專(zhuān)利名稱(chēng):對(duì)在放熱性還原火焰氣氛中鑄造的改進(jìn)的制作方法
1.發(fā)明的領(lǐng)域發(fā)明涉及直接從熔化金屬鑄造金屬帶材，而更詳細(xì)的是涉及在火焰氣氛中金屬的快速凝固，直接從熔體形成實(shí)質(zhì)上連續(xù)的金屬帶材。
2.現(xiàn)有技術(shù)的指述批準(zhǔn)給M.Narasimhan的美國(guó)專(zhuān)利4，142，571號(hào)揭示了將熔融金屬的熔流快速淬火，使形成連續(xù)的金屬帶材的常規(guī)裝置和方法。金屬能夠在惰性氣體或部份真空中鑄造。批準(zhǔn)給J.BedeⅡ的美國(guó)專(zhuān)利3，862，658號(hào)和批準(zhǔn)給C.CarIson的美國(guó)專(zhuān)利4，202，404號(hào)揭示了為延長(zhǎng)鑄造金屬絲同淬火面接觸所使用的柔性(撓性)帶。
鑄造很光滑的帶材用常規(guī)的設(shè)備是有困難的，因?yàn)樵诖慊鹌陂g淬火面和熔融金屬之間夾帶許多氣窩，這就形成氣窩缺陷。這些缺陷，與其它因素一起使淬火面及其反面，即鑄造帶的自由面產(chǎn)生相當(dāng)大的粗糙度。有時(shí)，這種表面缺陷貫穿(穿過(guò))帶材，因而形成孔眼。批準(zhǔn)給R.Ray等人的美國(guó)專(zhuān)利4，154，283號(hào)揭示了對(duì)金屬帶材采用真空鑄造以減少氣窩缺陷的形成。Ray等人闡述的真空鑄造系統(tǒng)需要專(zhuān)門(mén)的真空室和真空泵，使產(chǎn)生一低壓的鑄造氣氛。另外，它需要輔助裝置連續(xù)輸送在真空室外鑄造帶材。進(jìn)一步說(shuō)，在這樣的一種真空鑄造系統(tǒng)中，帶材趨于過(guò)分地與淬火表面結(jié)合，而不是如環(huán)境氣氛中鑄造時(shí)常發(fā)生的分離情況。
批準(zhǔn)給H.Suzuki等人的美國(guó)專(zhuān)利4，301，855號(hào)揭示了一種用作鑄造金屬帶的裝置，其中熔融金屬?gòu)囊粋€(gè)被加熱的噴嘴傾注到回轉(zhuǎn)軋輥的外部圓周表面上。一個(gè)罩子圍住(密閉)噴嘴的軋輥上游表面，使提供一個(gè)室，該室的氣體用真空泵抽空。罩中的加熱器通過(guò)噴嘴加熱軋輥上游表面，以從軋輥表面除去濕液滴和氣體。真空室降低軋輥表面附近的氣體運(yùn)動(dòng)層密度，因此降低鑄造帶的氣孔凹坑的形成。加熱器幫助從軋輥表面驅(qū)除濕氣和粘附的氣體使進(jìn)一步減少氣孔凹坑的形成。
Suzuki等人揭示的裝置，在直到那個(gè)表面已退出真空室，才把熔融金屬傾注到鑄造表面。采用這種工藝過(guò)程，可以避免從真空室移去快速推進(jìn)的窄帶材所有關(guān)的復(fù)雜問(wèn)題。由于這窄帶材實(shí)際上是在周?chē)髿庵需T造的，因此這也抵消了對(duì)窄帶材質(zhì)量的任何潛在的改進(jìn)。
批準(zhǔn)給Mobley等人的美國(guó)專(zhuān)利3，861，450號(hào)揭示了制造金屬絲的方法和裝置。一個(gè)圓盤(pán)狀的排熱部件使其邊緣表面注入熔池中旋轉(zhuǎn)，而把非氧化氣體引入在運(yùn)動(dòng)表面轉(zhuǎn)入熔體的臨界過(guò)程區(qū)。這種非氧化氣體可以是一種還原氣體，還原氣體的燃燒在臨界過(guò)程區(qū)產(chǎn)生還原產(chǎn)物或者非氧化燃燒產(chǎn)物。在實(shí)際的具體裝置中，由碳或石墨組成的罩圍住圓盤(pán)部份，並且使這罩與鄰接的氧氣作用產(chǎn)生非氧化的一氧化碳?xì)怏w，然后該氣體會(huì)圍繞在圓盤(pán)周?chē)瓦M(jìn)入熔體區(qū)。
