.5均含有不同程度的α-Fe，且稀土含量越低，α-Fe占比越多。实施例1.1-1.6和对比例1.1-1.6相比，α-Fe含量明显减少甚至消除。
实施例1.6和对比例1.6虽然都没有α-Fe，但实施例1.6的贯穿柱状晶占比更多。实施例1.1和对比例1.1虽然都有α-Fe，但实施例1.1α-Fe占比明显要少得多。
实施例2
如图1中所示，一种薄带铸造装置，至少包括熔炼炉(图中未示)、由电机驱动的可转动冷却辊(图中未示)、和用以将熔炼炉形成的熔液供给到冷却辊的供给装置1，熔炼炉、冷却辊和供给装置1均设置在一密闭容器(图中未示)内。
供给装置1具有进液口13和出液口14，进液口13至出液口14之间设置出液通道，出液通道上设置一平面挡板11，并形成一蓄液池12。
出液口高度为2mm，熔液流量为0.96kg/s，平面挡板11的高度为6mm，挡板11至出液口的距离为0.5cm-10cm，具体如表2中所示。
出液口14由数个排列的喷嘴组成，并设置在供给装置1的底部位置。
试验例2
准备组成为Nd为30.5％、Febal.、B为0.95％、Cu为0.1％、Ti为0.15％、Co为1.0％、Ga为0.15％、Al为0.2％的原料，以质量百分比wt％配制。
用实施例2的薄带铸造装置将上述原料铸造成薄带，具体过程如下：
每次取1份配制好的原料放入氧化铝制的坩埚中，在熔炼炉中在10-2Pa的真空中以1500℃以下的温度进行真空熔炼。
在真空熔炼后的熔炼炉中通入Ar气体使气压达到5万Pa后，将熔炼炉形成的熔液供给到供给装置1，再从供给装置1供给到以1.1m/s的线速度转动的冷却辊上，以102℃/秒～104℃/秒的冷却速度获得急冷合金，急冷合金的片厚检测结果如表2所示。
表2合金片片厚分布统计
表中的窄条间距为窄条至出口的间距。
合金片片厚设计按照0.28mm设计，片厚分布在0.20～0.35mm占比越高说明片厚一致性越好，从表中数据可以看出，当窄条与出口间距为1.0cm时最优，以窄条与出口间距为1.0cm-8.0cm时为佳，间距越大，效果越不明显。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的几种具体的实施例，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种薄带的铸造装置，至少包括熔炼炉、冷却辊、和用以将所述熔炼炉形成的熔液供给到所述冷却辊的供给装置，其特征在于：所述供给装置具有进液口和出液口，所述进液口至所述出液口之间设置出液通道，所述出液通道上设置一挡板，并形成一蓄液池,所述挡板的顶部高度高于所述出液口的顶部高度，所述挡板与所述出液口之间的间距为1cm-8cm。
2.根据权利要求1所述的一种薄带的铸造装置，其特征在于：所述熔炼炉、所述冷却辊和所述供给装置均设置在一密闭容器内。
3.根据权利要求1中所述的一种薄带的铸造装置，其特征在于：所述出液口设置在供给装置的底部或靠近底部的位置，所述出液口由数个排列的喷嘴组成。
4.根据权利要求1或2或3中所述的一种薄带的铸造装置，其特征在于：所述熔液为R-Fe-B系磁铁的原料熔液，所述R-Fe-B系磁铁为含有R2Fe14B主相的磁铁，所述R为稀土元素，所述R的含量为27.7wt％～30.2wt％。
5.根据权利要求4中所述的一种薄带的铸造装置，其特征在于：所述R-Fe-B系磁铁原料还包括X，X为选自Co、Al、Cu、Zn、In、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、Sn、Sb、Hf、Ta、W、O、C、N、S或P中的至少1种元素，X的含量为6wt％以下。
6.根据权利要求5中所述的一种薄带的铸造装置，其特征在于：通过至少一个驱动机构使所述供给装置和所述冷却辊相对地进行转动。
7.一种薄带的铸造方法，其特征在于：其使用一铸造装置，所述铸造装置至少包括均设置在一密闭容器内的熔炼炉、冷却辊和供给装置，所述供给装置具有进液口和出液口，所述进液口至所述出液口之间设置出液通道，所述出液通道上设置一挡板，并形成一蓄液池；所述熔炼炉形成的熔液从所述进液口进入所述出液通道，再从所述蓄液池的顶部溢出，之后从所述出液口流出至转动的冷却辊上，获得合金薄带；所述挡板的顶部高度高于所述出液口的顶部高度，所述挡板与所述出液口之间的间距为1cm-8cm。
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