CN104416162B - 一种合金快速凝固设备及其自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种合金快速凝固设备及其自动控制方法。该设备包括将合金熔炼为合金液的熔炼装置、将合金液浇注冷却的冷却辊装置、以及将合金液引流至冷却辊装置中的冷却轮盘的中间包及喷嘴，以及驱动冷却轮盘移动的移动装置。与现有技术相比，该合金快速凝固设备的冷却轮盘在旋转运动的同时能够进行一维、二维，甚至三维运动，通过实时改变喷射或流出的合金液与冷却轮盘的接触位置及距离，使得整个快速凝固过程处于相对平衡的状态，从而提高了制造过程中产品性能的一致性和质量。另外，该设备能够实现合金熔炼、浇注、快速凝固等全过程自动连续运行，是一种结构简单、自动化程度高、维护容易的合金快速凝固设备。
Description
技术领域
本发明涉及使熔融合金快速凝固的冶金设备技术领域，尤其涉及一种采用旋转冷却辊凝固的冶金设备，适用于颗粒或条带状金属合金粉末的批量制造加工。
背景技术
金属合金的制造过程通常包括组分配比、熔炼、凝固、热处理等过程。其中合金熔炼是将具有一定成分和配比的原材料熔化，并除去其中杂质的工艺。金属合金由液态向固态转变称为凝固，是一种相变过程。在多数情况下，金属凝固是晶体或晶粒的生成和长大的过程。某些金属合金在快速凝固(每秒约一百万度)条件下，可以形成具有无定形结构的非晶态金属。金属凝固过程还伴随着体积变化、气体脱溶和元素偏析等现象，故该过程不但决定合金的结构、组织和性能，而且还影响后期的塑性加工和热处理。
按照抗氧化能力的不同，合金的熔炼和凝固可在空气、惰性气氛保护或真空中进行，如铜合金或镍合金就可以在空气中进行，而稀土合金、镁合金等就必须在真空或惰性气氛保护的熔炼炉中进行。合金的凝固过程中所用的冷却介质包括砂模、金属模、冷却液、冷却辊等。其中，将熔融合金倾倒或喷射在旋转的冷却辊上，通过调节合金液流的流速、冷却辊的旋转速度等工艺参数，可以获得条带状、针状或颗粒状的金属合金粉末。一般地，冷却辊为中空的金属轮盘，其中可以通水、油或其他冷却液以便加强散热。冷却辊的安装形式可以分为单辊、双辊或平面盘三种形式。其中单辊形式由于机械控制部分少、操作可靠、经济型好和便于维护等优点，应用最广泛。
专利号为ZL200810060511.7的中国发明专利《一种各向异性复相稀土永磁快淬带的制备方法》披露了一种各向异性复相稀土永磁快淬带的制备方法，在辊面形成一层具有(0002)面织构的钴或钴的固溶体，复相稀土永磁材料的硬磁相R2T14M在快淬凝固过程中易磁化轴取向受到具有织构辊面的诱导。
公开号为CN101722311A的中国发明专利《感应溢流快淬法与设备》披露了一种用于生产快淬钕铁硼磁粉的感应溢流快淬方法与设备，采用中频感应加热，将原料或钕铁硼合金锭熔化成合金液，然后以一定的速度倾倒在一个特殊设计的中间包内，合金通过中间包的溢流口至一个高速旋转的水冷钼轮或铜轮上，快速冷却形成钕铁硼快淬薄带。
公开号为CN1517659A的中国发明专利《真空熔炼速凝炉》披露了一种用于生产钕铁硼稀土永磁合金材料及稀土储氢合金材料的真空熔炼速凝炉，包括真空***、真空炉壳、感应加热器线圈、坩埚、中间包和转轮，其特征在于真空炉壳内的转轮侧面设有滚筒，滚筒外壁包覆冷却装置。
上述专利所涉及的设备或工艺，均是将熔融的合金喷射或倾倒在冷却辊上快速凝固，冷却轮盘的线速度、喷射压力、倾倒速度等参数可以调节。但是，上述设备及工艺普遍存在以下不足之处：
(1)一方面由于喷射或倾倒的合金液的面宽必须小于冷却轮盘的面宽，否则起不到预想快速凝固的效果；另一方面由于在浇注冷却过程中，冷却辊位置以及合金液浇注 在冷却轮盘的位置通常均固定，因此当合金液浇注在冷却辊时，由于高温液流的冲击，很容易使冷却轮盘中合金液所浇注的位置处产生磨损，出现一圈圈的划痕，严重时甚至产生坑洼，而冷却轮盘中合金液未浇注的位置部分却保持完好。这就导致冷却轮盘面质量不均匀，从而导致在不同的浇注过程中由于合金液接触的冷却轮盘面状态不一致而造成冷却效果以及产品质量不同。为此，专利号为ZL92105431.9的中国发明专利《真空快淬炉》设计了刷轮和清扫器，试图提高快淬辊的光洁度和清洁，但是并未从根本上减少此类现象的产生。
