CN2680386Y - 非晶态合金薄带的压力侧铸装置 - Google Patents

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周少雄
卢志超
李德仁
高振
张宏浩
陆曹卫
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本实用新型涉及非晶态合金薄带的制备设备领域，特别适用于非晶态合金薄带的压力侧铸装置。该装置由冷却辊、喷嘴、热电偶组成，其特征是喷嘴的嘴缝方向与冷却辊的径向处于同一平面上，同时喷嘴的嘴缝方向与冷却辊的径向组成的平面与水平线的夹角上下各为≤15°。喷嘴顶端到冷却辊的距离为30－300um。合金喷出的压力为0.01－0.15MPa。本实用新型与现有技术相比具有利用合金熔液的重力抑制气体卷入到熔潭、形成气囊，减少应力集中，显著提高非晶态合金带材表面质量的优点。

Description

非晶态合金薄带的压力侧铸装置
技术领域
本实用新型涉及非晶态合金薄带的制备设备领域，特别适用于非晶态合金薄带的压力侧铸装置。
背景技术
在现有技术中，由于非晶态合金材料具有优异的软磁性能，从而得到了广泛的应用。因此，长久以来非晶态合金的批量、稳定、高质生产的设备研制都在不断地研究中。目前，非晶态合金薄带的制备技术主要有单辊快淬法和双辊快淬法两种。单辊快淬法由于其特别适用于批量生产，已被工业生产普遍采用。而在单辊快淬法中，按照制带时喷嘴喷出合金熔液的方向，又可分为顶铸法与底铸法等。现有顶铸方法及底铸方法都在工业生产上得到了广泛的应用。采用这两中方法目前基本都可满足工业生产的要求，但是生产过程中的稳定性有所不同。从结果看，底铸法具有优越性。首先，用该方法母合金熔化后可以直接用压力进行制带。其次，采用该方法制带压力易于控制。而采用顶铸底方法，若采用钢液高度作为压力，进行制带，有两个缺点，一是钢液的高度有限，压力有限；二是钢液的高度控制不易，压力控制难度大。若采用气压制带，可以解决压力问题，但在合金熔液注入到直接制带的喷嘴包内存在塞喷嘴的问题。要解决这个问题需要其它辅助装置，还会引入其它一些问题。由于这些问题，因此底铸方法具有更好的工业生产稳定性。
除了大量生产的稳定性问题外，非晶态合金薄带的表面质量问题也是生产上的关键问题。研究表明(中国专利00106498.3，美国专利US004221257)，影响带材表面质量的工艺因素除了喷嘴形状、辊嘴间距、辊速、制带压力、冷却辊的表面温度、冷却能力、带材的剥离距离以外，还有一个关键因素是喷嘴正下方合金熔液在冷却辊表面所形成的动态熔潭的形状。底铸和顶铸制备非晶态合金薄带的共同缺点是熔潭中易于卷入气体，在非晶态合金带材表面形成气囊，气囊内部容易发生局部晶化并产生应力，从而影响非晶态合金薄带的表面质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种利用熔潭的重力抑制气体卷入到熔潭，避免形成气囊，减少非晶态合金薄带内部应力集中，显著提高带材表面质量的非晶态合金薄带的压力侧铸装置。
根据上述目的，本实用新型的工作原理(附图1、附图2所示)是采用压力将非晶态合金熔液从侧面喷铸到冷却辊上。采用侧铸法喷带，喷嘴和冷却辊之间形成的熔潭受到来自两个方向力的作用。水平方向上熔潭受冷却辊表面的支持力N1和来自喷嘴气体的压力N，二者平衡。竖直方向上气体产生的冲击力F1必须首先克服熔潭钢液自身重力G，即熔潭所受冲击力F为：F＝F1-G，可见侧铸时熔潭所受冲击力小于顶铸和底铸时熔潭所受冲击力，故而气体不易被卷入熔潭并在薄带接触冷却辊的面上形成气囊。因此采用侧铸法制备非晶态合金薄带，其带材表面所形成的空气囊尺寸较小、空气囊总面积较小。空气囊的改善有助于减少应力集中提高带材韧性，同时使磁性和致密性得到改善。空气囊减小了非接触面积，有助于提高冷却速度。
为了充分利用重力的作用，本发明提供的侧铸位置在冷却辊径向水平的位置附近，该位置偏离冷却辊径向水平方向偏差不超过15度。当侧铸位置偏离冷却辊直径水平方向的角较大时，熔液的喷射方向和冷却辊表面切线方向的角度偏离90度较大，既不利于冷却辊和喷铸的熔液进行充分接触冷却，也容易产生大的空气囊。
根据上述目的和工作原理，我们所提出的技术方案为：
该压力侧铸装置，由冷却辊1、喷嘴2、热电偶3组成，其特征是喷嘴2的嘴缝方向与冷却辊1的径向处于同一平面上，同时喷嘴2的嘴缝方向与冷却辊1的径向组成的平面与水平线的夹角上下各为≤15°。
本实用新型另外的特征为：喷嘴2顶端到冷却辊1的距离为30-300um。
合金喷出的压力为0.01-0.15MPa。
本实用新型与现有技术相比由于采用侧铸装置制带，熔潭受到重力的作用，有利于抑制气体进入卷入到熔潭之中形成气囊，结果在非晶带材表面所形成的空气囊尺寸较小且空气囊总面积较小，空气囊的改善有助于减少应力集中，显著提高非晶态合金带材表面质量的优点。
附图说明
图1为本实用新型的非晶态合金薄带压力侧铸装置的结构示意图。
