一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备

技术领域

本发明涉及铁基纳米晶磁芯加工设备技术领域，特别是涉及一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备。

背景技术

作为近几年里兴起和应用的铁基纳米晶新型金属软磁功能材料，已被确认为环保节能型的“双绿色(节能环保)新材料”。

此材料经过特定的退火工艺热处理，尤其是采用在特定温度下施加磁场退火工艺的热处理后，能够高效稳定获得纳米级(10-20nm)的超细尺寸晶粒，这样一种获得的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，使其成为具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低损耗等优异特性的软磁合金材料。

以此材料制作的铁基纳米晶磁芯，尤其是在经过磁场退火工艺热处理后的铁基纳米晶磁芯，是目前共模电感、高频变压器、各类电流互感器、磁放大器等磁电产品的关键元器件，已广泛应用于国家电网、光伏发电、轨道交通、新能源汽车、无线充电等众多领域。

目前对铁基纳米晶磁芯的磁场退火热处理，还停留在采用周期式退火炉设备，其特点是炉体只有一个炉室，并且只能在这一个炉室里完成整个磁场退火处理：开门-装料-升温-保温-加磁-保温-降温-开炉门-取料，在完成这样一个磁场退火周期后，才可以重新开始下一个磁场退火处理周期。

其缺点之一：由于周期炉的限制，整个生产在时间上呈现周期性等待的缺点，这样的生产效率十分低下，尤其是对铁基纳米晶磁芯产品的加磁退火的热处理生产，一个生产周期短的需要9小时，长的需要12小时以上。缺点之二：是能源消耗大，周期炉在一个热处理生产的周期中，都有一个在退火处理初始大幅度升温的能源消耗，在退火处理结束开炉门取料的过程中，还会产生极大的热能损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备，通过加装磁场装置的连续式退火炉，实现连续进料、连续出料的磁场退火热处理生产，大幅缩短了对铁基纳米晶磁芯产品加磁退火的热处理周期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备，包括输送装置、炉前气体交换炉室、加磁退火炉室、磁场装置和炉后气体交换炉室，所述的输送装置上从进口方向往出口方向依次设置有炉前气体交换炉室、磁场装置和炉后气体交换炉室，所述的加磁退火炉室安装在炉前气体交换炉室与炉后气体交换炉室之间，该加磁退火炉室贯穿磁场装置，所述的炉前气体交换炉室用于对进入室内的铁基纳米晶磁芯在惰性气体保护氛围下进行预加热，所述的炉后气体交换炉室用于对室内行进的铁基纳米晶磁芯在惰性气体保护氛围下的降温速度进行调节控制。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的输送装置采用输送带。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的炉前气体交换炉室、加磁退火炉室和炉后气体交换炉室结构相同，炉室均包括隔热保温层和炉胆，所述的炉胆外侧包裹有隔热保温层，所述的隔热保温层与炉胆外壁之间安装有加热装置，所述的炉胆内侧安装有测温热电偶，所述的炉胆具有供铁基纳米晶磁芯行进的通道，该通道的两端均安装有一密封保温门，所述的密封保温门为自动升降门，所述的炉胆上设有向炉内充加惰性气体的进气管以及将炉内气体排出的排气管。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的隔热保温层与炉胆外壁之间由外到内依次布置有上绝缘陶瓷保护层和下绝缘陶瓷保护层，所述的加热装置安装在上绝缘陶瓷保护层与下绝缘陶瓷保护层之间。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的加热装置采用电热丝，该电热丝一端通过绝缘陶瓷穿线管引出。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的炉胆的两端均焊接有连接法兰，该连接法兰与密封保温门安装固定。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的隔热保温层外侧通过不锈钢保护板覆盖。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的磁场装置包括磁场框架，所述的磁场框架采用导磁材料，该磁场框架内部设有供加磁退火炉室贯穿的中空腔，所述的中空腔内壁固定安装有永磁块，该中空腔形成一个磁场导磁回路。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的磁场框架采用四块导磁板拼接成紧密结合的矩形框架结构，所述的矩形框架的两端均通过固定法兰固定。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的中空腔顶部和底部均排列布置有多个永磁块，该中空腔顶部以及底部均安装有用于永磁块降温的冷却装置。