(2)由于大量熔融合金液不可能直接倾倒在冷却轮盘面上，因此一方面造成冷却速度受限，另一方面也很难控制合金液流量。所以需要经过一个合金液的逐渐引流过程，目前常用的方法是设置一个中间包过渡，再经过一个小口径的喷嘴射出到冷却轮盘。但是，这种方法必须综合考虑以下几个因素的影响：第一，为防止喷嘴流出的合金液喷溅到加热线圈上，喷嘴须从加热线圈突出一段距离，这就导致喷嘴处不容易被线圈感应加热。第二，为了尽可能快速冷却，需要缩短合金液从喷嘴处出发至冷却辊的距离，即喷嘴与冷却辊之间的距离较近为宜，通常选择数毫米量级。由流体力学的前缘冲破效应可知，合金液从喷嘴喷出的瞬间需要克服的阻力最大，但是，一方面由于喷嘴突出加热线圈，无法获得感应加热的能量，另一方面由于喷嘴与冷却辊之间的距离较近，冷却辊高速旋转所带起的风量降低了喷嘴出口处合金液的温度，因此喷嘴在最初阶段很容易发生堵塞，无法进行喷射。对此，人们采用了一些办法。如公开号为CN102205417A的中国发明专利《一种快淬合金的制造方法及设备》披露了一种可制造快淬合金的制造方法及设备，包括熔炼、浇注和快淬三个步骤，主要特点在于合金熔炼和快淬分别在两个独立的环境下进行，两个环境的压力可以独立控制，试图用加压的方式帮助喷射。另外，美国专利US5209789也提出了一种在喷嘴处设计挡风板的方法，试图减小高速旋转的冷却轮盘带来的风量对喷嘴的影响。这些方法可能有部分效果，但都使得设备更加复杂、控制难度大或容易出故障，并没有很好解决以上不足之处。
发明内容
本发明的技术目的是针对上述现有技术的不足，提供一种合金快速凝固设备，以解决合金制品的质量均匀、性能稳定，并且设备可以长时间连续工作。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种合金快速凝固设备，包括将合金熔炼为合金液的熔炼装置、将合金液浇注冷却的冷却辊装置、以及将合金液引流至冷却辊装置中的冷却轮盘的中间包及喷嘴，其特征是：如图1所示，所述的冷却辊装置包括冷却轮盘24、连接杆25、轴连器26、旋转电机29，所述的连接杆25与冷却轮盘24固定连接，并通过轴连器26与旋转电机29的主轴连接，从而带动冷却轮盘24旋转；所述的冷却辊装置还包括驱动冷却轮盘24沿一维(X方向)、二维(X、Y方向)或者三维(X、Y、Z方向)移动的移动装置；所述的旋转电机29的底座与移动装置固定相连，从而能够带动冷却轮盘24随移动装置的移动沿一维X方向、二维X、Y方向或者三维X、Y、Z方向移动。
作为优选，所述的移动装置可以选用螺杆式或者剪式结构实现。
当所述的移动装置可选用螺杆式结构实现时，具体如下：
(1)当移动装置驱动冷却轮盘24沿一维X方向移动时，其结构如图2所示。所述的移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27，以及驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28；
(2)当移动装置驱动冷却轮盘24沿二维X、Y方向移动时，所述的移动装置由两套图2所示的结构组成，(其中一套图2中未标出，在此以标记Y进行区分)。具体为：所述的移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27、与X轨道27垂直的Y轨道、驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28以及驱动滑台30沿Y轨道移动的伺服电机Y；
(3)当移动装置驱动冷却轮盘24沿三维X、Y、Z方向移动时，所述的移动装置由三套图2所示的结构组成，(其中二套图2中未标出，在此以标记Y、Z进行区分)。具体为：所述的移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27、与X轨道27垂直的Y轨道、与X轨道27和Y轨道所组成平面相垂直的Z轨道、驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28、驱动滑台30沿Y轨道移动的伺服电机Y以及驱动滑台30沿Z轨道移动的伺服电机Z。
当所述的移动装置选用剪式结构实现时，具体如下：
(1)当移动装置驱动冷却轮盘24沿一维X方向移动时，其结构如图3所示。所述的移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；所述的滑轨X36固定安装在底座X34上；所述的各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；所述的支撑杆X32的一端与工作台31固定连接，另一端通过连接器X35连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节。其中，所述的驱动装置X37不限，可以是推杆或者伺服电机。
(2)当移动装置驱动冷却轮盘24沿二维X、Y方向移动时，其结构如图4所示。所述的移动装置由两套图3所示的结构组成，其中一套在图4中未标注标记，在此以标记Y进行区分。具体如下：
所述的移动装置包括工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；所述的滑轨X36固定安装在底座X34上；所述的各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；所述的支撑杆X32的一端与工作台X31固定连接，另一端通过连接器X35连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节；其中，所述的驱动装置X37不限，可以是推杆或者伺服电机；
