CN203316693U - 一种强制热交换的装置 - Google Patents
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Abstract
一种强制热交换的装置，其特征在于，包括：冷却辊，其为第一级冷却装置；冷却模，其为第二级冷却装置；和冷却接料桶，其为第三级冷却装置；所述冷却模设置在冷却辊的下游和冷却接料桶的上游。本实用新型可使高温熔融合金快速冷却，使产品晶粒细化、成分及组织分布均匀，形成的非晶或微晶的速凝薄片厚度为20-80μm，宽度为1-3mm，经过退火处理后能得到纳米级(10-80nm之间)晶体结构的速凝合金材料产品，以实现包括NdFeB速凝合金材料的性能大幅提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种真空速凝合金材料制备过程的强制热交换的装置，属于冶金材料技术领域，该装置包括但不限于制备真空速凝合金材料。
背景技术
目前，在冶金制备合金材料，特别是制备钕铁硼材料的时候，一般是将熔融合金液喷射、浇铸、或溢流到快速旋转的冷却辊表面，以快速冷凝形成非晶态或微晶的带材，并直接甩到接料容器内冷却。
在上述过程中，涉及熔融合金液与冷却辊表面发生热交换，该过程需要熔融合金液以足够快的冷却速度凝固，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步能生成非晶体，所以，合金液的速凝工艺变得尤为重要，一般要求冷却辊的设计要满足熔融合金液能以105-106℃/s的速度冷却，在速凝带材生产过程中，需要调整好冷却辊的转速及冷却介质的流量等，这些因素都会影响冷却辊的热交换效率，影响合金材料产品质量。
另一方面，速凝带脱离冷却辊后的温度一般还在500℃以上，所以，需对速凝带进行再次冷却，如不能及时充分冷却，会造成粘连、蓝片现象，对产品的质量造成重大的影响。在现有技术中，速凝带的二次冷却一般是风冷或自然冷却，或在接料容器中设置冷却装置，冷却速度慢，生产效率低，且极大影响产品的质量。
现有的热交换设备及生产工艺已难以满足高性能速凝合金材料的生产要求，存在以下缺点：冷却辊及整套冷却系统无法满足高温熔融合金液快速冷却的要求，造成粘连、蓝片现象，导致合金薄带成分不均匀、组织分布不均匀，且晶粒较大，难以生产高性能合金材料产品。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种进行强制热交换的装置，其使高温熔融合金快速冷却，使产品晶粒细化、成分及组织分布均匀，形成的非晶或微晶的速凝薄片厚度为20-80μm，宽度为1-3mm，经过退火处理后能得到纳米级(10-80nm之间)晶体结构的速凝合金材料产品，以实现包括NdFeB速凝合金材料的性能大幅提升。
为此，本发明提供了一种强制进行热交换的装置，其特征在于，包括：冷却辊，其为第一级冷却装置；冷却模，其为第二级冷却装置；和冷却接料桶，其为第三级冷却装置；所述冷却模设置在冷却辊的下游和冷却接料桶的上游。
优选地，冷却辊的上方设有容纳熔融合金液的坩埚，该坩埚的下端设有 喷射窄缝或喷嘴。
优选地，冷却辊设有水平转轴和内部的循环冷却介质流通装置。
优选地，冷却辊设有500-800℃的速凝带温度控制器。
优选地，冷却模设有位置调节装置和振动频率调节装置。
优选地，冷却模设有5-80Hz的振动频率控制器和/或200-300℃的第二次冷却温度控制器。
优选地，所述冷却接料桶的周边设有冷却管。
优选地，在冷却接料桶的外围，还设有接料桶冷却装置。
优选地，冷却接料桶处设有25-45℃的第三次冷却温度控制器。
优选地，冷却辊设有量程至少为1-8公斤的水压控制器；量程至少为2-9吨/小时水流量控制器；量程至少为1-8℃进出水温差控制器；量程至少为10-65m/s的线速度控制器；量程至少为1350-1550℃的冷却辊前的熔融合金液温度控制器；和/或到达冷却辊后的量程至少为105-106℃/s的合金液冷却速率控制器。
