一种非晶、纳米晶薄带用喷嘴加热保温装置的制作方法

本实用新型涉及一种加热保温装置，尤其涉及一种非晶、纳米晶薄带用喷嘴加热保温装置，属于非晶、纳米晶薄带制造技术领域。

背景技术：

非晶、纳米晶合金具有高饱和磁感强度、高磁导率、低矫顽力、低损耗等优良软磁特性，非晶、纳米晶薄带广泛应用于配送变压器、非晶电机、逆变焊机、互感器等领域。高温钢液进过喷包喷嘴喷射到高速旋转的冷却辊面上，其冷却速率高达10⁶～10⁷℃/s，喷甩出厚度18～30μm的非晶态薄带。快速凝固技术能解决易偏析合金的铸造，提高材料机械性能和软磁性能的同时，因其特殊的短流程近终成形工艺，省去多道次轧制及热处理工序，节约大量能源并提高生产效率，符合中国制造2025规划需求。

三包法单辊喷带已成功应用于非晶、纳米晶宽窄带领域，喷带设备精度日益提高，喷带质量接近日本进口带，结束非晶宽带绝大部分依靠高价格进口的局面。而对较为关键的钢液熔炼净化-周转导包-加热保温环节的技术革新进展缓慢，相关研究也不多见，不能满足对高性能超薄带日益增长的需求。钢液自感应熔炉内经流槽转入中间包，在中间包内镇静保温、净化剂和吹氩净化后，底注入喷嘴包内，三包共同组成钢液供给系统。喷嘴包内电阻热和绝热材料可以快速调整钢液温度并保温。而喷嘴暴露在外，温度降在各失温环节最大。钢液流经喷杯及喷嘴时，流道长而狭窄，上游钢液热量补充缓慢，将导致下喷嘴内钢液粘度变大，夹杂物及高熔点氧化物析出，堵塞喷嘴。同时靠近喷嘴冷却辊冷却辊旋转带风强劲，加之剥离气嘴压缩气流及引流空气带来的强迫对流，使喷嘴前后温度梯度大、不均匀，若此时外部不能及时对喷嘴补充热量，对喷带极为不利。喷嘴露出喷包部分通常较小，选择温度调整响应快、幅度大的加热方法方式比较困难。

现有的对喷嘴加热方式有感应加热和电阻加热。

感应加热速度快，调温幅度大，但感应线圈体积大，而喷嘴到冷却辊之间空间狭小，且同时因电磁感应在喷包底内产生涡电流，使喷包底变形，辊嘴间距变化，若感应加热设计结构不合理，对喷带起负面作用。

故通常使用电阻热来保持喷嘴内钢液温度，电热元件包括电阻丝和硅碳棒。电阻丝细小，可随意弯曲，且不占空间，可并联多根提高加热功率，但电阻丝缠绕积累喷带时产生的带边纤维状毛刺和零落的火星，易造成电阻丝短路。原有试验方案采用电阻丝加热，较早出现熔断迹象，已多次发生积累毛刺致使电阻丝间短路，发出很大声响并出现打火现象。单侧单根电阻丝加热功率不足以对喷嘴内钢液有效加热保温或不能把钢液提高至预定温度，多次试验出现喷嘴堵塞事故。硅碳棒加热温度比电阻高，不易氧化烧蚀熔断，但硅碳棒直径较大，占用一定空间。外置硅碳棒方式下辊嘴间距被隔离至mm量级，无法完成喷带。发热件无法贴近喷嘴，紧靠热辐射和空气热对流对喷嘴加热，不能保证喷嘴红热状态，加热效率不高，且不均匀，该方案在后来试验中被放弃；内置式硅碳棒通常嵌入喷嘴内喷缝两侧，因此制作喷嘴原料用量大，其他耐火料用量随之加大，而喷嘴用料BN(氮化硼)是一种非常昂稀缺的陶瓷，使用其他廉价陶瓷作喷嘴又不能顺利喷带，另外，在狭小空间安装时，喷嘴内置硅碳棒外裸段因撞击力或扭力可能致使喷嘴裂纹或折断，导致漏钢事故。

