稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备的制作方法
【专利摘要】一种稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，包括真空感应熔炼速凝室、收料保温处理室、冷却室和室间隔离阀门，所述收料保温处理室和冷却室间设置有室间隔离阀门，真空感应熔炼速凝室置于收料保温处理室上方，其导料筒出口对应收料保温处理室；真空感应熔炼速凝室上还设有水冷电极、抽真空装置、惰性气体导入装置、测温机构、压力表、真空规和安全阀。本发明解决了现有钕铁硼真空快淬工艺产品在金相结构中晶粒分布不均和出现过细的小晶粒的现象，以及经常有ɑ-铁析出、少量的锰析出现象。提高了产品性能和生产效率，同时简化了工艺，减少了设备投资。
【专利说明】稀土永磁合金真空感应溶炼速凝设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种真空感应熔炼速凝设备，特别是涉及一种用于钕铁硼稀土永磁合金和稀土储氢合金熔炼的真空熔炼速凝设备。
【背景技术】
[0002]钕铁硼稀土永磁快淬磁粉与树脂等混合，可做成粘结磁体。广泛应用于电子、电器、电机等，有着越来越广泛的用处。稀土储氢合金是镍氢电池的负极材料。广泛应用于电动工具、混合动力汽车等，有着越来越广泛的用处。
[0003]现有的钕铁硼稀土永磁快淬磁粉制造工艺和真空熔炼速凝设备是将稀土永磁合金的原料或稀土储氢合金原料，放到真空熔炼速凝设备的熔炼坩埚内，在真空和保护气氛下将原料加热熔化成熔融的合金，然后通过中间包在可控的速度下，浇铸到带水冷的铜冷却辊的外表面上形成合金薄片，冷却后的合金薄片掉到水平旋转的水冷转盘上进行二次冷却，待合金片冷却后，打开真空速凝设备的炉门，将合金片取出。然后将合金片装入真空热处理炉的料箱内，送入真空热处理炉内进行真空热处理。
[0004]经过探索发现尽管目前使用的真空熔炼速凝工艺和设备与先前的铸锭工艺和设备相比，产品的性能有了很大的提高，但是产品仍然存在许多问题。在生产稀土永磁合金薄片时，由于二次冷却不均匀，产品的金相结构中发现晶粒分布不均和过细的小晶粒的现象，并经常有α-铁析出。在生产稀土储氢合金时，还有少量的锰析出现象。这些现象严重影响着产品的性能，之后合金薄片还要在真空热处理炉中进行真空热处理，以消除锰析出和使晶粒均匀化。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的技术问题，本发明提供一种稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，使得稀土合金真空速凝制薄片、热处理和冷却在一个设备保护气氛中完成，提高了生产效率，产品性能高，一致性好。
[0006]本发明包括真空感应熔炼速凝室、收料保温处理室、冷却室和室间隔离阀门，所述收料保温处理室和冷却室间设置有室间隔离阀门，真空感应熔炼速凝室置于收料保温处理室上方，其导料筒出口对应收料保温处理室；真空感应熔炼速凝室上还设有水冷电极、抽真空装置、惰性气体导入装置、测温机构、压力表、真空规和安全阀。
[0007]所述真空感应熔炼速凝室在带有水冷夹层的真空室内设有炉体，所述炉体包括坩埚、钢制框架、耐热砖和铜制感应线圈，坩埚外周依次为耐火砖、铜制感应线圈和钢制框架，坩埚通过钢制框架置于炉体底部，坩埚出口为导流嘴，炉体通过支撑架固定在速凝室内，在钢制框架上连接有倾动机构，倾动机构另一端固定在炉体内壁上，真空室上部设置炉盖，炉门安装在该真空室的一端。
[0008]所述速凝室内还设有中间包、急冷铜辊和导料筒，中间包置于坩埚导流嘴和急冷铜辊之间，中间包上连接有三维调节机构，调节中间包的喷嘴和急冷铜辊的间隙，急冷铜辊置于室炉体内中间包的下方，导料筒在急冷铜辊的下方，导料筒下方对接收料箱。所述导料筒外壁上盘有水冷管，导料筒内设有粉碎辊。
[0009]所述炉盖通过电动升起移位装置连接在真空室上，炉盖上设有轨道，轨道一端通过转轴连接在速凝室上，一端连接液压缸，在炉盖上设有沿轨道滚动的主动轮和从动轮，主动轮轴通过链轮链条连接电机减速器轴。所述炉盖上设有观察窗。所述炉门上设有带摄像头的观察窗。
