连续真空感应熔炼铸片炉、合金铸片制造方法及合金铸片与流程

本发明属于稀土永磁材料领域，特别是涉及一种连续真空感应熔炼铸片炉、稀土永磁合金铸片及其制造方法。本发明的设备和合金铸片制造方法可以用于制造稀土永磁合金片、快淬钕铁硼永磁粉等。

背景技术

稀土永磁材料,以其优良的磁性能得到越来越多的应用，被广泛用于医疗的核磁共振成像，计算机硬盘驱动器，音响、手机等；随着节能和低碳经济的要求，钕铁硼稀土永磁材料又开始在汽车零部件、空调压缩机、节能和控制电机、混合动力汽车，风力发电等领域广泛应用。

制造高性能钕铁硼稀土永磁材料主要有2种方法；一种是将钕铁硼原料在真空或保护气氛下熔炼成熔融合金，浇铸成细晶合金片，在经过破碎制粉、磁场成型、真空烧结制成稀土永磁材料，这种方法被称为烧结法；另一种方法是将钕铁硼原料在真空或保护气氛下熔炼成熔融合金，浇铸成非晶或微晶合金片，经过热压和热变形工序制成稀土永磁材料，这种方法被称为热变形方法；由此可以看出，无论采用哪一种方法，将钕铁硼原料在真空或保护气氛下熔炼成熔融合金，浇铸成合金铸片都是必不可少的工序。

尽管美国专利us7585378、中国专利cn97217372.2、cn03210982.2、cn01241236.8、cn201210442609.5、cn201410461607.x、cn201410461636.6、cn201410461567.9、cn201410461626.2、cn201210445449.x、cn201610216603.4、cn201610216340.7都公开了稀土永磁合金片生产设备及合金片的制造方法，但都存在这样或那样不足，无法有效地实现真空感应熔炼铸片炉连续式生产。

技术实现要素：

本发明公开了一种连续真空感应熔炼铸片炉和合金铸片的连续式制造方法以及采用该制造方法制造的稀土永磁合金铸片。

本发明通过以下技术方案实现：

一种连续真空感应熔炼铸片炉，主要包括真空熔炼室、侧门、冷却室、真空隔离阀门、中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构、中间包组件、旋转水冷辊、冷却滚筒、冷却滚筒动力系统和传动轴；真空隔离阀门设置在真空熔炼室和冷却室之间；真空熔炼室的两侧分别设置有前侧法兰和后侧法兰，后侧法兰与侧门相连，前侧法兰与真空隔离阀门的一端相连；冷却室主要包括前法兰、筒体、后法兰和后端盖；冷却室的前法兰、筒体、后法兰焊接在一起；冷却室的前法兰与真空隔离阀门的另一端相连，后法兰与后端盖相连；中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构、中间包组件、旋转水冷辊设置在真空熔炼室内，中频感应熔炼装置设置在熔炼翻转机构上，熔炼翻转机构与侧门相连，随侧门一起运动；冷却滚筒设置在冷却室内，主要为前端开口的圆筒体结构，当真空隔离阀门开启时，冷却滚筒的前端可以穿过真空隔离阀门移动到真空熔炼室，且与旋转水冷辊相对；冷却滚筒动力系统主要包括密封箱、旋转装置和移动装置，密封箱设置在冷却室的后端盖上，传动轴一端与冷却滚筒的后端相连，另一端穿过密封箱与移动装置相连，移动装置通过传动轴带动冷却滚筒沿着轴向移动；旋转装置与移动装置相连，通过传动轴带动冷却滚筒旋转；中间包组件设置在旋转水冷辊与中频感应熔炼装置之间，在浇铸时，熔炼翻转机构旋转，将中频感应熔炼装置的坩埚内熔融的合金熔液经过中间包组件浇铸到正在旋转的旋转水冷辊上形成合金铸片，合金铸片随即抛入正在旋转的冷却滚筒内继续冷却。