根据本实用新型，所述强制热交换装置包括冷却辊、冷却模、冷却接料桶多级冷却装置，在冷却辊与接料装置之间增加了冷却模，能使生产的产品性能得到很大的改善。当速凝带以一定速度直接喷射到冷却模上，产生撞击、破碎，并可在模板上增加锯齿状或其它形状物，使得速凝带破碎成雪花状速凝薄片，冷却模可以在X、Y、Z三轴方向移动，固定位置后可上下、左右、前后振动，使得速凝薄片在冷却模上松散开来，从而使得冷却效果更好，本实用新型可以通过改变冷却模两面板的尺寸及角度及冷却模的振动频率，控制速凝薄片在冷却模内停留的时间和分散度，使产品的生产效能及性能达到最优化。
根据本实用新型，高温熔融合金液经过冷却辊冷却速凝后，又经过冷却模及冷却接料桶进行二次、三次逐级冷却，产品的性能得到了极大的提升。
根据本实用新型，冷却辊及整套冷却系统可满足高温熔融合金快速冷却的要求，能使产品晶粒细化、成分及组织分布均匀，形成的非晶或微晶的速凝薄片厚度为20-80μm，宽度为1-3mm，经过退火处理后能得到纳米级(10-80nm之间)晶体结构速凝合金材料产品，本实用新型可以实现包括NdFeB速凝合金材料的性能大幅提升。
附图说明
图1为根据本实用新型的强制热交换装置的结构示意图。
图2为根据本实用新型的冷却辊的结构示意图。
图3为根据本实用新型的冷却模结构的侧视图。
图4为根据本实用新型的冷却模结构的主视图。
图5为根据本实用新型的接料桶的结构示意图。
具体实施方式
在图1中，示出了本实用新型的强制热交换装置，从而可更好地理解本实用新型的强制热交换的装置在制备真空速凝合金材料的实施过程，该装置包括冷却辊1、冷却模2、和冷却接料桶3。
图2示出了冷却辊，所述冷却辊可通过电动机或传动装置的驱动而绕水平轴旋转，冷却辊的转速可以实现无级变速；所述冷却辊使用材质为钨钼合金、金属钼、金属铜、铜合金中的一种或多种，本实施例选用钨钼合金，冷却辊内部设有空腔用于通冷却介质，其表面是热量经过的界面。
图3-图4示出了一种强制热交换设备的冷却模，所述冷却模可用铜材、钢材或合金制成，本实施例选用铜材；
其中，V型结构为两面板衔接制成，为上面板4和下面板5，两面板的夹度角度范围为0～180度，本实施例选用110度；
冷却模内设置了冷却装置，冷却模上面板4和下面板5的背面设有中空蛇形管道装置7，用于通冷却介质；
冷却模可以沿X、Y、Z三个轴线方向移动，并可以沿上下、左右、前后方向进行振动，振动频率可调，由未图示的传动装置带动。
图5示出了接料桶，所述接料桶可用铸铁、钢材等制成，包括一个空心圆锥形或圆柱形桶体8，其周边设有冷却管9。
冷却介质可以是水、水溶液、液氮、矿物油、或它们的混合物。本实施例选用水作为冷却介质。
通过上述装置可以实现以下工艺：
在充有保护气的氛围中，高温熔融合金液(1350-1550℃)通过坩埚的狭缝或喷嘴喷射到冷却辊1上。冷却辊1用钨钼合金制成，设有内腔，内腔通有高压冷却水，冷却辊1的线速度在10-65m/s连续可调；冷却辊的水压在1-8公斤左右，水流量在2-9吨/小时左右；冷却辊的进出水温差在1-8℃。
熔融合金液在冷却辊1上以105-106℃/s的速率冷却，形成非晶或微晶的速凝带，之后，沿冷却辊1的切线方向甩出，此时，速凝带温度在500-800℃之间；速凝带至冷却模2的上面板4进行二次冷却，冷却模2的振动频率在5-80Hz之间可调，调节冷却模的位置和振动频率至最佳，速凝带经锯齿状物破碎后成速凝薄片，以一定角度下落至下面板5，速凝薄片在下面板5分散冷却，此时，速凝薄片的温度在200-300℃之间；速凝薄片到达冷却接料桶8内进行三次冷却，之后，温度降至25-45℃，以获得高质量速凝合金材料。
钕铁硼磁粉是真空速凝合金材料的一种，本实用新型可以实现钕铁硼磁粉性能的大幅提升，例如，在以下各实施例中可以得到体现。
根据本实用新型，提供了一种强制热交换的装置，所述强制热交换装置包括：冷却辊、冷却模、冷却接料桶多级冷却装置。
所述的强制热交换装置的所述冷却辊使用材质为钨钼合金、金属钼、金属铜、铜合金中的一种或多种，优选钨钼合金或铜合金，因为钨钼合金或铜合金具有良好地热传导性；冷却辊为圆台形或圆柱形结构；冷却辊的转速可以实现无级变速；冷却辊内部设计有循环冷却系统；
所述的强制热交换装置的所述冷却模可用铜材、钢材、或其合金制成；
冷却模为V型结构，所述V型结构为两面板衔接制成，两面板的夹角的角度范围可调；