[0010]所述收料保温室内设有收料箱、保温室和摩擦辊传动机构，保温室内壁设有隔热板，隔热板内有加热器；摩擦辊传动机构包括电机减速机、多个传动链轮链条、并列多个摩擦辊及其摩擦辊轴，所述摩擦辊轴置于收料保温室内，其两端穿过隔热板与链轮连接，相邻两摩擦辊轴的链轮分别通过链条连接，其端部链轮通过动密封链轮轴与收料保温室外的电机减速机连接。
[0011]所述收料箱为敞口箱，侧面焊有贯穿收料箱的开口异型管，异型管开有与收料箱内连通的孔，在收料时，收料箱沿收料保温处理室底部传动的摩擦辊往复移动。
[0012]所述冷却室侧壁设有电机，内部设有风箱，风箱侧壁设有导流管，对应的另一侧设有换热器，换热器出风口对着风机，风机与电机轴连接，冷却室周边侧壁设有弧形导流板；外部连接有抽空管路、惰性气体导入管路和安全阀管路；抽真空管路与抽真空装置连接。
[0013]本发明的有益效果:
本发明与现有的真空感应加热速凝炉相比，使得稀土合金真空速凝制薄片、热处理和冷却在一个设备保护气氛中完成，提高了生产效率，产品性能高，一致性好。避免现有单室真空感应加热速凝炉薄片搅拌不均匀，冷却慢，效率低耗能大，避免了薄片粘连，物流过程中存在的薄片被氧化的问题，在节能的前提下大大提高生产能力和产品的一致性，同时提高设备使用寿命，缩短了设 备维护保养时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是发明的结构示意图。
[0015]图2是图1中的冷却装置结构示意图。
[0016]图中:1、速凝室；11、导料筒；12、粉碎辊；13、急冷铜辊；14、中间包；15、坩埚；16、倾动机构；17、观察窗；18、抽真空装置；19、中频感应电源；110、炉门；111、液压缸；112、第一电机；113、炉盖；114、轨道；115、转轴；116、感应线圈；117水冷夹层；118、炉体；119、支撑架；120、摄像头；121、水冷管；122、喷嘴；123、钢制框架；124、第一转轴；125、第二转轴；2、收料保温处理室；21、收料箱；22、异型管；23、摩擦辊；24、1#室门；25、保温室；3、冷却室；31、第二电机；32、风机；33、换热器；34、风箱；35、导流管；36、导流板;37、2#室门，4、隔离阀门。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0018]实施例:如图1所示，本发明包括真空感应熔炼速凝室1、收料保温处理室2、冷却室3和室间隔离阀门4，所述收料保温处理室2和冷却室3间设置有室间隔离阀门4，真空感应熔炼速凝室I置于收料保温处理室2上方，其导料筒11出口对应收料保温处理室2 ；真空感应熔炼速凝室I上还设有水冷电极、抽真空装置18、惰性气体导入管路、测温机构、压力表、真空规和安全阀。所述测温机构为铠装热电偶。
[0019]所述真空感应熔炼速凝室I在带有水冷夹层117的真空室内设有炉体118，所述炉体118包括坩埚15、钢制框架123、耐热砖和铜制感应线圈116，坩埚15通过钢制框架123置于炉体118底部，坩埚15出口为导流嘴，钢制框架123与支撑架119通过第一转轴124连接，在钢制框架123上连接有倾动机构16，倾动机构16另一端固定在炉体内壁上；可手动翻转开或关的炉门110安装在该真空室的一端，炉门110上设有带摄像头120的观察窗，炉盖113安装在该真空室的上部，炉盖113上设有观察窗17。
[0020]所述倾动机构16为现有结构，是其液压缸与钢制框架123通过第二转轴125连接，通过液压缸驱动，使钢制框架123绕第一、第二转轴124、125转动，将物料倒入中间包14。
[0021]所述炉盖113通过液压升起电动移位装置连接在真空室上，炉盖113上设有轨道114，轨道114 一端通过转轴115连接在地基上，一端连接液压缸111，液压缸111连接在速凝室I上，在炉盖113上设有沿轨道114滚动的主动轮和被动轮，主动轮通过链轮链条连接第一电机112减速器轴。
[0022]位于所述保温处理室2上方的速凝室I内还设有中间包14、急冷铜辊13和导料筒11，中间包14置于坩埚15导流嘴和急冷铜辊13之间，中间包14上连接有三维调节机构，调节中间包14的喷嘴和急冷铜辊13的间隙，所述三维调节机构为现有结构，是在三轴方向上分别设置相互配合的直线滑轨组件，中间包固定在三轴中一轴的台板上，该台板沿X轴、Y轴和Z轴方向移动；急冷铜棍13置于室炉体内中间包14的下方,导料筒11在急冷铜棍13的下方，导料筒11下方对接收料箱21。导料筒11外壁上盘有水冷管121，导料筒11内设有粉碎辊12，速凝薄片通过粉碎辊12成更小尺寸薄片掉入收料箱21。