熔炼翻转机构主要包括支座、转架和液压缸；支座上有转轴，转架通过转轴与支座连接，液压缸通过铰链与转架连接，液压缸驱动转架绕支座上的转轴旋转；中频感应熔炼装置安装在熔炼翻转机构的转架上，随着转架绕支座上的转轴旋转，中频感应熔炼装置的旋转角度极限值为90度-180度。

连续真空感应熔炼铸片炉的侧门、中频感应熔炼装置和熔炼翻转机构有2组。

连续真空感应熔炼铸片炉还包括过渡阀门、收料罐组件和收料罐升降装置；收料罐组件主要包括收料罐、罐盖和收料罐移动装置；过渡阀门主要包括罐盖开启装置、导料机构和导料筒；收料罐与过渡阀门对接后，罐盖开启装置打开收料罐的罐盖，导料机构将导料筒移动到收料罐的上方。

冷却滚筒主要包括内壁、外壁、端法兰、冷却管、隔板和滚筒支座；内壁、外壁、端法兰组焊成带夹层的圆筒体，夹层内通有冷却介质；在冷却滚筒的内部还设置有冷却管，冷却管穿过隔板，隔板与圆筒体的内壁相连。

在冷却滚筒动力系统中，移动装置主要包括传送驱动部件、传送支架，传送驱动部件的一端与冷却室的后端盖相连，另一端与传送支架相连，传送支架在传送驱动部件的驱动下，带动传动轴沿轴线移动；旋转装置设置在传送支架上，随传送支架一起运动；旋转装置包含旋转动力部件，旋转动力部件驱动传动轴转动。

连续真空感应熔炼铸片炉还包括真空加料室，真空加料室设置在真空熔炼室的上方，在真空加料室内设置有料筐和升降机构，真空加料室通过真空阀门与真空熔炼室相连。

中间包组件主要包括漏斗、中间包和中间包调整装置，漏斗支撑在中间包的上部，中间包安装在中间包调整装置上，熔融的合金液经过中间包后在旋转水冷辊上形成合金铸片。

旋转水冷辊主要包括辊体、底座、辊体座、修辊装置、轴承组件、水冷辊转轴，辊体与水冷辊转轴相连，通过轴承组件支撑在底座上，修辊装置也支撑在底座上；旋转水冷辊的直径在590mm至910mm范围内，当旋转水冷辊旋转时，旋转水冷辊外缘的线速度在1.1m/s至43m/s范围内。

中频感应熔炼装置主要包括坩埚、感应线圈、导磁体、炉体，坩埚设置在感应线圈的内部，导磁体设置在感应线圈的外部，感应线圈支撑在炉体上。

连续真空感应熔炼铸片炉还包括冷却室移动装置，冷却室移动装置包含冷却室移动支架、冷却室移动机构，冷却室移动机构带动冷却室沿着冷却室移动支架移动。

连续真空感应熔炼铸片炉还包括侧门开启装置，侧门开启装置包含直线运动机构和转动机构，侧门开启装置带动侧门直行或转动；侧门和侧门开启装置有2组，当其中一组关闭时另一组打开。

一种合金铸片的制造方法，该制造方法主要包括如下过程：（1）将合金原料装入连续真空感应熔炼铸片炉的中频感应熔炼装置的坩埚内的过程；（2）将侧门、中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起移入真空熔炼炉室，对真空熔炼室抽真空的过程；（3）启动中频感应电源对坩埚内的合金原料加热的过程；（4）打开真空隔离阀门，将冷却滚筒移动到旋转水冷辊附近并使旋转水冷辊旋转的过程；（5）启动熔炼翻转机构将坩埚内的熔融合金液通过中间包浇铸到正在旋转的旋转水冷辊形成合金铸片，合金铸片随即从旋转水冷辊剥离导入正在旋转的冷却滚筒的过程；（6）从旋转水冷辊剥离的合金片导入正在旋转的冷却滚筒继续冷却的过程；（7）浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门的过程。