非氧化氣體的引入，正如Mobley等人闡述的，是用非氧化氣體破壞和代替氧化氣體的附著層。對(duì)非氧化氣體的控制引入，提供了一個(gè)阻擋層，以防止熔體表面上固體物質(zhì)細(xì)粒在臨界過(guò)程區(qū)集中，因?yàn)樵谀抢镄D(zhuǎn)圓盤(pán)可能把夾雜物拖入熔體，到達(dá)初始細(xì)絲的凝固的點(diǎn)。最后，通過(guò)減少附著和促進(jìn)自然釋放，從臨界區(qū)排除氧化氣體和浮游雜質(zhì)增加旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的細(xì)絲釋放點(diǎn)的穩(wěn)定性。
但是Mobley等人僅論述在圓盤(pán)表面和熔體中的氧化問(wèn)題。Mobley等人闡述的非氧化氣體的流動(dòng)氣流仍是通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)的粘滯阻力拖進(jìn)到熔池，會(huì)使熔體從圓盤(pán)邊緣上分離，以達(dá)到時(shí)刻干擾細(xì)絲的形成。Mobley等人提出方法的優(yōu)點(diǎn)是非氧化氣體將減少熔池內(nèi)細(xì)絲形成的實(shí)際點(diǎn)處的氧化。這樣，Mobley等人沒(méi)有能使氣體夾帶物減至最小限度，並使夾帶物與熔體分離和隔開(kāi)。
批準(zhǔn)給H.Liebermann的美國(guó)專(zhuān)利4，282，921號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利4，262，734號(hào)揭示了應(yīng)用同軸氣體射流的裝置和方法，為減少快速淬火的非晶帶材的邊緣缺陷。批準(zhǔn)給H.Liebermann的美國(guó)專(zhuān)利4，177，856號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利4，144，926號(hào)指示了控制雷諾數(shù)參量，減少快速淬火的非晶帶材的邊緣缺陷。氣體密度象雷諾數(shù)通過(guò)利用真空和通過(guò)應(yīng)用較低分子重量的氣體得到調(diào)節(jié)。但是，常規(guī)的方法已經(jīng)不能充分地減少由于氣窩夾帶所引起的鑄造金屬帶材的表面缺陷。真空鑄造的方法雖已取得某些成功，但是使用真空鑄造時(shí)，鑄造帶材與淬火表面過(guò)分地結(jié)合和難于從真空室中把鑄造帶材移去已造成較低的產(chǎn)量和生產(chǎn)成本增加。結(jié)果，常規(guī)的方法已不能提供一種商業(yè)上可接受的加工過(guò)程，這種加工過(guò)程它能有效地生產(chǎn)具有一致的質(zhì)量和均勻橫截(斷)面的平滑帶材。
發(fā)明的簡(jiǎn)介本發(fā)明提供一種有效地鑄造平滑金屬帶材和從根本上防止氣孔缺陷的形成的裝置和方法。一般地說(shuō)，發(fā)明的裝置包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的激冷體，其上有一淬火表面。一個(gè)噴嘴機(jī)構(gòu)把熔融金屬的液流沉積到淬火表面的淬火區(qū)，使形成帶材，以及一個(gè)氣體供給機(jī)構(gòu)提供初始?xì)怏w混合物，其實(shí)際上是由一氧化碳和氧氣組成。點(diǎn)火機(jī)構(gòu)把初始?xì)怏w混合物點(diǎn)燃，使產(chǎn)生放熱反應(yīng)，應(yīng)反應(yīng)在位置基本接近于燒耗區(qū)和淬火區(qū)的上游提供低密度的還原火焰氣氛?？刂茩C(jī)構(gòu)控制初始?xì)怏w混合物，使在燒耗區(qū)產(chǎn)生一種調(diào)整過(guò)的還原火焰氣氛，在那里還原火焰具有實(shí)質(zhì)上含有非游離氧的被燃的氣體成份。