鉴于此，故需要设计一种快速均匀加热，防氧化变形，安全节能，节省空间的加热保温装置，对非晶、纳米晶薄带表面质量、厚度均匀性、及软磁性能的品质改良，和对喷带技术水平提升和效率提高意义重大。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种快速均匀加热，防氧化变形，安全节能，节省空间的非晶、纳米晶薄带用喷嘴加热保温装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种非晶、纳米晶薄带用喷嘴加热保温装置，包括外壳、电热元件及石墨舟，所述外壳的内壁上设有耐火砖，所述电热元件设置在所述耐火砖与所述石墨舟之间，所述电热元件为电阻扁带，所述电阻扁带与所述耐火砖、石墨舟之间分别设有绝缘体，所述外壳底部设有用于喷嘴嵌入的外壳矩形孔，所述石墨舟的底部设有与所述外壳矩形孔相对应的石墨舟矩形孔。所述电阻扁带环绕在所述石墨舟的外部，所述外壳上设有接线孔，线缆穿过所述接线孔与所述电阻扁带连接。

本实用新型的有益效果是：电阻扁带设置在耐火砖与石墨舟之间的缝隙内，几乎不占空间，节省空间；电阻扁带表面不会像多个电阻丝一样缠绕积累带材边缘纤维毛刺，不易发生短路；表面热负荷高，工作温度高；表面形成致密氧化物阻止氧化熔断；电阻扁带的带材表面光亮、粗糙度低、无孔洞、厚度均匀、柔韧，饱和磁感应强度高，矫顽力和磁滞损耗低。将加热保温装置套在喷嘴周围并固定在喷嘴包底部，对流经喷嘴的钢液持续加热。该装置对喷嘴加热保温，可防止流经喷嘴的钢液失温，避免钢液粘度增大堵塞喷缝，也可提高钢液温度，增加钢液流动性；同时有效防止喷嘴长时间暴露氧化和喷缝变形，保证非晶、纳米晶带材表面光亮粗糙度低，凸凹、穿孔等缺陷得到抑制，降低宽度方向“鱼鳞纹”蜿蜒不平恶化磁滞损耗。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述电阻扁带呈波浪状或折线状环绕在所述石墨舟的外部。

采用上述进一步方案的有益效果是，增加电热元件的电阻值和加热面积，在高表面热负荷基础上进一步增加扁带长度和热交换面积。

进一步，所述电阻扁带的宽度与喷嘴伸出喷嘴包的长度相配合，所述电阻扁带的宽度为5～50mm,厚度为0.1～5mm。

采用上述进一步方案的有益效果是，电阻扁带的高度与喷嘴包的底部露出的喷嘴的尺寸一致，电阻扁带可完整包绕喷嘴的四周外壁，不但加速热交换，而且钢液流经喷嘴时加热面积大，温度高，防止喷嘴氧化和喷缝变形。

进一步的，所述电阻扁带的材质为铁铬铝或铁镍铬合金。

采用上述进一步方案的有益效果是，电阻率高，大气中最高工作温度高达1400℃，材料比重小，轻巧易安装，抗氧化性能较强，铁铬铝电热合金表面生成Al₂O₃和Cr₂O₃高熔点致密氧化膜，提高电阻扁带的抗氧化性。

进一步的，所述外壳上设有测温孔，所述测温孔内设有测温元件，所述测温元件为热电偶。

采用上述进一步方案的有益效果是，采集并及时反馈电阻扁带及喷嘴的温度，维持喷嘴内的钢液合适的过热度和粘度。

进一步，所述外壳上设有测温孔，单/双色红外测温仪通过测温孔在线测温。

采用上述进一步方案的有益效果是，测温时还可以采用单/双色红外测温仪通过测温孔在线测量电阻扁带和喷嘴温度。

进一步的，所述外壳上设有固定耳。

采用上述进一步方案的有益效果是，方便安装定位。

进一步的，所述电阻扁带与所述石墨舟、耐火砖之间用绝缘陶瓷片隔离。

采用上述进一步方案的有益效果是，高导热，高绝缘。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型固定在喷嘴包底的使用状态图；

