合金快冷厚带设备和采用该设备的制备方法及其产品技术

制备合金快冷厚带制备设备及其制备方法和产品。本设备包括炉壳４、感应线圈１、坩埚２及底部装有喷嘴的感应加热中间包３，在中间包的下部固定一对或单个水冷转轮５，转轮的下方为收料器，位于炉壳４旁的用于冷却厚带的风冷装置以及相应的真空系统。适合生产合金快冷厚带，厚带具有成分和组织均匀、晶粒细小的柱状晶、无偏析等。制备出钕铁硼快厚带具有无ａ－Ｆｅ相或ａ－Ｆｅ相很低、无等轴晶区、主相Ｎｄ＃－［２］Ｆｅ＃－［１４］Ｂ为柱状晶、富钕相分布均匀、Ｎｄ＃－［２］Ｆｅ＃－［１４］Ｂ主相体积百分数高（一般大于９５％）、稀土总量低等特点，适用于生产高性能的钕铁硼烧结磁体。制备出电池用低钕低钴贮氢合金的快冷厚带具有细小的全柱状晶组织、无偏析、不需要均匀化热处理、良好的综合性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金快冷厚带设备和采用该设备的制备方法及其产品。传统熔炼、铸造工艺对烧结钕铁硼磁体来说，表现为以下缺点1、钕铁硼合金铸锭中含有大量的a-Fe相，Nd2Fe14B主相含量低；2、合金中富钕相分布极不均匀；3、合金凝固速率低，难以降低钕铁硼合金中的稀土总量；4、难以制备高性能磁体。传统熔炼、铸造工艺对贮氢合金来说，表现为以下缺点1、贮氢合金中含有大量的富Mn相、富Co相，RE(Ni，M)5主相含量低，其中RE为稀土元素，M＝Mn，Co，Al等添加元素；2、贵重元素Nd、Co用量多，合金需要均匀化热处理成本高；3、难以制备高性能贮氢合金。研究表明采用快速凝固技术可以解决上述缺点。现在广泛使用的真空快淬炉，主要用来生产非晶或微晶的快淬粉，如中国专利号92209624.4公开的一种真空快淬炉，通过电弧熔炼来制备快淬粉，其主体部分为不锈钢双层壳体的水冷炉体、电弧熔炼、送料机构、甩带机构及收料器。如日本专利特开平2-24730、2-247310和特开昭63-333829以及中国专利号97217372.2所公布的真空快淬炉都是类似的用来生产非晶或微晶快淬粉的设备。如采用此类设备生产钕铁硼稀土永磁材料，只能生产用于各向同性粘结磁体的快淬磁粉，这类真空快淬炉并不适于制备铸片状的快冷厚带。本专利技术的另一目的是提供制备合金快冷厚带的新工艺，将合金熔炼、甩带在同一台设备完成。该工艺特别适合工业化生产。本专利技术的再一目的是提供采用上述设备和工艺所制成的合金结构为均匀细小的全柱状晶的合金快冷厚带。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案这种合金快冷厚带设备包括有熔炼坩埚、底部装有喷嘴的感应加热中间包、位于喷嘴下方的一对或单个水冷转轮、具有冷却装置的快冷厚带的收料器，上述各装置都处于同一炉壳内，且该炉壳连接有真空系统。采用上述设备可以使合金熔炼、浇铸、甩带在同一炉壳体内完成。在本专利技术的设备中，所述单个水冷转轮的直径为150-800mm、宽度为10-1200mm，转轮的转速在0.5-45m/s范围内无级变速可调，并设有使转轮轴向移动的传动机构，以及在转轮的侧面设有刮板或抛光轮；并且所述喷嘴与重力方向成0-90°。在本专利技术的设备中，所述一对水冷转轮的直径为150-800mm，宽度为10-1200mm，转轮的转速在0.5-45m/s范围内无级变速可调，并设有用以调整该对转轮的间隙的调整机构。在本专利技术的设备中，所述收料器为炉壳的下部内容体，并由板阀分隔为上、下两室，所述冷却装置为水冷装置和风冷系统，水冷装置分别设在上、下室内，而风冷系统设在炉壳外，与下室连接。在本专利技术的设备中，水冷装置可以是水冷盘管；风冷装置是由风冷系统制冷机、风冷系统压缩机通过管道与炉壳连接而组成。在本专利技术的设备中，真空系统是由机械泵、罗茨泵；扩散泵分别通过管道、阀门与炉壳连接。在本专利技术的设备中，所述炉壳体上接有氩气进气管。采用本专利技术的合金快冷厚带设备制备合金快冷厚带的工艺方法包括下述步骤(1)将配比好的原料装入熔炼坩埚内，关上炉壳的炉门，开启水冷转轮的冷却循环水阀门供水，启动真空系统，待炉内真空度达到要求值后，向炉壳内充入一定量的氩气；(2)将原料在熔炼坩埚中熔炼，形成合金熔液并保持200-300℃的过热度，同时对中间包和喷嘴进行加热，然后将形成所需的合金熔液直接倾倒入中间包内，合金熔液通过中间包的喷嘴流到水冷转轮上，甩成合金快冷厚带； (3)由水冷转轮上甩出的合金快冷厚带，落入到收料器上继续冷却，冷却至室温后从炉壳内出料，即制成合金快冷厚带。