CN105695683B - 一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法及装置，在退火过程中使非晶合金材料自动匀速通过退火腔，并在线自动精确调控张应力、退火温度和传送速度。本发明退火腔体小、应力控制灵活精准、温度控制灵活快键和节能优势：现有技术采用箱式退火腔，体积大，退火位置离热源远、导热差、腔体采用绝热壁厚且面积大，热容量大，温度控制迟缓、困难，退火过程耗能大；本发明采用通道式退火腔，腔体体积小，腔壁采用量导热材料，导热快、温度控制灵活、快键，耗能少；本发明采用匀速传送被退火材料通过通道式退火腔的动态退火方式，相比现有常用箱式退火腔静态退火方式，具有退火参量控制精准和批量材料退火处理效果一致性高的优势。

Description

一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法及装置
技术领域
本发明涉及非晶软磁合金材料技术领域，特别是一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法及装置。
背景技术
非晶软磁合金是继铁氧体和硅钢片之后，最受重视的新型磁性材料。被命名为“Metglas”的FeSiB非晶态合金于1982年被发明，将其用作变压器铁芯,与取向硅钢片相比,铁损可下降1/3～1/5。1988年,Yoshizawa等将非晶合金进行退火热处理的方法制备成了纳米晶软磁材料，发明了以Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9为典型成分的“Finemet”合金。Finemet合金具有高磁导率、低矫顽力、高电阻率和低损耗等优异的综合软磁性能，相比传统硅钢材料，具有显著的节能和磁性能优势，具有广阔的应用前景。但是新型的非晶软磁材料，对应力十分敏感，尤其是在热处理过程中应力对磁结构具有灵敏的调控作用。然而，在现有热处理技术通常采用粗放式工艺，即将被退火材料盘绕成盘状静置于退火炉膛内进行退火。这种粗放式退火方式，虽然能够在一定程度上改善材料性能，但是由于炉膛的温度梯度和材料自身热胀冷缩等因素，难以精准控制应力和温度等退火工艺参量，无法精准控制材料的退火状态，无法保证整盘材料在同等条件下退火，难以保证材料性能的一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应力退火方法及装置，旨在解决炉膛的温度梯度和材料自身热胀冷缩等因素，难以精准控制应力和温度等退火工艺参量，无法精准控制材料的退火状态，无法保证整盘材料在同等条件下退火，难以保证材料性能的一致性的问题。
本发明是这样实现的，一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法，在退火过程中使非晶合金材料自动匀速通过退火腔，并在线自动精确调控张应力、退火温度和传送速度。
进一步，退火腔为通道式退火腔，通道式退火腔在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在良导热块的侧面设装有加热片，由控温仪根据设装在退火腔中的测温探头反馈信号调节设装在良导热块侧面的加热片的加热功率，对通道式退火腔温度精准控制。
进一步，在通道式退火腔的中部设装有通气孔，由通气孔流入经导热块加热的气体对腔内的被退火材料进行加热，同时隔离被退火材料与空气接触。
进一步，被退火材料在退火腔中移动通过，然后紧接着进入冷却腔，以同样速度通过冷却腔被冷却。
进一步，冷却腔为通道式冷却腔，通道式冷却腔在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在通道式冷却腔的中部设装有通气孔，由通气孔流入保护气体对腔内的被退火材料进行冷却，同时隔离被退火材料与空气接触，防止被退火材料被氧化。
