CN114905012A - 一种铝镍钴磁材的水平连铸方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝镍钴磁材的水平连铸方法及装置，原材料混合后加入中频炉，在1600℃下熔化，获得熔融态混合原料并倒入浇包；S2、通过物料转运装置将浇包内的混合原料倒入熔炉中，熔融态混合原料通过结晶器冷却至1300℃以下，输出固态混合原料，通过同步拉机将固态混合原料拉出，获得棒状或者方块装磁材本体。本发明中，完全区别于传统铸造工艺，避免了传统工艺的缺陷，产品无气孔、无渣眼，不产生任何环保问题，可以做到无尘车间，能够节约原材料的烧损，无浇道无浇口，且产品的余量可以放小，其次，通过本方法制备获得铝镍钴磁材，性能完全达标，且产品磁性远超过传统工艺，在结晶特性、磁性的稳定性以及产品的外观方面均具有优异的性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝镍钴磁材制备技术领域，尤其涉及一种铝镍钴磁材的水平连铸方法及装置。
背景技术
铝镍钴磁材是日本、美国在1930年左右发明的永磁材料，其具有耐高温性质，不易氧化，广泛用于各种传感器产品，特别是军工和汽车上，由于它独特的特性，所以不可替代，在铝镍钴磁材制备方面，传统工艺主要是用砂模做成型腔，钴、镍、铝、铜、铁、其它微量元素高温熔化后浇注成型。
然而，传统工艺存在以下几个缺陷：
(1)环保问题：由于使用造型工艺，会产生大量的废砂、废气和粉尘，这些都会对人体和环境产生的影响；
(2)由于传统工艺是在大气中浇注，出来的毛坯外观会产生永恒的气孔、渣眼(材料的缩收、凝固导致)等缺陷，熔化后的钢水也会被大气氧化，性能也会偏低，导致产品的成品率低，成本增加；
(3)浪费原材料：为了方便浇注，所有的模型都要有浇道和浇口，浇道和浇口上的比倒有20％-40％，出品率不高，且浇道和浇口多次利用，烧损大，金属成份不准；
(4)浪费能耗，铸造是高能耗产业，浇道和浇口多次重复使用，里面含有砂子，不易熔化，熔化时间增加；
(5)浪费人力、物力，高温熔化，需要工人掌握一定的技术，铸造环境差。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种铝镍钴磁材的水平连铸方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种铝镍钴磁材水平连铸装置，包括底座，所述底座上设有中频炉、熔炉和同步拉机，所述中频炉底部一侧连通有伸缩管，所述熔炉底部一侧连通有结晶器，通过同步拉机从结晶器中拉出棒状或者方块装磁材本体；
所述中频炉和熔炉之间设有物料转运装置，所述物料转运装置包括转动安装在底座上的第一丝杆，所述底座底部固定安装有与第一丝杆传动连接的第一电机，所述第一丝杆外侧通过螺纹旋合连接有套筒，所述套筒外侧套接有连接板，所述连接板一侧固定连接有升降板，所述升降板上开设有U型槽，所述U型槽内转动安装有支撑板，所述支撑板设有浇包，以及用于夹紧浇包的夹持机构；
所述第一丝杆顶部套接有齿轮，所述连接板顶部固定连接有与齿轮内啮合连接的齿圈，所述底座上固定连接有穿过连接板和齿圈的导柱。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述支撑板上开设有阶梯槽，所述支撑板四周开设有与阶梯槽连通的让位槽，所述夹持机构包括固定安装在阶梯槽底部的第二电机，所述第二电机的输出轴传动连接有第二丝杆，所述第二丝杆外侧通过螺纹旋合连接有升降柱，所述让位槽内转动安装有C型杆，所述浇包和升降柱外侧分别开设有与C型杆上、下水平端连接的环形凹槽。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述阶梯槽的阶梯面和升降柱底端之间固定连接有位于第二丝杆外侧的弹簧。