柱塞式等液位壓力非晶制帶機的製作方法

2023-12-02 12:43:26

專利名稱：柱塞式等液位壓力非晶制帶機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於製造非晶合金或非晶納米晶軟磁合金的制帶設備，特別涉及一種柱塞式等液位壓カ非晶制帶機。
背景技術：
自1960年美國guwez教授發明了用快淬エ藝(冷卻速度在106°C /s)製備Au-Si系列非晶態合金以來，由於其組織結構、高效的製備エ藝、優異的材料性能一直受到材料物理學家和產業界的特別關注。1979年美國Allied-Signal公司開發出非晶合金寬帶快淬技術，使非晶合金帶材大生產成為可能。1989年美國Allied-Signal公司已具備年產量達6萬噸非晶帶的生產能力，其中代表牌號為2605S-2，成分為Fe78Si9B13。目前國內年需求量達10萬噸已上。1988年日本日立金屬株式會社的吉澤克仁研發了高導磁納米晶粒的軟磁合金，典型成分為Fe73. 5CulNb3Sil3. 5B9。目前國內年產量可達5000t以上。非晶納米晶合金因具有高初導高飽和磁感應，低矯頑カ低損耗等優異性能，成為目前市場上的佼佼者。但隨著電子電カ產品的發展，特別是各種變壓器用鐵芯在損耗方面提出了高要求。在工程上估算渦流損耗的公式為Pe c^c k δ 2/ P式中δ為材料的厚度，P為材料的電阻率為此降低渦流損耗的有效途徑是減低材料的厚度。所以近年來國內外開展了研發噴制非晶納米晶薄帶的エ藝和設備，該噴帶機通稱為壓カ噴帶機。非晶納米晶軟磁合金帶一般的生產エ藝是採用真空感應爐或非真空感應爐冶煉非晶納米晶的母合金，用母合金再經非真空感應爐重熔，通過噴帶機的噴嘴包噴到冷卻輥上製成非晶帶。普通非晶帶制帶機通常分為兩種，兩包法和三包法，如圖1、2。圖I中的11是非真空感應爐12是加裝噴嘴的噴嘴包，噴嘴包採用電阻絲加熱起到保溫作用，感應爐感應磁場當使鋼液溫度達到一定溫度時注入噴嘴包內，鋼液通過噴嘴由鋼液的自重注入冷卻輥噴出非晶帶，由於液面高度不高只能生產大於30um的非晶帶。圖2是三包法的普通噴帶機，21為非真空感應爐、22為中間包、23為由感應爐注入的鋼液、25為碳矽棒加熱電阻，由於採用碳矽棒加熱保溫較高，由於採用中間包、鋼液在包中可使雜質上浮，有利提高鋼帶質量。普通噴帶機的噴帶壓力是靠噴嘴包中的鋼液自重產生的。一般液面高約為200mm，產生的壓カ約O. 15kg/cm2.噴制的非晶帶厚度平均為33 μ m,噴嘴的嘴縫寬為O. 7-0. 8mm,噴嘴與冷卻輥的距離約O. 1mm，為了保持噴帶的壓力、感應爐要不斷的向噴包內注入鋼液，通常姆次注入量為5-8kg。目前國內大量的非晶帶都是由普通制帶機完成的。而非晶薄帶年產量不超過400to國內外研發的壓カ噴帶機如圖3、4、5、6。[0012]圖3 31為觀察孔、32為氣體施壓接ロ、33為耐火材料制的坩堝、34為感應圏、35為塞杆、36為加熱棒、37為冷卻輥。工作時先把母合金加入坩堝內，密封，感應加熱，當母合金熔化達到溫度時，拉開塞杆使鋼液流向冷卻輥噴帯。圖3為俄羅斯非晶合金壓カ噴帶機，該機的噴嘴包是密封的，在噴帶的過程中是依靠不斷増加惰性氣體的壓カ來保持噴帶的壓カ的。但單位時間噴出的帶量不易度量，所以跟蹤調節惰性氣體的壓カ值有一定的難度。該設備母合金是在噴嘴包內通過感應加熱來熔化的。感應的磁場會導致噴嘴包支撐部分的金屬材料由於磁滯伸縮使尺寸可能改變，所以噴嘴和冷卻輥的距離會受到影響，因此也就影響了噴制出的非晶帶厚度的一致性。這種制帶機固定噴嘴部位及塞杆均用精細的石墨製成，而每噴ー爐帶，這部分就需要更換ー次，所以費用較大。另外該噴帶機在噴帶過程中在噴嘴包內不能補加鋼液，所以ー爐的噴帶量有局限性。圖4中41為冷卻輥、42為石英噴嘴、43為密封的可伸縮的波紋管用於調整輥縫、44為抽真空管道、45為石英管、46為施加壓カ管道、47為感應加熱感應圏、48為真空爐爐 體、49為坩堝、410為裝入母合金熔化的鋼液，工作時母合金裝入坩堝內，密封，感應加熱，當鋼液溫度達到時，施加壓カ鋼液從石英管噴向冷卻輥噴帯。