一种集调控急冷与抛光一体的真空速凝炉

技术领域

本发明涉及真空速凝炉技术领域，具体涉及一种集调控急冷与抛光一体的真空速凝炉。

背景技术

真空速凝炉是目前生产钕铁硼稀土永磁合金材料及稀土储氢合金材料的主要设备，其主要包括综合控制子系统、真空子系统、真空炉体、感应熔炼坩埚、中间包、急冷铜辊及冷却盘等，主要工作原理是：通过综合控制子系统控制真空子系统使得真空炉内部处于真空环境，控制中频感应加热方式使金属及合金材料熔化，并将熔液浇筑在中间包上，熔液再通过中间包流向冷水热交换的急冷铜辊上，急冷铜辊使熔液急速冷却，材料内部微观上形成柱状晶结晶，宏观上凝固成薄片，薄片再掉落到下方的冷却盘内冷却。该种真空速凝炉在将材料制备成薄片过程中，降温速度相对较慢且不受控制，铸态速凝合金薄片的微观柱状晶织构还不太理想，主相成分晶粒在自由面和铜轮面的贯穿度、晶核间距、柱状晶宽度都不能较大程度满足工艺技术要求，由于急速冷却的铸片温度大约为700℃，进入收料器后，易造成薄片粘接在一起，形成团聚、结块现象，这样用此薄片制得的产品，如Nd-Fe-B永磁，储氢合金等性能相对较低；同时，急冷铜辊长期使用过程中，其表面的光洁度会变差，将直接影响合金材料的晶粒伸长、结晶状态和凝固体外观及形状，进影响速凝合金材料的性能。而目前急冷铜辊表面打磨都是依靠人工打磨，打磨的光洁度不均匀，且效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集调控急冷与抛光一体的真空速凝炉，用以调控甩出薄片在粗冷却转盘内的降温速度，使速凝铸片能迅速的完成的适合高性能材料制备冷速特性的降温，最大程度形成理想的主相晶粒尺寸及其他相的合理分布，避免出现团聚、结块现象，实现晶粒调节，提高用此薄片制成的产品性能，同时还能对急冷铜辊进行自动打磨抛光，使得打磨的光洁度更均匀，打磨效率也高。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种集调控急冷与抛光一体的真空速凝炉，包括炉体，炉体连接有真空子系统，所述炉体内设有感应熔炼坩埚、急冷铜辊、中间包、挡流板以及粗冷却转盘，炉体内壁横向设有位于粗冷却转盘上方的套筒，炉体外壁设有第一电机，第一电机的输出端贯穿套筒后与急冷铜辊一端连接，急冷铜辊位于中间包正下方，中间包位于感应熔炼坩埚侧面，挡流板设置在感应熔炼坩埚与中间包之间，中间包出料口朝向急冷铜辊表面，粗冷却转盘转动设置于急冷铜辊正下方，粗冷却转盘与炉体底部的第二电机连接，炉体内壁上设有与急冷铜辊对应的伸缩式抛光结构，粗冷却转盘下方设有对粗冷却转盘内部物料再次降温的材料结晶微组织可调控精冷却机构。

由于采用上述技术方案，感应熔炼坩埚四周缠绕的感应加热线圈使熔炼坩埚加热后，内部合金材料受热熔化形成熔液，调整感应熔炼坩埚的角度使熔液流向中间包，挡流板可以防止感应熔炼坩埚在浇筑期间熔液向前冲，急冷铜辊以一定的角速度旋转，使铜轮表面产生急冷条件所需的线速度，中间包内的熔液与急冷铜辊表面接触后，因急冷铜辊内通有循环的冷却介质，使得中间包流出的合金熔液迅速冷却，并凝固结晶形成合金薄片，第一电机动作使得急冷铜辊旋转并将形成的合金薄片甩至粗冷却转盘内，第二电机旋转带动粗冷却转盘转动，物料薄片在粗冷却转盘内降到一定温度后，经搅拌杆作用，薄片破碎为细碎片，细碎片经粗冷却转盘的漏孔进入下方的、与粗冷却转盘有转速差的可调控精冷却机构，粗冷却转盘下方的可调控精冷却机构接着对粗冷却转盘出来的合金薄片进一步降温冷却，从而达到调控冷却到设定温度目的，这样使聚集的合金薄片堆的降温速度快速且受控，使其能快速的完全调节结晶、凝固，避免出现团聚、结块现象，用此合金薄片制成的产品质量可满足高性能稀土合金制备的需要，同时，急冷铜辊长时间使用后，通过炉体内壁上的伸缩式抛光结构的伸缩再结合急冷铜辊的旋转，伸缩式抛光机构可以自动对急冷铜辊打磨抛光，相对于人工打磨抛光来说，机械式打磨抛光不易引起打磨面凹凸不平，打磨光洁度更为均匀，有效避免长期不当打磨会造成急冷铜辊发生椭圆的形变风险，机械式打磨抛光省时省力，打磨效率也高。