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述U型槽一侧固定安装有伺服电机，所述支撑板底部固定连接有套接在伺服电机输出轴外侧的连接块。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述中频炉上固定安装有气缸，所述气缸的自由端固定连接有连接板，且连接板的自由端与伸缩管的自由端固定连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
一种铝镍钴磁材的水平连铸方法，包括以下步骤：
S1、原材料混合后加入中频炉，在1600℃下熔化，获得熔融态混合原料，并通过伸缩管进入浇包中，其中，按质量组分比，混合原料包括22-24％钴、14-15％镍、8-8.2％铝、2.5-3％铜、50％铁、0.5％钛、0.3％硫、0.5％铌、0.5％锂；
S2、通过物料转运装置将浇包内的混合原料倒入熔炉中，熔融态混合原料通过结晶器冷却至1300℃以下，输出固态混合原料，通过同步拉机将固态混合原料拉出，获得棒状或者方块装磁材本体；
具体的，通过物料转运装置将浇包内的混合原料倒入熔炉中的步骤如下所示：
S21、浇包盛装完混合原料后，通过气缸回收伸缩管的自由端；
S22、第一电机驱动第一丝杆转动，第一丝杆驱动套筒带动升降板以及浇包上升，直到导柱脱离与连接板的连接，且齿圈与齿轮连接；
S23、第一电机继续驱动第一丝杆转动，第一丝杆驱动套筒带动升降板以及浇包转动180度后，关闭第一电机；
S24、驱动伺服电机带动支撑板和浇包转动至少150度，将浇包内的混合原料倒入熔炉内。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述结晶器采用钴基陶瓷材料制成，按照质量分数比，所述钴基陶瓷材料包括5-45％陶瓷材料和0.2-3.0％稀土氧化物和余量的钴基材料，所述钴基材料包括0.1-1.1％碳、0.9-1.4％硅、0.2-0.5％锰、27.0-29.0％铬、0.9-9.7％镍、2.0-4.0％钨、0.2-3.0％铁、1.0-4.5％钼和余量的钴，所述陶瓷材料包括7-8％氧化镁、4-5％氧化锂、25-32％氧化铝、氧化硅32-37％氧化硅和8-10％氧化钙，所述稀土氧化物为氧化钇。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，本方法完全区别于传统铸造工艺，避免了传统工艺的缺陷，产品无气孔、无渣眼，不产生任何环保问题，可以做到无尘车间，能够节约原材料的烧损，无浇道无浇口，且产品的余量可以放小，其次，通过本方法制备获得铝镍钴磁材，性能完全达标，且产品磁性远超过传统工艺，在结晶特性、磁性的稳定性以及产品的外观方面均具有优异的性能。
2、本发明中，传统的结晶器一般是采用碳基材料制成，碳基材料对磁性材料有害，且碳基材料又脆又没有韧性，冷却速度快，也会导致熔融态混合原料产生一定的内应力，完全不适用于磁性材料的结晶，因此，为适配于本发明中新型的铝镍钴磁材的牵引结晶方法，对结晶器的材料进行改进，选用钴基陶瓷材料代替碳基材料，不影响结晶性能，而又能提高熔融态混合原料的韧性，使其晶粒变细，从而提高进一步提高产品各项性能。