本发明另一目的在于提供一种能精准控制退火工艺参量的应力退火装置，包括：送料盘、应力调节制动片、被退火材料、保护气体进气管、通道式退火腔、加热片、通道式冷却器、转速传感器、冷却压辊、收集轮、驱动轴、冷却气体进气管、通道式退火腔导热块、温度传感器、应力传感器、缓冲弹簧、滑轮组；
应力调节制动片的外部安装有送料盘，送料盘上缠绕有被退火材料，被退火材料依次通过滑轮组设置的三个滑轮，被退火材料上通过缓冲弹簧安装有应力传感器；根据应力传感器的反馈信号调节应力调节制动片的制动力实现退火应力的精准控制；
被退火材料通过通道式退火腔导热块，被退火材料通过冷却压辊后缠绕在收集轮上，冷却压辊上安装有转速传感器，收集轮安装在驱动轴上；根据安装在冷却压辊上的转速传感器反馈信号，调节收集轮的转速，实现退火材料传送速度的精准控制；
通道式退火腔导热块的上端安装有加热片，通道式退火腔导热块的前端安装有通道式退火腔，通道式退火腔内安装有保护气体进气管，通道式退火腔导热块的前端还安装有温度传感器；通道式退火腔导热块的后端安装有通道式冷却器，通道式冷却器内安装有冷却气体进气管。
进一步，所述的通道式退火腔导热块内部安装有第一通气管路，第一通气管路的前端安装有第一进气口，第一通气管路的后端安装有通气孔；
通道式退火腔导热块的前侧壁中部安装有通道式退火腔，通道式退火腔的上下两端均匀安装有若干第一通气管路，第一通气管路的两侧安装有第一通气管路。
进一步，所述的通道式冷却器的上端安装有冷却腔进气孔，冷却腔进气孔的下端连通第二通气管路，第二通气管路的末端安装有冷却气进气口。
本发明具有的优点和积极效果是：该应力退火方法及装置退火腔体小、温度控制灵活快键和节能优势：现有常用技术通常采用箱式退火腔，体积大，退火位置离热源远、导热差、腔体采用绝热壁厚且面积大，热容量大，温度控制迟缓、困难，退火过程耗能大；而本发明技术采用通道式退火腔，腔体体积小，腔壁采用量导热材料，导热快、温度控制灵活、快键，耗能少；本发明技术采用匀速传送被退火材料通过通道式退火腔的动态退火方式，相比现有常用箱式退火腔静态退火方式，具有退火参量控制精准和批量材料退火处理效果一致性高的优势。
附图说明
图1是本发明实施例提供的张应力退火装置的示意图。
图2为本发明实施例提供的含通道式退火腔导热快的纵截面图。
图3为本发明实施例提供的含通道式退火腔导热快的横截面图。
图4为本发明实施例提供的通道式冷却器的纵截面图。
图中：1、送料盘；2、应力调节制动片；3、被退火材料；4、保护气体进气管；5、通道式退火腔；6、加热片；7、通道式冷却器；8、转速传感器；9、冷却压辊；10、收集轮；11、驱动轴；12、冷却气体进气管；13、通道式退火腔导热块；14、温度传感器；15、应力传感器；16、缓冲弹簧；17、滑轮组；18、第一进气口；19、第一通气管路；20、通气孔；21、冷却气进气口；22、第二通气管路；23、冷却腔进气孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图1至4及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
在退火过程中使非晶合金材料自动匀速通过退火腔，并在线自动精确调控张应力、退火温度和传送速度。
本发明还采取如下技术措施：
退火腔为通道式退火腔5，通道式退火腔5在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在良导热块的侧面设装有加热片6，由控温仪根据设装在退火腔中的测温探头反馈信号调节设装在良导热块侧面的加热片6的加热功率。
在通道式退火腔5的中部设装有通气孔20，由通气孔20流入经导热块加热的气体对腔内的被退火材料3进行加热，同时隔离被退火材料3与空气接触。
被退火材料3在退火腔中移动通过，然后紧接着进入冷却腔，以同样速度通过冷却腔被冷却。
冷却腔为通道式冷却腔，通道式冷却腔在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在通道式冷却腔的中部设装有通气孔20，由通气孔20流入保护气体对腔内的被退火材料3进行冷却，同时隔离被退火材料3与空气接触，防止被退火材料3被氧化。
