一种非晶薄带材生产系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非晶材料制备领域，尤其是涉及一种非晶薄带材生产系统。
【背景技术】
[0002]非晶态金属与合金是20世纪70年代问世的一一个新型材料领域，是具有新型微观组织结构的功能材料。它的制备技术完全不同于传统的方法，而是采用了冷却速度大约每秒钟一百万度的超急拎凝固技术，从钢液到薄带一次成形，比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，各道工序加热用的能耗可节约80 %，即生产I非晶态合金薄带比生产Ikg冷轧薄硅钢片可节约IL石油。由于超急冷凝固，合金凝固的原子来不及有序排列，得到的固态合金是长程无序结构，与通常情况下金属材料的原子排布呈周期性和对称性不同，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，谓之非晶态合金。这类材料在微观结构上完全不同于人类几千年来所认识和使用的金属和合金，因而有一系列的宏观特性和优异的使用性能，被称为冶金材料学的一次革命。
[0003]目前，国内生产非晶带材的厂家所使用的生产线，一般通过中频感应炉熔炼原材料，钢水倾倒入中间包，底注到喷带包中。喷带包由人工调整机构带动，移动至冷却辊的上方，钢液由喷嘴喷射到高速旋转的冷却辊上，瞬间凝固成厚度在25-30 μ m的薄带，并通过离线卷取方式，由操作工与卷取装置手动配合完成卷取，卷取质量和张力大小依赖于操作工的经验和主观判断。这种生产线需要大量的劳动力，所生产非晶带材的质量依赖于操作工的经验，生产效率低下，难以满足生产高密度、高饱和磁感应强度非晶带材的要求。
【发明内容】
[0004]为了提供一种能可靠地生产出非晶带材、节省能源和劳动力、实现在线卷取的一种非晶薄带材生产系统，本发明采用如下技术方案:
[0005]一种非晶薄带材生产系统，包括喷制系统和收卷系统，喷制系统包括熔炼喷包；收卷系统包括制带区和收卷区，制带区内安装有由第一伺服电机驱动的冷却辊，收卷区内安装有收卷机，收卷机上设有由第二伺服电机驱动的真空吸附辊；所述收卷区内还设有贯通整个收卷区的水平导轨；收卷机安装在水平导轨上，能相对水平导轨往复平移；还包括监控终端和用于检测冷却辊和真空吸附辊状态的第一线速度检测装置和第二线速度检测装置；所述监控终端根据第一线速度检测装置和第二线速度检测装置的信号控制第一伺服电机和第二伺服电机，同步冷却辊和真空吸附辊的线速度。
[0006]监控终端可以是设有信息比对模块和输出控制模块的服务器或PLC系统。
[0007]真空泵组与真空吸附辊相连，为真空吸附辊提供吸附带材所需的真空环境。
[0008]在非晶带材的制备工艺中，处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上，钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300°C的钢水降到200°C以下，从而形成非晶带材。因此，钢水冷却的效果对非晶带材的质量有很大的影响。为了保证带材的冷却效果符合制备工艺要求，优选的是，所述收卷区内安装有由第三伺服电机驱动的下压辊和用于驱动下压辊升降的第一驱动装置；所述下压辊设在收卷区靠近冷却辊的一侧，下压辊上设有用于监测下压辊状态的第三线速度检测装置；所述收卷区内安装有由第四伺服电机驱动的提升辊和用于控制提升辊升降、平移的第二驱动装置；所述提升辊设在下压辊的下游位置，提升辊上设有用于检测带材表面张力的张力检测装置和检测提升辊状态的第四线速度检测装置；所述监控终端根据第一线速度检测装置、第二线速度检测装置和第四线速度检测装置的信号控制第一伺服电机、第二伺服电机和第四伺服电机，同步冷却辊、真空吸附辊和提升辊的线速度。
[0009]第一驱动装置可以是气缸、液压缸或其它常用于提供提供机械能的进行直线往复运动的执行元件或结构。
[0010]第二驱动装置可以是气缸、液压缸或其它常用于提供提供机械能的进行直线往复运动的执行元件或结构。
[0011]在卷取过程中，第一线速度监测装置、第二线速度检测装置和第三线速度检测装置检测冷却辊、真空吸附辊和下压辊的实时线速度，并将信号上传至监控终端，监控终端通过信息比对模块将冷却辊、真空吸附辊和下压辊的线速度比对，当比对发现三者之间线速度不一致时，监控终端通过输出控制模块发出控制信号，调整第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机的转速，令冷却辊、真空吸附辊和下压辊的线速度保持一致。第一驱动装置驱动下压辊下行，直至下压辊与带材接触，，张紧带材并让带材包裹在冷却辊上，从而增加带材与冷却辊的接触面积，强化冷却效果。