與發(fā)明相一致的，還提供鑄造連續(xù)金屬帶材的方法。一個(gè)激冷體有一個(gè)淬火表面，在所選擇的速率下運(yùn)動(dòng)，而且把熔融金屬的激流沉積到淬火表面的淬火區(qū)域，使形成帶材。供給和點(diǎn)燃由一氧化碳和氧氣組成的初始?xì)怏w混合物，使產(chǎn)生放熱反應(yīng)，其在位置基本上接近于的燒耗區(qū)和淬火區(qū)的上游提供低密度的還原火焰氣氛?？刂瞥跏?xì)怏w混合物，使產(chǎn)生一種調(diào)節(jié)的還原火焰氣氛，該氣氛實(shí)質(zhì)上在燒耗區(qū)無(wú)自由氧。
在帶材的淬火期間，本發(fā)明的方法和裝置有利地使被淬火表面的氣窩的形成和夾帶減至最小。其結(jié)果，發(fā)明將避免用復(fù)雜的真空鑄造裝置的必要，可在周?chē)髿庵袑?shí)施。燒耗區(qū)的還原氣體的放熱反應(yīng)意外地提供更好和更均勻熔融金屬的冷卻和淬火。
由放熱作用的氣體引起的熱效應(yīng)提供了低密度還原氣氛，該氣氛將抑制由于熔融金屬和淬火表面之間接觸減少而造成的氣窩的形成。換句話(huà)說(shuō)，更均勻淬火提高鑄帶的物理性能。特別，在帶材的被淬火表面一面上的表面缺陷的減少，增加了材料的堆積因素和降低會(huì)引起過(guò)早機(jī)械斷裂的局部應(yīng)力集中。也可以通過(guò)本發(fā)明的方法和裝置提高鑄帶自由表面一面的平滑度(即不與激冷體的淬火表面接觸的一面)。這種平滑度的提高，更進(jìn)一步增加材料的堆積因數(shù)。在非晶體金屬帶材生產(chǎn)中，通過(guò)低密度還原氣氛得到更均勻淬火，提供更一致和更均勻形成的非晶狀態(tài)。在制造由磁性材料組成的帶材方面，使帶材表面不連續(xù)性的數(shù)量和尺寸減少，從而將改善帶材的磁性性能。
由于在表面夾帶氣孔(氣窩)的缺陷減少，穿過(guò)帶材的氣孔就很少。實(shí)質(zhì)上，很薄的帶材(厚度小于15微米左右)已經(jīng)生產(chǎn)。這些很薄的帶材在各種應(yīng)用場(chǎng)合有著高度的好評(píng)。例如在諸如電感器、電抗器和高頻電磁裝置的磁性裝置中，薄的磁性材料從根本上減少功率損耗。在硬釬焊中，較薄的釬焊絲(箔)的利用從根本上改善了硬焊結(jié)合的強(qiáng)度。
此外，誘入氣孔的減少顯著地增加熔融金屬和淬火表面之間的熱傳導(dǎo)接觸。金屬快速凝固也可生產(chǎn)較厚的帶材。這樣的帶材是很需要的，因?yàn)楦菀子盟娆F(xiàn)在商業(yè)應(yīng)用中常用的材料。使人意外，這些厚的帶材可以通過(guò)單一淬火工序的快速凝固進(jìn)行生產(chǎn)，其成本低、時(shí)間短。
因此，本發(fā)明有效地使接觸淬火表面的帶材表面上的氣窩缺陷減至最小限度，並使生產(chǎn)的帶材具有平滑光潔的表面和均勻的物理性能。同真空鑄造所聯(lián)系的復(fù)雜的裝置和工藝程序是淘汰的。本發(fā)明有效地直接從熔體，以較高的產(chǎn)量和較低的成本鑄造超薄金屬帶材，以及特別厚的金屬帶材。這樣的超薄和特厚的金屬帶材特別適用于象磁性裝置那樣的設(shè)備應(yīng)用，並能取代具有較大有效性和經(jīng)濟(jì)性的常規(guī)材料。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明將通過(guò)以下對(duì)發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)闡述並結(jié)合附圖加以說(shuō)明，則本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)就會(huì)是十分明顯的。
圖1表示一個(gè)快速鑄造金屬帶材用的先有技術(shù)裝置;
圖2表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，其使用了一個(gè)環(huán)形鑄造帶;
圖3表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其使用一個(gè)與鑄造噴嘴同軸的氣體釋放機(jī)構(gòu);