可选的，所述伸缩式抛光机构包括底座、环形支架、气缸及砂纸，底座固定在急冷铜辊对立的炉体内侧壁上，气缸固定在底座侧面，气缸的输出端与环形支架通过支撑杆连接，环形支架的内环允许急冷铜辊通过，砂纸适配的贴合在环形支架的内环上。

可选的，所述砂纸与环形支架内壁之间设有一圈适配的气囊，气囊内注入有压缩空气或者带压惰性气体。

可选的，所述砂纸边缘位置通过螺钉固定在环形支架侧面上。

可选的，所述支撑杆的长度大于急冷铜辊的长度且设有多根，多根支撑杆呈环形均匀间隔分布在环形支架周向，多根支撑杆远离环形支架的端部连接有连接板，连接板中部与气缸输出端连接。

可选的，所述可调控精冷却机构包括位于粗冷却转盘下方的精冷却转盘，精冷却转盘顶端开口且不与粗冷却转盘底面接触，精冷却转盘侧壁上设有控制冷却水流出的阀门，精冷却转盘底部呈同心圆环状分布若干的冷头，冷头内部通过隔板形成有进水流道、出水流道，冷头通过管道与外部供水管接通，第二电机的输出端贯穿精冷却转盘底部后与粗冷却转盘连接。

可选的，所述套筒侧面设有多根竖直向下的搅拌杆，多根搅拌杆沿着套筒长度方向间隔分布，搅拌杆下端设有搅拌块且两者构成L形状，搅拌块具有尖锐端且尖锐端与粗冷却转盘转动的圆周切线方向对立。

可选的，所述搅拌块由两个三角块相互倾斜焊接构成箭头结构，搅拌块底面呈倒置V形状。

可选的，两个所述三角块都具有空腔，且两个空腔连通，其中一个三角块的尾端设有与其空腔接通的进水口，另一个三角块的尾端设有与其空腔接通的出水口，进水口通过管道与外部供水管连通，出水口通过管道与精冷却转盘接通。

可选的，所述供水管上设有增压泵。

本发明具有的有益效果：

1、本发明中，用以调控合金薄片在粗冷却转盘、精冷却转盘内的降温速度，使速凝铸片能迅速的完成适合高性能材料制备的冷速特性的降温，最大程度形成理想的主相晶粒尺寸及其他相的合理分布，避免出现团聚、结块现象，提高用此薄片制成的产品性能，同时还能对急冷铜辊进行自动打磨抛光，使得打磨的光洁度更均匀，打磨效率也高。

2、在套筒的下端固定有搅拌杆，搅拌杆的下端连接有搅拌块，两者呈L形结构，搅拌块的尖锐端与粗冷却转盘旋转圆周的切线方向相对立，在随着粗冷却转盘的不停转动，搅拌块可以对粗冷却转盘内的合金薄片进行搅拌，进一步避免出现团聚、结块现象产生，同时还能进一步加速合金薄片的降温速度，有利于提高其质量。

3、搅拌块内是空心结构，在对合金薄片进行搅拌翻转时，由进水口向搅拌块内通入冷却水，可以进一步加快对合金薄片的降温速度，使其快速的凝固，降低其晶粒尺寸，后期采用该合金薄片制成的产品性能更佳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧向结构示意图；

