[发明专利]一种合金快速凝固设备及其自动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及使熔融合金快速凝固的冶金设备技术领域，尤其涉及一种采用旋转冷却辊凝固的冶金设备，适用于颗粒或条带状金属合金粉末的批量制造加工。

背景技术

金属合金的制造过程通常包括组分配比、熔炼、凝固、热处理等过程。其中合金熔炼是将具有一定成分和配比的原材料熔化，并除去其中杂质的工艺。金属合金由液态向固态转变称为凝固，是一种相变过程。在多数情况下，金属凝固是晶体或晶粒的生成和长大的过程。某些金属合金在快速凝固（每秒约一百万度）条件下，可以形成具有无定形结构的非晶态金属。金属凝固过程还伴随着体积变化、气体脱溶和元素偏析等现象，故该过程不但决定合金的结构、组织和性能，而且还影响后期的塑性加工和热处理。

按照抗氧化能力的不同，合金的熔炼和凝固可在空气、惰性气氛保护或真空中进行，如铜合金或镍合金就可以在空气中进行，而稀土合金、镁合金等就必须在真空或惰性气氛保护的熔炼炉中进行。合金的凝固过程中所用的冷却介质包括砂模、金属模、冷却液、冷却辊等。其中，将熔融合金倾倒或喷射在旋转的冷却辊上，通过调节合金液流的流速、冷却辊的旋转速度等工艺参数，可以获得条带状、针状或颗粒状的金属合金粉末。一般地，冷却辊为中空的金属轮盘，其中可以通水、油或其他冷却液以便加强散热。冷却辊的安装形式可以分为单辊、双辊或平面盘三种形式。其中单辊形式由于机械控制部分少、操作可靠、经济型好和便于维护等优点，应用最广泛。

专利号为ZL200810060511.7的中国发明专利《一种各向异性复相稀土永磁快淬带的制备方法》披露了一种各向异性复相稀土永磁快淬带的制备方法，在辊面形成一层具有（0002）面织构的钴或钴的固溶体，复相稀土永磁材料的硬磁相R₂T₁₄M在快淬凝固过程中易磁化轴取向受到具有织构辊面的诱导。

公开号为CN101722311A的中国发明专利《感应溢流快淬法与设备》披露了一种用于生产快淬钕铁硼磁粉的感应溢流快淬方法与设备，采用中频感应加热，将原料或钕铁硼合金锭熔化成合金液，然后以一定的速度倾倒在一个特殊设计的中间包内，合金通过中间包的溢流口至一个高速旋转的水冷钼轮或铜轮上，快速冷却形成钕铁硼快淬薄带。

公开号为CN1517659A的中国发明专利《真空熔炼速凝炉》披露了一种用于生产钕铁硼稀土永磁合金材料及稀土储氢合金材料的真空熔炼速凝炉，包括真空系统、真空炉壳、感应加热器线圈、坩埚、中间包和转轮，其特征在于真空炉壳内的转轮侧面设有滚筒，滚筒外壁包覆冷却装置。

上述专利所涉及的设备或工艺，均是将熔融的合金喷射或倾倒在冷却辊上快速凝固，冷却轮盘的线速度、喷射压力、倾倒速度等参数可以调节。但是，上述设备及工艺普遍存在以下不足之处：

（1）一方面由于喷射或倾倒的合金液的面宽必须小于冷却轮盘的面宽，否则起不到预想快速凝固的效果；另一方面由于在浇注冷却过程中，冷却辊位置以及合金液浇注在冷却轮盘的位置通常均固定，因此当合金液浇注在冷却辊时，由于高温液流的冲击，很容易使冷却轮盘中合金液所浇注的位置处产生磨损，出现一圈圈的划痕，严重时甚至产生坑洼，而冷却轮盘中合金液未浇注的位置部分却保持完好。这就导致冷却轮盘面质量不均匀，从而导致在不同的浇注过程中由于合金液接触的冷却轮盘面状态不一致而造成冷却效果以及产品质量不同。为此，专利号为ZL92105431.9的中国发明专利《真空快淬炉》设计了刷轮和清扫器，试图提高快淬辊的光洁度和清洁，但是并未从根本上减少此类现象的产生。