圖4表示本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鑄輪;
圖5表示本發(fā)明的一種實(shí)施方案，其使用一個(gè)撓性靠緊帶，以延長(zhǎng)鑄造帶材與淬火表面的接觸;
圖6表示熔融金屬沉積在淬火表面上時(shí)氣體速度分布圖;
圖7表示在銅坡合金基底上，在空氣中鑄造帶材鑄件的淬火表面一面的相圖;
圖8表示在銅坡合金基底上，在一氧化碳還原火焰中鑄造的帶材鑄件的淬火表面一面的相圖;
圖9是表示燃燒氣體組分和最大火焰溫度(計(jì)算和測(cè)定)的圖解，是由一氧化碳和氧氣組成的初始?xì)怏w混合物里一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)的函數(shù)曲線(xiàn)圖;
圖10是表示燃燒氣體組分和最大火焰溫度(計(jì)算和測(cè)定)的圖解，是由一氧化碳和周?chē)諝饨M成的初始?xì)怏w混合物里一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)的函數(shù)曲線(xiàn)圖;
圖11是表示在含有過(guò)量自由氧的一氧化碳火焰中，帶材鑄件淬火表面一面的金相顯微圖;
圖12是表示在實(shí)質(zhì)上無(wú)自由氧的一氧化碳火焰中，帶材鑄件淬火表面一面的金相顯微圖;
最佳實(shí)施方案的說(shuō)明對(duì)于本發(fā)明的目的，正如說(shuō)明書(shū)和權(quán)項(xiàng)中所闡述的，帶材是一種細(xì)長(zhǎng)體，它的橫截面尺寸比它的長(zhǎng)度小得多。這樣，帶材包括金屬絲，窄帶、板和規(guī)則狀和不規(guī)則狀諸類(lèi)材料。
發(fā)明適宜于晶狀和非晶狀金屬組成的鑄造金屬帶材，而且特別適于從熔融金屬的熔體以至少約104℃/秒的速率快速凝固和淬火制造的金屬帶材。這樣快速凝固的帶材可以提高物理性能，例如提高抗拉強(qiáng)度、韌性和磁性性能。
圖1表示一個(gè)快速鑄造連續(xù)金屬帶用的先有技術(shù)裝置。坩堝〔2〕中容盛熔融合金，用加熱之件〔3〕加熱。借助惰性氣體，坩堝增壓，迫使熔融的流通過(guò)一個(gè)在坩堝底上的噴嘴〔4〕，從而使熔融金屬沉積到諸如旋轉(zhuǎn)的鑄造輪〔1〕的可轉(zhuǎn)動(dòng)激冷體上，凝固成運(yùn)動(dòng)帶材〔6〕，隨后從淬火輪的帶材脫離點(diǎn)輸選到合適的纏卷機(jī)構(gòu)上。
淬火表面〔5〕(基底)，最好是一種高熱傳導(dǎo)材料。適合的材料包括碳鋼、不銹鋼和銅基合金，例如銅坡合金。為獲得至少每秒大約104℃的淬火速率，輪〔1〕是內(nèi)部冷卻並旋轉(zhuǎn)的，使提供以每分鐘100米至4000米范圍左右的速率的推進(jìn)的淬火表面。最好，淬火表面速率范圍在每分鐘200米至3000米左右。一般鑄造帶材的厚度范圍從25微米至100微米。
圖2表示本發(fā)明的一個(gè)示意裝置。一個(gè)可移動(dòng)的激冷體，例如環(huán)狀鑄造帶〔7〕具有一個(gè)激冷的鑄造淬火表面〔5〕。噴嘴機(jī)構(gòu)，例如噴嘴〔4〕，使熔融金屬流沉積到淬火表面〔5〕的淬火區(qū)〔4〕，形成帶材〔6〕。噴嘴〔4〕有一個(gè)位于引出部份〔26〕的噴口〔22〕。一個(gè)放氣機(jī)構(gòu)，包括氣體噴排機(jī)構(gòu)〔8〕以及氣體供給源〔12〕，從氣體供給源到位置靠近的燒耗區(qū)〔13〕和淬火區(qū)〔14〕的上游供給還原氣體〔24〕。還原氣體在燒耗區(qū)〔13〕內(nèi)起放熱作用，從而提供低密度還原氣氛。噴嘴〔8〕適宜地位于使還原氣體〔24〕直接對(duì)準(zhǔn)和圍繞燒耗區(qū)〔13〕，以使還原氣體基本上涌到燒耗區(qū)〔13〕。閥門(mén)〔16〕調(diào)節(jié)通過(guò)噴嘴〔8〕的氣體量和速率。如圖2所示，氣體噴嘴〔8〕位于淬火區(qū)〔14〕的上游，而方向基本上垂直于淬火表面的運(yùn)動(dòng)方向。可任意選擇地，氣體噴嘴〔8〕可置于同鑄造噴嘴〔4〕同軸的方向，如圖3所示。