所述的移动装置还包括以下装置：工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面的支撑杆Y；所述的滑轨Y固定安装在底座Y上；所述的各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；所述的支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接 在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；其中，所述的驱动装置Y不限，可以是推杆或者伺服电机；
并且，所述的底座Y固定连接在工作台X31上，使滑轨X36垂直于滑轨Y；所述的旋转电机29的底座固定连接在工作台Y上。
(3)当移动装置驱动冷却轮盘24沿三维X、Y、Z方向移动时，所述的移动装置由三套图3所示的结构组成，其中两套在图3中未画出，在此以标记Y、Z进行区分。具体如下：
所述的移动装置包括工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；所述的滑轨X36固定安装在底座X34上；所述的各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；所述的支撑杆X32的一端与工作台X31固定连接，另一端通过连接器X35连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节；其中，所述的驱动装置X37不限，可以是推杆或者伺服电机；
所述的移动装置还包括以下装置：工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面的支撑杆Y；所述的滑轨Y固定安装在底座Y上；所述的各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；所述的支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；其中，所述的驱动装置Y不限，可以是推杆或者伺服电机；
所述的移动装置还包括以下装置：工作台Z、底座Z、滑轨Z、至少两个位于同一平面的支撑杆Z；所述的滑轨Z固定安装在底座Z上；所述的各支撑杆Z以轴承Z为交叉点连接；所述的支撑杆Z的一端与工作台Z固定连接，另一端通过连接器Z连接在滑轨Z上，驱动装置Z驱动连接器Z，使支撑杆Z沿滑轨Z在垂直于Z轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Z的打开或闭合角度，从而使工作台Z能够在Z方向进行升降调节；其中，所述的驱动装置Z不限，可以是推杆或者伺服电机；
并且，所述的底座Y固定连接在工作台X31上，使滑轨X36垂直于滑轨Y；所述的旋转电机29的底座固定连接在工作台Y上；所述的底座Z固定连接在工作台Y上，使滑轨Z垂直于滑轨X与滑轨Y；所述的旋转电机29的底座固定连接在工作台Z上；
所述的熔炼装置结构不限，作为一种实现形式，由坩埚与主感应线圈组成，所述的坩埚固定在主感应线圈内，并且主感应线圈可90度旋转，能够使坩埚内的原材料合金感应熔炼为合金液后倒入中间包。作为优选，所述的主感应线圈的倾倒旋转由倾倒电机驱动。
作为优选，所述的中间包和喷嘴均采用耐高温的陶瓷材料。所述的喷嘴和中间包外部设置副感应线圈进行加热。
所述的中间包形状不限，作为优选，其内部为漏斗状。
作为优选，所述的喷嘴设置在中间包下方；进一步选选，采用高温陶瓷粘结剂将二者紧密相连。
作为优选，所述的合金快速凝固设备还包括收集装置，用于收集溅落的合金粉末，并将其冷却后回收。作为一种实现方式，所述的收集装置包括带冷水套的承料盘，以及搅拌用的叶片和风扇等。
作为优选，设置液面传感器用于检测中间包中的合金液位高低，设置穿透传感器用于检测喷嘴的合金液是否流出。
本发明合金快速凝固设备还可以通过自动控制实现合金熔炼、浇注、快速凝固等全过程的自动运行。进行自动控制时，熔炼装置结构采用坩埚与主感应线圈组成，喷嘴和中间包外部设置副感应线圈，采用温控表控制主感应线圈与副感应线圈，采用可编程序控制器作为整个过程连续运行的控制器，采用液面传感器检测中间包中的合金液位高低、穿透传感器检测喷嘴的合金液是否流出，采用倾倒电机驱动主感应线圈的倾倒旋转；该自动控制方法如图5所示，具体如下：
步骤1：通过熔炼装置熔炼原材料，温控表根据设定的温度程序控制主感应线圈和副感应线圈通电加热，到达设定温度后，旋转电机29带动冷却轮盘24开始旋转；随后，倾倒电机开始转动主感应线圈，从而使得坩埚倾斜，合金液开始缓慢流入中间包；根据液面传感器反馈的信号，即合金液面在中间包内上升的快慢，倾倒电机实时调节倾倒的角度和速度；