图3为喷嘴包和喷嘴预热温度-时间曲线。

图中，1、外壳；2、耐火砖；3、固定耳；4、石墨舟矩形孔；5、电阻扁带；6、石墨舟；7、线缆；8、热电偶；9、喷嘴包；10、喷嘴；11、冷却辊。

具体实施方式

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

如图1和图2所示，一种非晶、纳米晶薄带用喷嘴加热保温装置，包括外壳1、电热元件及石墨舟6，所述外壳的内壁上设有耐火砖2，所述电热元件设置在所述耐火砖与所述石墨舟之间，所述电热元件为电阻扁带5，所述电阻扁带与所述耐火砖、石墨舟之间分别设有绝缘体，所述外壳底部设有用于喷嘴嵌入的外壳矩形孔，所述石墨舟的底部设有与外壳矩形孔相对应的石墨舟矩形孔4。

所述电阻扁带环绕在所述石墨舟的外部，所述外壳上设有接线孔，线缆穿过所述接线孔与所述电阻扁带连接。

石墨舟与耐火砖一起用耐火泥和高温胶水经发酵后筑砌在钢质外壳内，石墨舟与喷嘴外形尺寸相符，石墨舟采用高热导率的石墨。

所述电阻扁带呈波浪状或折线状环绕在所述石墨舟的外部。增加电热元件的电阻值和加热面积，在高表面热负荷基础上进一步增加扁带长度和热交换面积。

所述电阻扁带的宽度与喷嘴伸出喷嘴包的长度相配合，所述电阻扁带的宽度为5～50mm,厚度为0.1～5mm。电阻扁带的高度与喷嘴包的底部露出的喷嘴的尺寸一致，电阻扁带可完整包绕喷嘴的四周外壁，不但加速热交换，而且钢液流经喷嘴时加热面积大，温度高，防止喷嘴氧化和喷缝变形。

所述电阻扁带的材质为铁铬铝或铁镍铬合金。电阻率高，大气中最高工作温度高达1380℃～1400℃，材料比重小，轻巧易安装，抗氧化性能较强，铁铬铝电热合金表面生成Al₂O₃和Cr₂O₃高熔点致密氧化膜，提高电阻扁带的抗氧化性。

所述外壳上设有测温孔，测温孔内设有测温元件，测温元件为热电偶8。

所述外壳上设有固定耳3。方便定位安装在喷嘴包9的底部，避免磕碰冷却辊，并与冷却辊11保持安装间距恒定。

所述电阻扁带与所述石墨舟、耐火砖之间用绝缘陶瓷片隔离。

石墨舟与喷嘴之间设有一定间隙，间隙为1～5mm。间隙解决材料热膨胀把喷嘴挤碎的问题，小间隙有效阻止气流冲击喷嘴，防止熔潭卷气。

三包法单辊喷甩非晶、纳米晶薄带，喷嘴加热保温装置从下方套住喷嘴10并固定在喷嘴包9底部，高温钢液经过喷嘴包的喷嘴喷射到高速旋转的冷却辊11面上；喷嘴包和喷嘴分别加热到预定温度，喷嘴包采用多根硅碳棒加热，喷嘴包预定温度1350℃，喷嘴使用电阻扁带加热预定温度1200～1250℃。喷嘴包和喷嘴分别采用间歇方式加热，避免喷嘴包内坩埚和喷嘴温度陡升，热应力增加导致坩埚和喷嘴裂纹，温度-时间曲线为阶梯式趋势，详见图3。喷嘴包与喷嘴开始采用较快提高温度，末尾阶段采用小幅度提升温度，喷嘴加热幅度比喷嘴包加热幅度要低，喷嘴可借助一部分来自上游喷包坩埚的热传导，均匀受热，是内部热应力最小化。该装置对喷嘴加热保温，可防止流经喷嘴的钢液失温，避免粘度增大堵塞喷缝，也可提高钢液温度，增加钢液流动性，同时有效防止喷嘴长时间暴露氧化和喷缝变形，使用该装置后薄带表面粗糙度、凸凹、穿孔等缺陷得到抑制，这有利于降低因表面凹凸不平而产生的磁极引起的反磁场。

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