[發(fā)明專利]一種生產(chǎn)非晶納米晶軟磁材料的冷卻輥裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310324152.2
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103418764A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 嚴密;郭茜
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料加工及傳熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生產(chǎn)非晶納米晶軟磁材料的冷卻輥裝置。

技術(shù)背景

非晶合金是近幾十年來國際上發(fā)展非常熱門且極具戰(zhàn)略性意義的新型材料之一。目前工業(yè)生產(chǎn)上多采用單輥旋轉(zhuǎn)噴注法來制備非晶帶材。單輥法制備非晶薄帶的過程具體陳述如下：母合金在增禍內(nèi)加熱熔化，達到一定過熱度Tm+△T(Tm為金屬熔點，△T為過熱度)后充入氫氣或氮氣，當噴嘴壓力大于狹縫對熔融合金的表面張力時，熔融金屬就通過噴嘴噴出，經(jīng)與輥面之間的間隙，到達快速旋轉(zhuǎn)的輥面形成熔潭，熔融金屬熔潭被高速旋轉(zhuǎn)的輥輪拖拽形成金屬薄帶，熱量經(jīng)輥套被流動的冷卻水帶走，薄帶在輥面上迅速冷卻，并借助離心力的作用被拋出輥面，拖拽、冷卻連續(xù)進行直至鉗鍋內(nèi)的熔融金屬流完。

由此可知，該生產(chǎn)工藝對冷卻輥面溫度要求嚴格，因為輥面與熔融金屬直接接觸，決定著金屬的冷卻速度和成型質(zhì)量。一般情況下，當熔融金屬凝固時釋放的熱量不能及時由冷卻輥套外表面?zhèn)髦羶?nèi)表面而后被冷卻水帶走，將會導致輥套表面溫度升高，金屬液的冷卻速度下降，最終得不到非晶組織；此外，由于冷卻輥套中心區(qū)域和邊界區(qū)域的傳熱條件不一樣（邊界傳熱優(yōu)于中心區(qū)域），使得輥套表面溫度沿帶寬方向的分布不均勻（溫度在中心點最高，并沿兩側(cè)逐步下降形成溫度梯度），繼而相應地導致薄帶由于冷卻不均勻而產(chǎn)生一系列工藝性缺陷。

因此，優(yōu)化冷卻輥結(jié)構(gòu)，調(diào)整工藝參數(shù)，將冷卻輥溫度場控制在一定溫度值及一定的溫度梯度之內(nèi)，對獲得高質(zhì)量非晶態(tài)合金帶具有非常重要的意義。

目前，非晶帶生產(chǎn)用冷卻輥水道的結(jié)構(gòu)設計目的多在于如何提高冷卻輥的冷卻能力。其中，中國專利CN?1552543A設計的螺旋形水道利用了其能提高冷卻水流速的特點，僅僅是為了提高冷卻輥的冷卻能力。中國專利CN?102133619?A雖然意識到了銅輥的冷卻不均問題，但它是通過改變水道的流向，即中間進水兩邊出水來改善的。它認為造成冷卻不均的原因在于冷卻水的溫升，若先冷卻銅輥中部再冷卻邊界則會防止銅輥的冷卻不均問題。這其實是在避重就輕，因為冷卻水的溫升并不會導致輥套下表面的對流換熱系數(shù)有明顯的差異，而且溫升的幅度其實可以通過適當提高水流量來縮小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)非晶納米晶軟磁材料的冷卻輥裝置。通過合理設計冷卻輥的冷卻通道結(jié)構(gòu)，使得輥套與非晶帶材接觸的區(qū)域沿其輥寬方向上達到溫度均勻化，從而改善非晶寬帶制品由于冷卻不均勻而產(chǎn)生兩邊翹曲甚至中間區(qū)域組織晶化的缺陷。

生產(chǎn)非晶納米晶軟磁材料的冷卻輥裝置主要包括：輥基體、輥套、第一蓋板、主軸和第二蓋板，主軸上設有輥基體，輥基體外圓側(cè)設有輥套，輥基體兩側(cè)分別設有第一蓋板、第二蓋板，第一蓋板和第二蓋板為對稱結(jié)構(gòu)，并且通過輥套相連，第一蓋板和第二蓋板外周邊設有與輥套相配合的凸環(huán)，輥基體外圓中心區(qū)域設有環(huán)形凸臺，輥套內(nèi)表面中心區(qū)域排布有螺旋形水槽，螺旋形水槽端面與輥基體的凸臺外圓面貼合形成螺旋形冷卻水流動通道，輥套內(nèi)表面外側(cè)與第一蓋板、第二蓋板以及輥基體外圓面共同圍成對稱的左階梯狀環(huán)形等間距冷卻水流動通道，右階梯狀環(huán)形等間距冷卻水流動通道，左右兩個階梯狀環(huán)形等間距冷卻水流動通道通過螺旋形冷卻水流動通道相連通，第一蓋板和第二蓋板與輥基體兩側(cè)邊分別形成左徑向冷卻水流動通道和右徑向冷卻水流動通道，輥基體兩側(cè)的主軸中空分別為進水口和出水口，輥基體兩側(cè)的主軸側(cè)壁上分別設有進水流動孔道和出水流動孔道，進水口、進水流動孔道、左徑向冷卻水流動通道、左階梯狀環(huán)形等間距冷卻水流動通道、螺旋形冷卻水流動通道、右階梯狀環(huán)形等間距冷卻水流動通道、右徑向冷卻水流動通道、出水流動孔道、出水口順次相連。

所述的第一蓋板凸環(huán)端面和第二蓋板凸環(huán)端面之間的間隔L為待加工非晶帶材寬度W的85%-95%。所述的第一蓋板凸環(huán)和第二蓋板凸環(huán)的厚度D為15mm～30mm。所述的螺旋形冷卻水流動通道沿輥套軸向上的長度L’為待加工非晶帶材寬度W的55%～65%。

本發(fā)明創(chuàng)造性地將兩種不同冷卻能力的冷卻水道——環(huán)形水道和螺旋水道進行合理結(jié)合，形成復合冷卻通道，如此，帶材的中心區(qū)域處于水槽形通道的高強度冷卻條件，而邊界處于環(huán)形通道的普通冷卻條件，從而將帶材傳給輥套的熱流進行重新分配，最終實現(xiàn)輥套溫度的均勻化。此外，本裝置仍然采用一端進水一端出水的冷卻系統(tǒng)，無需耗費物力重新改裝設備。

附圖說明

圖1為生產(chǎn)非晶納米晶軟磁材料的冷卻輥裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1局部結(jié)構(gòu)放大圖；

圖3為本發(fā)明的冷卻輥裝置的特殊尺寸要求示意圖；