合金快速凝固設備及利用該設備進行合金快速凝固的方法技術

本發明專利技術提供了一種合金快速凝固設備。該設備包括爐體、感應線圈、坩堝、底部連接噴嘴的中間包、冷卻輥裝置以及控制中心；坩堝位于感應線圈內部并且與感應線圈固定連接，感應線圈在轉動裝置作用下能夠感應線圈繞水平軸轉動；中間包通過支撐裝置懸空安裝，支撐裝置設置重量傳感器；工作狀態時，在重力作用下中間包與中間包內的合金液對支撐裝置產生壓力，重量傳感器檢測到該壓力信號并將其傳送至控制中心，控制中心將其與設定的參考值進行比較，以控制轉動裝置，從而調整坩堝傾倒角度，使單位時間內澆注的合金液量保持穩定，因此整個快速凝固過程處于相對平衡的狀態，從而提高了制造過程中產品性能的一致性和質量。

【技術實現步驟摘要】
合金快速凝固設備及利用該設備進行合金快速凝固的方法
本專利技術涉及使熔融金屬合金快速凝固的冶金設備
，尤其涉及一種合金快速凝固設備以及利用該設備進行合金快速凝固的方法。
技術介紹
金屬合金的制造工藝通常包括組分配比、熔煉、凝固、熱處理等過程。具體而言，包括將兩種或更多種的金屬(如鐵、銅、鎳等)和非金屬(如碳、硼)等元素按照一定成分配比，在高溫下熔化成液態，再經過自然或強制降溫過程，凝固成塊狀或其它形狀的制品。其中，凝固是指金屬合金由液態向固態轉變，是一種相變過程。在多數情況下，金屬凝固是晶體或晶粒的生成和長大的過程。另外，金屬凝固過程還伴隨著體積變化、氣體脫溶和元素偏析等現象，故該過程不但決定合金的結構、組織和性能，而且還影響后期的塑性加工和熱處理。為便于制造各類不同形狀的電子或機械元件，除鑄造等少數工藝外，大部分塊體金屬首先要粉碎成顆粒、條帶或薄片等形狀，再經過燒結或粘結等過程成型，最后加工成為所需的電子或機械元件。關于將大塊金屬破碎成顆粒的方法，早期采用簡單的機械破碎法，但這種方法帶來的殘余應力很大，而且很難保證粒度均勻；后來發展了加鋼球和液態介質的球磨、利用高壓氣流使得物料互相撞擊的氣流磨、針對稀土合金的吸氫破碎等方法。其中，采用熔體快淬技術將熔融狀態的合金液噴射到水冷的旋轉輪盤上，可以很容易地獲得顆粒、條帶或薄片等形狀的合金。而且，由于這種方法具有極高的冷卻速度(每秒約一百萬度)，可獲得慢冷過程無法制備的非晶態金屬，該類材料在電磁性能和機械性能方面顯著不同與晶態金屬。根據成分和用途的不同，可以用熔體快淬法制造的功能材料主要有：作為永磁材料的含釹或鐠的稀土合金、作為熱電材料的鉍系合金、作為開關觸頭材料的銅鉻合金、作為軟磁材料的鐵鎳合金、作為結構材料的鎂合金等。按照抗氧化能力的不同，合金的熔煉選擇在空氣、惰性氣氛保護或真空中進行，如銅合金或鎳合金可以在空氣中，而稀土合金、鎂合金等必須在真空或惰性氣氛保護的熔煉爐中。除合金成分以外，冷卻輪盤的旋轉速度、合金液流的流速等工藝參數均會影響合金粉末的形態及性能。專利號為ZL92105431.9的中國專利技術專利《真空快淬爐》公開了一種帶冷卻輥的制造金屬粉末的裝置。它包含真空殼體、熔煉爐、噴嘴包、噴嘴、快淬輥，以及用于移動噴嘴包以及調節噴嘴與快淬輥之間間距的噴嘴包移動和控制機構，爐殼分為固定和可移動的兩部分。專利號為ZL200810060511.7的中國專利技術專利《一種各向異性復相稀土永磁快淬帶的制備方法》公開了一種各向異性復相稀土永磁快淬帶的制備方法，在輥面形成一層具有(0002)面織構的鈷或鈷的固溶體，復相稀土永磁材料的硬磁相R2T14M在快淬凝固過程中易磁化軸取向受到具有織構輥面的誘導。