一种宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置的制作方法

本实用新型属于非晶合金制备领域，具体涉及一种宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置。

背景技术：

非晶合金，也称金属玻璃(metallicglass)或玻璃合金(glassyalloy)，是应用现代快速凝固冶金技术制备获得的一种新型的、特殊的、物质状态明显区别于晶态的合金材料。由于非晶合金独特的原子结构排列及金属键组成，使非晶合金具有相比于传统晶态金属材料更为优异的力学性能、物理性能及化学性能。这使非晶合金在航空航天、兵器工业、精密仪器、生物医疗和电力输送等方面具有广泛的应用前景。

早期非晶合金的制备需要很大的冷却速度(＞10⁶k/s)，当时非晶合金只能以粉、丝、薄带等形式存在，极大地削弱非晶合金性能潜力的发挥，限制非晶合金在工业中的应用。因此，自上世纪八十年代末开始，如何提高非晶合金的形成能力，制备大尺寸的非晶合金成为新材料研究领域中重点研究方向之一。从20世纪80年代至今的几十年里，经过大量学者的努力，已经开发出zr基、ti基、fe基、co基、ni基、cu基、pt基等大量具有大的玻璃形成能力的合金体系；发展水淬法、铜模铸造法、定向凝固法、非晶粉末挤压法等多种块体非晶合金的制备技术。其中，使用单辊法生产的具有优良的软磁性能的非晶薄带在国内已经有大规模、广泛的应用，为我国电力系统的节能减排做出突出贡献。而且，块体非晶合金的制备与应用同样取得长足的发展，因其优异的力学性能，已被作为结构材料生产并应用于电子产品、体育器材、汽车零件等。目前，市场上应用的块体非晶合金产品最主要的生产方式是压铸法，由于其自身条件限制，只能生产小规格产品。而作为结构材料中应用广泛的板带材，依然没有可靠的生产方式。因此，如何实现非晶合金板带材连续、大量、稳定的生产，推动块体非晶合金的广泛应用，是当前非晶产业急需解决的问题之一。

目前，非晶板带的主要生产方法包括单辊熔体急冷法、双辊熔体急冷法和铸型拉铸法。目前应用最广的、已用于工业化生产的是单辊熔体急冷法，简称单辊法。单辊法生产的铁基非晶带材具有优良的软磁性能，能代替硅钢、坡莫合金以制作变压器铁芯，进而大大提高变压器效率，降低配电变压器的铁损，同时减小体积和重量。然而单辊法生产工艺限制带材的厚度(约20～50μm)和宽度(小于220mm)。双辊熔体急冷法简称双辊法。基于双辊法开发多种块体非晶合金的连铸方法。美国专利(公开号us2006/0260782a1)公开一种块体非晶合金板材的连续住在装置和方法，专利中装置采用多组小直径冷却辊冷却合金带材，由于其排辊只能施加较小接触压力，其系统冷速只能达到小于10℃/s，制备的板材厚度为0.1～10mm，且仅限于形成能力强的含be的zr基非晶合金的成型，也会降低非晶寿命和稳定性。与之技术思想较为接近的是中国专利(公开号cn107755652a)，其利用履带式冷却，连续铸造非晶，其接触力较小，冷速有限，同样会降低非晶寿命和制备非晶的成分设计冗余度。中国专利(公开号cn1486800a)公开一种块体非晶合金连续铸轧技术，将坩埚中熔化的金属熔体注入两个相对旋转的水冷轧辊中，采用双轧辊铸轧制备块体非晶板材、棒材等，但该专利未见具体工艺保护节点和技术实施方案，同时对熔炼温度、保温措施、控流措施、冷速、铸轧力等详细参数也没有进行公开。而且辊缝位置可以施加相对较大轧制力，以实现较大冷速，在理论上其冷却能力大于单辊法，而且可是制备厚度规格较大的非晶合金板带材。铸型拉铸法，是一种熔炼后的母合金在坩埚中熔化、保温后经流嘴浇铸到水冷的孔型中，并通过以一定速度给成型的非晶合金以拉力，实现非晶合金连续铸造的方法。中国专利(公开号cn101543885a)公开一种块体非晶合金水平连续铸造的装置和方法，合金的冷却主要依靠水冷铜模，凝固的铸坯由电动机驱动的牵引杆拉动不断输出。