图3为冷头位于精冷却转盘底面的分布结构示意图；

图4为砂纸与环形支架、气囊的装配结构图；

图5为搅拌杆与搅拌块的装配结构图；

图6为砂轮的结构图；

图7为砂轮与环形支架的装配示意图；

图8为漏料口位于粗冷却转盘上的分布图。

附图标记：1-炉体，2-套筒，3-急冷铜辊，4-中间包，5-感应熔炼坩埚，6-环形支架，7-支撑杆，8-连接板，9-气缸，10-底座，11-粗冷却转盘，12-冷头，13-精冷却转盘，14-第二电机，15-搅拌杆，16-搅拌块，17-真空子系统，18-第一电机，19-挡流板，20-感应加热线圈，21-三角块，22-进水口，23-出水口，24-气囊，25-砂纸，26砂轮，27-漏料口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种集调控急冷与抛光一体的真空速凝炉，包括炉体1，炉体1连接有真空子系统17，所述炉体1内设有感应熔炼坩埚5、急冷铜辊3、中间包4、挡流板19以及粗冷却转盘11，炉体1内壁横向设有位于粗冷却转盘11上方的套筒2，炉体1外壁设有第一电机18，第一电机18的输出端贯穿套筒2后与急冷铜辊3一端连接，急冷铜辊3位于中间包4正下方，中间包4位于感应熔炼坩埚5侧面，挡流板19设置在感应熔炼坩埚5与中间包4之间，中间包4出料口朝向急冷铜辊3表面，粗冷却转盘11转动设置于急冷铜辊3正下方，粗冷却转盘11与炉体1底部的第二电机14连接，炉体1内壁上设有与急冷铜辊3对应的伸缩式抛光结构，粗冷却转盘11下方设有对粗冷却转盘11内部物料再次降温的可调控精冷却机构。

本实施例中，如图1和2所示，将合金材料加入到感应熔炼坩埚5中，封闭炉体1，启动真空子系统17，真空子系统17将炉体1内部形成真空状态或保护气氛下，感应熔炼坩埚5周围缠绕有感应加热线圈20，与现有真空速凝炉的原理是相同的，通电后，感应加热线圈20开始发热，在中频感应下，感应熔炼坩埚5内的合金材料受热熔化形成熔液，调整感应熔炼坩埚5的角度使熔液流向中间包4，挡流板19可以防止感应熔炼坩埚5在浇筑期间熔液向前冲，急冷铜辊3以一定的线速度旋转，中间包4内的熔液与急冷铜辊3表面接触后，急冷铜辊3内通有循环的冷却介质，使得中间包4流出的合金熔液迅速冷却，并凝固结晶形成合金薄片，第一电机18动作使得急冷铜辊3正向或者反向旋转并将形成的合金薄片甩至粗冷却转盘11内进行降温，急冷铜辊3的转速是可以调节的，第二电机14旋转带动粗冷却转盘11转动，粗冷却转盘11将降温后的合金薄片从漏料口27输送到下方的可调控精冷却机构，粗冷却转盘11下方的可调控精冷却机构接着对粗冷却转盘11内的合金薄片进一步降温冷却，从而达到迅速降温到理想值的目的，用以调控合金薄片的降温速度，使速凝铸片能迅速的完成适合高性能材料制备的冷速特性的降温，最大程度形成理想的主相晶粒尺寸及其他相的合理分布，避免出现团聚、结块现象，提高用此薄片制成的产品性能，同时，急冷铜辊3长时间使用后，通过炉体1内壁上的伸缩式抛光结构的伸缩再结合急冷铜辊3的旋转，伸缩式抛光机构可以自动对急冷铜辊3打磨抛光，相对于人工打磨抛光来说，机械式打磨抛光不易引起打磨面凹凸不平，打磨光洁度更为均匀，有效避免长期不当打磨会造成急冷铜辊3发生椭圆的形变风险，机械式打磨抛光省时省力，打磨效率也高。

实施例2

进一步的，所述伸缩式抛光机构包括底座10、环形支架6、气缸9及砂纸25，底座10固定在急冷铜辊3对立的炉体1内侧壁上，气缸9固定在底座10侧面，气缸9的输出端与环形支架6通过支撑杆7连接，环形支架6的内环允许急冷铜辊3通过，砂纸25适配的贴合在环形支架6的内环上。

本实施例中，如图1和4所示，伸缩式抛光机构主要由底座10、环形支架6、气缸9和砂纸25构成，底座10焊接或者通过螺栓固定在炉体1内侧壁上对急冷铜辊3对立的位置，气缸9的尾端通过螺栓固定在底座10侧面上，气缸9是水平设置且输出端与急冷铜辊3轴线重合，气缸9的输出端连接有支撑杆7，支撑杆7的左端与环形支架6连接，环形支架6的内圈尺寸是允许急冷铜辊3通过，砂纸25贴合在环形支架6内侧，其工作面面向急冷铜辊3的表面，当需要对急冷铜辊3表面进行打磨抛光时，如果中间包4距离急冷铜辊3的距离太短，可先将中间包4拆除或者移动，然后不停止急冷铜辊3的转动，转速可调慢，气缸9输出端伸长，使得环形支架6靠近急冷铜辊3端部，直至环形支架6套设在急冷铜辊3上，气缸9缓慢的横向伸长，其内壁的砂纸25便可对急冷铜辊3的表面进行打磨抛光，气缸9横向往复伸缩多次，便可以实现对急冷铜辊3的抛光作业，整个过程无需人工手动打磨，机械式打磨抛光不易引起打磨面凹凸不平，打磨光洁度更为均匀，保障了急冷铜辊3被打磨时的一致性、均匀性，避免了长期不当打磨会造成急冷铜辊3发生椭圆的形变风险，机械式打磨抛光省时省力，打磨效率也高。