公開號為CN101722311A的中國專利技術專利《感應溢流快淬法與設備》公開了一種用于生產快淬釹鐵硼磁粉的感應溢流快淬方法與設備，采用中頻感應加熱，將原料或釹鐵硼合金錠熔化成合金液，然后以一定的速度傾倒在一個特殊設計的中間包內，合金通過中間包的溢流口至一個高速旋轉的水冷鉬輪或銅輪上，快速冷卻形成釹鐵硼快淬薄帶。公開號為CN1517659A的中國專利技術專利《真空熔煉速凝爐》公開了一種用于生產釹鐵硼稀土永磁合金材料及稀土儲氫合金材料的真空熔煉速凝爐，包括真空系統、真空爐殼、感應加熱器線圈、坩堝、中間包和轉輪，其特征在于真空爐殼內的轉輪側面設有滾筒，滾筒外壁包覆冷卻裝置。上述專利所涉及的設備或工藝，均是將熔融的合金液噴射或傾倒于冷卻輥進行快速凝固，合金液的噴射壓力、傾倒速度，以及冷卻輥的線速度等參數可以調節。需指出的是，熔融狀態的合金液溫度很高，例如鐵基合金熔點在1500度左右，接觸冷卻輥的瞬間即放出巨大的熱量。快速凝固合金質量的關鍵參數之一為冷卻速度，其與合金液溫度、合金液到冷卻輥的距離、冷卻輥表面溫度、冷卻輥旋轉速度、合金液澆注速度等因素密切相關。其中，前幾項因素容易控制，如可通過熱電偶或紅外測溫儀檢測將合金液溫度保持在熔點附近；可通過不同結構和尺寸的中間包調整合金液到冷卻輥的距離，；可由通入的冷卻水溫度調節冷卻輥表面溫度；可通過與之相連的旋轉電機調節冷卻輥旋轉速度等。但是，要準確控制合金液澆注速度卻很困難。對于小型的合金快速凝固設備，一次熔煉的合金只有十多克或至多幾公斤，由于合金密度大(如鐵合金密度大于7克每立方厘米)故體積小，相應的合金液澆注或噴射的時間只有幾秒或至多一二分鐘，此時合金液的澆注速度對制品性能的影響不大。但對于大型的、批量制造用途的合金快速凝固設備，由于熔煉的合金質量巨大(如100公斤甚至1噸)，這種情況下，單爐次的合金液澆注或噴射時間就可延長數十分鐘。如果再采用連續進出料設計，相應的噴射時間更是可能長達數小時或更多。因此，控制合金液澆注速度尤為重要，否則就容易出現澆注過程中前段、中段和后段的合金粉末冷卻效果不一，影響批量制品性能的一致性與穩定性。合金熔煉通常在坩堝中進行，其結構為帶底的杯狀或碗狀。通過調節坩堝的傾倒角度控制合金液的澆注速度即單位時間內的合金液澆注量。與坩堝連接的機械結構可以采用由比例液壓閥驅動的液壓桿或由電機驅動的齒輪。控制部分通常采用PID調節器或可編程序控制器，將坩堝整體傾倒角度(0至90度)分成若干段，每段有相應的目標角度和變化時間，從而逐步將坩堝內的合金液倒出。對合金液單調增加或減少的過程，這種控制方式比較有效，但如果合金液變化較復雜，只能通過多次試驗總結，劃分更多的分段來適應，但是仍然無法實現實時調控。這種傾倒方式的另一個困難在于，單位時間內合金液的流量不僅與坩堝的傾倒角度有關，還與坩堝內合金液的液面高度相關。當液面處于高位時，坩堝傾倒角度小即可流出；當液面處于低位時，坩堝傾倒角度大才能流出，而且二者之間并非簡單的線性關系。隨著合金液的倒出，坩堝內合金液的液面高度處于變化狀態。對于合金原料質量不變的單爐次情況，合金液面高度可視為逐步下降；但對于中途加料或連續加料等情況，則合金液面高度變化較復雜，坩堝的傾倒角度需要實時調控，因此，要維持整個傾倒階段內合金液的澆注速度穩定，控制更加復雜。
技術實現思路