技术实现要素：

针对非晶合金制备对原料纯度、真空度要求高，尚未见非晶合金板带材大量生产的问题，本实用新型的目的在于提供一种宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，非晶形成过程流程短、冷速快且制备过程连续化，利用本实用新型可高效、连续地制备非晶薄带材，促进非晶合金的应用。

本实用新型的技术方案是：

一种宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，该铸轧装置包括：中频感应熔炼炉、高真空熔炼腔、可预热导流管、闸板阀、成形腔、铸后气体冷却系统、卷取设备，具体结构如下：

高真空熔炼腔的底部开口与成形腔的顶部开口相对应，高真空熔炼腔的底部开口通过闸板阀与成形腔的顶部开口相通；高真空熔炼腔内设置中频感应熔炼炉、可预热导流管，可预热导流管位于中频感应熔炼炉的一侧，可预热导流管竖向设置，其下端口与成形腔内上部的布流器顶部开口相对应；

布流器的一侧通过布流口与上下两个铸辊之间一侧的辊缝相对应，上下两个铸辊之间的另一侧与铸后气体冷却系统相对应，铸后气体冷却系统的外侧设置卷取设备。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，当中频感应熔炼炉中熔炼获得非晶母合金熔体时，倾倒于可预热导流管内，可预热导流管下移穿过中频感应熔炼炉的底部开口与闸板阀，非晶母合金熔体经可预热导流管进入布流器内。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，可预热导流管内的合金熔体经过布流器均匀布流到上下两个铸辊之间的辊缝，合金熔体连续经过上下两个铸辊之间另一侧的铸后气体冷却系统形成铸带，铸带经过卷取设备成卷。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，中频感应熔炼炉安装于倾翻控制系统上，中频感应熔炼炉通过转轴绕倾翻控制系统转动，使中频感应熔炼炉的上口与可预热导流管的上口相对应。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，布流器的侧面设有红外监控摄像头。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，上下两个铸辊采用异径布置，下辊直径大于上辊直径。

所述的宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，下辊直径为450～800mm，上辊直径与下辊直径的比例为1:1.5～1:2。

本实用新型优点及有益效果是：

1、对于块体非晶合金连续成形过程，大的冷速和良好的稳定性是必不可少的。而一般铸轧设备因其浇铸方式简单，合金熔池较宽，使得合金在浅过冷液相区的冷速较小，难以形成非晶合金。本实用新型根据块体非晶凝固的特点，结合双辊铸轧技术，采取深入辊缝浇铸法，合金熔池窄、冷速大、变形小。其原理、结构和方法尚未见公开报道。本实用新型进行充分的技术实践，并且实现12m以上长度、200～1500μm厚度的非晶带材连续铸轧过程。

2、本实用新型采用水平式薄带铸轧工艺进行非晶薄带制备，非晶带厚度范围达到200～1500μm，宽度范围110～550mm。本实用新型可以通过布流器狭缝宽度、铸辊辊缝值、铸速、铜质铸辊、钢质铸辊、铸辊冷却水量等铸轧工艺参数控制凝固冷却速度达到500～75000℃/s。本实用新型针对系列形成极限冷速在500～75000℃/s之间的非晶金属设计其薄带材连续成形的方法，为其后加工工序提供基础材料。

3、本实用新型采用石英材质狭缝式布流器一侧的布流口布流，狭缝开口度根据不同产品厚度设计0.15～0.8mm。布流器为可工位在线预热，预热温度为合金凝固温度以上100～200℃，布流器一侧的布流口端部通过钨合金片导热，布流口端部温度达到合金凝固温度附近。