进一步的，所述砂纸25与环形支架6内壁之间设有一圈适配的气囊24，气囊24内注入有压缩空气或者带压惰性气体。具体的，在砂纸25与环形支架6内壁之间夹设有气囊24，气囊24同样是环形的，通过粘接的方式固定在环形支架6内圈上，气囊24内冲入有适量的压缩空气或者带压惰性气体，气囊24可以改变砂纸25与急冷铜辊3表面的贴合度，同时通过气囊24自身体积的变化，可以改变砂纸25形成的内环直径大小，这样可以对不同直径的急冷铜辊3进行打磨，气囊24充气量多少，可以实现对急冷铜辊3不同要求的打磨与抛光。

需要说明的是，如图6和7所示，砂纸25可以用环形的砂轮26替代，砂轮26安装固定在环形支架6内后，砂轮26的内环直径与急冷铜辊3的直径是匹配的，砂轮26可以通过螺栓固定在环形支架6内，螺栓从外向内穿过环形支架6后对砂轮26进行顶压固定，螺栓与环形支架外壁之间螺纹连接，螺栓可以是呈十字形分布在环形之间侧壁上，由于砂轮26是刚性的，就无需设置气囊24。

进一步的，所述砂纸25边缘位置通过螺钉固定在环形支架6侧面上。具体的，为了避免螺钉对急冷铜辊3造成磨损，螺钉固定位置位于环形支架6的侧面上，让螺钉远离急冷铜辊3表面。

进一步的，所述支撑杆7的长度大于急冷铜辊3的长度且设有多根，多根支撑杆7呈环形均匀间隔分布在环形支架6周向，多根支撑杆7远离环形支架6的端部连接有连接板8，连接板8中部与气缸9输出端连接。具体的，多根支撑杆7构成筒状结构，筒状结构内也是可以允许急冷铜辊3通过的，支撑杆7的长度是大于急冷铜辊3的长度，这样可以使得环形支架6可以移动到急冷铜辊3最左端位置，实现全方位的对急冷铜辊3表面打磨抛光，多根支撑杆7一端焊接在环形支架6的上，另一端焊接在连接板8上，连接板8中部位置与气缸9的输出端连接，这样气缸9输出端的伸缩便可以带动环形支架6的横向移动，实现对水冷辊的打磨、抛光。

实施例3

进一步的，所述可调控精冷却机构包括位于粗冷却转盘11下方的精冷却转盘13，精冷却转盘13顶端开口且不与粗冷却转盘11底面接触，精冷却转盘13侧壁上设有控制冷却水流出的阀门，精冷却转盘13底部呈同心圆环状分布若干的冷头12，冷头12内部通过隔板形成有进水流道、出水流道，冷头12通过管道与外部供水管接通，第二电机14的输出端贯穿精冷却转盘13底部后与粗冷却转盘11连接。

本实施例中，如图1和3所示，在粗冷却转盘11下方安装有精冷却转盘13，精冷却转盘13设置在炉体1底部，精冷却转盘13是圆形状，且顶部开口，精冷却转盘13顶部与粗冷却转盘11底面不接触，具有一定的距离，精冷却转盘13正投影面积不小于粗冷却转盘11的正投影面积，在精冷却转盘13底面固定有若干的冷头12，若干的冷头12呈同心圆状分布，冷头12内部通过隔板构成进水流道和出水流道，进水流道与外部供水管接通，出水流道通过管道将热交换后的水排出至炉体1外部，第二电机14的输出端直接穿过精冷却转盘13中部向上与粗冷却转盘11中部连接，第二电机既可以位于炉体的真空腔内，也可以位于炉体外部，第二电机也会带动精冷却转盘13转动，精冷却转盘13与粗冷却转盘11之间具有转速差，可以在第二电机14的输出轴与精冷却转盘13之间设置齿轮结构(图中未示)，输出轴上安装齿轮，精冷却转盘13中部安装有齿位于内侧的环形齿轮，环形齿轮与输出轴上的齿轮啮合，当未冷却到理想温度的合金薄片掉落到粗冷却转盘11内后，若干的冷头12内部具有循环的冷却水，对掉落的合金薄片进行再次冷却，同时还能对掉落的合金薄片进行搅拌，这样可以进一步迅速将合金薄片产生的热量带走，实现快速冷却到理想温度，大约为200℃。