3、本发明中，将空置的浇包放置在支撑板上，然后，驱动第二电机带动第二丝杆转动，驱动升降柱下降，由于升降柱上的环形凹槽与C型杆的下水平端连接，进而带动C型杆朝着靠近浇包的方向转动，C型的上水平端与浇包上的环形凹槽卡接，从而达到固定浇包的目的，然后，通原材料混合后加入中频炉内融化，获得熔融态混合原料，并通过伸缩管进入浇包中，浇包盛装完混合原料后，通过气缸回收伸缩管的自由端，接着，第一电机驱动第一丝杆转动，第一丝杆驱动套筒带动升降板以及浇包上升，直到导柱脱离与连接板的连接，且齿圈与齿轮连接，然后，第一电机继续驱动第一丝杆转动，第一丝杆驱动套筒带动升降板以及浇包转动180度后，关闭第一电机，最后，驱动伺服电机带动支撑板和浇包转动至少150度，将浇包内的混合原料倒入熔炉内，通过物料转运装置取代人工移动浇包的操作，一方面，提高工作效率，另一方面，提高工人人身安全保障。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的第一状态示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的第二状态示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的第三状态示意图；
图4示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的支撑板的剖视示意图；
图5示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的连接板的俯视示意图；
图6示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的俯视示意图；
图7示出了根据本发明实施例提供的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置的升降板的正视示意图。
图例说明：
1、中频炉；2、气缸；3、连接板；4、齿轮；5、第一丝杆；6、导柱；7、熔炉；8、结晶器；9、同步拉机；10、底座；11、伸缩管；12、浇包；13、升降板；14、第一电机；15、磁材本体；16、U型槽；17、齿圈；18、环形凹槽；19、C型杆；20、支撑板；21、第二电机；22、弹簧；23、升降柱；24、第二丝杆；25、让位槽；26、阶梯槽；27、连接板；28、套筒；29、伺服电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种铝镍钴磁材水平连铸装置，包括底座10，底座10上设有中频炉1、熔炉7和同步拉机9，中频炉1底部一侧连通有伸缩管11，熔炉7底部一侧连通有结晶器8，通过同步拉机9从结晶器8中拉出棒状或者方块装磁材本体15；
中频炉1和熔炉7之间设有物料转运装置，物料转运装置包括转动安装在底座10上的第一丝杆5，底座10底部固定安装有与第一丝杆5传动连接的第一电机14，第一丝杆5外侧通过螺纹旋合连接有套筒28，套筒28外侧套接有连接板27，连接板27一侧固定连接有升降板13，升降板13上开设有U型槽16，U型槽16内转动安装有支撑板20，支撑板20设有浇包12，以及用于夹紧浇包12的夹持机构；
第一丝杆5顶部套接有齿轮4，连接板27顶部固定连接有与齿轮4内啮合连接的齿圈17，底座10上固定连接有穿过连接板27和齿圈17的导柱6。
请参阅图4，支撑板20上开设有阶梯槽26，支撑板20四周开设有与阶梯槽26连通的让位槽25，夹持机构包括固定安装在阶梯槽26底部的第二电机21，第二电机21的输出轴传动连接有第二丝杆24，第二丝杆27外侧通过螺纹旋合连接有升降柱23，让位槽25内转动安装有C型杆19，浇包12和升降柱23外侧分别开设有与C型杆19上、下水平端连接的环形凹槽18；
首先，将空置的浇包12放置在支撑板20上，然后，驱动第二电机21带动第二丝杆24转动，驱动升降柱23下降，由于升降柱23上的环形凹槽18与C型杆19的下水平端连接，进而带动C型杆19朝着靠近浇包12的方向转动，C型19的上水平端与浇包12上的环形凹槽18卡接，从而达到固定浇包12的目的。