圖4是德國非晶壓カ制帶機的示意圖。該設備早在2002年便被我國山西引進了。但目前尚未運行。2009年北京某公司也引進了該技術，但設備還在調試中。該機的特點是下噴式，理論上帯在冷卻輥上包角大，冷卻效果好。如果採用自動收帶機收帶便於建立張力。由於母合金是在真空下重熔，除氣效果好。該設備在調試中發現，由於母合金採用感應加熱重熔，噴嘴與冷卻輥的距離很難穩定，與圖3—祥。另外由於採用下噴，坩堝必須插入帶噴嘴的導管(一般用石英管)，噴帶時向爐內施加壓力，使鋼液從管內噴向冷卻輥。使用中石英管炸裂是時有發生的。因噴嘴不易提溫存在著噴帶時堵嘴或帶表面不良的問題。另外該設備造價高，消耗大，操作困難也是客觀存在的。圖5由非真空感應爐把母合金熔化，當溫度達到時，通過燒鋼ロ 51注入噴咀包56內，由移動塞杆511，鋼液通過水口 57經噴咀59到達冷卻輥實現噴帶，其中碳矽棒55是加熱保溫功能，噴帶的壓由鋼液高度和施加氣壓組成。圖5是北京研發的電阻加熱式壓カ噴帶機，該機是國內已形成產業化的非晶薄帶制帶機，該機由非真空感應爐重熔母合金達到一定溫度時，把鋼液注入到噴嘴包內，再密封噴嘴包。噴帶時用惰性氣體施加壓力，提升塞杆，調節輥縫噴帯。但由於採用氣體壓カ噴帶，噴嘴包是密封的，在噴帶的過程中不能補加鋼液，所以每爐噴帶量是有限的。圖6 61為觀察孔、62為加壓管道、63為噴嘴包、64為噴嘴包的碳矽部分、65為噴嘴包石墨部分、66為感應圏、67為移動噴嘴包的託盤、68為噴嘴、69為塞杆、610為冷卻輥，工作時把母合金放入噴嘴包內加蓋密封，由加壓管通入氬氣，將感應圈66通電，用電磁感應加熱，由移動噴嘴包的託盤67調整輥縫即噴嘴和冷卻輥的距離，當溫度達到時，拉動塞杆69噴帶，隨著鋼液下降調整氣壓。圖6是國內研發的ー種非晶壓カ制帶機。該機從原理上和俄羅斯設計的壓カ噴帶機相似，該機的噴嘴包採用石墨和碳化矽兩體構成。由於鋼液接觸部位是由石墨構成的，鋼液對石墨的溶蝕較大，而大量的碳溶到鋼液中會汙染鋼液，影響非晶帶的磁性能。由於在噴嘴包內採用感應加熱重熔母合金，所以也存在著輥縫間隙不穩定的問題，目前該技術尚未成熟。
發明內容本實用新型針對上述現有技術的不足，提供一種產量高、質量好、操作方便的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機。本實用新型的技術方案是柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，包括非真空感應爐71、壓カ傳感器72、流鋼槽73、液面高度測量儀74、噴嘴包75、加熱碳矽棒76、冷卻輥77、柱塞78、柱塞升降杆79、磁尺710、升降電機711、操作臺712，其特徵在於在噴嘴包75設置柱塞78和液面高度測量儀74，柱塞78隨噴嘴包75內的液面升降上下移動，柱塞78與柱塞升降杆79連接，在柱塞升降杆79上設有磁尺710，升降電機711控制柱塞升降杆79。所述柱塞升降杆79手動控制或自動控制。所述噴嘴包75內液面高度400mm至450_。所述噴嘴包75採用碳矽棒76加熱。所述柱塞78為密度適中的木棒，充分烘乾後表面塗耐大於或等於1700攝氏度的塗層。所述非真空感應爐71可用兩臺同時為噴嘴包75內補充鋼液。所述噴嘴包75噴出壓カ為O. 3-0. 4kg/cm2。本實用新型的優點效果是該柱塞式等液位壓カ非晶制帶機不採用氣體壓カ控制噴帶的壓力，而是塞杆的位移保持鋼液的液面高度來實現等壓カ噴帶的。本實用新型是在噴帶的過程中可不斷補充噴嘴包中的鋼液，甚至可以用兩臺非真空感應爐分別往噴嘴包內補充鋼液，所以一次的噴帶量可以很大，一般可達400kg以上，目前在國內還是空前的。本實用新型是便於等壓カ人工操作，因噴嘴包的液面高度肉眼可以觀測，便於隨時調節塞杆的進給量從而保持液面高度，其他氣體壓カ噴帶機噴嘴包是密封的，液面高度存在測不準的問題，所以調節氣壓跟蹤保持噴帶恆壓カ的誤差也比較大。本實用新型噴帶機的噴嘴包用炭矽棒加熱，而噴嘴包鋼液的平面面積較小，易保持溫度的均勻性，和其它氣體壓カ噴帶機噴嘴包用感應加熱相比，噴嘴和冷卻輥的間距是穩定的。本實用新型的噴帶機設計塞杆調節鋼液量大於22kg，如果噴200kg的鋼液，翻爐補充鋼液的次數為7-8次，而普通噴帶機噴200kg所需翻爐補充次數約30次。由於鋼液暴露空氣中的面積較大，鋼液氧化加劇。

