一种薄带材料的连续热处理装置及其使用方法与流程

本发明属于热处理技术领域，尤其涉及一种薄带材料的连续热处理装置及其使用方法。

背景技术：

非晶纳米晶软磁合金是近些年来发展起来的新型薄带材料，在工业生产中，该合金已经取代了大部分高ni含量的坡莫合金、硅钢及铁氧体，并在这些材料不能胜任的新领域得到越来越多的应用。现代电力电子器件向着小型化、节能化、高功率化方向快速发展，这就需要软磁合金具有更优异的软磁性能，也为其发展提供了新的挑战和机遇。

兼具更高饱和磁感应强度(bs)和高磁导率的新一代非晶纳米晶合金带材是实现电力电子器件小型化、节能化和高功率化发展的关键软磁材料。但新型高bs纳米晶带材由于其合金成分的特殊性，其纳米晶化过程对热处理条件的要求比传统纳米晶带材更高，需要快速升温加热(高达100℃/s以上)、然后快速降温(100℃/s以上)，保温时间极短(可低至1min以下)，这对传统的慢速升温、长时间保温的热处理技术和工艺提出了挑战。传统的热处理方法一般是将带材卷绕成铁芯或叠压成铁块后放入热处理炉内，从室温开始加热，按照预定的加热曲线进行升温和保温，最后随炉冷却至室温再出炉。考虑炉内温度场的均匀性和铁芯内部热传导等问题，传统热处理工艺的升温和降温速率较慢(一般在20℃/min以下)，保温时间较长(一般在30min以上)。大量的实验数据表明，采用传统热处理工艺对新型高bs纳米晶带材或铁芯进行热处理，所得到的产品内部晶粒尺寸较大、而且不均匀，因而产品的软磁性能很差，这严重阻碍了新型高bs纳米晶带材的应用。

宜春学院在专利cn106555047a中公开了一种铁基纳米晶合金软磁薄带的热处理方法，是利用单辊熔体急冷法制备fenbcusib铁基纳米晶合金薄带材，其包括以下方法步骤：(1)薄带材制大盘带，(2)防氧化处理，(3)加热、保温、空冷制铁基纳米晶合金软磁薄带，经过热处理后的铁基纳米晶合金软磁薄带具有高磁导率的同时还具有良好的柔韧性。但其工艺流程繁琐，不能够快速连续处理多段加热程序，不利于生产规模化。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所在专利cn105671259b中公开一种纳米晶合金带材的热处理方法和装置，主要步骤如下：(1)将所述的纳米晶软磁合金带沿一条路径以预定进料速率向前进料、拉紧、引导并收料；(2)将所述的纳米晶软磁合金带沿所述路径的一段进行浴盐加热处理；(3)将经过浴盐加热处理的纳米晶软磁合金带进行恒温加热；(4)将恒温加热后的纳米晶软磁合金带进行冷却；该发明方法和装置虽可以采用盐浴加热的方式对带材进行双面快速加热，实现带材表面钝化和晶核预制热处理，但是并不能连续快速处理不同热处理条件的薄带材料，生产效率偏低。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所在专利cn105420484b中公开了一种纳米晶软磁合金带材预处理系统和方法，带材的热处理主要是加热辊进行，接触面少，不能快速热处理，对薄带材料的软磁性能产生影响，且整个装置的预热程序，延长了整个热处理时间，不能广泛的应用于生产中。

相较于传统的慢速升温热处理工艺，上述专利中所述的热处理技术和工艺在不同程度上改善了新型高bs纳米晶合金带材的软磁性能，但仍然存在以下两个显著的不足之处：(1)带材热处理的保温温度单一，不能连续设置不同温度段，这不符合带材实际热处理的需求；(2)带材在热处理后收卷的过程中，随着收卷辊上带材越收越多，带材卷的外径越来越大，未考虑随带材卷的外径变化而实时调节收卷辊的转速，这使得整个热处理过程中带材的传送速度变化较大，即热处理条件一直处于变化的状态，不能保证整卷带材在热处理后性能的一致性。

技术实现要素：

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种薄带材料的连续热处理装置及其使用方法，通过设置自动控制系统、带材输送-收卷装置和热处理系统相互协调运作来实现带材连续热处理。

一种薄带材料的连续热处理装置，包括带材输送-收卷装置、热处理系统和自动控制系统组成；所述的带材输送-收卷装置是将薄带材料沿预定的路径，按照设定的速率向前送料，通过热处理系统后，将带材收卷，完成热处理过程；所述的热处理系统包括加热装置和冷却装置；所述的加热装置由两排沿直线依次排开的多对加热模块组成，带材从两排加热模块中间通过，根据带材的热处理条件要求，选择加热模块的对数，并设置不同加热模块的保温温度，实现带材在不同温度段下的连续热处理；所述的冷却装置由至少一个金属冷却辊组成，设置于加热装置后端，热处理后的带材通过冷却辊实现快速降温；所述自动控制系统进行热处理的工艺参数设置，并通过传感器自动控制整个热处理过程按照设定的工艺参数执行。