4、本实用新型通过布流器侧面有红外监控摄像头，反馈给倾翻控制系统达到布流控制的目的。其中布流器液位为高于铸辊辊缝kiss线(kiss线指双工作辊最接近的线)高度控制范围为60～160mm。本实用新型铸轧系统采用流量-铸速匹配控制合金熔体沿辊缝横向自由流动策略，取消铸轧过程的侧封板。

5、本实用新型铸辊采用异径布置，下辊直径较大，其辊径为450～800mm，上、下辊径比例为1:1.5～1:2。本实用新型采用带预热的导流设计，可预热导流管内衬为可快速更换的石英玻璃，预热温度为合金凝固温度以上100～200℃，可预热导流管外部通冷却水保护。

附图说明

图1是本实用新型宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置的结构示意图。图中，1中频感应熔炼炉；2高真空熔炼腔；3可预热导流管；4闸板阀；5布流器与红外摄像监控装置；51布流器；52红外监控摄像头；6成形腔；7上辊；8下辊；9铸后气体冷却系统；10卷取设备；11倾翻控制系统；12布流口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型宽幅非晶薄带水平连续制备的铸轧装置，主要包括：中频感应熔炼炉1、高真空熔炼腔2(腔室压强＜0.1pa)、可预热导流管3、闸板阀4、布流器与红外摄像监控装置5、成形腔6、上辊7、下辊8、铸后气体冷却系统9、卷取设备10、倾翻控制系统11等，具体结构如下：

高真空熔炼腔2的底部开口与成形腔6的顶部开口相对应，高真空熔炼腔2的底部开口通过闸板阀4与成形腔6的顶部开口相通；高真空熔炼腔2内设置中频感应熔炼炉1、可预热导流管3和倾翻控制系统11，可预热导流管3位于中频感应熔炼炉1的一侧，可预热导流管3竖向设置，其下端口与成形腔6内上部的布流器51顶部开口相对应；中频感应熔炼炉1安装于倾翻控制系统11上，中频感应熔炼炉1通过转轴绕倾翻控制系统11转动，使中频感应熔炼炉1的上口与可预热导流管3的上口相对应。

布流器与红外摄像监控装置5包括布流器51和红外监控摄像头52两部分，布流器51的侧面设有红外监控摄像头52，红外监控摄像头52的输入端与布流器51内的非晶母合金熔体相对应，布流器51为透明石英材质，通过红外监控摄像头52监控，红外监控摄像头52的输出端与倾翻控制系统11电连接，通过红外监控摄像头52反馈给倾翻控制系统11达到布流控制的目的。当中频感应熔炼炉1中熔炼获得非晶母合金熔体时，倾倒于可预热导流管3内，可预热导流管3下移穿过中频感应熔炼炉1的底部开口与闸板阀4，非晶母合金熔体经可预热导流管3进入布流器51内。

布流器51的一侧通过布流口12与两个铸辊(上辊7、下辊8)之间一侧的辊缝相对应，可预热导流管3内的合金熔体经过布流器51均匀布流到上下两个铸辊之间的辊缝，合金熔体连续经过上下两个铸辊之间另一侧的铸后气体冷却系统9形成铸带，铸带经过卷取设备10成卷。

在具体实施过程中，本实用新型宽幅非晶薄带水平连铸的方法如下：(1)按设定成分冶炼非晶合金，其成分包括锆基、铜基、铁基钛基等形成极限冷速在500～75000℃/s之间的非晶金属设计其薄带材连续成形的方法，为其后加工工序提供基础材料；(2)通过薄带连铸过程后形成厚度为200～1500μm的宽幅铸带；(3)在惰性气氛条件下进行熔炼、成形并卷取。本实用新型中非晶形成过程流程短、冷速快且制备过程连续化，利用本实用新型可高效、连续地制备非晶薄带材，促进非晶合金的应用。