步骤3：当中间包内的合金液面达到一定高度时，在重力的作用下，合金液从喷嘴开始流出被穿透传感器检测到时，冷却轮盘24在伺服电机的驱动下从离喷嘴较远的位置向离喷嘴较近的位置靠近；
步骤4：随着合金液的流出，当移动装置采用螺杆式时，冷却轮盘24在伺服电机的驱动下逐渐变换位置，使合金液浇注在冷却轮盘24上的位置均匀分布；当移动装置采用剪式时，冷却轮盘24在驱动装置的驱动下逐渐变换位置，使合金液浇注在冷却轮盘24上的位置均匀分布；
步骤5：待合金液从坩埚和中间包全部流尽后，冷却轮盘24在一维、二维或三维的运动停止，并逐渐停止旋转运动。
与现有技术相比，本发明一种合金快速凝固设备的优点在于：
(1)该合金快速凝固设备的冷却轮盘在旋转运动的同时可以进行一维、二维，甚至三维运动，通过实时改变喷射或流出的合金液与冷却轮盘的接触位置及距离，使得整个快速凝固过程处于相对平衡的状态，从而提高了制造过程中产品性能的一致性和质量。
(2)另一方面，由于该合金快速凝固设备的冷却轮盘可以进行三维运动，所以在最初阶段可以将该冷却轮盘调整至离合金液从喷嘴喷出位置较远的距离，以有效避免因冷却轮盘高速旋转时带来的风量降低喷嘴出口处合金液的温度，而当合金液一旦喷出，克服了最大阻力后，再将冷却轮盘调整至离合金液从喷嘴喷出位置较近的距离，从而不仅解决了喷嘴在最初阶段很容易发生堵塞，无法进行喷射的问题，而且还提高了冷却速 率。
(3)通过本发明的改进后，该合金快速凝固设备可以长时间使用，无需停机修整冷却轮盘，有效延长了设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明合金快速凝固设备中冷却辊装置的结构示意图；
图2是本发明合金快速凝固设备中一维螺杆式移动装置的结构示意图；
图3是本发明合金快速凝固设备中一维剪式移动装置的结构示意图；
图4是本发明合金快速凝固设备中二维剪式移动装置的结构示意图；
图5是本发明合金快速凝固设备的自动控制原理示意图；
图6是本发明实施例1中的合金快速凝固设备的整体结构及主要部件示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1至图6中的附图标记为：炉壳1、扩散泵2、罗茨泵3、机械泵4、坩埚5、主感应线圈6、中间包7、副感应线圈8、喷嘴9、风扇10、承料盘11、叶片12、进水口13、出水口14、液面传感器15、穿透传感器16、装料口17、出料口18、电气控制柜19、温控表20、触摸屏21、可编程序控制器22、加热电源23、冷却轮盘24、连接杆25、轴连器26、轨道27、伺服电机X28、旋转电机29、滑台30、工作台X31、支撑杆X32、轴承X33、底座X34、连接器X35、滑轨X36、推杆37、倾倒电机38。
实施例1：
本实施例中，合金快速凝固设备的主要部件及结构示意图如图6所示。该合金快速凝固设备包括炉壳1、装料口17、抽真空装置、将合金熔炼为合金液的熔炼装置、将合金液浇注冷却的冷却辊装置、将合金液引流至冷却辊装置中的冷却轮盘的中间包及喷嘴，驱动冷却轮盘24沿一维(X方向)、二维(X、Y方向)或者三维(X、Y、Z方向)移动的移动部件、收集装置。
炉壳1用于固定装载在其内部的机械部件，并将其与外界环境如空气、水等隔离。炉壳1的材质通常采用普通碳钢或不锈钢，为便于长时间工作情况下的散热，可做成双层中带水冷夹套的结构，或在采用中空通水的铜管盘绕焊接在炉壳顶部。
装料口17用于装入配好的原材料或合金锭。
抽真空装置包括扩散泵2、罗茨泵3和机械泵4，它们通过管道串联，通过金属管道与炉壳1连接。各个泵的抽气能力和炉壳1的容积相关。当只需要100Pa左右的真空时，单独开机械泵4即可；罗茨泵3只有在机械泵4打开的情况下，方可使用，用于提高抽气的速率；当需要1Pa以下的真空时，需要打开扩散泵2。
熔炼装置由坩埚5与主感应线圈6组成。该坩埚5固定在主感应线圈6内，并且主感应线圈6可90度旋转倾倒。坩埚5为圆筒状，材质采用氧化铝、氧化镁、碳化硅或石英中的一种。主感应线圈6为一段中空水冷铜管盘成螺旋状，铜管的两端部分穿过炉壳1连接加热电源23。另外，铜管穿过炉壳1的部分还与一倾倒电机38相连，线圈6 和炉壳1两者之间采用磁流体动密封，这样倾倒主感应线圈6时不至于漏气。主感应线圈6的内径比坩埚5的外径略大，可以采用石灰等材料将主感应线圈6和坩埚5固定在一起，从而转动主感应线圈6的同时，倒出坩锅5中熔融的合金液至中间包7中。
为方便倾倒时合金液的准确落入，中间包7的内部为漏斗状，材质采用碳化硅、氧化铝、氮化硼和氧化镁中中的一种。喷嘴9的材质为石英、氧化铝、氧化铝和氮化硼中的一种。喷嘴9和中间包7之间采用陶瓷胶粘结、高温烧结而固定在一起。
喷嘴9和中间包7外部加热通常采用副感应线圈8。由于实际上只是起辅助加热作用，无需达到很高的温度，所以该加热方式也可以简单采用电阻发热体包覆的方式。