请参阅图4，阶梯槽26的阶梯面和升降柱23底端之间固定连接有位于第二丝杆24外侧的弹簧22，对升降柱23的运动起到缓冲作用，使得C型杆19较稳定的夹持在浇包12外侧。
请参阅图7，U型槽16一侧固定安装有伺服电机29，支撑板20底部固定连接有套接在伺服电机29输出轴外侧的连接块，通过伺服电机29驱动支撑板20带动浇包12转动，控制伺服电机29的转动速度和转动位置，来控制浇包12顺利的将混合原料倒入熔炉7中。
请参阅图1，中频炉1上固定安装有气缸2，气缸2的自由端固定连接有连接板3，且连接板3的自由端与伸缩管11的自由端固定连接，通过气缸2带动伸缩管11的自由端移动，伸缩管11的自由端伸出时，使得中频炉1内的混合原料可以流入浇包12内，伸缩管11的自由端回收时，不影响升降板13和浇包12在竖直方向上的运动。
一种铝镍钴磁材的水平连铸方法，包括以下步骤：
S1、原材料混合后加入中频炉1，在1600℃下熔化，获得熔融态混合原料，并通过伸缩管11进入浇包12中；
按质量组分比，混合原料包括22-24％钴、14-15％镍、8-8.2％铝、2.5-3％铜、50％铁、0.5％钛、0.3％硫、0.5％铌、0.5％锂，传统铝镍钴磁材，按照质量组分比，包括24％钴、14％镍8.5％铝、3％铜、50％铁、0.2％钛、0.1％硫、0.1％硅、0.5％硫，本发明在传统配方之上做出调整改进，增加了提高产品韧性的微量元素；
S2、通过物料转运装置将浇包12内的混合原料倒入熔炉7中，熔融态混合原料通过结晶器冷却至1300℃以下，输出固态混合原料，通过同步拉机9将固态混合原料拉出，获得棒状或者方块装磁材本体15；
具体的，通过物料转运装置将浇包12内的混合原料倒入熔炉7中的步骤如下所示：
S21、浇包12盛装完混合原料后，通过气缸2回收伸缩管3的自由端；
S22、第一电机14驱动第一丝杆5转动，第一丝杆5驱动套筒28带动升降板13以及浇包12上升，直到导柱6脱离与连接板27的连接，且齿圈17与齿轮4连接；
S23、第一电机14继续驱动第一丝杆5转动，第一丝杆5驱动套筒28带动升降板13以及浇包12转动180度后，关闭第一电机14；
S24、驱动伺服电机29带动支撑板20和浇包12转动至少150度，将浇包12内的混合原料倒入熔炉7内。
具体的，结晶器8采用钴基陶瓷材料制成，按照质量分数比，钴基陶瓷材料包括5-45％陶瓷材料和0.2-3.0％稀土氧化物和余量的钴基材料，钴基材料包括0.1-1.1％碳、0.9-1.4％硅、0.2-0.5％锰、27.0-29.0％铬、0.9-9.7％镍、2.0-4.0％钨、0.2-3.0％铁、1.0-4.5％钼和余量的钴，陶瓷材料包括7-8％氧化镁、4-5％氧化锂、25-32％氧化铝、氧化硅32-37％氧化硅和8-10％氧化钙，稀土氧化物为氧化钇；
传统的结晶器8一般是采用碳基材料制成，碳基材料对磁性材料有害，且碳基材料又脆又没有韧性，冷却速度快，也会导致熔融态混合原料产生一定的内应力，完全不适用于磁性材料的结晶，因此，为适配于本发明中新型的铝镍钴磁材的牵引结晶方法，对结晶器8的材料进行改进，选用钴基陶瓷材料代替碳基材料，不影响结晶性能，而又能提高熔融态混合原料的韧性，使其晶粒变细，从而提高进一步提高产品各项性能。
首先，本方法完全区别于传统铸造工艺，避免了传统工艺的缺陷，传统工艺由于在砂模中浇注会产生大量的气体、渣眼，砂子和气体在钢水的冷却凝固时，一起在磁钢毛坯中，气孔和砂眼是铸造工艺不可避免的缺陷，但是，本发明由于没有利用砂模铸造成型，因此从根本上避免了气孔的问题，其次，由于原料在溶解过程中会产生氧化物，俗称炉渣，氧化物炉渣比重轻，浮在上面，而本发明中，中频炉1和熔炉7均是从底部出料，解决了产品杂质问题，提高产品质量；