实施例4

进一步的，所述套筒2侧面设有多根竖直向下的搅拌杆15，多根搅拌杆15沿着套筒2长度方向间隔分布，搅拌杆15下端设有搅拌块16且两者构成L形状，搅拌块16具有尖锐端且尖锐端与粗冷却转盘11转动的圆周切线方向对立。

本实施例中，如图1/2/4所示，在套筒2上通过焊接或者螺栓固定多根搅拌杆15，搅拌杆15的下端焊接有搅拌块16，搅拌块16具有尖锐端，搅拌块16距离粗冷却转盘11内底面较近，在粗冷却转盘11旋转过程中，搅拌块16的尖锐端可以对粗冷却转盘11内堆积合金薄片进行搅拌，这样可以加速合金薄片的降温速度，同时还可以放置未完全冷却的合金薄片出现团聚、结块现象，提高合金薄片的质量。

进一步的，所述搅拌块16由两个三角块21相互倾斜焊接构成箭头结构，搅拌块16底面呈倒置V形状。具体的，搅拌块16是有两个三角块21相互焊接或者一体成型，共同构成箭头结构，两个搅拌块16连接后呈倒置的V形，这样搅拌块16更容易将堆积的合金薄片翻转起来，使其散热更快，降温速度快。

进一步的，两个所述三角块21都具有空腔，且两个空腔连通，其中一个三角块21的尾端设有与其空腔接通的进水口22，另一个三角块21的尾端设有与其空腔接通的出水口23，进水口22通过管道与外部供水管连通，出水口23通过管道与精冷却转盘13接通。

具体的，两个三角块21内部都具有空腔，且两个三角块21的空腔是相互连通的，在搅拌块16对合金薄片进行搅拌翻转时，可以通过供水管向进水口22注入冷却水，冷却水可以进一步将合金薄片产生的热量从出水口23带走，使得合金薄片的降温速度进一步加快，热交换后的冷却水回到精冷却转盘13内。

进一步的，所述供水管上设有增压泵。具体的，为了加快冷头内冷却水将合金薄片的热量带走，提高其降温速度，通过增压泵(图中未标出)可以提高冷却水流速，这样可以加快合金薄片的热量散失。

本方案的工作原理：合金熔液进中间包4流道急冷铜辊3上后，急冷铜辊3内通有循环的冷却介质，使得中间包4流出的合金熔液迅速初步冷却，并凝固结晶形成合金薄片，第一电机18动作使得急冷铜辊3正向或者反向旋转并将形成的合金薄片甩至粗冷却转盘11内，第二电机14旋转带动粗冷却转盘11转动，粗冷却转盘11是现有的，其内部具备冷却作用，可以对粗冷却转盘11内的合金薄片进行冷却，如图8所示，冷却后的合金薄片从粗冷却转盘11的漏料口27掉落到下方精冷却转盘13内，精冷却转盘13内的若干冷头12对掉落的合金薄片进一步降温冷却，第二电机14带动精冷却转盘13转动时，冷头12可以对内部的合金薄片进行搅拌，加速冷却，同时，随着粗冷却转盘11的转动，搅拌块16将堆积的合金薄片翻转起来，使其散热更快，供水管向进水口22注入冷却水，冷却水可以进一步将合金薄片产生的热量从出水口23带走，使得合金薄片的降温速度进一步加快，通过多级方式对合金薄片冷却降温，达到了迅速降温的目的，这样加快了甩出的合金薄片在粗冷却转盘11内的降温速度，使其能快速的完全凝固，避免出现团聚、结块现象，用此合金薄片制成的产品性能相对较高，同时，急冷铜辊3长时间使用后，通过炉体1内壁上的伸缩式抛光结构的伸缩再结合急冷铜辊3的旋转，伸缩式抛光机构可以自动对急冷铜辊3打磨抛光，相对于人工打磨抛光来说，机械式打磨抛光不易引起打磨面凹凸不平，打磨光洁度更为均匀，有效避免长期不当打磨会造成急冷铜辊3发生椭圆的形变风险，机械式打磨抛光省时省力，打磨效率也高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。