收集装置用于收集溅落的合金粉末，并将其冷却后回收。该收集装置包括带冷水夹套的承料盘11，以及搅拌用的叶片12和风扇10等。承料盘11用于承接经过冷却辊装置快速凝固后溅落的合金粉末。叶片12装载在承料盘11的上方并可在下方电机带动下旋转，各叶片成对均匀设置，如两对、三对等，用于搅拌合金粉末，一方面使合金粉末均匀分布在承料盘11上，不至于富集堆起；另一方面促进合金粉末的散热。另外，风扇10、承料盘11中间的水冷夹套(水进出口13和14)都有利于合金粉末尽快冷却到室温后，从出料口18出炉。
另外，设置液面传感器15用于检测中间包7中的合金液位高低，设置穿透传感器16用于检测喷嘴9的合金液是否流出。
冷却辊装置及浇注示意图如图1所示。冷却辊装置包括冷却轮盘24、连接杆25、轴连器26、旋转电机29，该连接杆25采用焊接的方式与冷却轮盘24固定连接，并通过轴连器26与旋转电机29的主轴连接，从而带动冷却轮盘24旋转。
冷却轮盘24结构为中空圆筒状，其中一端封闭，另一端有供冷却水进出的管道。冷却轮盘24的材质通常为铜、铝或不锈钢，为增加盘面的耐磨性，可以在外嵌套或涂覆一层含铬或钼的硬质金属层。
本实施例中，驱动冷却轮盘24移动的移动装置采用螺杆式实现。该移动装置可以驱动冷却轮盘24沿一维(X方向)、二维(X、Y方向)或者三维(X、Y、Z方向)移动。
如图2所示，当移动装置驱动冷却轮盘24沿一维X方向移动时，该移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27，以及驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28，伺服电机X28通过轨道内的螺杆驱动滑台30。伺服电机X28可接收其驱动器发出的指令，旋转一定的圈数，实现精确的位置定位。进一步地，通过可编程序控制器，可设定运动开始的时间和转动的圈数，从而实现运动的自动控制。
类似地，当移动装置驱动冷却轮盘24沿二维X、Y方向移动时，该移动装置由两套图2所示的结构组成，其中一套图2中未标出，在此以标记Y进行区分。具体为：该移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27、与X轨道27垂直的Y轨道、驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28以及驱动滑台30沿Y轨道移动的伺服电机Y，伺服电机X28与伺服电机Y通过轨道内的螺杆驱动滑台30。
类似地，当移动装置驱动冷却轮盘24沿三维X、Y、Z方向移动时，该移动装置由 三套图2所示的结构组成，其中二套图2中未标出，在此以标记Y、Z进行区分。该移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的滑台30、X轨道27、与X轨道27垂直的Y轨道、与X轨道27和Y轨道所组成平面相垂直的Z轨道、驱动滑台30沿X轨道27移动的伺服电机X28、驱动滑台30沿Y轨道移动的伺服电机Y以及驱动滑台30沿Z轨道移动的伺服电机Z，伺服电机X28、伺服电机Y、伺服电机Z通过轨道内的螺杆驱动滑台30。
本实施例中的合金快速凝固设备的自动控制原理示意图如图5所示。电气控制柜19中设置温控表20、触摸屏21以及可编程序控制器22。除温控表20可以控制主感应线圈6加热电流以外，采用可编程序控制器22作为整个过程连续运行的控制器，根据编制的程序，执行包括：启动和设定温控表20，接收液面传感器15和穿透传感器16的反馈信号、向旋转电机29和倾倒电机38发送运行和停止信号、向伺服电机28发送脉冲等功能，实现合金熔炼、浇注、快速凝固等全过程自动运行，以下是采用本实施例中的合金快速凝固设备进行一次合金快速凝固过程的描述：
步骤1：打开装料口17，将配好的原材料或合金锭装入坩埚5，机械泵4、罗茨泵3和扩散泵2等抽真空设备进行抽真空，到达100Pa左右的真空度时，充入少量氩气；若原材料为非熔炼易氧化的稀土合金或镁合金时，可以省去该抽真空过程。
步骤2：温控表20根据设定的温度程序控制主感应线圈6和副感应线圈8通电加热，到达设定温度后，旋转电机29带动冷却轮盘24开始旋转。随后，倾倒电机38开始转动主感应线圈6，从而使得坩埚5倾斜，合金液开始缓慢流入中间包7。根据液面传感器15反馈的信号，即合金液面在中间包7内上升的快慢，倾倒电机38实时调节倾倒的角度和速度。
步骤3：当中间包7内的合金液面达到一定高度时，在重力的作用下，合金液从喷嘴9开始流出，并被穿透传感器16检测到。此刻，在伺服电机X28的驱动下，冷却轮盘24从离喷嘴9较远的位置迅速向离喷嘴9较近的位置靠近。
步骤4：随着合金液的流出，冷却轮盘24在伺服电机X28、伺服电机Y、伺服电机Z的驱动下，在合金液不脱离冷却轮盘面的范围内开始逐渐变换位置，使合金液浇注在冷却轮盘24上的位置均匀分布。待合金液从坩埚5和中间包7全部流尽后，冷却轮盘24在一维、二维或三维的运动停止，并逐渐停止旋转运动。
步骤5：溅落的合金粉末落在承料盘11上，并由叶片12均匀铺展。在风扇10和冷却水夹套的共同作用下，合金粉末降温到100度左右，最后由炉壳1下方的出料口18取出。