在两面板中，上面板的正面为带有锯齿的面，背面为带冷却装置面，下面板正面为光滑平面、背面为带冷却装置面；
冷却模内设置冷却装置，冷却模上面板和下面板设置有中空蛇形管道或中空冷却套，用于通冷却介质；
冷却模可以在X、Y、Z三轴方向移动，并可以上下、左右、前后振动，振动频率可调；
所述的强制热交换装置的所述冷却接料桶可用铸铁、钢材等制成，所述冷却接料桶周边设有冷却管；
所述冷却介质为水、水溶液、液氮、和/或矿物油等，优选为水，因为它价廉、无毒、不燃烧，物理化学性能稳定、冷却能力强；
本实用新型通过一种强制热交换的方法实施，该工艺方法包含以下步骤：
1)熔融合金液速凝：熔融合金液自熔化坩锅窄缝喷射到装有循环水冷装置的沿水平轴线快速旋转的冷却辊上。通过冷却辊的快速冷却，形成非晶或微晶的速凝带，沿冷却辊转动切线方向甩出。
2)速凝带的冷却、破碎：速凝带甩入冷却模，调节冷却模的位置及其振动频率至最佳，速凝带经冷却模破碎、分散冷却后成雪花状速凝薄片。
3)速凝薄片的再冷却:雪花状速凝薄片最终进入冷却接料桶再冷却。
在步骤1)中冷却辊的水压在1-8公斤，水流量在2-9吨/小时；冷却辊的进出水温差在1-8℃；冷却辊的线速度设置在10-65m/s之间，优选的为15-40m/s之间，根据产品成分、最终产品性能调节；熔融合金液接触冷却辊前温度为1350-1550℃之间，合金液到达冷却辊后以105-106℃/s的速率冷却形成非晶或微晶的速凝带。
在上述非晶或微晶的速凝带形成过程中如果合金温度过高，冷却辊的降温速度又有限，那么可能合金来不及冷却，喷出来的就可能是液态合金，但如果温度过低，其流动性不够，可能导致喷嘴或窄缝堵塞，所以，控制合金液温度是很重要的。本实用新型熔融合金液的温度范围为1350-1550℃是充分考虑了上述两个因素。
本实用新型中，冷却辊的线速度的设置考虑到其受到多方面因素的影响，如合金的成分、狭缝或喷嘴与冷却辊的距离、冷却辊的材质、冷却辊内的冷却介质及其流速等，轮速可根据诸多因素变化。
本实用新型中，冷却模的振动频率为5-80Hz之间，振动频率快慢会影响速凝带(片)的冷却速率，可以调节振动频率来控制速凝带(片)在冷却模的停留时间及分散冷却效果。
本实用新型中，在冷却辊上形成的速凝带温度为500-800℃之间，可通过控制冷却辊的水流量及转速实现；速凝带到达冷却模实现了二次冷却，形成速凝薄片，冷却后温度在200-300℃之间，可通过控制冷却模的振动频率实现； 速凝薄片又到达冷却接料桶实现了三次冷却，冷却后温度在25-45℃之间；通过控制每一次冷却的温度，可以使得非晶或微晶速凝带(片)不会粘连，不会产生蓝片且其微结构均匀一致，非晶或微晶速凝带(片)经后续工序晶化热处理后，可获得高质量产品。
上述所述整个过程都在充有保护气的氛围中进行，所述保护气是指氩气、氦气、氮气中的一种或多种；
由于速凝合金材料含有稀土等元素，其容易氧化，所以需要在保护气氛围中进行。
实施例1：钕铁硼磁粉型号1
本实施例中，强制热交换的条件为：合金液的温度为1445℃左右，冷却辊的线速度33m/s左右；冷却辊的水压在4公斤左右，水流量在5吨/小时左右；冷却辊进出水温差在2-5℃之间。速凝带自冷却辊1的切线甩出后到达冷却模2，移动冷却模2至位置最佳，冷却模2的振动频率在30Hz左右，经冷却模2初破碎及分散冷却后，速凝薄片到达冷却接料桶8内再冷却，速凝薄片经破碎机再次破碎成细磁粉，在退火炉中700℃左右退火8分钟后，用磁相振荡仪(VSM)测量其主要磁性能，采用扫描电镜(SEM)观察其平均晶粒尺寸。
下表为钕铁硼磁粉型号1性能表
实施例2：钕铁硼磁粉型号2
本实施例中，强制热交换的条件为：合金液的温度为1430℃左右，冷却辊的线速度28m/s左右；冷却辊的水压在4公斤左右，水流量在5吨/小时左右；冷却辊进出水温差在2-5℃之间。速凝带自冷却辊1的切线甩出后到达冷却模，移动冷却模2至位置最佳，冷却模的振动频率在40Hz左右，经冷却模2初破碎及分散冷却后，速凝片到达冷却接料桶8内再冷却，速凝片经破碎机再次破碎成细粉，在退火炉中700℃左右退火10分钟后，用磁相振荡仪(VSM)测量其主要磁性能，采用扫描电镜(SEM)观察其平均晶粒尺寸。