在本专利技术的方法中，在所述步骤(2)中，所述水冷转轮为单个时，通过调整水冷转轮的转速以控制合金快冷厚带的厚度，其转速控制范围为0.5-45.0m/s；所述水冷转轮为一对时，通过调整两个转轮的间隙以控制合金快冷厚带的厚度；合金快冷厚带的厚度控制为0.1-2.0mm。在本专利技术的方法中，在所述步骤(2)中的通过水冷转轮冷却及步骤(3)中的通过收料器的冷却过程中，在合金熔点～800℃温度范围内，合金快冷厚带的冷却速率为100.0-1000.0℃/s；在合金熔点在800.0-600.0℃温度范围内，合金快冷厚带的冷却速率为0.1-1.0℃/s。采用本专利技术的工艺方法所制成的合金快冷厚带，该合金快冷厚带成分均匀，显微组织均匀，为全柱状晶结构，柱状晶宽度为0.2-40μm，长度1.0-200μm。采用本专利技术的工艺方法所制成的钕铁硼合金快冷厚带，该钕铁硼合金快冷厚带具有无a-Fe相或a-Fe相很低、无等轴晶区、主相Nd2Fe14B为柱状晶，富钕相分布均匀，Nd2Fe14B主相体积大于95％。采用本专利技术的工艺方法所制成的低钕低钴贮氢合金快冷厚带，该电池用低钕低钴贮氢合金快冷厚带具有细小的全柱状晶组织，无偏析。如附图说明图1所示，熔炼坩埚2可以装料10-1000公斤，选用的熔炼功率和频率根据装炉量的多少确定。熔炼坩埚2装炉量越少，则选用的频率越高，功率则越小；熔炼坩埚2装炉量越多，则选用的频率越低，功率越大。中间包3选用的坩埚一般不大于熔炼坩埚2，熔炼时一般选用中频和合适的功率，中间包3底部有一个导流喷嘴17，喷嘴17出口为扁平状并配有高频电源进行加热。水冷转轮5(图1)或5(图2)采用导热率为1w/cm·度或以上的材料制作，内部通冷却水进行水冷；运动方式可以是转动(线速度可以无级变速)，也可以是转动+轴向平动。对于单个水冷转轮，刮板或抛光轮10能刮去粘附在轮面上的合金并对水冷转轮冷却面进行抛光，保证甩带的正常进行和合金快冷厚带的质量。合金快冷厚带后续冷却采用水冷盘管7和风冷系统。本专利技术合金快冷厚带制备工艺如下按合金成分配比的原料，装入熔炼坩埚2内，关闭炉门；开启各冷却循环水阀门供水；启动真空系统，待炉内真空度达到要求值后，向炉内充入一定量的氩气；选用合适的频率和功率进行合金熔炼，形成合金熔液并保持一定的过热度(200-300℃)；对中间包3选用合适的频率和功率进行加热，同时对导流喷嘴17进行高频加热，确保合金熔液可以流到水冷转轮5(图1)或水冷转轮5(图2)；线速度在0.5-45m/s范围内连续可调，运动方式可以是单独转动，也可以是转动+轴向平动；通过调节水冷转轮5(图1)或水冷转轮5(图2)的转速控制冷却速率，可以达到控制合金快冷厚带的厚度(一般为0.1-2.0mm)。通过水冷转轮甩出的合金快冷厚带，落入收料器的上室进一步冷却，上室的合金快冷厚带达到一定的程度，打开板阀16，处于上室的厚带进入下室冷却至室温。在甩带过程中，合金熔点到700-800℃的温度范围内，合金快冷厚带的冷却速度为100-1000℃/s；在800-600℃的范围内，合金快冷厚带的冷却速度为0.1-1.0℃/s。本专利技术将合金快冷厚带制备工艺和设备有机结合，可以生产多种合金快冷厚带。图3和图4分别是采用本专利技术工艺和设备制备的钕铁硼合金快冷厚带金相照片(平行与带面方向)和SEM照片。从图3和图4可以看出，钕铁硼快冷厚带由平行排列的柱状晶组成，无等轴晶区域。主机Nd2Fe14B的柱状晶宽度为1.0-3.5μm，长度50-200μm。富钕相均匀分布于平行排柱状晶之间，其宽度小于1.0μm，长度50-200μm。图5是钕铁硼合金快冷厚带能谱图，表明了厚带中无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合金快冷厚带设备，其特征在于：该设备包括有熔炼坩埚、底部装有喷嘴的感应加热中间包、位于喷嘴下方的一对或单个水冷转轮、具有冷却装置的快冷厚带的收料器，上述各装置都处于同一炉壳内，且该炉壳连接有真空系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张深根，李红卫，徐静，杨红川，张耀，李宗安，石力开，熊柏青，余成洲，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研稀土新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]