以上步骤组成了一次合金快速凝固的完整工艺流程，所有步骤均通过可编程序控制器预先编制的程序顺次运行，全流程无需人工干预。
实施例2：
本实施例中，合金快速凝固设备的主要部件及结构与实施例1中基本相同。所不同的是，本实施例中，驱动冷却轮盘24移动的移动装置采用剪式实现。该移动装置可以驱动冷却轮盘24沿一维(X方向)、二维(X、Y方向)或者三维(X、Y、Z方向)移 动。
如图3所示，当移动装置驱动冷却轮盘24沿一维X方向移动时，该移动装置包括与旋转电机29的底座固定连接的工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；滑轨X36固定安装在底座X34上；各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；支撑杆X32的一端与工作台31固定连接，另一端通过连接器35X连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节。该驱动装置X37不限，可以是推杆37或者其他伺服电机。
类似地，当移动装置驱动冷却轮盘24沿二维X、Y方向移动时，其结构如图4所示。该移动装置由两套图3所示的结构组成，其中一套在图4中未标注标记，在此以标记Y进行区分。具体如下：
该移动装置包括工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；滑轨X36固定安装在底座X34上；各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；支撑杆X32的一端与工作台X31固定连接，另一端通过连接器X35连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节；其中，驱动装置X37不限，可以是推杆或者伺服电机；
该移动装置还包括以下装置：工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面的支撑杆Y；滑轨Y固定安装在底座Y上；各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；其中，驱动装置Y不限，可以是推杆或者伺服电机；
并且，底座Y固定连接在工作台X31上，使滑轨X36垂直于滑轨Y；旋转电机29的底座固定连接在工作台Y上。
类似地，该方法可以进一步扩展到三维方法。当移动装置驱动冷却轮盘24沿三维X、Y、Z方向移动时，所述的移动装置由三套图3所示的结构组成，其中两套在图3中未画出，在此以标记Y、Z进行区分。具体如下：
该移动装置包括工作台X31、底座X34、滑轨X36、至少两个位于同一平面的支撑杆X32；滑轨X36固定安装在底座X34上；各支撑杆X32以轴承X33为交叉点连接；支撑杆X32的一端与工作台X31固定连接，另一端通过连接器X35连接在滑轨X36上，驱动装置X37驱动连接器X35，使支撑杆X32沿滑轨X36在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X32的打开或闭合角度，从而使工作台X31能够在X方向进行升降调节；其中，驱动装置X37不限，可以是推杆或者伺服电机；
该移动装置还包括以下装置：工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面 的支撑杆Y；滑轨Y固定安装在底座Y上；各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；所述的支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；其中，驱动装置Y不限，可以是推杆或者伺服电机；
该移动装置还包括以下装置：工作台Z、底座Z、滑轨Z、至少两个位于同一平面的支撑杆Z；滑轨Z固定安装在底座Z上；各支撑杆Z以轴承Z为交叉点连接；支撑杆Z的一端与工作台Z固定连接，另一端通过连接器Z连接在滑轨Z上，驱动装置Z驱动连接器Z，使支撑杆Z沿滑轨Z在垂直于Z轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Z的打开或闭合角度，从而使工作台Z能够在Z方向进行升降调节；其中，驱动装置Z不限，可以是推杆或者伺服电机；
并且，底座Y固定连接在工作台X31上，使滑轨X36垂直于滑轨Y；底座Z固定连接在工作台Y上，使滑轨Z垂直于滑轨X与滑轨Y；旋转电机29的底座固定连接在工作台Z上；
本实施例中的合金快速凝固设备的自动控制原理类似实施例1中的自动控制原理。
上述文字对本发明的具体实施方式进行了描述，必须指出的是，本发明所包含的内容并不局限于此，在不脱离本发明实质范围的前提下，可以作各种修改、替换和变化，这些等同形式同样属于本发明权利要求书的限定范围。