低密度還原氣體這個(gè)詞，正如在說(shuō)明書(shū)和權(quán)項(xiàng)中利用的，意味著還原氣氛具有的氣體密度每公斤小于1克，而最好持有每公斤低于0.5克左右的氣體密度。
為得到所需的低密度還原氣體，氣體〔24〕放熱反應(yīng)至少達(dá)到800K(開(kāi)氏絕對(duì)溫標(biāo))左右，更好情況，作放熱反應(yīng)達(dá)到至少1300K左右。一般較熱的還原氣體較受歡迎，因?yàn)樗麄儠?huì)具有較低的密度，以更好地使淬火表面〔5〕與所沉積的熔融金屬之間氣窩的形成和夾帶減至最小程度。
夾帶氣窩是不希望的，因?yàn)樗麄兪拐瓗Мa(chǎn)生表面缺陷，從而使表面光滑性降低。在極其個(gè)別情況下，氣窩將會(huì)穿過(guò)帶材〔6〕引起穿孔。當(dāng)繞制形成磁芯的金屬磁性帶材時(shí)，光滑表面的光潔度實(shí)際上是很重要的，因?yàn)楸砻嫒毕菥蜁?huì)降低材料的堆積因數(shù)。堆積因數(shù)是繞制鐵芯的實(shí)際磁性材料的容積系數(shù)(磁性材料的容積除以總的鐵芯容積)，而常以百分率表示。一個(gè)無(wú)缺陷的光滑表面，可使帶材〔6〕的磁性性能達(dá)到最佳化，並使各種致使降低帶材機(jī)械強(qiáng)度的局部應(yīng)力集中減至最小限度。
氣窩也會(huì)使沉積的熔融金屬和淬火表面〔5〕隔離，而降低局部表面的淬火速率。結(jié)果，不均勻淬火在帶材〔6〕內(nèi)產(chǎn)生不均勻的物理性能，例如不均勻的強(qiáng)度、韌性和磁性。
例如，當(dāng)鑄造非晶的金屬帶材時(shí)，氣窩在帶材的局部范圍會(huì)給予不希望的結(jié)晶創(chuàng)造條件。氣窩和局部晶體產(chǎn)生的不連續(xù)性，它抑制磁性疇壁的活動(dòng)性，從而降低材料的磁性性能。
因而，通過(guò)減少氣窩的夾帶，本發(fā)明裝置生產(chǎn)具有改善的表面光潔度以及改進(jìn)的物理性能的高質(zhì)量金屬帶材。例如已經(jīng)生產(chǎn)金屬帶材具有至少80%左右堆積因數(shù)，而最好的堆積因數(shù)達(dá)95%左右。
減少氣窩的機(jī)理參考附圖6更容易說(shuō)明。在靠近淬火表面〔5〕和溶潭〔18〕的上游，氣體臨界層速度分布如〔20〕所示。最大氣體臨界層速度發(fā)生在直接靠近淬火表面〔5〕(基底層)，並等于運(yùn)動(dòng)的淬火表面速度。因而，運(yùn)動(dòng)的淬火表面〔5〕經(jīng)常從周?chē)拇髿庵形淇諝膺M(jìn)入燒耗區(qū)層〔13〕，以及淬火區(qū)〔14〕，即為熔融金屬沉積其上的淬火區(qū)域。熱的鑄造噴嘴和熔融金屬的存在，不能使局部氣氛充分地加熱，以致較大地降低其氣體密度。
溶潭〔8〕沾著基底表面到怎樣程度由各種因素決定的，包括金屬的成份、基底的成份以及表面膜狀況。然而，在溶體與基底層的分解面，由于氣體邊界層施加的壓力作用，使熔體局部脫離基底，形成氣窩夾帶，而其會(huì)在窄帶下側(cè)上出現(xiàn)如“脫離”區(qū)域〔44〕那樣氣窩。氣體邊界層的滯止壓力Ps′(如該層遇到了堅(jiān)固壁的壓力)，可以用公式Ps＝ 1/2 PV2來(lái)確定，式中P＝氣體密度，V＝基底層速度。因而，邊界氣體層密度的減小或基底層速度減小，對(duì)熔融金屬潭下夾帶的氣窩的大小和數(shù)量的減少是重要的。例如，用真空鑄造邊界氣體層的移動(dòng)，可以全部消除金屬帶材下側(cè)的脫離區(qū)域。換句話(huà)說(shuō)，在邊界層可以采用低密度氣體。選用低份子重量的氣體(例如氦)是減少氣體密度的一種方法。