PL210049B1 - Sposób wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych oraz urządzenie do wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cienkich, magnetycznie miękkich amorficznych taśm metalicznych, zwłaszcza taśm na osnowie Fe, Co i Ni oraz urządzenie do wytwarzania cienkich, magnetycznie miękkich amorficznych taśm metalicznych.

Cienkie, amorficzne, magnetycznie miękkie taśmy o grubości od 15 do 40 μm mają szerokie zastosowanie do wytwarzania rdzeni magnetycznie miękkich z owalną, płaską lub prostokątną pętlą histerezy, pracujących w urządzeniach energoelektrycznych lub elektronicznych w szerokim zakresie częstotliwości (0-100 MHz).

Obecnie metaliczne taśmy amorficzne wytwarzane są metodą szybkiego schładzania (10⁴ do 10⁶ K/s) strugi stopu z fazy ciekłej do stałej na powierzchni wirującego bębna metalowego, stosując sposób podawania ciekłego stopu od góry na górną powierzchnię obracającego się bębna, wykonanego z metalu o dużej przewodności cieplnej.

Znane urządzenia do wytwarzania cienkich taśm amorficznych, opisane w Proceedings of the IEEE vol. 79, No. 11, 1991 (USA) oraz w czasopiśmie Rudy i Metale Nieżelazne 2006 r. Nr 1, posiadają system podawania ciekłego metalu umieszczony nad bębnem odlewniczym w odległości 0,2-0,4 mm, a inicjacja odlewania odbywa się poprzez zadanie określonego nadciśnienia lub poprzez przesunięcie zatyczki ceramicznej umieszczonej w dyszy. W celu zapewnienia stałej prędkości podawania ciekłego metalu na powierzchnię bębna stosuje się specjalne układy zapewniające stałą wysokość słupa ciekłego metalu, względnie układy uzupełniające ciśnienie w tyglu o wartość wynikającą z ubytku słupa ciekłego metalu na skutek wypychania go przez dyszę na bęben.

Obecnie wytwarzane taśmy mają grubość nie mniejszą niż 20 μm, ponieważ znanymi metodami nie można wytworzyć dobrych jakościowo cieńszych taśm.

W sposobie odlewania, w którym ciekły metal podawany jest na górną powierzchnię bębna odlewniczego istnieje początkowe ciśnienie hydrostatyczne ciekłego metalu, którego wielkość jest proporcjonalna do wysokości słupa ciekłego stopu, co jest powodem, że tym sposobem nie można odlewać taśm o grubościach poniżej 20 μm, które charakteryzowałyby się dobrą jakością. Konieczne jest w tym przypadku zastosowanie dodatkowego, złożonego i drogiego mechanizmu zapewniającego stałość sumarycznego ciśnienia wypychającego ciekły stop, zwłaszcza w przypadku urządzeń o wydajności powyżej 2 kg stopu na jeden proces technologiczny.

Znane urządzenia do odlewania taśm amorficznych są wysoce energochłonne, przede wszystkim w przypadku urządzeń o dużej wydajności, w których niezbędne jest stosowanie tygli pośrednich. Z kolei stosowanie tygli pośrednich wymaga specjalnych zabezpieczeń w celu zapewnienia właściwego bezpieczeństwa pracy, co dodatkowo znacznie podraża koszty odlewania.

Wady znanych rozwiązań eliminuje sposób i urządzenie według wynalazku.

W sposobie według wynalazku, stop o odpowiednim dla taśm amorficznych składzie chemicznym umieszcza się w tyglu w hermetycznej komorze pieca i roztapia się go w atmosferze gazu ochronnego, korzystnie argonu, o ciśnieniu ± 0,1 kPa.

Po uzyskaniu przez stop temperatury około 1300°C, zwiększa się ciśnienie gazu ochronnego w komorze pieca do wartości około 190 kPa i poprzez rurę odlewniczą o temperaturze 1100-1200°C wypycha się tym ciśnieniem gazu, z tygla pionowo do góry, ciekły stop, podając go strugą, z odległości 0,1-0,5 mm, na dolną powierzchnię bębna odlewniczego o temperaturze 30-50°C, wirującego z prędkością około 1300 obrotów na minutę.