有益效果：本发明涉及一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备，具有以下几个优点：

1、采用具有惰性气体保护多炉室结构作为炉体，在炉体特定温度的炉室外加装磁场装置，实现对铁基纳米晶磁芯磁场退火的连续生产，自动化程度高，节能显著；

2、整个设备能自动实现连续进料、连续出料的磁场退火热处理生产，大幅缩短了对铁基纳米晶磁芯产品加磁退火的热处理周期，生产效率呈倍率的大幅提升；

3、本发明是一种高效节能的设备，能有效避免传统周期炉在每个热处理周期里造成的能源消耗，且节能效果显著。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工艺流程图；

图3是本发明所述的加磁退火炉室的主视图；

图4是本发明所述的加磁退火炉室的左视图；

图5是本发明所述的磁场装置主视方向的结构示意图；

图6是本发明所述的磁场装置左视方向的结构示意图；

图7是本发明所述的加磁退火炉室和磁场装置主视方向的结构示意图；

图8是本发明所述的加磁退火炉室和磁场装置左视方向的结构示意图。

图示：1、输送装置，2、炉前气体交换炉室，3、加磁退火炉室，4、磁场装置，5、炉后气体交换炉室，6、自动控制系统，7、上料输送带，8、磁芯固定托盘，9、传动装置，10、炉体支架，11、密闭保温门，12、进气管，13、排气管，14、绝缘陶瓷穿线管，15、连接法兰，16、测温热电偶，17、连接法兰保护板，18、隔热保温层，19、上绝缘陶瓷保护层，20、加热装置，21、下绝缘陶瓷保护层，22、炉胆，23、磁固定法兰，24、导磁板，25、永磁块，26、冷却装置，27、冷却装置固定架，28、磁场固定架，29、冷却装置，30、中空腔，31、通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种铁基纳米晶磁芯的磁场退火连续设备，如图1-8所示，包括输送装置1、炉前气体交换炉室2、加磁退火炉室3、磁场装置4和炉后气体交换炉室5，所述的输送装置1上从进口方向往出口方向依次设置有炉前气体交换炉室2、磁场装置4和炉后气体交换炉室5，所述的加磁退火炉室3安装在炉前气体交换炉室2与炉后气体交换炉室5之间，该加磁退火炉室3贯穿磁场装置4，所述的炉前气体交换炉室2用于对进入室内的铁基纳米晶磁芯在惰性气体保护氛围下进行预加热，所述的炉后气体交换炉室5用于对室内行进的铁基纳米晶磁芯在惰性气体保护氛围下的降温速度进行调节控制。

为避免铁基纳米晶磁芯在磁场的磁力作用时产生位移移动，铁基纳米晶磁芯在加磁退火处理前被固定在专用的磁芯固定托盘8里，铁基纳米晶磁芯的加磁退火处理以一个托盘为一个单位的进行连续的磁场加磁退火处理。

所述的输送装置1进口处的一侧设置有上料输送带7，预先固定了铁基纳米晶磁芯的磁芯固定托盘8置于上料输送带7上，上料输送带7以磁场退火连续炉的输送速度做步进运行，一个步序完成一个磁芯固定托盘8的转运。上料输送带7以步进运行的方式将磁芯固定托盘8转送到下一级的输送装置1上。

所述的输送装置1采用输送带，输送带优选为环形闭合结构以满足连续退火炉要求。输送带一侧安装有传动装置9，传动装置9包括传动皮带单元、传动棍轴单元、齿轮箱电机和伺服控制器单元。输送带由传动装置9驱动后，贯穿在整个铁基纳米晶磁芯的磁场退火炉体的各个炉室连续循环运行。输送带通过炉体支架10固定支撑。