作为本发明的进一步改进，所述的带材输送-收卷装置包括一个放料辊和一个收卷辊；所述放料辊用于放置原始带材卷，设置于加热装置前端；所述收卷辊用于收卷热处理后的带材，设置于冷却装置后端，由伺服电机带动。

作为本发明的进一步改进，所述的收卷辊旁边还设置有测距传感器，用于实时测量热处理后带材卷的外径。

作为本发明的进一步改进，所述的每一个加热模块均由加热元件、热电偶及覆盖在加热元件之外的耐火保温材料组成，相邻的加热模块之间用耐火保温材料填充隔离。

作为本发明的进一步改进，所述的加热元件为电阻丝、电炉丝或硅碳棒中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述的自动控制系统用于加热模块的选择、不同加热模块的保温温度设置和带材传送速度的设置。

作为本发明的进一步改进，所述的自动控制系统通过各热电偶的反馈，实时监测各加热模块的实际温度，并通过实际温度与设定的保温温度的对比，控制各加热元件进行温度调节，确保热处理过程中每个加热模块保温温度的稳定。

作为本发明的进一步改进，所述的自动控制系统通过收卷辊旁的测距传感器所反馈的数据，实时计算收卷辊上带材卷的外径，并根据所设定的带材传送速度实时调整收卷辊伺服电机的转速，保证整个热处理过程中带材传送速度的恒定。

本发明还提供了一种薄带材料连续热处理装置的使用方法，其特征在于，使用上述的薄带材料的热处理装置，包括以下步骤：

s1：根据带材的热处理工艺要求，在自动控制系统中选择启用的加热模块、设置各加热模块的保温温度和带材传送速度；

s2：启动加热装置，将所选择的各加热模块加热到设定的温度；

s3：将原始带材卷安装到放料辊上，并将带材依次穿过加热装置和冷却装置，卷绕少量带材到收卷辊上；

s4：启动自动控制系统，装置自动完成整卷带材的热处理。

本发明具有如下有益效果：

(1)可根据薄带材料的实际热处理条件要求，选择一对或多对加热模块，设置不同模块的不同热处理保温温度，一次性实现带材在多段不同温度下的热处理，满足带材实际热处理的需求。

(2)根据测距传感器所反馈的信息，实时计算收卷辊上带材卷的外径，并根据所设定的带材传送速度实时调整收卷辊伺服电机的转速，保证整个热处理过程中带材传送速度的恒定，确保整卷带材热处理后性能一致。

(3)双面快速加热，带材热处理受热均匀，精确控制保温温度及热处理时间。

附图说明

图1为本发明热处理装置的结构示意图。

图2为实施例的带材在加热装置中的温度结构设置及所经历的实际温度曲线图。

附图标示：1为原始带材卷；2为带材放料辊；3为加热装置；4为自动控制系统的控制台；5为冷却装置；6为热处理后带材卷；7为带材收卷辊；8为测距传感器；31为加热模块；32为耐火保温棉；33为加热元件；51为冷却辊。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的热处理装置主要用于薄带材料的连续热处理。

如图1所示，本发明的薄带材料的热处理装置主要包括放料辊2、加热装置3、自动控制系统的控制台4、冷却装置5，带材收卷辊7、测距传感器8，加热装置3中还包括加热模块31、耐火保温棉32、加热元件33，冷却装置5中包含冷却辊51。为表述简洁明了，装置中的热电偶、冷却装置中的冷却水循环结构、伺服电机及支撑铁架等结构未在图中显示。针对薄带材料的不同热处理条件要求，选用一对或多对加热模块，并在每个加热单元周围均覆盖有耐火保温材料，防止高低温度间相互热量传递，对带材形成过程中的内部结构造成影响，最终影响带材性能的一致性。

选取待处理的原始带材卷1，合金成分为fe78si4b16cu1.3ti0.7。根据该合金的热处理要求，在自动控制系统的控制台4设置选择启用的加热模块31对数为10，设置第1-2对加热模块31保温温度为420℃，第3-5对加热模块31保温温度为450℃，剩余的加热模块31保温温度为550℃，如图2所示，设置带材传送速度为0.1m/s。按照图1所示的装置图，启动加热装置3，将所选择的各加热模块31加热到设定温度；将原始带材卷1安装到放料辊2上，将带材依次穿过加热装置3和冷却装置5，手动卷绕少量带材到收卷辊7上固定；启动自动控制系统的控制台4，装置自动开始整个带材的热处理，由测距传感器8，实时监测收卷辊7上的带材卷6的外径，反馈到自动控制系统的控制台4进行调节伺服电机转速，进一步调整带材传送速度，完成整个带材的热处理，获得软磁性能一致的带材。处理后的带材进行性能检测，结果表明，带材的bs≥1.7t，hc＜1a/m，具有优异的软磁性能。

本发明的热处理设备及方法使薄带材料热处理过程均匀、快速、稳定。若处理同一种薄带材料，一次性设置好热处理工艺条件，操作简单，避免了传统的多段程序设置繁琐及热处理时间长、温度不稳定的问题。本发明可根据具体的热处理工艺，也可设置单一热处理温度，广泛应用于工业生产。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。