图2为本实用新型的非晶态合金薄带压力侧铸时熔潭受力示意图。
在上述附图，1为冷却辊，2为喷嘴，3为热电偶，4为非晶态合金薄带，5剥离气体喷嘴，6为合金熔液，箭头P为气体压力方向，箭头a为剥离距离，箭头b为压力侧铸时将熔融的非晶母合金钢液喷到快速转动的冷却辊上的方向。N1为水平方向上熔潭受冷却辊表面的支持力，N为来自喷嘴气体的压力。F1为竖直方向上气体产生的冲击力，G为熔潭钢液自身重力，F＝F1-G，F为熔潭所受冲击力，箭头c为喷嘴距离。
具体实施方式
该压力侧铸装置，由冷却辊1、喷嘴2、热电偶3组成，其中喷嘴2的嘴缝方向与冷却辊1的径向处于同一平面上，同时喷嘴2的嘴缝方向与冷却辊1的径向组成的平面与水平线的夹角上下各为15°。
本实用新型和现有技术采用的非晶态合金薄带材料成分均为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，分别采用本实用新型的压力侧铸装置和现有技术顶铸、底铸的装置和相同的工艺参数进行对比实验，制备非晶态合金薄带的具体工艺参数列于表1。采用相同工艺参数，侧铸、顶铸和底铸装置制备非晶态合金薄带具有相同的厚度。实验结果表明，相同厚度的非晶态合金带材，当制备装置不同时，非晶态合金薄带的表面质量有明显的差异，具体实验结果列于表2。表2中，序号为1-3#为采用本发明侧铸装置制备的非晶态合金薄带，4-6#为采用顶铸装置制备的非晶态合金薄带，7-9#为采用底铸装置制备的非晶态合金薄带。对比可见，采用侧铸装置制备的非晶态合金薄带的表面质量明显好于顶铸的和底铸装置制备的。
表1本发明实施例非晶态薄带压力侧铸与现有技术顶铸、底铸工艺参数表
序号   合金(at％)   辊嘴间距(um)   制带压力(Mpa)   冷却辊周向速度(m/s)   冷却辊温度(℃)   喷嘴宽度(mm)   剥离距离(mm)
  1   Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   60   0.06   20   80   0.4   300
  2   Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   120   0.05   25   150   0.4   500
  3   Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   200   0.02   35   180   0.5   1000
表2本发明压力侧铸装置与现有技术顶铸、底铸装置制备非晶态合金薄带表面质量对比表
     性能序号     合金(at％)   带材厚度(um)   薄带表面质量
    本发明侧铸装置 1 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 20 连续
  2     Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   25   连续
3 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 30 连续
    顶铸装置   1     Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   20   不连续，有气孔
  2     Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   25   不连续，有气孔
3 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 30 不连续，表面粗糙
    底铸装置   1     Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   20   不连续，有气孔
  2     Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9   25   不连续，有气孔
3 Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 30 不连续，表面粗糙

Claims (3)

1、非晶态合金薄带的压力侧铸装置，由冷却辊(1)、喷嘴(2)、热电偶(3)组成，其特征是喷嘴(2)的嘴缝方向与冷却辊(1)的径向处于同一平面上，同时喷嘴(2)的嘴缝方向与冷却辊(1)的径向组成的平面与水平线的夹角上下各为≤15°。
2、根据权利要求1所述的压力侧铸装置，其特征在于喷嘴(2)顶端到冷却辊(1)的距离为30-300um。
3、根据权利要求1所述的压力侧铸装置，其特征在于合金喷出的压力为0.01-0.15MPa。
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