下表为钕铁硼磁粉型号2性能表
实施例3：钕铁硼磁粉型号3
本实施例中，强制热交换的条件为：合金液的温度为1450℃左右，冷却辊的线速度38m/s左右；冷却辊的水压在5公斤左右，水流量在6吨/小时左右；冷却辊进出水温差在2-5℃之间。速凝带自冷却辊1的切线甩出后到达冷却模2，移动冷却模2至位置最佳，冷却模2的振动频率在45HZ左右，经冷却模2初破碎及分散冷却后，速凝薄片到达冷却接料桶8内再冷却，速凝薄片经破碎机再次破碎成细磁粉，在退火炉中700℃左右退火6分钟后，用磁相振荡仪(VSM)测量其主要磁性能，采用扫描电镜(SEM)观察其平均晶粒尺寸。
下表为钕铁硼磁粉型号3性能表
上述列举的实施例旨在更进一步地阐述用本实用新型强制热交换装置及实施方法获得高性能速凝合金材料的可行性，而不对本实用新型的保护范围构成任何限制。
Claims (10)
1.一种强制进行热交换的装置，其特征在于，包括：
冷却辊，其为第一级冷却装置；
冷却模，其为第二级冷却装置；和
冷却接料桶，其为第三级冷却装置；所述冷却模设置在冷却辊的下游和冷却接料桶的上游。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却辊的上方设有容纳熔融合金液的坩埚，该坩埚的下端设有喷射窄缝或喷嘴。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却辊设有水平转轴和内部的循环冷却介质流通装置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却辊设有500-800℃的速凝带温度控制器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却模设有位置调节装置和振动频率调节装置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却模设有5-80Hz的振动频率控制器和/或200-300℃的第二次冷却温度控制器。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却接料桶的周边设有冷却管。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在冷却接料桶的外围，还设有接料桶冷却装置。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却接料桶处设有25-45℃的第三次冷却温度控制器。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，冷却辊设有
量程至少为1-8公斤的水压控制器；
量程至少为2-9吨/小时水流量控制器；
量程至少为1-8℃进出水温差控制器；
量程至少为10-65m/s的线速度控制器；
量程至少为1350-1550℃的冷却辊前的熔融合金液温度控制器；和/或
到达冷却辊后的量程至少为105-106℃/s的合金液冷却速率控制器。
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| CN103240397A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-08-14 | 江西江钨稀有金属新材料有限公司 | 一种强制热交换方法和装置 |
| CN103706770A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-04-09 | 北京工业大学 | 一种圆盘式单辊甩带制备非晶合金薄带的方法 |
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- 2013-05-27 CN CN2013202954439U patent/CN203316693U/zh not_active Expired - Lifetime
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