Tak otrzymaną cienką amorficzną taśmę metaliczną zrywa się z bębna pneumatycznie i kieruje do pojemnika.

Urządzenie według wynalazku składa się z przesuwnego w poziomie i pionie zespołu topielno-odlewniczego oraz umieszczonego nad nim obrotowego bębna odlewniczego o poziomej osi obrotu.

Zespół topielno-odlewniczy umieszczony na szynach pomiędzy dwoma skrajnymi czujnikami położenia, składa się z hermetycznie zamykanej komory pieca topielnego, w której znajduje się tygiel do metalu, korzystnie ceramiczny, z indukcyjnym systemem grzewczym. We wnętrzu tygla, przesuwnie w pionie, umieszczona jest izolowana rura odlewnicza do transportu ciekłego stopu, zaopatrzona na swoim górnym końcu w przesuwną w pionie i poziomie dyszę odlewniczą o regulowanym kształcie szczeliny odlewniczej, która to rura, przez wykonany w pokrywie komory otwór, jest wsunięta do wnętrza komory. Ponadto, w pokrywie zamontowany jest pirometr oraz termopara do kontroli temperatury stopionego metalu. W ścianie komory znajduje się otwór, przez który komora połączona jest z pompą próżniową przewodem zaopatrzonym w zawór. W ścianie komory znajduje się także otwór, przez który

PL 210 049 B1 komora połączona jest przewodami zaopatrzonymi w zawory z instalacją zbiorników ciśnieniowych gazów ochronnych, składającą się ze zbiornika głównego gazów ochronnych, zbiornika gazów ochronnych do zadawania wstępnego nadciśnienia w komorze oraz zbiornika gazów ochronnych do inicjacji procesu odlewania.

Bęben odlewniczy ma postać walca o poziomej osi obrotu, którego powierzchnia robocza styka się z kanałem chłodzącym jego powierzchnię roboczą od wnętrza bębna przepływającą cieczą chłodzącą, który to kanał połączony jest przewodem z zamkniętym obiegiem cieczy chłodzącej.

Ponadto, urządzenie jest wyposażone w zdzierak pneumatyczny taśmy współpracujący z zewnętrzną powierzchnią bębna.

Urządzenie może być dodatkowo wyposażone w centralny układ sterowania pracą urządzenia, sterujący poszczególnymi etapami procesu odlewania taśm, a zwłaszcza sterujący pracą pompy próżniowej, zaworami instalacji zbiorników ciśnieniowych gazu ochronnego, indukcyjnym systemem grzewczym tygla, systemem grzewczym górnego końca rury, ilością i temperaturą cieczy chłodzącej bęben oraz pracą zdzieraka taśmy, pracujący w oparciu o specjalistyczne oprogramowanie komputerowe wykorzystujące wyniki pomiarów ciśnienia w komorze w poszczególnych fazach procesu, temperatury cieczy chłodzącej bęben, temperatury rury transportującej ciekły metal, temperatury wsadu znajdującego się w tyglu, parametrów odlewanej taśmy, ilości i ciśnienia gazu ochronnego, a także obrotów bębna odlewniczego.

Zarówno sposób, jak i urządzenie według wynalazku posiadają szereg istotnych zalet w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, a mianowicie znacznie skracają czas kontaktu ciekłego stopu z wewnętrzną powierzchnią dyszy odlewniczej, co wydłuża żywotność dyszy, dają możliwość inicjowania lub przerywania procesów za pomocą szybkiej regulacji ciśnienia w komorze pieca topielnego, zamiast stosowanych do tej pory zatyczek ceramicznych, a przede wszystkim pozwalają wytwarzać cieńsze taśmy, o grubości około 15 μm, na skalę przemysłową.

Taśma po odlaniu sposobem według wynalazku posiada strukturę amorficzną i charakteryzuje się dobrą plastycznością, a jej właściwości są kontrolowane odpowiednimi technikami laboratoryjnymi. Z taśmy tej nawija się rdzenie toroidalne, które poddaje się specjalnej obróbce cieplnej lub cieplnomagnetycznej w celu nadania im żądanych właściwości magnetycznych predestynujących je do określonych zastosowań.

