[发明专利]一种强制热交换方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空速凝合金材料制备过程的强制热交换的方法和装置，属于冶金材料技术领域，其方法及装置包括但不限于制备真空速凝合金材料。

现有技术

目前，在冶金制备合金材料，特别是制备钕铁硼材料的时候，一般是将熔融合金液喷射、浇铸、或溢流到快速旋转的冷却辊表面，以快速冷凝形成非晶态或微晶的带材，并直接甩到接料容器内冷却。

在上述过程中，涉及熔融合金液与冷却辊表面发生热交换，该过程需要熔融合金液以足够快的冷却速度凝固，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步能生成非晶体，所以，合金液的速凝工艺变得尤为重要，一般要求冷却辊的设计要满足熔融合金液能以10⁵-10⁶℃/s的速度冷却，在速凝带材生产过程中，需要调整好冷却辊的转速及冷却介质的流量等，这些因素都会影响冷却辊的热交换效率，影响合金材料产品质量。

另一方面，速凝带脱离冷却辊后的温度一般还在500°C以上，所以，需对速凝带进行再次冷却，如不能及时充分冷却，会造成粘连、蓝片现象，对产品的质量造成重大的影响。在现有技术中，速凝带的二次冷却一般是风冷或自然冷却，或在接料容器中设置冷却装置，冷却速度慢，生产效率低，且极大影响产品的质量。

现有的热交换设备及生产工艺已难以满足高性能速凝合金材料的生产要求，存在以下缺点：

冷却辊及整套冷却系统无法满足高温熔融合金液快速冷却的要求，造成粘连、蓝片现象，导致合金薄带成分不均匀、组织分布不均匀，且晶粒较大，难以生产高性能合金材料产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种进行强制热交换的装置和方法，其使高温熔融合金快速冷却，使产品晶粒细化、成分及组织分布均匀，形成的非晶或微晶的速凝薄片厚度为20-80μm，宽度为1-3mm，经过退火处理后能得到纳米级(10-80nm之间)晶体结构的速凝合金材料产品，以实现包括NdFeB速凝合金材料的性能大幅提升。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种强制进行热交换的装置，其特征在于，包括：冷却辊，其为第一级冷却装置；冷却模，其为第二级冷却装置；和冷却接料桶，其为第三级冷却装置；所述冷却模设置在冷却辊的下游和冷却接料桶的上游。

优选地，冷却辊的上方设有容纳熔融合金液的坩埚，该坩埚的下端设有喷射窄缝或喷嘴；冷却辊设有水平转轴和内部的循环冷却介质流通装置；和/或，冷却辊设有500-800℃的速凝带温度控制器。

优选地，冷却模设有位置调节装置和振动频率调节装置；和/或，冷却模设有5-80Hz的振动频率控制器和/或200-300℃的第二次冷却温度控制器。

优选地，所述冷却接料桶由铸铁或钢材制成，所述冷却接料桶的周边设有冷却管；在冷却接料桶的外围，还设有接料桶冷却装置；和/或，冷却接料桶处设有25-45℃的第三次冷却温度控制器。

优选地，冷却辊设有量程至少为1-8公斤的水压控制器、量程至少为2-9吨/小时水流量控制器、量程至少为1-8℃进出水温差控制器、量程至少为10-65m/s的线速度控制器、量程至少为1350-1550℃的熔融合金液接触冷却辊前的温度控制器、和/或到达冷却辊后的量程至少为10⁵-10⁶℃/s的合金液冷却速率控制器。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种强制进行热交换的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)熔融合金液速凝：熔融合金液喷射到冷却辊上，通过冷却辊的快速冷却，形成非晶或微晶的速凝带，并且沿冷却辊的转动切线方向飞出；

2)速凝带的冷却、破碎：速凝带甩入冷却模，经冷却模破碎、分散冷却后，形成雪花状速凝薄片；以及

3)速凝薄片的再冷却:雪花状速凝薄片最终进入冷却接料桶再冷却。

优选地，熔融合金液自坩埚窄缝喷射到装有循环冷却介质装置的沿水平轴线快速旋转的冷却辊上；和/或，在步骤1)中冷却辊的水压在1-8公斤，水流量在2-9吨/小时；冷却辊的进出水温差在1-8℃之间；冷却辊的线速度设置在10-65m/s之间，根据产品成分、最终产品性能调节；熔融合金液接触冷却辊前温度为1350-1550℃之间，合金液到达冷却辊后以10⁵-10⁶℃/s的速率冷却形成非晶或微晶的速凝带。

优选地，冷却模的位置及其振动频率被调节，以形成雪花状速凝薄片；和/或冷却接料桶的外围设有接料桶冷却装置。

优选地，所述冷却介质为水、水溶液、液氮、和/或矿物油等，优选为水。