[0023]所述收料箱21是钢制方箱，底面焊有封闭板，上面敞开，侧面焊有贯穿收料箱21的开口异型管22，异型管22开有与收料箱21内腔连通的孔，在收料时收料箱21沿收料保温处理室2底部传动的摩擦辊23往复移动。
[0024]所述收料保温室2内设有收料箱21、保温室25和摩擦辊传动机构，收料保温室25内壁设有隔热板，隔热板内有加热器；摩擦辊传动机构包括电机减速机、多个传动链轮链条、并列多个摩擦辊23及其摩擦辊轴，所述摩擦辊轴置于收料保温室2内，其两端穿过隔热板与链轮连接，相邻两摩擦辊轴的链轮分别通过链条连接，其端部链轮通过动密封链轮轴与收料保温室2外的电机减速机连接。
[0025]如图2所示，所述冷却室3侧壁设有第二电机31，内部设有风箱，风箱侧壁设有导流管35，对应的另一侧设有换热器33，换热器33出风口对着风机32，风机32与第二电机31的轴连接，冷却室3周边侧壁设有导流板36 ;外部连接有抽空管路、惰性气体导入管路和安全阀管路；抽真空管路与抽真空装置连接。
[0026]本发明在工作时，在真空和/或保护气氛下，用设在真空炉外的中频感应电源19给感应线圈116通电，开始对坩埚15内的炉料加热，待炉料熔化并达到充分合金化后，通过炉体倾动机构16，熔融的合金沿着坩埚15的导料嘴流出，浇铸到下方的中间包14内。中间包14在和急冷铜辊13接触的地方设有喷嘴122，中间包内的熔融的合金通过喷嘴122喷铸到旋转的急冷铜棍13的外表面上,熔融合金在急冷铜棍13表面上冷却,形成合金薄片。薄片随着急冷铜辊13的旋转掉到下方的导料筒11内。导料筒11内设计有粉碎辊12，合金薄片通过粉碎辊12后被打碎成小碎片掉到导料筒11下方往复移动的收料箱21内。浇铸完成后，装有碎片的收料箱21移动到一端的保温室25内进行保温处理。保温处理完成后，打开隔离阀门4，将收料箱21移动到冷却室3，然后关上隔离阀门4 (此时，可以开始第二炉熔炼)，启动冷却第二电机31，开始对收料箱21及箱内的碎片冷却。在风机32和收料箱21之间设计有换热器33，在收料箱21上设计有异型管22，冷却气体通过异型管22将碎片上的热量带走。被加热的气体在风机32的驱动下通过换热器33冷却，然后再由风机32、导流板36和风箱的导流管35吹向收料箱21。当收料箱21达到出炉温度后，停止冷却第二电机31，然后打开放气阀，当冷却室压力与大气平衡后，打开室门37，将收料箱从冷却室移出。至此，完成一炉产品生产。
[0027]本发明的使用过程:
在大气压力下，手动打开炉门110，电动打开炉盖113。将已经按材料成分和重量百分比配料后的R-Fe-B-M (R为Nd、Pr、Dy、Tb稀土类元素的一种或两种以上，M为Co、Al、Cu、Zr、Ga中的一种或两种以上)原料，装入真空感应熔炼速凝装置中的坩埚15内。关上炉门110、炉盖113，通过双机串联罗茨泵和双机并联滑阀泵机组的抽真空装置18降压到规定压力(例如5Pa以下)，打开惰性气体导入阀充入炉内惰性气体，在真空和保护气氛下，启动中频感应电源19，利用感应加热将原料熔炼成熔融合金。
[0028]经充分合金化后(例如精炼30分钟)，在设定的温度下(例如1460°C )，通过坩埚倾动机构16，熔融的合金沿着坩埚的导料嘴流出，浇铸到下方的中间包14内。通过中间包14上的喷嘴122将合金液体喷铸到旋转的急冷铜辊13的外表面上冷却。旋转急冷铜辊13的转速可根据工艺要求设定。
[0029]经过旋转急冷铜辊13冷却的合金薄片，通过导料筒11掉入位于下方的收料箱21内，导料筒11上设有粉碎辊12，在筒壁上设有水冷管121。
[0030]收料保温处理装置2内设有摩擦辊23，在收料时，为了防止合金碎片顺时集积而粘连，收料箱21在收料时水平往复移动。收料箱21收料后及时送入保温室25保温，保温温度按工艺要求设定(例如500°C _900°C)，保温一段时间(例如30分钟以上)。
[0031]合金薄片保温处理后送到冷却室3，冷却室3侧壁设有第二电机31，内部设有风箱34，风箱34侧壁上有多个导流管35，与之对应的另一侧有换热器33，换热器33出风口对着风机32、风机32与第二电机31轴连接，冷却室壁设有弧形导流板36。合金薄片达到要求的出炉温度(例如80°C )后从冷却室中取出。