所述的炉前气体交换炉室2、加磁退火炉室3和炉后气体交换炉室5结构相同，炉室均包括隔热保温层18和炉胆22，所述的炉胆22外侧包裹有隔热保温层18，所述的隔热保温层18与炉胆22外壁之间安装有加热装置20，所述的炉胆22内侧的测温点上安装有测温热电偶16，所述的炉胆22具有供铁基纳米晶磁芯行进的通道31，该通道31的两端均安装有一密封保温门11，所述的密封保温门11为自动升降门，所述的炉胆22上设有向炉内充加惰性气体的进气管12以及将炉内气体排出的排气管13，实现炉室内以气体交换方式达到的惰性气体保护作用。进气管12和排气管13均采用不锈钢材质，进气管12和排气管13伸入炉胆22内并与炉胆22的胆壁焊接成一体。

炉前气体交换炉室2与加磁退火炉室3之间和加磁退火炉室3与炉后气体交换炉室5之间都是共用一个密封保温门11，也可以不共用密封保温门11。

所述的隔热保温层18与炉胆22外壁之间由外到内依次布置有上绝缘陶瓷保护层19和下绝缘陶瓷保护层21，所述的加热装置20安装在上绝缘陶瓷保护层19与下绝缘陶瓷保护层21之间。

还包括有自动控制系统6，所述的加热装置20采用电热丝，该电热丝一端通过绝缘陶瓷穿线管14引出与自动控制系统6中相对应的电加热电源控制输出单元接线连接，构成炉室的电加热装置。

一定数量的独立的测温热电偶16和一定数量的独立的加热装置20构成一组可以独立调节和控制的电加热温控区，根据需要可在炉室上布置多组电加热温控区。

所述的炉胆22的两端均焊接有连接法兰15，该连接法兰15与密封保温门11安装固定，炉胆22和连接法兰15均采用不锈钢材质。

所述的隔热保温层18外侧通过不锈钢保护板17覆盖，相邻的不锈钢保护板17之间采用焊接固定，设置不锈钢保护板17用于保护隔热保温层18以及增强结构稳定性能。

所述的磁场装置4包括磁场框架，所述的磁场框架采用导磁材料，该磁场框架内部设有供加磁退火炉室3贯穿的中空腔30，所述的中空腔30内壁固定安装有永磁块25，该中空腔30形成一个磁场导磁回路。永磁块25优选为可以产生均匀强磁场且尺寸相同的长方体外形的钕铁硼永磁体。

加磁退火炉室3与磁场装置4的中空腔30互不接触，两者之间的空间距离能够满足磁场装置4对加磁退火炉室3内的铁基纳米晶磁芯磁场退火的磁感应强度要求，将磁场装置4调整位于加磁退火炉室3的一个位置，加磁退火炉室3通过两端的连接法兰15与炉体支架10固定安装。

所述的磁场框架采用四块导磁板24拼接成紧密结合的矩形框架结构，所述的矩形框架的两端均通过固定法兰23固定。导磁板24优选铁磁性导磁材质，固定法兰23为不锈钢材质。两端的固定法兰23其底部均设置有一不锈钢材质的磁场固定架28，通过两个磁场固定架28将磁场装置4两端抬升。

所述的中空腔30顶部和底部均排列布置有多个永磁块25，该中空腔30顶部以及底部均安装有用于永磁块25降温的冷却装置26。冷却装置26通过优选的非导磁材质的冷却装置固定架27固定在中空腔30上，冷却装置26完全覆盖其所在端面上所有永磁块25的外表面，实现对所安装的永磁块25进行降温的作用，冷却装置26引出接管端的延长管优选为软管连接。

一定数量下满足加磁退火磁感应强度要求的永磁块25，永磁块25与永磁块25之间有序紧密排列的分别固定在中空腔30顶部或者底部上，用优选的非导磁材质螺杆通过永磁块25上的通孔将永磁块25固定在中空腔30顶部和底部。

在自动控制系统6的人机界面上，进行设定或者修改铁基纳米晶磁芯连续加磁退火热处理工艺所相对应的各个炉室电加热温控区的温度、输送带传送速度等必要的参数，系统在启动运行后，由自动控制系统6内部的计算机程序、智能温度控制单元和速度调节控制单元，对各电加热区的温度和输送带速度等自动进行调节和控制，对上料输送带7的步进动作和对磁芯固定托盘8经过的各个密闭保温门11开或关的动作进行自动控制和调节。