本发明产品无气孔、无渣眼，不产生任何环保问题，可以做到无尘车间，能够节约原材料的烧损，无浇道无浇口，且产品的余量可以放小，且通过本方法制备获得铝镍钴磁材，性能完全达标，且产品磁性远超过传统工艺，在结晶特性、磁性的稳定性以及产品的外观方面均具有优异的性能；
最后，在传统水平连铸装置的基础之上，本发明提供一种物料转运装置，取代人工移动浇包实现物料在中频炉和熔炉之间的转运，一方面，提高工作效率，另一方面，提高工人人身安全保障。
进一步地，通过对本发明以及传统铸造工艺制备得到的铝镍钴磁材A、B进行性能检测，得出如下表1的数据：
表1
剩磁：剩余磁化强度的简称，将铁磁性材料磁化后去除磁场，被磁化的铁磁体上所剩余的磁化强度；
矫顽力：使已被磁化后的铁磁体的磁感应强度降为零所必须施加的磁场强度；
磁能积：退磁曲线上任何一点的磁通密度(B)与对应的磁场强度(H)的乘积代表了磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量，由于这项能量等于磁铁B与H的乘积，因此称为磁能积，磁能积随B而变化的关系曲线称为磁能曲线，其中一点对应的Bd和Hd的乘积有最大值，称为最大磁能积；
磁力的强大要看剩磁、桥顽力、还有最大磁能积的综合评价，主要指标是矫顽力，通过表1可知，本发明制备得到的铝镍钴磁材A在剩磁、矫顽力和最大磁能积方面较传统铸造工艺，总体有10％的提升，是因为传统铸造工艺在浇注时，气体、砂渣不可避免会进入磁钢毛坯中，对产品磁性会产生很大影响，而本发明利用的新工艺则避免了该类问题的产生。
工作原理：使用时，首先，将空置的浇包12放置在支撑板20上，然后，驱动第二电机21带动第二丝杆24转动，驱动升降柱23下降，由于升降柱23上的环形凹槽18与C型杆19的下水平端连接，进而带动C型杆19朝着靠近浇包12的方向转动，C型19的上水平端与浇包12上的环形凹槽18卡接，从而达到固定浇包12的目的，然后，通原材料混合后加入中频炉1内融化，获得熔融态混合原料，并通过伸缩管11进入浇包12中，浇包12盛装完混合原料后，通过气缸2回收伸缩管3的自由端，接着，第一电机14驱动第一丝杆5转动，第一丝杆5驱动套筒28带动升降板13以及浇包12上升，直到导柱6脱离与连接板27的连接，且齿圈17与齿轮4连接，然后，第一电机14继续驱动第一丝杆5转动，第一丝杆5驱动套筒28带动升降板13以及浇包12转动180度后，关闭第一电机14，最后，驱动伺服电机29带动支撑板20和浇包12转动至少150度，将浇包12内的混合原料倒入熔炉7内，通过物料转运装置取代人工移动浇包的操作，一方面，提高工作效率，另一方面，提高工人人身安全保障。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铝镍钴磁材的水平连铸装置，包括底座(10)，其特征在于，所述底座(10)上设有中频炉(1)、熔炉(7)和同步拉机(9)，所述中频炉(1)底部一侧连通有伸缩管(11)，所述熔炉(7)底部一侧连通有结晶器(8)，通过同步拉机(9)从结晶器(8)中拉出棒状或者方块装磁材本体(15)；
所述中频炉(1)和熔炉(7)之间设有物料转运装置，所述物料转运装置包括转动安装在底座(10)上的第一丝杆(5)，所述底座(10)底部固定安装有与第一丝杆(5)传动连接的第一电机(14)，所述第一丝杆(5)外侧通过螺纹旋合连接有套筒(28)，所述套筒(28)外侧套接有连接板(27)，所述连接板(27)一侧固定连接有升降板(13)，所述升降板(13)上开设有U型槽(16)，所述U型槽(16)内转动安装有支撑板(20)，所述支撑板(20)设有浇包(12)，以及用于夹紧浇包(12)的夹持机构；
所述第一丝杆(5)顶部套接有齿轮(4)，所述连接板(27)顶部固定连接有与齿轮(4)内啮合连接的齿圈(17)，所述底座(10)上固定连接有穿过连接板(27)和齿圈(17)的导柱(6)。