Claims (10)
1.一种合金快速凝固设备，包括将合金熔炼为合金液的熔炼装置、将合金液浇注冷却的冷却辊装置、以及将合金液引流至冷却辊装置中的冷却轮盘(24)的中间包(7)及喷嘴(9)，其特征是：所述的冷却辊装置包括冷却轮盘(24)、连接杆(25)、轴连器(26)、旋转电机(29)；所述的连接杆(25)与冷却轮盘(24)固定连接，并通过轴连器(26)与旋转电机(29)的主轴连接，从而带动冷却轮盘(24)旋转；所述的合金快速凝固设备还包括可沿一维X方向、二维X、Y方向或者三维X、Y、Z方向移动的移动装置；所述的旋转电机(29)的底座与移动装置固定相连，从而能够带动冷却轮盘(24)随移动装置的移动沿一维X方向、二维X、Y方向或者三维X、Y、Z方向移动。
2.如权利要求1所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的移动装置选用螺杆式或者剪式结构实现；
所述的移动装置选用螺杆式结构时，具体如下：
(1)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿一维X方向移动时，所述的移动装置包括与旋转电机(29)的底座固定连接的滑台(30)、X轨道(27)，以及驱动滑台(30)沿X轨道(27)移动的伺服电机X(28)；
(2)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿二维X、Y方向移动时，所述的移动装置包括与旋转电机(29)的底座固定连接的滑台(30)、X轨道(27)、与X轨道(27)垂直的Y轨道、驱动滑台(30)沿X轨道(27)移动的伺服电机X(28)以及驱动滑台(30)沿Y轨道移动的伺服电机Y；
(3)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿三维X、Y、Z方向移动时，所述的移动装置包括与旋转电机(29)的底座固定连接的滑台(30)、X轨道(27)、与X轨道(27)垂直的Y轨道、与X轨道(27)和Y轨道所组成平面相垂直的Z轨道、驱动滑台(30)沿X轨道(27)移动的伺服电机X(28)、驱动滑台(30)沿Y轨道移动的伺服电机Y以及驱动滑台(30)沿Z轨道移动的伺服电机Z；
所述的移动装置选用剪式结构时，具体如下：
(1)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿一维X方向移动时，所述的移动装置包括与旋转电机(29)的底座固定连接的工作台X(31)、底座X(34)、滑轨X(36)、至少两个位于同一平面的支撑杆X(32)；所述的滑轨X(36)固定安装在底座X(34)上；所述的各支撑杆X(32)以轴承X(33)为交叉点连接；所述的支撑杆X(32)的一端与工作台(31)固定连接，另一端通过连接器X(35)连接在滑轨X(36)上，驱动装置X(37)驱动连接器X(35)，使支撑杆X(32)沿滑轨X(36)在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X(32)的打开或闭合角度，从而使工作台X(31)能够在X方向进行升降调节；
(2)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿二维X、Y方向移动时，所述的移动装置包括工作台X(31)、底座X(34)、滑轨X(36)、至少两个位于同一平面的支撑杆X(32)；所述的滑轨X(36)固定安装在底座X(34)上；所述的各支撑杆X(32)以轴承X(33)为交叉点连接；所述的支撑杆X(32)的一端与工作台(31)固定连接，另一端通过连接器X(35)连接在滑轨X(36)上，驱动装置X(37)驱动连接器X(35)，使支撑杆X(32)沿滑轨X(36)在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X(32)的打开或闭合角度，从而使工作台X(31)能够在X方向进行升降调节；
所述的移动装置还包括工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面的支撑杆Y；所述的滑轨Y固定安装在底座Y上；所述的各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；所述的支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；
并且，所述的底座Y固定连接在工作台X(31)上，使滑轨X(36)垂直于滑轨Y；所述的旋转电机(29)的底座固定连接在工作台Y上；
