一种基于附壁效应的平面流铸造用节能剥离气刀的制作方法

本发明属于平面流铸造带材剥离技术领域，尤其涉及一种基于附壁效应的平面流铸造用节能剥离气刀。

背景技术：

平面流铸造(planar-flow melt spinning，PFMS)最早由旋铸法(chill block melt-spinning，CBMS)发展而来，是通过单激冷辊高速旋转使合金液自熔潭沿辊面被拉出，在辊面形成液膜，并在辊内水冷作用下凝固为薄带并剥离收取，获得具有非平衡凝固组织带材的快速凝固技术。该技术工艺能解决易产生偏析合金的铸造，提高材料机械性能、磁性能的同时，节约大量能源并提高生产效率。并因其短流程、近终成形的特殊工艺，免去了后续多道次轧制及热处理，符合高端、智能制造领域的需求。

非晶合金具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低损耗等优良的软磁特性，非晶薄带广泛应用于配送变压器、非晶电机等领域，是代替传统取向硅钢铁芯的最佳选择。平面流铸造是制备非晶薄带的典型代表，系将高温钢液喷射到高速旋转的冷却辊上，喷甩出厚度仅18μm～30μm的薄带，其冷却速率高达10⁶～10⁷℃/s。该工艺把长流程硅钢轧制工艺缩短到直径仅一米左右的冷却辊面上，从熔潭拉出到喷甩成型再到剥离卷取过程中很多制约因素将更为复杂难控。

薄带快速凝固成型后需要及时剥离开辊面，分离后以便开始下一圆周喷甩。PFMS工艺早期采用机械式剥离，很长时期内一直沿用刮刀或毛刷直接将薄带与冷却辊分离，如美国专利US 4770227和US 4789022公开的楔形或靴型刮刀。机械式剥离会对辊面和薄带贴辊面造成划痕，带材出现横纵裂纹或分绺，严重的会损伤冷却辊使之提前报废。后来逐渐采用气体剥离代替机械剥离，如美国专利号US 4301855和中国专利申请CN 103930225 A和CN 104399925 A。气体剥离很少对薄带造成机械式划伤，薄带基本不会产生裂纹和毛刺，同时对辊面相当于进行气淬冷却，有利于减轻热冲击负荷，使辊面温度降低，远离软化温度。甚至，对于柔韧性较差的脆性带也能完整剥离。

目前从流体动力学出发来设计剥离气刀外形和内部构造的报道尚不多见，气刀外形和内部构造对气幕冲击力，发散度和均匀度有重要影响。传统剥离气刀存在诸多弊端，喷缝式气刀的气流不均匀，冲击力不足，尤其排孔式气刀在高气压下易引起空气共鸣等高分贝噪音。类似传统剥离气刀大多没有考虑节能环节，仅依靠消耗大量压缩空气达到剥离目的，吹出的气幕较厚且发散，冲击力不够强劲。因此有必要设计气刀外形，借助壁面空气引流作用，用尽可能少的空气消耗量，以达到最大程度的剥离效果。

薄带成型后在辊面的剥离点和吹气方向对薄带的磁性能和板型至关重要，很少以此为出发点对薄带性能进行研究。在圆周上调整剥离气刀高度和角度是相互牵制的，在调节过程中需要很长时间才不会顾此失彼。在甩带前和开始短时间内往往须不断调整剥离气刀的位置和吹气方向，使薄带在剥离时产生最小的剪切力，而是靠张力从辊面分离，以免使其撕碎不能被卷取。在剥离点处须严格调整吹气方向沿冷却辊外圆切线方向，此情况下薄带内切应力最小化，软磁性能因而不会受到切应力的影响。专利US 5054529公开了一种调整剥离点和气剥方向的装置，以完整剥离薄带。发明公布的调整装置不能快速地把剥离点和气剥方向调整到最佳位置，该类似装置须结合高度和角度多次反复做出逼近式调整，尤其角度的调整仅凭靠人的直觉和经验，只能做到大致沿切线方向喷吹气体，不能量化，随机性大。若不能彻底解决此问题，将会对工艺引进不确定性因素，人为增加工艺难度，严重影响生产效率。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于附壁效应的平面流铸造用节能剥离气刀。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于附壁效应的平面流铸造用节能剥离气刀，包括支撑导向系统和剥离气刀本体，所述支撑导向系统包括支撑柱和燕尾基座，所述支撑柱位于冷却辊一侧、置于燕尾基座内；其特殊之处在于，所述支撑导向系统还包括导向板和横支梁；所述剥离气刀本体外壁由外凸圆弧面、内凹圆弧面和两个平直面围成；所述剥离气刀本体内部包括气室和与气室连通的喷缝。

本发明的有益效果是：

1、节能。本发明的剥离气刀使得压缩空气消耗量少，基于附壁效应，其特有的外凸圆弧面可以引流数倍、数十倍于压缩空气的外围空气，由传统气刀压缩气压的0.4MPa降为0.2MPa以下，气幕冲击力强劲、薄而均匀，发散程度小，噪音低。

2、精确快速定位。本发明只需在圆弧导向槽内精确调整剥离气刀高度，不必调整角度，保证吹气方向严格沿冷却辊外圆切向方向。

3、结构简单。本发明的剥离气刀几何结构虽复杂，但只需2次线切割走刀即可精密加工，可省去升降机构和转动机构，成本低，免维护。

4、剥离效果好。本发明的薄带在宽度方向上的一列剥离点(线)几乎与冷却辊辊面母线平行，薄带内切变应力最小化，带材不产生裂纹和边缘毛刺，薄带软磁性能不致恶化，同时利于在线卷取。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述内凹圆弧面曲率与冷却辊外圆曲率相同，为1/R；所述内凹圆弧面与冷却辊外圆内切；其中，所述的R为冷却辊外圆半径。