2.根据权利要求1所述的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置，其特征在于，所述支撑板(20)上开设有阶梯槽(26)，所述支撑板(20)四周开设有与阶梯槽(26)连通的让位槽(25)，所述夹持机构包括固定安装在阶梯槽(26)底部的第二电机(21)，所述第二电机(21)的输出轴传动连接有第二丝杆(24)，所述第二丝杆(27)外侧通过螺纹旋合连接有升降柱(23)，所述让位槽(25)内转动安装有C型杆(19)，所述浇包(12)和升降柱(23)外侧分别开设有与C型杆(19)上、下水平端连接的环形凹槽(18)。
3.根据权利要求2所述的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置，其特征在于，所述阶梯槽(26)的阶梯面和升降柱(23)底端之间固定连接有位于第二丝杆(24)外侧的弹簧(22)。
4.根据权利要求1所述的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置，其特征在于，所述U型槽(16)一侧固定安装有伺服电机(29)，所述支撑板(20)底部固定连接有套接在伺服电机(29)输出轴外侧的连接块。
5.根据权利要求1所述的一种铝镍钴磁材的水平连铸装置，其特征在于，所述中频炉(1)上固定安装有气缸(2)，所述气缸(2)的自由端固定连接有连接板(3)，且连接板(3)的自由端与伸缩管(11)的自由端固定连接。
6.一种铝镍钴磁材的水平连铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原材料混合后加入中频炉(1)，在1600℃下熔化，获得熔融态混合原料，并通过伸缩管(11)进入浇包(12)中，其中，按质量组分比，混合原料包括22-24％钴、14-15％镍、8-8.2％铝、2.5-3％铜、50％铁、0.5％钛、0.3％硫、0.5％铌、0.5％锂；
S2、通过物料转运装置将浇包(12)内的混合原料倒入熔炉(7)中，熔融态混合原料通过结晶器冷却至1300℃以下，输出固态混合原料，通过同步拉机(9)将固态混合原料拉出，获得棒状或者方块装磁材本体(15)；
具体的，通过物料转运装置将浇包(12)内的混合原料倒入熔炉(7)中的步骤如下所示：
S21、浇包(12)盛装完混合原料后，通过气缸(2)回收伸缩管(3)的自由端；
S22、第一电机(14)驱动第一丝杆(5)转动，第一丝杆(5)驱动套筒(28)带动升降板(13)以及浇包(12)上升，直到导柱(6)脱离与连接板(27)的连接，且齿圈(17)与齿轮(4)连接；
S23、第一电机(14)继续驱动第一丝杆(5)转动，第一丝杆(5)驱动套筒(28)带动升降板(13)以及浇包(12)转动180度后，关闭第一电机(14)；
S24、驱动伺服电机(29)带动支撑板(20)和浇包(12)转动至少150度，将浇包(12)内的混合原料倒入熔炉(7)内。
7.根据权利要求6所述的一种铝镍钴磁材的水平连铸方法，其特征在于，所述结晶器(8)采用钴基陶瓷材料制成，按照质量分数比，所述钴基陶瓷材料包括5-45％陶瓷材料和0.2-3.0％稀土氧化物和余量的钴基材料，所述钴基材料包括0.1-1.1％碳、0.9-1.4％硅、0.2-0.5％锰、27.0-29.0％铬、0.9-9.7％镍、2.0-4.0％钨、0.2-3.0％铁、1.0-4.5％钼和余量的钴，所述陶瓷材料包括7-8％氧化镁、4-5％氧化锂、25-32％氧化铝、氧化硅32-37％氧化硅和8-10％氧化钙，所述稀土氧化物为氧化钇。
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