圖I為單棍法(單包)結構示意圖圖2為單棍法(三包)結構示意圖圖3為俄羅斯非晶合金壓カ噴帶機圖4為德國非晶合金壓カ噴帶機圖5為國內電阻加熱式壓力噴帶機圖6為國內感應加熱式非晶合金壓カ噴帶機圖7為本實用新型柱塞式等液位壓カ非晶制帶機的結構示意圖附圖標示[0039]11為非真空感應爐、12為噴嘴包、13為感應圏、14為鋼液、15為旋轉方向、16為非
晶合金。21為非真空感應爐、22為中間包、23為鋼液、24為噴嘴包、25為碳矽棒加熱電阻。31為觀察孔、32為氣體施壓接ロ、33為耐火材料制的坩堝、34為感應圏、35為塞杆、36為加熱棒、37為冷卻輥。41為冷卻輥、42為石英噴嘴、43為波紋管、44為抽真空管道、45為石英管、46為壓力管道、47為感應加熱感應圏、48為真空爐爐體、49為坩堝、410為鋼液。51為燒鋼ロ、55為碳矽棒、56為噴嘴包、57為水口、59為噴嘴、511為移動塞杆。61為觀察孔、62為加壓管道、63為噴嘴包、64為噴嘴包的碳娃部分、65為噴嘴包石墨部分、66為感應圏、67為移動噴嘴包的託盤、68為噴嘴、69為塞杆、610為冷卻輥。 71為非真空感應爐、72為壓カ傳感器、73為流鋼槽、74為液面高度測量儀、75為噴嘴包、76為加熱碳矽棒、77為冷卻輥、78為柱塞、79為柱塞升降杆、710為磁尺、711為升降電機、712為操作臺。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進ー步的說明。圖7為本實用新型的ー種具體實施例。柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，包括非真空感應爐71、壓カ傳感器72、流鋼槽73、液面高度測量儀74、噴嘴包75、加熱碳矽棒76、冷卻輥77、柱塞78、柱塞升降杆79、磁尺710、升降電機711、操作臺712，其特徵在於在噴嘴包75設置柱塞78和液面高度測量儀74，柱塞78隨噴嘴包75內的液面升降上下移動，柱塞78與柱塞升降杆79連接，在柱塞升降杆79上設有磁尺710，升降電機711控制柱塞升降杆79。所述柱塞升降杆79手動控制或自動控制。所述噴嘴包75內液面高度400mm至450_。所述噴嘴包75採用碳娃棒76加熱。所述柱塞78為密度適中的木棒，充分烘乾後表面塗耐大於或等於1700攝氏度的塗層。所述非真空感應爐71可用兩臺同時為噴嘴包5內補充鋼液。所述噴嘴包75噴出壓カ為O. 3-0. 4kg/cm2。本實用新型具體實施例一設備參數非真空感應爐裝入量200kg噴嘴包參數容積12x16x45cm材質炭化娃噴嘴材質BN塞杆材質用密度適中的木棒經200攝氏度48小時的烘烤，表面塗矽熔膠+鋯英粉，再經200攝氏度48小時烘烤，尺寸Φ 11x50cm冷卻棍材質CrZrCu尺寸Φ60χ20αιι冷卻水壓力I. 8MPa噴帶牌號1Κ107[0063]母合金成分Cul. 3Si7. 72B1. 99Nb5. 5Fe 餘設計噴帶尺寸厚度25 μ m寬20mm噴嘴尺寸嘴縫寬O. 5mm長20_冷卻棍速度32m/s操作手動檢驗水壓、冷卻輥轉速，塞杆位移，翻爐動作中頻電源裝爐將200kg母合金小於8cm3的塊裝入非真空感應爐的坩堝內，通冷卻水送電50kw、IOOkwλ180kw感應爐送電20分鐘後將噴帶機噴嘴包送電當噴嘴顏色暗紅時，把噴嘴包轉到冷卻輥上，調整噴嘴縫與輥的軸線平行，嘴平面與輥平行。調節輥縫為O. 2mm。轉動塞杆，調整塞杆升降確認無誤將塞杆噴嘴包轉回原位，並將噴嘴兜上保溫棉提溫。當鋼液溫度達1380°C時，將噴嘴包塞杆轉動到位，對準啟帶風嘴和流鋼槽。啟動冷卻輥通水通風當爐溫達到1400°C時翻爐塞杆調到最高點當噴嘴液面上升到41cm時停止注鋼，使塞杆接觸鋼液面，這時不斷測量帶厚，同時調節輥縫，當帶厚達到25 μ m固定輥縫，同時調節塞杆跟蹤噴嘴包的液面高度，當塞杆下降33cm時，開始第二次注鋼，同時提升塞杆。