采用上述进一步方案的有益效果是，剥离气刀可以沿冷却辊外圆移动，移动时内凹圆弧面始终与冷却辊辊面贴合，保证剥离气刀在任一高度时，喷缝开口始终沿冷却辊外圆切向方向。气流经过所述外凹圆弧面时，流体动力学决定了气流紧贴凸出表面流动，流速越大，外部压力越大，即附壁效应。基于附壁效应，只用少量压缩空气作为动力源，就能把数倍、数十倍压缩空气体积的外围空气引流在辊面形成高压区。

进一步，所述外凸圆弧面曲率为1/5R-1/10R；其中，所述的R为冷却辊外圆半径。

采用上述进一步方案的有益效果是，使附壁效应更为明显。

进一步，所述喷缝宽度为0.5-1.5mm，长度为10-300mm，喷缝通道呈圆弧状，圆弧与冷却辊外圆同心。

采用上述进一步方案的有益效果是，降低流速，保证出口气流均匀

更进一步，所述喷缝宽度为1.0mm，长度为220mm。

进一步，所述导向板上设有锁紧盘和圆弧导向槽，所述圆弧导向槽与冷却辊外圆同圆心；所述锁紧盘固定所述剥离气刀本体位置。

采用上述进一步方案的有益效果是，快速定位后，通过导向板上的锁紧盘紧固剥离气刀的位置。

进一步，所述圆弧导向槽上设有角度刻度线。

采用上述进一步方案的有益效果是，精确量化调整剥离气刀高度。

进一步，所述剥离气刀本体通过横支梁支撑固定，所述横支梁贯穿导向板，所述横支梁在所述圆弧导向槽内做圆周运动。

采用上述进一步方案的有益效果是，横支梁在圆弧导向槽内做圆周运动，调整剥离气刀高度。

进一步，所述剥离气刀本体边缘设有3个丝杆螺孔，通过螺丝精确调整剥离气刀本体与冷却辊辊面间距离，调节范围0-3mm。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以微调内凹圆弧面与冷却辊辊面之间的距离，使两者之间即使存在一定距离也能保证其在辊宽方向上与辊面平行。在喷带过程中，将螺丝旋离冷却辊辊面或旋出丝杆螺孔。

进一步，所述气室与喷缝通道衔接区还设有喷缝栅栏(图中未标出)。

采用上述进一步方案的有益效果是，喷缝栅栏起到均匀布流的作用，进一步降低流速，使气幕更加均匀。

附图说明

图1为现有剥离气刀的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为导向板的结构示意图；

图中，1、剥离气刀本体；2、外凸圆弧面；3、内凹圆弧面；4、平直面；5、气室；6、喷缝；7、冷却辊外圆；8、导向板；9、锁紧盘；10、圆弧导向槽；11、横支梁；12、丝杆螺孔；13、薄带。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种基于附壁效应的平面流铸造用节能剥离气刀，包括支撑导向系统和剥离气刀本体1，所述支撑导向系统包括支撑柱和燕尾基座，所述支撑柱位于冷却辊一侧、置于燕尾基座内；其特殊之处在于，所述支撑导向系统还包括导向板8和横支梁11；所述剥离气刀本体外壁由外凸圆弧面2、内凹圆弧面3和两个平直面4围成；所述剥离气刀本体内部包括气室5和与气室连通的喷缝6；

所述内凹圆弧面曲率与冷却辊外圆7曲率相同，为1/R；所述内凹圆弧面与冷却辊外圆内切；所述外凸圆弧面曲率为1/5R-1/10R；所述喷缝宽度为1.0mm，长度为220mm，喷缝通道呈圆弧状，圆弧与冷却辊外圆同心；所述导向板上设有锁紧盘9和圆弧导向槽10，所述圆弧导向槽的圆弧与冷却辊外圆同圆心；所述锁紧盘固定所述剥离气刀本体位置；所述圆弧导向槽上设有角度刻度线；所述剥离气刀本体通过横支梁支撑固定，所述横支梁贯穿导向板，所述横支梁在所述圆弧导向槽内做圆周运动；所述剥离气刀本体边缘设有3个丝杆螺孔12，通过螺丝将剥离气刀本体定位；所述气室与喷缝通道衔接区还设有喷缝栅栏(图中未标出)，进一步使气幕均匀化；其中，所述的R为冷却辊外圆半径。

本发明是这样使用的，在非晶带材外圆式喷甩前，移动并微调支撑柱位置和横支梁在圆弧导向槽对应刻度，将导向板圆弧导向槽调整至与冷却辊外圆同心位置，并使3颗已经调好长度的螺丝顶端轻触辊面，以确定剥离气刀的初始位置，吹气方向已在切线方向，无需再做角度调整；在薄带13喷甩开始时，调节压缩空气气压，调整气压高低至刚好能够剥离带材且不使之产生裂纹和毛刺为止。在带材边缘不可避免产生微小裂纹，吹气方向偏离剥离点P的切向方向时，切变力易使微小裂纹扩展形成毛刺；在甩带过程中，在线调节剥离气刀高度，剥离点P随之在冷却辊辊面位置上变动，调整最佳位置以便成功负压抓取，并在线测量带材厚度为25±3μm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。