应力调节制动片2的外部安装有送料盘1，送料盘1上缠绕有被退火材料3，被退火材料3依次通过三个滑轮组17，被退火材料3上通过缓冲弹簧16安装有应力传感器15；被退火材料3通过含通道式退火腔导热块，被退火材料3通过冷却压辊9后缠绕在收集轮10上，冷却压辊9上安装有转速传感器8，收集轮10安装在驱动轴11上；
含通道式退火腔导热块的上端安装有加热片6，含通道式退火腔导热块的前端安装有通道式退火腔5，通道式退火腔5内安装有保护气体进气管4，含通道式退火腔导热块的前端还安装有温度传感器14；含通道式退火腔导热块的后端安装有通道式冷却器7，通道式冷却器7内安装有冷却气体进气管12。
所述的含通道式退火腔导热块内部安装有第一通气管路19，第一通气管路19的前端安装有第一进气口18，第一通气管路19的后端安装有通气孔20；
含通道式退火腔导热块的前侧壁中部安装有通道式退火腔5，通道式退火腔5的上下两端均匀安装有若干第一通气管路19，第一通气管路19的两侧安装有第一通气管路19。
所述的通道式冷却器7的上端安装有冷却腔进气孔23，冷却腔进气孔23的下端连通第二通气管路22，第二通气管路22的末端安装有冷却气进气口21。
可以将被退火材料3盘绕在送料盘1上，贴绕滑轮组17后穿过设装在含通道式退火腔导热块13内的通道式退火腔5和设装在通道式冷却器7内的冷却通道，然后贴着绕过冷却辊9由收集轮10将经应力退火并冷却的被退火材料3盘绕收集。送料盘1的轮毂内侧安装有应力调节制动片2，被退火材料3在退火过程中所受应力可以根据应力传感器15的反馈信号由应力调节制动片2和收集轮10配合按照目标要求值进行调控。当应力传感器15的反馈信号表明被退火材料3所受应力小于设定值时，则增加料盘1的轮毂内侧与应力调节制动片2之间的制动力，同时增加收集轮10的扭矩，直至应力传感器15反馈的信号表示被退火材料3所受应力等于设定值。反之，如果应力传感器15的反馈信号表明被退火材料3所受应力大于设定值时，则减小料盘1的轮毂内侧与应力调节制动片2之间的制动力，同时减小收集轮10的扭矩，直至应力传感器15反馈的信号表示被退火材料3所受应力等于设定目标值。在应力调节过程中，使用缓冲弹簧16可以减缓应力调节过程中的波动，提高应力调节速度和精度。收集轮10的扭矩调节通过调节含驱动轴11的驱动电机的扭矩实现。应力调节通过调节送料盘1的轮毂内侧与制动片2之间的摩擦力实现。
退火过程的退火温度根据温度传感器14的反馈信号由控温仪调节加热片6的加热功率实现。当温度传感器14的反馈信号表明通道式退火腔5的温度低于设置温度时，则增加热片6的加热功率，直至达到设置温度；相反，当温度传感器14的反馈信号表明通道式退火腔5的温度高于设置温度时，则减少热片6的加热功率，直至等于设置温度。
退火时间则通过调节收集轮10的对被退火材料3的收集速度来控制(通道式退火腔5的长度除以被退火材料3在通道式退火腔5中的通过速度即为退火时间，而被退火材料3在通道式退火腔5中的通过速度即收集轮10对被退火材料3的收集速度)。收集轮10对被退火材料3的收集速度根据速度传感器8的反馈速度来调节收集轮10驱动电机的转速(驱动轴11即为驱动电机的轴)来实现。当速度传感器8的反馈信号表明速度低于设置值时，则提升收集轮10的转速，直至达到设置值；反之，当速传感器8的反馈信号表明速度高于设置值时，则降低收集轮10的转速，直至达到设置值。
退火过程中被退火材料3的防氧化保护措施是通过在通道式退火腔5和通道式冷却器7的被退火材料3通道中心部位设装有通气孔20，让惰性保护气体从通气孔20从通道中心部位流入被退火材料3通道，然后从通道的端口流出，形成被退火材料3通道内部惰性保护气体气压大于环境大气压的正压，这种惰性保护气体的正气压，保证了被退火材料3在退火温度时与空气的隔离，防止了被退火材料3在退火过程的氧化。
本发明的优势，在于采用相比现有技术更简单的装置和更低的耗能而能够保证批量被退火材料3在精确控制的相同一致退火条件(温度、应力和时间)下被退火。
