CN113322366A - 一种接触式快速退火设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接触式快速退火设备，所述设备包括传送装置、热处理装置、冷却装置和收卷装置，所述热处理装置包括金属/石墨复合材料加热体，所述金属/石墨复合材料加热体与金属薄带的接触部分设置有气氛保护装置，所述冷却装置包括冷却筒体，金属薄带从所述传送装置发出经过所述热处理装置进行接触式退火热处理后进入所述冷却筒体内进行降温处理后最终通过所述收卷装置完成卷绕回收。本发明通过接触式加热对金属薄带进行退火热处理，最高能够达到105~106K/s的加热速率，不仅能够实现连续快速退火，大大缩短退火工艺流程，提高生产效率，并且减少了使用能耗量，降低了热加工成本，对实际生产具有重要的意义。

Description

一种接触式快速退火设备
技术领域
本发明涉及金属材料的快速热处理技术领域，尤其涉及Fe-P-C-B系非晶金属薄带的一种接触式快速退火设备。
背景技术
退火是将金属加热到一定温度，保持一定时间后，然后以适宜速度冷却的一种热处理工艺。退火热处理所涉及的工艺参数较多，包括退火温度、升温速率、保温时间、冷却速率以及气氛保护等。通过适宜的退火热处理，可以达到释放应力、提升材料性能、产生特殊显微结构等优化效果，例如：通过本发明设备对Fe-P-C-B系非晶金属薄带进行连续快速退火，可以使其释放内应力，并析出α-Fe晶粒形成高度精细的纳米结构，使其饱和磁化强度由161.34emu/g提高为172.76emu/g，矫顽力由12.8A/m降低至7.6A/m，电阻率由185μΩ·cm提升至200μΩ·cm，且退火处理后仍保持弯曲韧性，对实际生产具有重要的意义。
目前，工业常用的铁基非晶金属薄带的退火方式是在热处理炉内进行的，通过加热整个炉体从而使炉内具备温度合适的退火条件，再由工作人员使用杆状载具将卷绕好的非晶薄带串联起来放入热处理炉，待热处理完成后取出载具卸下薄带，再重新进行下一批非晶薄带的热处理。这种热处理方式不仅使用能耗量大、生产效率低下，还需要大量的劳动力来进行非晶薄带串联及拆卸工作，甚至还会使工作人员面临高温烫伤的风险，且大量堆积热处理易使非晶合金内部发生结晶潜热，同时伴随生成对软磁性能不利的Fe3(B，P，C)化合物，使合金的饱和磁化强度降低。此外，目前工业常用的炉内退火方式使非晶带材退火后呈脆性，在后续储存、搬运以及变压器装配过程中易发生破碎，是限制其广泛应用的问题之一。近年来，改善非晶合金的退火脆性已成为广大科研工作者的重点研究对象。
发明内容
本发明的目的是提供一种接触式快速退火设备，能够提高生产效率、提升材料性能、降低人力物力成本并且安全环保。
本发明采用的技术方案为：
一种接触式快速退火设备，包括依次设置的传送装置1、热处理装置2、冷却装置3和收卷装置4，所述的传送装置1包括传送辊11和金属薄带12，金属薄带12卷绕在传送辊11上，金属薄带的活动端经过热处理装置和冷却装置后与收卷装置相连接；
所述热处理装置2包括加热体21、转轴、支架和加热源，所述的加热体为圆环结构，所述的加热体通过转轴转动设置在支架上，加热源设置在加热体的下方，加热体上端面与金属薄带线接触；
所述冷却装置3包括冷却筒体31和冷却源，所述冷却筒体31的两端部分别设置有进料口和出料口，用于金属薄带的通过，冷却筒体的底部设置有进口管32和出口管33，进口管与冷却源的出气口连通，出口管与大气连通。
还包括有气氛保护装置22，所述的气氛保护装置22包括罩体和保护性气体气源，所述罩体罩设在加热体的上方，且罩体的两侧也分别设置有用于金属薄带通过的进料口和出料口，且罩体的另外两侧的其中一侧上设置有喷气孔23，喷气孔与保护性气体气源的出气口连通。
所述的加热体为金属/石墨复合材料加热体21。
所述的加热体中的金属采用铁及铁合金，石墨为片状石墨，金属与石墨的体积比例范围为50~95：5~50。
还包括有动力装置，所述的动力装置用于使加热体进行与金属薄带行进方向相反方向的转动。
所述的动力装置为动力电机，所述的动力电机的输出轴与加热体固定连接。
对厚度为15~30μm的Fe-P-C-B系铁基非晶金属薄带12进行退火处理时，所述金属/石墨复合材料加热体21表面温度应至少达到500℃，金属薄带12与加热体21的接触时间应控制在0.3~1.2s。
所述的保护性气体源由氩气、氮气的一种或几种混合构成。