(3)当移动装置驱动冷却轮盘(24)沿三维X、Y、Z方向移动时，所述的移动装置包括工作台X(31)、底座X(34)、滑轨X(36)、至少两个位于同一平面的支撑杆X(32)；所述的滑轨X(36)固定安装在底座X(34)上；所述的各支撑杆X(32)以轴承X(33)为交叉点连接；所述的支撑杆X(32)的一端与工作台(31)固定连接，另一端通过连接器X(35)连接在滑轨X(36)上，驱动装置X(37)驱动连接器X(35)，使支撑杆X(32)沿滑轨X(36)在垂直于X轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆X(32)的打开或闭合角度，从而使工作台X(31)能够在X方向进行升降调节；
所述的移动装置还包括工作台Y、底座Y、滑轨Y、至少两个位于同一平面的支撑杆Y；所述的滑轨Y固定安装在底座Y上；所述的各支撑杆Y以轴承Y为交叉点连接；所述的支撑杆Y的一端与工作台Y固定连接，另一端通过连接器Y连接在滑轨Y上，驱动装置Y驱动连接器Y，使支撑杆Y沿滑轨Y在垂直于Y轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Y的打开或闭合角度，从而使工作台Y能够在Y方向进行升降调节；
所述的移动装置还包括工作台Z、底座Z、滑轨Z、至少两个位于同一平面的支撑杆Z；所述的滑轨Z固定安装在底座Z上；所述的各支撑杆Z以轴承Z为交叉点连接；所述的支撑杆Z的一端与工作台Z固定连接，另一端通过连接器Z连接在滑轨Z上，驱动装置Z驱动连接器Z，使支撑杆Z沿滑轨Z在垂直于Z轴的方向进行滑动，以调节各支撑杆Z的打开或闭合角度，从而使工作台Z能够在Z方向进行升降调节；
并且，所述的底座Y固定连接在工作台X(31)上，使滑轨X(36)垂直于滑轨Y；所述的底座Z固定连接在工作台Y上，使滑轨Z垂直于滑轨X与滑轨Y；所述的旋转电机(29)的底座固定连接在工作台Z上。
3.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的熔炼装置由坩埚(5)与主感应线圈(6)组成，所述的坩埚(5)固定在主感应线圈(6)内，并且主感应线圈(6)可90度旋转。
4.如权利要求3所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的主感应线圈(6)的倾倒旋转由倾倒电机(38)驱动。
5.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的喷嘴(9)和中间包(7)外部设置副感应线圈(8)进行加热。
6.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的中间包(7)内部为漏斗状。
7.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的喷嘴(9)设置在中间包(7)下方，并且二者紧密相连。
8.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备，其特征是：还包括用于检测中间包(7)中的合金液位高低的液面传感器(15)，用于检测喷嘴(9)的合金液是否流出的穿透传感器(16)。
9.如权利要求2所述的合金快速凝固设备，其特征是：所述的驱动装置是推杆或者伺服电机。
10.如权利要求1或2所述的合金快速凝固设备的自动控制方法，其特征是：所述的熔炼装置结构采用坩埚(5)与主感应线圈(6)组成，喷嘴(9)和中间包(7)外部设置副感应线圈(8)，采用温控表(20)控制主感应线圈(6)与副感应线圈(8)，采用可编程序控制器(22)作为整个过程连续运行的控制器，采用液面传感器(15)检测中间包(7)中的合金液位高低、穿透传感器(16)检测喷嘴(9)的合金液是否流出，采用倾倒电机(38)驱动主感应线圈(6)的倾倒旋转；该自动控制方法具体如下：
步骤1：通过熔炼装置熔炼原材料，温控表(20)根据设定的温度程序控制主感应线圈(6)和副感应线圈(8)通电加热，到达设定温度后，旋转电机(29)带动冷却轮盘(24)开始旋转；随后，倾倒电机(38)开始转动主感应线圈(6)，从而使得坩埚(5)倾斜，合金液开始缓慢流入中间包(7)；根据液面传感器(15)反馈的信号，即合金液面在中间包(7)内上升的快慢，倾倒电机(38)实时调节倾倒的角度和速度；
步骤2：当中间包(7)内的合金液面达到一定高度时，在重力的作用下，合金液从喷嘴(9)开始流出被穿透传感器(16)检测到时，冷却轮盘(24)在伺服电机的驱动下从离喷嘴(9)较远的位置向离喷嘴(9)较近的位置靠近；
步骤3：随着合金液的流出，当移动装置采用螺杆式时，冷却轮盘(24)在伺服电机的驱动下逐渐变换位置，使合金液浇注在冷却轮盘(24)上的位置均匀分布；当移动装置采用剪式时，冷却轮盘(24)在驱动装置的驱动下逐渐变换位置，使合金液浇注在冷却轮盘(24)上的位置均匀分布；
步骤4：待合金液从坩埚(5)和中间包(7)全部流尽后，冷却轮盘(24)在一维、二维或三维的运动停止，并逐渐停止旋转运动。
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