Wynalazek został objaśniony w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie w widoku z przodu, a fig. 2 przedstawia przekrój pionowy urządzenia.

Urządzenie do wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych składa się z przesuwnego w poziomie i pionie zespołu topielno-odlewniczego (1) oraz umieszczonego nad nim obrotowego bębna odlewniczego (2) o poziomej osi obrotu. Zespół topielno-odlewniczy (1) umieszczony jest na szynach (3) pomiędzy dwoma skrajnymi czujnikami położenia (4), składa się z hermetycznie zamykanej komory (5) pieca topielnego, w której znajduje się tygiel ceramiczny (6) do metalu z indukcyjnym systemem grzewczym (7). We wnętrzu tygla (6), przesuwnie w pionie, umieszczona jest izolowana rura odlewnicza (8) do transportu ciekłego stopu, zaopatrzona na swoim górnym końcu w przesuwną w pionie i poziomie dyszę odlewniczą (9) o regulowanym kształcie szczeliny odlewniczej, która to rura (8), przez wykonany w pokrywie (10) komory (5) otwór, jest wsunięta do wnętrza komory (5). Ponadto, w pokrywie (10) zamontowany jest pirometr (11) oraz termopara (12) do kontroli temperatury stopionego metalu. W ścianie komory (5) znajduje się otwór (13), przez który komora (5) połączona jest z pompą próżniową (14) przewodem zaopatrzonym w zawór elektromagnetyczny (15). W ścianie komory (5) znajduje się także otwór (16), przez który komora (5) połączona jest przewodami zaopatrzonymi w zawory elektromagnetyczne (17) z instalacją zbiorników ciśnieniowych argonu, składającą się ze zbiornika głównego argonu (18), zbiornika argonu (19) do zadawania wstępnego nadciśnienia w komorze (5) oraz zbiornika argonu (20) do inicjacji procesu odlewania.

Bęben odlewniczy (2) ma postać walca o poziomej osi obrotu, którego powierzchnia robocza styka się z kanałem chłodzącym (21) jego powierzchnię roboczą od wnętrza bębna (2) przepływającą wodą, który to kanał (21) połączony jest przewodem wodnym (22) z zamkniętym obiegiem wody (23). Urządzenie jest wyposażone w zdzierak pneumatyczny (24) współpracujący z zewnętrzną powierzchnią bębna (2), odrywający uformowaną taśmę (27) od powierzchni bębna (2).

Urządzenie jest wyposażone w centralny układ sterowania (25) pracą urządzenia, sterujący poszczególnymi etapami procesu odlewania taśm, a mianowicie sterujący pracą pompy próżniowej (14), zaworami instalacji zbiorników ciśnieniowych gazu ochronnego, indukcyjnym systemem grzewczym (7) tygla, systemem grzewczym (26) górnego końca rury (8), ilością i temperaturą wody chło4

PL 210 049 B1 dzącej bęben (2) oraz pracą zdzieraka (24) taśmy (27), pracujący w oparciu o specjalistyczne oprogramowanie komputerowe wykorzystujące wyniki pomiarów ciśnienia w komorze (5) w poszczególnych fazach procesu, temperatury wody chłodzącej bęben (2), temperatury rury (8) transportującej ciekły metal, temperatury wsadu znajdującego się w tyglu (6), parametrów odlewanej taśmy (27), ilości i ciśnienia gazu ochronnego a także obrotów bębna odlewniczego (2).

Sposób wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych odbywa się następująco. Stop wstępny o żądanym składzie chemicznym umieszcza się w tyglu (6) komory hermetycznej (5) i roztapia go w atmosferze argonu, o ciśnieniu 0,1 kPa. Następnie, do ciekłego stopu o temperaturze 1330°C zanurza się dolny koniec rury odlewniczej (8) podgrzanej do temperatury 1200°C i zwiększa się ciśnienie argonu w komorze (5) pieca do 190 kPa, wypychając przy pomocy tego ciśnienia ciekły stop do góry wzdłuż rury odlewniczej (8), który następnie poprzez dyszę odlewniczą (9), strumieniem o szerokości 10 mm, z odległości 0,3 mm od bębna odlewniczego (2), podaje się na dolną schłodzoną do temperatury 40°C powierzchnię bębna (2) obracającego się z prędkością obrotową 1400 obrotów na minutę. Po ultraszybkim zakrzepnięciu metalu na dolnej powierzchni bębna (2) powstaje taśma (27), która jest kierowana do pojemnika (28) i następnie po zakończeniu procesu odlewania jest zwijana na szpule.