[0032]为了提高效率，一般在保温室25和冷却室3之间设有真空隔离阀门4，保温处理后将收料箱21传送到冷却室3冷却，这时可以开始第二炉料的熔炼。真空隔离阀门4设计成插板阀，由气缸驱动四联杆压紧阀板胶圈密封。收料保温室2和冷却室3与大气均设有一个室门，分别为1#室门24、2#室门37，用于出料和维修保养。
[0033]本专业的普通技术人员应能了解本发明的实质，并认识到本发明的具体实施细节可以在权利要求保护范围内做出各种变化。
【权利要求】
1.一种稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备,其特征在于:包括真空感应熔炼速凝室、收料保温处理室、冷却室和室间隔离阀门，所述收料保温处理室和冷却室间设置有室间隔离阀门，真空感应熔炼速凝室置于收料保温处理室上方，其导料筒出口对应收料保温处理室；真空感应熔炼速凝室上还设有水冷电极、抽真空装置、惰性气体导入装置、测温机构、压力表、真空规和安全阀。
2.根据权利要求1所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述真空感应熔炼速凝室在带有水冷夹层的真空室内设有炉体，所述炉体包括坩埚、钢制框架、耐热砖和铜制感应线圈，坩埚外周依次为耐火砖、铜制感应线圈和钢制框架，坩埚通过钢制框架置于炉体底部，坩埚出口为导流嘴，炉体通过支撑架固定在速凝室内，在钢制框架上连接有倾动机构，倾动机构另一端固定在炉体内壁上，真空室上部设置炉盖，炉门安装在该真空室的一端。
3.根据权利要求1或2所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述速凝室内还设有中间包、急冷铜辊和导料筒，中间包置于坩埚导流嘴和急冷铜辊之间，中间包上连接有三维调节机构，调节中间包的喷嘴和急冷铜辊的间隙，急冷铜辊置于室炉体内中间包的下方，导料筒在急冷铜辊的下方，导料筒下方对接收料箱。
4.根据权利要求3所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述导料筒外壁上盘有水冷管，导料筒内设有粉碎辊。
5.根据权利要求2所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述炉盖通过电动升起移位装置连接在真空室上，炉盖上设有轨道，轨道一端通过转轴连接在地基上，一端连接液压缸，液压缸连接在速凝室上，在炉盖上设有沿轨道滚动的主动轮和从动轮，主动轮轴通过链轮链条连接第一电机减速器轴。
6.根据权利要求2或5所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述炉盖上设有观察窗。
7.根据权利要求2所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述炉门上设有带摄像头的观察窗。
8.根据权利要求1所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述收料保温室内设有收料箱、保温室和摩擦辊传动机构，保温室内壁设有隔热板，隔热板内有加热器；摩擦辊传动机构包括电机减速机、多个传动链轮链条、并列多个摩擦辊及其摩擦辊轴，所述摩擦辊轴置于收料保温室内，其两端穿过隔热板与链轮连接，相邻两摩擦辊轴的链轮分别通过链条连接，其端部链轮通过动密封链轮轴与收料保温室外的电机减速机连接。
9.根据权利要求8所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述收料箱为敞口箱，侧面焊有贯穿收料箱的开口异型管，异型管开有与收料箱内连通的孔，在收料时，收料箱沿收料保温处理室底部传动的摩擦辊往复移动。
10.根据权利要求1所述的稀土永磁合金真空感应熔炼速凝设备，其特征在于:所述冷却室侧壁设有第二电机，内部设有风箱，风箱侧壁设有导流管，对应的另一侧设有换热器，换热器出风口对着风机，风机与第二电机轴连接，冷却室周边侧壁设有弧形导流板；外部连接有抽空管路、惰性气体导入管路和安全阀管路；抽真空管路与抽真空装置连接。
【文档编号】C22C33/02GK103805825SQ201210442609
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】陈晓东, 孙宝玉 申请人:沈阳中北真空科技有限公司