合金铸片的制造方法还包括将部分合金原料放入真空熔炼炉室上部的真空加料室内，待坩埚内的合金原料融化后再将真空加料室内的原料加入到坩埚内的过程。

连续真空感应熔炼铸片炉的侧门、中频感应熔炼装置和熔炼翻转机构有2组；在浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门的过程后，还包括对真空熔炼炉室充气，气压平衡后，打开侧门，将侧门连同中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起从真空熔炼炉室移出，将另一组侧门、中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起移入真空熔炼炉室，从而实现合金铸片的连续式生产制造。在浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门的过程后，还包括对冷却室充气，气压平衡后，移开冷却室，将合金铸片从冷却滚筒导出，再移动冷却室准备下一次生产。

在浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门的过程后，还包括打开冷却室下方的过渡阀门，旋转冷却滚筒将冷却滚筒内的合金铸片导出到过渡阀门下方的收料罐。在启动熔炼翻转机构将坩埚内的熔融合金液通过中间包浇铸到正在旋转的旋转水冷辊上之前，还包括控制合金液的温度在1200-1670℃范围精炼的过程和调整旋转水冷辊的外缘线速度在1.1m/s至43m/s范围的过程。

一种采用上述的制造方法制造的稀土永磁合金铸片，该稀土永磁合金铸片成分包含铁、硼、稀土；所述的稀土选自包含la、ce、pr、nd、dy、tb等稀土元素一种或多种；稀土成分在合金铸片中的重量占比在5-29%；合金片的组织结构为非晶或微晶结构；在制造过程中，旋转水冷辊的外缘线速度在11m/s至39m/s范围。该合金铸片可以用来生产快淬钕铁硼永磁粉、金属软糍粉末。

另一种采用上述的制造方法制造的稀土永磁合金铸片，该稀土永磁合金铸片成分包含铁、硼、稀土；所述的稀土选自包含la、ce、pr、nd、dy、tb等稀土元素一种或多种；稀土成分在合金铸片中的重量占比在26-34%；合金片的晶粒尺寸在0.2-9μm范围；在制造过程中，旋转水冷辊的外缘线速度在1.2m/s至9.5m/s范围。该合金铸片可以用来制造生产烧结钕铁硼稀土永磁材料所需的稀土永磁合金粉末。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明采用冷却滚筒作为二次冷却，冷却效率高、冷却均匀，改善了工作环境、降低了劳动强度；本发明采用了在炉外装料，坩埚得到了充分冷却，进一步改善了工作环境，提高了坩埚寿命；本发明设计了真空隔离阀门和双侧门，实现了连续生产，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明中的一种连续真空感应熔炼铸片炉的主视图。

图2是本发明中的一种连续真空感应熔炼铸片炉的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施方式。

如图1和图2所示，一种连续真空感应熔炼铸片炉，主要由真空熔炼室8、侧门57、冷却室63、真空隔离阀门14、中频感应熔炼装置9、熔炼翻转机构11、中间包组件50、旋转水冷辊45、冷却滚筒64、冷却滚筒动力系统65和传动轴23组成；真空隔离阀门14设置在真空熔炼室8和冷却室63之间；所述的真空熔炼室8的两侧分别设置有前侧法兰12和后侧法兰58，后侧法兰58与侧门57相连，前侧法兰12与真空隔离阀门14的一端相连；所述的冷却室包含前法兰13、筒体18、后法兰19、后端盖20；冷却室63的前法兰13、筒体18、后法兰19焊接在一起；冷却室63的前法兰13与真空隔离阀门14的另一端相连，后法兰19与后端盖20相连；中频感应熔炼装置9、熔炼翻转机构11、中间包组件50、旋转水冷辊45设置在真空熔炼室8内；中频感应熔炼装置9设置在熔炼翻转机构11上，熔炼翻转机构11与侧门57相连，随侧门57一起运动；所述的冷却滚筒64包含前端开口的圆筒体27，后端与传动轴23相连；冷却滚筒64设置在冷却室63内，当真空隔离阀门14开启时，冷却滚筒64的前端可以穿过真空隔离阀门14移动到真空熔炼室8；冷却滚筒64的前端与旋转水冷辊45相对，浇铸时在旋转水冷辊45上形成的合金铸片抛入冷却滚筒64内继续冷却；所述的冷却滚筒动力系统65包含密封箱22、旋转装置24、移动装置25；所述的密封箱22设置在冷却室的后端盖20上，所述的传动轴23一端与冷却滚筒64的后端相连，另一端穿过密封箱22与移动装置25相连，移动装置25通过传动轴23带动冷却滚筒64沿着轴向移动；所述的旋转装置24与移动装置25相连，通过传动轴23带动冷却滚筒64旋转；中间包组件50设置在旋转水冷辊45与中频感应熔炼装置9之间，合金铸片浇铸时，旋转熔炼翻转机构11将中频感应熔炼装置9的坩埚69内熔融的合金熔液经过中间包组件50浇铸到正在旋转的旋转水冷辊45上形成合金铸片，合金铸片随即抛入正在旋转的冷却滚筒64内继续冷却。