[0012]真空吸附辊吸附带材后，收卷机远离冷却辊，移动至预定位置，随后第一驱动装置驱动下压辊下压，第二驱动装置驱动提升辊平移靠近带材，并驱动提升辊上升直至提升辊移动至预设位置与带材接触。根据张力检测装置反馈的信号，监控终端输出控制信号控制冷却辊、真空吸附辊和提升辊的线速度，从而保证卷取时带材的张力在合适的范围内，避免了由于张力过大造成带材断裂或张力过小造成卷材表面张力波动的情况。
[0013]非晶带材在生产过程中产出速度很快，每秒可达25-40米长度的带材，在这样高速的情况下控制伺服电机调整冷却辊、下压辊、提升辊和真空吸附辊的线速度，伺服电机的响应速度尤为重要。为了保证伺服电机能及时根据控制信号调整各辊的线速度，优选的是，第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机的响应速度在0.25-10毫秒范围内。进一步的，第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机的响应速度在0.25-0.8毫秒范围内。
[0014]非晶合金材料是采用超急冷技术将液态金属以I X 1060C /S冷却速度直接冷却形成厚度20 μ m?40 μ m的固体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶合金组织。在非晶带材制备过程中，由于冷却辊的转速快，非晶带材厚度小，非晶带材的自动卷取存在一定的难度。为此，优选的是，真空吸附辊包括主轴，主轴上设有真空侧和吸附侧；真空侧的主轴末端设有中轴线与主轴的中轴线同轴的进气孔；吸附侧的主轴上加工有若干条第一通气槽；主轴内设有真空管道，真空管道与进气孔和第一通气槽相通；还包括吸附外套；吸附外套包括吸附套筒、第一侧压板和第二侧压板；吸附套筒呈圆柱型结构，吸附套筒上加工有若干条与第一通气槽相通的环形槽；吸附套筒套装在主轴的吸附侧，第一侧压板和第二侧压板分别安装在吸附套筒的两侧；吸附外套的两侧还设有安装在主轴上用于挤压固定第一侧压板和第二侧压板的第一锁定件。
[0015]由于主轴是圆柱体结构，第一侧压板、第二侧压板与主轴的接触面为弧面。当由于加工问题导致第一侧压板、第二侧压板与主轴的接触面的弧度不同于主轴的弧度时，主轴高速旋转时，吸附外套将出现晃动，影响收卷质量。为了避免这一情况，优选的是，在吸附侧内，主轴上设有尖端朝向吸附侧末端的第一锥面；第一侧压板上设有尖端朝向吸附侧末端的第二锥面；吸附套筒套装在吸附侧时，第一侧压板的第二锥面紧贴主轴的第一锥面。
[0016]主轴与吸附套筒之间仅依靠锁定件进行固定，当主轴高速旋转时，吸附套筒与主轴之间可能存在打滑现象，令吸附套筒的转速远低于主轴的转速，使自动收卷失效。为了避免这一情况，优选的是，还包括吸附内套；吸附内套设在吸附套筒内，紧贴第一侧压板；吸附内套上设有与第一通气槽对应分布的第二通气槽；吸附内套与第二侧压板之间还设有用于固定吸附内套的第二锁定件。
[0017]传统制备非晶带材薄带的过程为:通过中频感应炉熔炼，倾倒入中间包，底注到喷带包中，钢液由喷嘴喷射到高速旋转的结晶器上，瞬间凝固成厚度在25-30 μ m的薄带。为了稳定地生产出更高密度、高饱和磁感应强度的超薄非晶带材，优选的是，熔炼喷包包括炉体外壳、坩埚和加热碳硅棒，所述炉体外壳包括盖板和壳体；盖板上设有漏斗；所述炉体外壳内设有耐热隔层，耐热隔层内设有加热空间；所述坩埚设在加热空间内；所述加热碳硅棒设在加热空间内，围绕在坩埚的外部；所述坩埚的顶部与耐热隔层贴合密封；所述盖板上直插有用于监测坩埚内钢水温度的热电偶测温仪和红外线测温仪；还包括温控系统，温控系统与所述加热碳硅棒、热电偶测温仪和红外线测温仪连接；所述温控系统根据热电偶测温仪和红外线测温仪的信号调节加热碳硅棒的输出功率。
[0018]温控系统可以是具有数据比对模块的PLC系统或服务器。
[0019]耐热隔层优选由石棉密封垫制成。
[0020]为了让熔炼的钢水能顺利倾倒入喷制装置，喷制装置上一般设有导流结构。为此，盖板上设有用于让钢水流入坩埚的漏斗，漏斗插接在盖板上并穿过耐热隔层，伸入坩埚内。钢水从漏斗进入坩埚，会对坩埚造成一定的冲击。为了减轻这种冲击，优选的是，漏斗咀部的末端连接有分流器；分流器内设有若干条以漏斗的中轴线为轴线围绕分布的分流通道；分流通道呈弧线型，与漏斗相通。当钢水从漏斗流入时，将流入分流器内并经分流通道分流，降低钢水垂直方向上的流动速度，从而减轻钢水对坩埚底部的冲击。
[0021 ] 在非晶带材的制备中，钢水从喷制装置喷射至冷却辊上实现高速冷却。为此，坩埚的底部预设有塞孔。炉体外壳上设有喷嘴，与塞孔对接。
[0022]坩埚内钢水的温度和喷射流量是非晶带材制备的重要工艺参数。对坩埚内钢水的温度和喷射流量进行控制是非晶带材制备的常规工艺手段。为此，盖板上一般还安装有塞棒。塞棒直插在盖板上并穿过耐热隔层，伸入坩埚内，与塞孔对应。
[0023]钢水从