根據注鋼速度控制塞杆上升速度。當塞杆上升到41cm時停止注鋼。隨噴帶進行，再下降塞杆，這樣往復(約6次)當下降塞杆不能保證液面高度吋，開始微提升噴嘴包。測量帶厚，使帶厚在30-31 μ m之間，當噴嘴包液面高度下降小於20cm時，提升塞杆移動噴嘴包體，轉動噴嘴包，將餘液流入石墨堝內，斷開冷卻輥電源和啟帶風,停止中頻電源。收帶，帶厚25μ m,波動 2 μ m,寬 21mm,計 170kg, 33-31 μ m 計 19kg,產品 10kg,表
面良好。本實用新型具體實施例ニ 噴帶牌號2605S_2母合金成分Si5.14B2. 65Fe 餘密度7.18g/cm3設計噴帶尺寸25μηι寬100_噴嘴尺寸噴嘴寬O. 5mm長IOOmm冷卻輥速度32m/s操作手動相關操作同噴1K107有關差別澆注溫為1380°C噴嘴液面高度控制42cm以上是對本實用新型所提供的具體實施例結構進行了詳細介紹，本實施例只是用於幫助理解本實用新型的設計方法和核心思想，同吋，對本領域技術人員，依據本實用新型的思想設計的本質相同的，均在本實用新型保護範圍之內。綜上所述，本說明書內容不能理 解為對本實用新型的限制。
權利要求1.柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，包括非真空感應爐(71)、壓カ傳感器(72)、流鋼槽(73)、液面高度測量儀(74)、噴嘴包(75)、加熱碳矽棒(76)、冷卻輥(77)、柱塞(78)、柱塞升降杆(79)、磁尺(710)、升降電機(711)、操作臺(712)，其特徵在於在噴嘴包(75)設置柱塞(78)和液面高度測量儀(74)，柱塞(78)隨噴嘴包(75)內的液面升降上下移動，柱塞(78)與柱塞升降杆(79)連接，在柱塞升降杆(79)上設有磁尺(710)，升降電機(711)控制柱塞升降杆(79)。
2.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在於所述柱塞升降杆(79)手動控制和或自動控制。
3.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在於所述噴嘴包(75)內液面高度400mm至450mm。
4.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在於所述噴嘴包(75)採用碳娃棒(76)カロ熱。
5.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在幹所述柱塞(78)為密度適中的木棒，充分烘乾後表面塗耐大於或等於1700攝氏度的塗層。
6.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在於所述非真空感應爐(71)為兩臺同時為噴嘴包(75)內補充鋼液。
7.根據權利要求I所述的柱塞式等液位壓カ非晶制帶機，其特徵在於所述噴嘴包(75)噴出壓カ為 O. 3-0. 4kg/cm2。
專利摘要本實用新型公開了一種本柱塞式等液位壓力非晶制帶機是利用液位高度產生0.3-0.4kg/cm2的壓力噴制小於30μm的非晶及非晶納米晶的帶，用移動柱塞保持液位高度。本柱塞式等液位壓力非晶制帶機包括非真空感應爐(71)、壓力傳感器(72)、流鋼槽(73)、液面高度測量儀(74)、噴嘴包(75)、加熱碳矽棒(76)、冷卻輥(77)、柱塞(78)、柱塞升降杆(79)、磁尺(710)、升降電機(711)，本實用新型的優點效果本柱塞式等液位壓力非晶制帶機壓力準確、操作方便，與用氣體施加壓力的噴帶機相比具有成本低、產量大的特點。
文檔編號B22D11/06GK202461467SQ20112046245
公開日2012年10月3日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者尹娜, 郭婧儒, 郭莉 申請人:滕州高科康納合金材料有限公司