所述的熔炼翻转机构11包含支座54、转架56、液压缸10；支座54上有转轴55，转架56通过转轴55与支座54连接，液压缸10的一端与转架56连接，另一端与支座54相连；液压缸10驱动转架56绕支座上的转轴55旋转；中频感应熔炼装置9安装在熔炼翻转机构的转架56上，随着转架56绕支座上的转轴55旋转；中频感应熔炼装置9的旋转角度极限值为90度-180度。

所述的真空感应熔炼铸片炉还包含过渡阀门34、收料罐组件37、收料罐升降装置38；所述的收料罐组件包含收料罐39、罐盖42和收料罐移动装置40；过渡阀门34包含罐盖开启装置41、导料机构35和导料筒36；收料罐39与过渡阀门34对接后，罐盖开启装置41打开收料罐的罐盖42，导料机构35将导料筒36移动到收料罐39的上方。

所述的冷却滚筒64包含内壁31、外壁32、端法兰29、冷却管28、隔板33、滚筒支座30；所述的内壁31、外壁32、端法兰29组焊成带夹层的圆筒体27，夹层内通有冷却介质；在冷却滚筒64的内部还设置有冷却管28，冷却管28穿过隔板33，隔板33与圆筒体27的内壁相连。

所述的移动装置25包含传送驱动部件21、传送支架26；所述的传送驱动部件21的一端与冷却室的后端盖20相连，另一端与传送支架26相连，传送支架26在传送驱动部件21的驱动下，带动传动轴23沿轴线移动；所述的旋转装置24设置在传送支架26上，随传送支架26一起运动；旋转装置24包含电机或液压马达等旋转动力部件，旋转动力部件驱动传动轴23转动。

所述的真空感应熔炼铸片炉还包含真空加料室2；所述的真空加料室2设置在真空熔炼室8的上方，在真空加料室2内设置有料筐3和升降机构4，真空加料室2通过真空阀门1与真空熔炼室8相连，通过料车5加料，料车设置在平台6上。

所述的中间包组件50包含漏斗53、中间包52、中间包调整装置51；漏斗53支撑在中间包52的上部，中间包52安装在中间包调整装置51上，熔融的合金液经过中间包52后在旋转水冷辊45上形成合金铸片；合金铸片随即通过导料板44抛入冷却滚筒64中。

所述的旋转水冷辊45包含辊体62、底座46、辊体座59、修辊装置48、轴承组件60、水冷辊转轴61；所述的辊体62与水冷辊转轴61相连，通过轴承组件60支撑在底座46上，轴承座59支撑在底座46上，修辊装置48包含刀架49、刀架传动机构47，刀架传动机构47也支撑在底座46上；所述的旋转水冷辊45的直径在590mm至910mm范围内，旋转水冷辊45外缘的线速度在1.1m/s至43m/s范围内。