本发明通过接触式加热对金属薄带进行退火热处理，最高能够达到105~106K/s的加热速率，不仅能够实现连续快速退火，大大缩短退火工艺流程，提高生产效率，并且减少了使用能耗量，降低了热加工成本。进一步的，本申请整体结构简单、易于操作，可以满足大规模工业化应用的需求，对实际生产具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述气氛保护装置的俯视图；
图3为本发明所述实施例Fe85P11C2B2非晶薄带在不同加热速率下的差示扫描量热仪（DSC）曲线图；
图4为本发明所述实施例Fe85P11C2B2非晶薄带的X射线衍射（XRD）图；
图5为本发明所述实施例Fe85P11C2B2非晶薄带的磁滞回线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明包括依次设置的传送装置1、热处理装置2、冷却装置3和收卷装置4，所述的传送装置1包括传送辊11和金属薄带12，金属薄带12卷绕在传送辊11上，金属薄带的活动端经过热处理装置和冷却装置后与收卷装置相连接；所述收卷装置4包括收卷辊41和退火后的金属薄带42，通过电力驱动将退火后的金属薄带42进行卷绕收集。
所述热处理装置2包括金属/石墨复合材料加热体21、转轴23、支架24和加热源（图中未显示），所述的加热体为圆环结构，所述的加热体通过转轴23转动设置在支架24上，加热源设置在加热体的下方，加热体21上端面与金属薄带12线接触；通过收卷辊41的收卷力可以牵引金属薄带12向前前进，通过设置加热体与金属薄带接触位置与传送辊和收卷辊41在竖直上的高度差实现加热体与金属薄带的接触面积，如图所示，在平台5上面，传送装置1与收卷装置的高度均低于热处理装置2的最高点高度。
所述冷却装置3包括冷却筒体31和冷却源，所述冷却筒体31的两端部分别设置有进料口和出料口，用于金属薄带的通过，冷却筒体的底部设置有进口管32和出口管33，进口管与冷却源的出气口连通，出口管与大气连通；通过设置冷却源可以通过控制冷却源的出气速率进而很好的实现冷却温度的控制。
还包括有气氛保护装置22，所述的气氛保护装置22包括罩体和保护性气体气源（图中未显示），所述罩体罩设在加热体的上方，且罩体的两侧也分别设置有用于金属薄带通过的进料口和出料口，且罩体的另外两侧的其中一侧上设置有喷气孔23，喷气孔与保护性气体气源的出气口连通。所述金属/石墨复合材料加热体21与金属薄带12的接触部分设置有气氛保护装置22，通过设置气氛保护装置22可以使退火过程中，金属薄带均处于一个惰性气体范围内，避免在空气中与空气的相互反应。
所述冷却装置3包括冷却筒体31，所述冷却筒体31底部设置有进口管32和出口管33，金属薄带12从所述传送装置1发出经过所述热处理装置2进行接触式退火热处理后进入所述冷却筒体31内进行降温处理后最终通过所述收卷装置4完成卷绕回收。
所述的加热体为金属/石墨复合材料加热体21。所述加热体中的金属采用铁及铁合金，石墨为片状石墨，金属与石墨的体积比例范围为50~95：5~50，在该比例范围内加热体的比热容超过500J/（kg·K），导热系数大于60W/（m·K），足以保障所述金属薄带与所述加热体接触时的热传导效率。
还包括有动力装置，所述的动力装置用于使加热体进行与金属薄带行进方向相反方向的转动。所述的动力装置包括动力电机，所述的动力电机的输出轴23与加热体固定连接。通过设置动力装置可以实现加热体进行与金属薄带行进方向相反方向的转动进而实现加热体与金属薄带之间的接触时反向作用力的作用下更加紧密，进而提高退火效果。
金属/石墨复合材料加热体21为高导热材质，且进行接触时金属薄带12与加热体21的体积比例范围为1：105~108，使金属薄带12完全接触加热体21表面后内部原子迅速开始高频率热振动，进而实现金属薄带12的快速退火工艺。
通过金属/石墨复合材料加热体21对金属薄带12进行接触式加热实现退火热处理，控制加热体与金属薄带之间的温度差来调节加热速率，其加热速率最高可达到105~106K/s，控制金属薄带12经过金属/石墨复合材料加热体21的速度来调节退火时间，控制加热体21的温度来调节退火温度。
结合DSC曲线分析及实验表征结果可得，对厚度为15~30μm的Fe-P-C-B系铁基非晶金属薄带12进行退火处理时，金属/石墨复合材料加热体21表面温度应至少达到500℃，金属薄带12与加热体21的接触时间应控制在0.3~1.2s。
所述喷气孔23用于往气氛保护装置22内通入氩气、氮气等保护性气体，使金属薄带12在保护性气氛下进行退火，避免发生氧化反应析出对软磁性能不利的硬磁相。
为了便于理解本发明的设计方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作出更详细的说明。除了以下所说明的实施例以外，本发明还可以通过其他不同形式来实现，应该理解为，以下实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的应用范围。