首先，本发明技术具有确保被退火材料3退火参量的高度一致性：现有常用技术通常采用静置退火方式对材料进行退火，即材料在退火过程中静止不动。这种静止退火方式很难保证整卷材料退火条件的完全一致，因为一般难以确保退火腔体温度完全均匀，难免会存在温度梯度；另外，对于卷材，由于内圈与外圈长度不同，导致热胀冷缩量不同而引入不同的应力作用。而本发明技术采用匀速通过退火腔的移动退火方式，即使退火腔体存在温度梯度，由于被退火材料3匀速移动通过退火腔，使得被退火材料3各部分的累积退火效果或平均退火效果完全一致；同时，本发明技术对退火过程的应力实现精准自动控制，确保材料退火过程所受应力的一致性。
其次，本发明技术具有精准控制退火条件、灵活配置退火参量的操控性优势：现有常用技术通常采用箱式退火腔，静止退火方式，由于退火腔体积大，材料退火位置离热源远、导热差，退火腔内温度均匀性差，难以精确控制退火温度；而本发明技术采用通道式退火腔5，退火腔体体积小、导热好，能够精准控制退火温度。另外，现有常用退火技术缺乏退火过程中的应力控制方法，本发明采用移动退火方式，能够精准控制退火过程的应力作用。进而依靠对退火温度、退火应力和退火材料移动速度的精准控制，可以实现退火温度、退火应力和退火时间(即退火材料移动速度)三个退火参量之间的灵活匹配调控，实现对被退火材料3性能的精准调控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种能精准控制退火工艺参量的应力退火方法，其特征在于，在退火过程中使非晶合金材料自动匀速通过退火腔，并在线自动精确调控张应力、退火温度和传送速度；
退火腔为通道式退火腔，通道式退火腔在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在良导热块的侧面设装有加热片，由控温仪根据设装在退火腔中的测温探头反馈信号调节设装在良导热块侧面的加热片的加热功率，对通道式退火腔温度控制；
在通道式退火腔的中部设装有通气孔，由通气孔流入经导热块加热的气体对腔内的被退火材料进行加热，同时隔离被退火材料与空气接触；
被退火材料在退火腔中移动通过，然后紧接着进入冷却腔，以同样速度通过冷却腔被冷却；
冷却腔为通道式冷却腔，通道式冷却腔在良导热块横截面中心部位沿轴向设装，在通道式冷却腔的中部设装有通气孔，由通气孔流入保护气体对腔内的被退火材料进行冷却，同时隔离被退火材料与空气接触。
2.一种如权利要求1所述方法的能精准控制退火工艺参量的应力退火装置，其特征在于，该能精准控制退火工艺参量的应力退火装置包括：送料盘、应力调节制动片、被退火材料、保护气体进气管、通道式退火腔、加热片、通道式冷却器、转速传感器、冷却压辊、收集轮、驱动轴、冷却气体进气管、通道式退火腔导热块、温度传感器、应力传感器、缓冲弹簧、滑轮组；
应力调节制动片的外部安装有送料盘，送料盘上缠绕有被退火材料，被退火材料依次通过滑轮组设置的三个滑轮，被退火材料上通过缓冲弹簧安装有应力传感器；
被退火材料通过通道式退火腔导热块，被退火材料通过冷却压辊后缠绕在收集轮上，冷却压辊上安装有转速传感器，收集轮安装在驱动轴上；
通道式退火腔导热块的上端安装有加热片，通道式退火腔导热块的前端安装有通道式退火腔，通道式退火腔内安装有保护气体进气管，通道式退火腔导热块的前端还安装有温度传感器；通道式退火腔导热块的后端安装有通道式冷却器，通道式冷却器内安装有冷却气体进气管；
所述的通道式退火腔导热块内部安装有第一通气管路，第一通气管路的前端安装有第一进气口，第一通气管路的后端安装有通气孔；
通道式退火腔导热块的前侧壁中部安装有通道式退火腔，通道式退火腔的上下两端均匀安装有若干第一通气管路，第一通气管路的两侧安装有第一通气管路；
所述的通道式冷却器的上端安装有冷却腔进气孔，冷却腔进气孔的下端连通第二通气管路，第二通气管路的末端安装有冷却气进气口。
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