所述的中频感应熔炼装置9包含坩埚69、感应线圈70、导磁体71、炉体72，坩埚69设置在感应线圈70的内部，导磁体71设置在感应线圈70的外部，感应线圈70支撑在炉体72上。

所述的真空感应熔炼铸片炉还包含冷却室移动装置15；冷却室移动装置15包含冷却室移动支架16、冷却室移动机构17；冷却室移动机构17带动冷却室63沿着冷却室移动支架16移动。

所述的真空感应熔炼铸片炉还包含侧门开启装置67；侧门开启装置67包含直线运动机构66和转动机构68，侧门开启装置67带动侧门57直线移动或转动；所述的侧门和侧门开启装置2组，1组关闭时另1组打开。

下面通过实施例进一步说明本发明的显著效果。

实施例1

采用连续真空感应熔炼铸片炉制造合金铸片：（1）首先将配制好的合金原料装入连续真空感应熔炼铸片炉的中频感应熔炼装置的坩埚内，将少部分合金原料放入真空熔炼炉室上部的真空加料室内；（2）将侧门、中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起移入真空熔炼炉室，对真空熔炼室抽真空；（3）启动中频感应电源对坩埚内的合金原料加热，待坩埚内的合金原料融化后再将真空加料室内的原料加入到坩埚内，控制合金液的温度在1200-1670℃范围精炼；（4）打开真空隔离阀门，将冷却滚筒移动到旋转水冷辊附近并使旋转水冷辊旋转，调整旋转水冷辊的外缘线速度在1.1m/s至43m/s范围；（5）启动熔炼翻转机构将坩埚内的熔融合金液通过中间包浇铸到正在旋转的旋转水冷辊形成合金铸片，合金铸片随即从旋转水冷辊剥离导入正在旋转的冷却滚筒；（6）从旋转水冷辊剥离的合金片导入正在旋转的冷却滚筒继续冷却；（7）浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门；（8）对冷却室充气，气压平衡后，移开冷却室，将合金铸片从冷却滚筒导出，导出时，打开冷却室下方的过渡阀门，旋转冷却滚筒将冷却滚筒内的合金铸片导出到过渡阀门下方的收料罐，再移动冷却室准备下一次生产；（9）连续真空感应熔炼铸片炉的侧门、中频感应熔炼装置和熔炼翻转机构有2组；在浇铸结束后将冷却滚筒移动回冷却室后关闭真空隔离阀门后，对真空熔炼炉室充气，气压平衡后，打开侧门，将侧门连同中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起从真空熔炼炉室移出，将另一组侧门、中频感应熔炼装置、熔炼翻转机构一起移入真空熔炼炉室，如此实现合金铸片的连续式生产制造。

实施例2

将镨钕合金、金属铽、镝铁、纯铁、硼铁、金属镓、金属锆、金属钴、金属铝、金属铜原料按重量百分比配制成pr6.3nd23.1dy2tb0.6b0.95co1.2zr0.12ga0.1al0.2cu0.2fe余量的合金原料，采用实施例1中的制造方法制造合金铸片，经测试合金铸片的性能如表1所示；将合金铸片进行氢碎、气流磨制粉、磁场成型和烧结制成钕铁硼永磁铁，经检测，钕铁硼永磁铁性能如表1所示；由表1数据可以看出本发明的设备和制造方法可以生产高性能钕铁硼速凝合金和永磁体。

表1.钕铁硼合金片的性能

实施例3

将含有稀土合金、纯铁、硼铁、金属锆的原料按原子百分比配制成prnd10.5zr2.0fe80b6的合金原料，采用实施例1中的制造方法制造制造合金铸片，经测试合金铸片的性能如表2所示，将合金铸片经过晶化处理制成快淬钕铁硼永磁粉，经检测，快淬钕铁硼永磁粉性能如表2所示。由表2可以看出本发明的设备和制造方法可以生产高性能快淬钕铁硼永磁粉。

表2.快淬钕铁硼合金片及快淬钕铁硼永磁粉的性能