金属薄带12从所述传送装置1发出经过所述热处理装置2进行接触式退火热处理后进入所述冷却筒体31内进行降温处理后最终通过所述收卷装置4完成卷绕回收。
本发明的具体实施例：通过本发明的一种接触式快速退火设备对厚度为20μm、宽度为10mm的Fe85P11C2B2非晶金属薄带进行快速退火，控制金属/石墨复合材料加热体21表面温度为500~600℃，控制金属薄带12与加热体的接触时间在0.3~1.2s之间，如图3、4和5所示，可以使其饱和磁化强度由161.34emu/g提高为172.76emu/g，矫顽力由12.8A/m降低至7.6A/m，电阻率由185μΩ·cm提升至200μΩ·cm，且退火处理后仍保持弯曲韧性。
本发明的一种接触式快速退火设备，和以往工业常用的炉内退火热处理方式不同，通过接触式加热对金属薄带进行热处理，最高能够达到105~106K/s的加热速率，不仅能够实现连续快速退火，大大缩短退火工艺流程，提高生产效率，并且减少了使用能耗量，降低了热加工成本。此外本发明中的接触式快速退火备结构简单、易于操作，可以满足大规模工业化应用的需求，对实际生产具有重要的意义。
在阅读了本发明的基本原理、主要特征和优点之后，本领域技术人员应理解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可以对本发明作出改动或修改，这些改动或修改都落入本发明申请所附权利要求书所限定的范围之内。为了便于理解本发明的设计方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作出更详细的说明。除了以下所说明的实施例以外，本发明还可以通过其他不同形式来实现，应该理解为，以下实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的应用范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种接触式快速退火设备，其特征在于：包括依次设置的传送装置（1）、热处理装置（2）、冷却装置（3）和收卷装置（4），所述的传送装置（1）包括传送辊（11）和金属薄带（12），金属薄带（12）卷绕在传送辊（11）上，金属薄带的活动端经过热处理装置和冷却装置后与收卷装置相连接；
所述热处理装置（2）包括加热体（21）、转轴、支架和加热源，所述的加热体为圆环结构，所述的加热体通过转轴转动设置在支架上，加热源设置在加热体的下方，加热体上端面与金属薄带线接触；
所述冷却装置（3）包括冷却筒体（31）和冷却源，所述冷却筒体（31）的两端部分别设置有进料口和出料口，用于金属薄带的通过，冷却筒体的底部设置有进口管（32）和出口管（33），进口管与冷却源的出气口连通，出口管与大气连通。
2.根据权利要求1所述的接触式快速退火设备，其特征在于：还包括有气氛保护装置（22），所述的气氛保护装置（22）包括罩体和保护性气体气源，所述罩体罩设在加热体的上方，且罩体的两侧也分别设置有用于金属薄带通过的进料口和出料口，且罩体的另外两侧的其中一侧上设置有喷气孔（23），喷气孔与保护性气体气源的出气口连通。
3.根据权利要求1所述的接触式快速退火设备，其特征在于：所述的加热体为金属/石墨复合材料加热体（21）。
4.根据权利要求3所述的接触式快速退火设备，其特征在于：所述的加热体中的金属采用铁及铁合金，石墨为片状石墨，金属与石墨的体积比例范围为50~95：5~50。
5.根据权利要求1所述的接触式快速退火设备，其特征在于：还包括有动力装置，所述的动力装置用于使加热体进行与金属薄带行进方向相反方向的转动。
6.根据权利要求5所述的接触式快速退火设备，其特征在于：所述的动力装置为动力电机，所述的动力电机的输出轴与加热体固定连接。
7.根据权利要求1所述的接触式快速退火设备，其特征在于：当对厚度为15~30μm的Fe-P-C-B系铁基非晶金属薄带（12）进行退火处理时，所述金属/石墨复合材料加热体（21）表面温度应至少达到500℃，金属薄带（12）与加热体（21）的接触时间应控制在0.3~1.2s。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的接触式快速退火设备，其特征在于：所述的保护性气体源由氩气、氮气的一种或几种混合构成。
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