本專利技術的技術目的是針對上述現有技術的不足，提供一種合金快速凝固設備，利用該設備能夠控制合金液以穩定的速度澆注在冷卻裝置上，從而得到質量均勻、性能穩定的合金制品。本專利技術實現上述技術目的所采用的技術方案為：一種合金快速凝固設備，包括爐體、感應線圈、坩堝、底部連接噴嘴的中間包以及冷卻輥裝置，坩堝內的合金在感應線圈作用下熔融為液體后流入中間包，經噴嘴澆注在冷卻輥裝置上發生凝固；其特征是：所述的坩堝位于感應線圈內部，并且與感應線圈固定連接；所述的感應線圈連接轉動裝置，該轉動裝置用于使感應線圈繞水平軸轉動，帶動坩堝傾倒，合金液流出；所述的中間包通過支撐裝置懸空安裝，所述的支撐裝置包括支架與支撐桿，支撐桿一端與支架相連接，另一端用于支撐坩堝，使坩堝懸空固定；支架上設置重量傳感器，其位于支撐桿的兩端之間，并且與支撐桿相接觸；所述的合金快速凝固設備還包括控制中心；工作狀態時，在重力作用下中間包與中間包內的合金液對支撐桿產生壓力，重量傳感器檢測到該壓力信號并將其傳送至控制中心，控制中心將其與設定的參考值進行比較，以控制轉動裝置。作為一種實現方式，所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種合金快速凝固設備，包括爐體、感應線圈、坩堝、底部連接噴嘴的中間包以及冷卻輥裝置，坩堝內的合金在感應線圈作用下熔融為液體后流入中間包，經噴嘴澆注在冷卻輥裝置上發生凝固；其特征是：所述的坩堝位于感應線圈內部，并且與感應線圈固定連接；所述的感應線圈連接轉動裝置，該轉動裝置用于使感應線圈繞水平軸轉動，帶動坩堝傾倒，合金液流出；所述的中間包通過支撐裝置懸空安裝，所述的支撐裝置包括支架與支撐桿，支撐桿一端與支架相連接，另一端用于支撐坩堝，使坩堝懸空固定；支架上設置重量傳感器，其位于支撐桿的兩端之間，并且與支撐桿相接觸；所述的合金快速凝固設備還包括控制中心；工作狀態時，在重力作用下中間包與中間包內的合金液對支撐桿產生壓力，重量傳感器檢測到該壓力信號并將其傳送至控制中心，控制中心將其與設定的參考值進行比較，以控制轉動裝置。

【技術特征摘要】
1.一種合金快速凝固設備，包括爐體、感應線圈、坩堝、底部連接噴嘴的中間包以及冷卻輥裝置，坩堝內的合金在感應線圈作用下熔融為液體后流入中間包，經噴嘴澆注在冷卻輥裝置上發生凝固；其特征是：所述的坩堝位于感應線圈內部，并且與感應線圈固定連接；所述的感應線圈連接轉動裝置，該轉動裝置用于使感應線圈繞水平軸轉動，帶動坩堝傾倒，合金液流出；所述的中間包通過支撐裝置懸空安裝，所述的支撐裝置包括支架與支撐桿，支撐桿一端與支架相連接，另一端用于支撐坩堝，使坩堝懸空固定；支架上設置重量傳感器，其位于支撐桿的兩端之間，并且與支撐桿相接觸；所述的合金快速凝固設備還包括控制中心；工作狀態時，在重力作用下中間包與中間包內的合金液對支撐桿產生壓力，重量傳感器檢測到壓力信號并將其傳送至控制中心，控制中心將其與設定的參考值進行比較，以控制轉動裝置，使單位時間內澆注的合金液量保持穩定。2.如權利要求1所述的合金快速凝固設備，其特征是：所述的轉動裝置由主動齒輪、從動齒輪、連桿以及旋轉電機組成；連桿一端與感應線圈連接，另一端與從動齒輪連接；在旋轉電機驅動下主動齒輪轉動，帶動從動齒輪轉動，連桿隨之轉動，從而使感應線圈發生轉動。3.如權利要求1所述的合金快速凝固設備，其特征是：所述的轉動裝置由主動蝸桿、從動蝸輪、連桿以及旋轉電機組成；連桿一端與感應線圈連接，另一端與從動蝸輪連接；主動蝸桿的齒槽形狀與從動蝸輪相匹配，在旋轉電機驅動下主動蝸桿進行直線或轉動運動，帶動從動蝸輪轉動，連桿隨之轉動，從而使感應線圈發生轉動。4.如權利要求1所述的合金快速凝固設備，其特征是：所述的轉動裝置由旋軸器以及連桿...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林旻，李東，閆阿儒，胡晨，李兆婧，裴坤，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33