Otrzymana taśma charakteryzuje się dobrą plastycznością, jej szerokość wynosi 10 mm ± 0,2 mm, a jej grubość - 18 μm.

Właściwości taśmy w stanie po odlaniu są następujące:

Indukcja magnetyczna dla natężenia pola magnesującego 8 KA/m B = 1,19 T

Indukcja remanencji Br = 0,26 T

Pole korekcji Hc = 19,2 A/m

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych polegający na szybkim schładzaniu strugi ciekłego stopu na powierzchni wirującego bębna odlewniczego, znamienny tym, że stop o odpowiednim dla taśm amorficznych składzie chemicznym umieszcza się w tyglu (6) w hermetycznej komorze pieca (5) i roztapia się go w atmosferze gazu ochronnego, korzystnie argonu, o ciśnieniu ± 0,1 kPa, a po uzyskaniu przez stop temperatury około 1300°C, zwiększa się ciśnienie gazu ochronnego w komorze pieca (5) do wartości około 190 kPa i poprzez rurę odlewniczą (8) o temperaturze 1100-1200°C wypycha się tym ciśnieniem gazu, z tygla (6) pionowo do góry, ciekły stop, podając go strugą, z odległości 0,1-0,5 mm, na dolną powierzchnię bębna odlewniczego (2) o temperaturze 30-50°C, wirującego z prędkością około 1300 obrotów na minutę.

2. Urządzenie do wytwarzania cienkich amorficznych taśm metalicznych składające się z zespołu topielno-odlewniczego i obrotowego bębna odlewniczego, znamienne tym, że nad zespołem topielno-odlewniczym (1) umieszczony jest obrotowy bęben odlewniczy (2) o poziomej osi obrotu, przy czym zespół topielno-odlewniczy (1) umieszczony na szynach (3) pomiędzy dwoma skrajnymi czujnikami położenia (4), składa się z hermetycznie zamykanej komory (5) pieca topielnego, w której znajduje się tygiel ceramiczny (6) do metalu z indukcyjnym systemem grzewczym (7), we wnętrzu tygla (6), przesuwnie w pionie, umieszczona jest izolowana rura odlewnicza (8) do transportu ciekłego stopu, zaopatrzona na swoim górnym końcu w przesuwną w pionie i poziomie dyszę odlewniczą (9) o regulowanym kształcie szczeliny odlewniczej, a która to rura (8), przez wykonany w pokrywie (10) komory (5) otwór, jest wsunięta do wnętrza komory (5), a ponadto w pokrywie (10) zamontowany jest pirometr (11) oraz termopara (12) do kontroli temperatury stopionego metalu, natomiast w ścianie komory (5) znajduje się otwór (13), przez który komora (5) połączona jest z pompą próżniową (14) przewodem zaopatrzonym w zawór (15), w ścianie tej komory (5) znajduje się także otwór (16), przez który komora (5) połączona jest przewodami zaopatrzonymi w zawory (17) z instalacją zbiorników ciśnieniowych gazu ochronnego, składającą się ze zbiornika głównego gazu ochronnego (18), zbiornika gazu ochronnego (19) do zadawania wstępnego nadciśnienia w komorze (5) oraz zbiornika gazu ochronnego (20) do inicjacji procesu odlewania, z kolei bęben odlewniczy (2) ma postać walca o poziomej osi obrotu, którego powierzchnia robocza styka się z kanałem chłodzącym (21) jego powierzchnię roboczą od wnętrza bębna (2) przepływającą cieczą chłodzącą, który to kanał (21) połączony jest przewodem (22) z zamkniętym obiegiem cieczy chłodzącej (23).

PL 210 049 B1

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że posiada centralny układ sterowania (25) pracą urządzenia.