工作流程具体如下(炉前气体交换炉室2与加磁退火炉室3之间和加磁退火炉室3与炉后气体交换炉室5之间都分别具有一个密封保温门11)：

A.预先固定好铁基纳米晶磁芯的磁芯固定托盘8，在上料输送带7上等待被转运到下一级的输送装置1上；

B.由上料输送带7以步进运行的方式，将在上料输送带7上预先固定好铁基纳米晶磁芯的磁芯固定托盘8，转送到输送装置1上由传动装置9驱动连续不断循环运行；

完成一个磁芯固定托盘8转运后，上料输送带7等待下一个磁芯固定托盘8的转运指令；

C.磁芯固定托盘8随输送装置1同步连续运行到距炉前气体交换炉室2前面的密闭保温门11的一个位置时，前面的密闭保温门11打开，磁芯固定托盘8随输送装置1进入到具有惰性气体保护作用的炉前气体交换炉室2里连续行进，同时被预热；

当磁芯固定托盘8随输送装置1完全进入到炉前气体交换炉室2内的瞬间，前面的密闭保温门11立刻关闭；

D.磁芯固定托盘8随输送装置1在炉前气体交换炉室2内连续行进，距炉前气体交换炉室2后面的密闭保温门11的一个位置时，后面的密闭保温门11打开，磁芯固定托盘8随输送装置1通过进入到具有惰性气体保护作用的加磁退火炉室3内；

E.当磁芯固定托盘8随输送装置1完全进入到加磁退火炉室3内的瞬间，炉前换气炉室2后面的密闭保温门11立刻关闭；

当后面的密闭保温门11立刻关闭后，同时自动控制系统向上料输送带7发出转运指令，待命的上料输送带7重复B步的工序，将下一个磁芯固定托盘8转运到输送装置1上；

工作启动后每运行到此步，待命的上料输送带7接到指令后，都重复B步的工序，将下一个磁芯固定托盘8转运到输送装置1上；

被转运到输送装置1上的磁芯固定托盘8，按转运的先后形成的一定间距的排序，由输送装置1的连续运行进入本发明中所涉及的各道处理工序；

本流程只对当前的一个磁芯固定托盘8例做全过程说明，其后按一定间距排序的磁芯固定托盘8是完全继续重复和符合当前磁芯固定托盘8例的铁基纳米晶磁芯磁场加磁热处理的全流程；

F.在加磁退火炉室3里连续行进的芯固定托盘15通过电加热温控区，尤其是在通过本发明中由加磁退火炉室3和磁场装置4构成的磁场电加热温控区期间时，磁芯固定托盘8里的铁基纳米晶磁芯在电加热退火热处理的同时，持续受到叠加了足够磁场强度的磁场作用；

G.磁芯固定托盘8随输送装置1在加磁退火炉室3里行进到距炉后气体交换炉室5前面的密闭保温门11的一个位置时，前面的密闭保温门11打开，磁芯固定托盘8随输送装置1进入到具有惰性气体保护作用的炉后气体交换炉室5里连续行进，同时被冷却；

当磁芯固定托盘8随输送装置1完全进入到炉后气体交换炉室5内的瞬间，前面的密闭保温门11立刻关闭；

H.磁芯固定托盘8随输送装置1在炉后气体交换炉室5内连续行进，距炉后气体交换炉室5后面的密闭保温门11的一个位置时，后面的密闭保温门11打开，磁芯固定托盘8随输送装置1通过炉后气体交换炉室5后面的密闭保温门11；

I.当磁芯固定托盘8随输送装置1完全离开炉后气体交换炉室5后面的密闭保温门11的瞬间，炉后气体交换炉室5后面的密闭保温门11立刻关闭；

J.此时随输送装置1由炉后气体交换炉室5完全出来的磁芯固定托盘8里的铁基纳米晶磁芯，经过上述工作流程后完成磁场加磁退火的工艺处理；

随输送装置1由炉后气体交换炉室5完全出来的磁芯固定托盘8，被转运到后级下料装置。