但是，能夠安全地和經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用于這方法的低分子量的氣體是相當(dāng)有限的。本發(fā)明提供了一種降低基底層氣體密度用的經(jīng)濟(jì)和安全的方法。按照發(fā)明，通過(guò)還原氣體放熱反應(yīng)，使邊界層氣體密度減小。因?yàn)?，?dāng)還原氣體放熱反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所提供的熱，使得氣體的密度遞減，為絕對(duì)溫度的倒數(shù)。由于溶潭〔18〕的上游燒耗區(qū)中的還原氣體的放熱作用，在熔潭下面夾帶的氣窩數(shù)量和大小大體上可以被減少。
因而，重要的是調(diào)整有關(guān)因素，例如熱的組成，低密度氣體的組成以及淬火表面的各種參數(shù)，以便充分地防止可能沉積到淬火表面〔5〕上的固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的形成。倘如，這樣的沉積物夾帶在熔潭和淬火表面之間，會(huì)產(chǎn)生表面缺陷，並降低帶材的質(zhì)量。
意想不到，在于經(jīng)過(guò)最接近淬火表面區(qū)〔14〕位置的低密度還原氣氛產(chǎn)生的熱不會(huì)降低熔融金屬的淬火。相反地，由還原反應(yīng)生成的熱，通過(guò)使得隔離的存在，夾帶的氣窩情況減至最少，實(shí)際上提高了淬火產(chǎn)品率的均勻性，從而改善鑄造帶材的質(zhì)量。適當(dāng)?shù)倪€原氣體包括一氧化碳和與此有關(guān)的氣體混合物。
在淬火表面區(qū)，還原氣體的存在具有明顯的好處。實(shí)際上，還原氣體使帶材〔6〕氧化減至最小。另外，還原氣氛造成缺氧的淬火表面，從而使氧化減至最小。減少氧化使淬火表面的沾潤(rùn)度改善，並且使得熔融金屬可以更均勻地被沉積在淬火表面〔5〕上。在淬火表面〔5〕為銅基合金材料情況下，氧化減少，使淬火表面產(chǎn)生更大抗熱感應(yīng)疲勞裂縫的形成和成長(zhǎng)。還原氣氛也使噴嘴〔4〕的區(qū)域氧貧化，從而減少?lài)娍凇?2〕堵塞，尤其由于粒子活塞?？蛇x擇地采用輔助氣體噴嘴〔32〕，使在沿帶材〔6〕的選用區(qū)提供附加的還原氣氛，這如圖2所示。
圖4表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在那里還原氣體易于被點(diǎn)燃和燃燒形成還原火焰氣氛。噴嘴〔4〕把鑄造的金屬沉積到旋轉(zhuǎn)的鑄造輪〔1〕的淬火表面〔5〕上，使形成帶〔6〕。該實(shí)施方案的放氣機(jī)構(gòu)由供氣源〔12〕，排氣口〔8〕和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)〔30〕組成。閥門(mén)〔16〕調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)噴嘴〔8〕輸送的氣體的速度和容量，以及一個(gè)清潔刷〔42〕清理淬火表面〔5〕，以幫助減少其上的氧化物。在氣體〔24〕同足夠的氧混合以后，點(diǎn)火機(jī)構(gòu)〔30〕點(diǎn)燃該氣體，使產(chǎn)生熱的低密度還原氣氛，圍繞燒耗區(qū)〔13〕和圍繞沉積鑄造金屬的淬火表面區(qū)〔14〕。適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火機(jī)構(gòu)包括電火花點(diǎn)火、加熱燈絲、加熱板以及與此類(lèi)似的材料。例如，在圖4中表示的實(shí)施裝置中，熱的鑄造噴嘴作為適宜的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，其自動(dòng)地點(diǎn)燃在上與此接觸的還原氣體。
合成的火焰氣氛形成火焰卷流〔28〕，其開(kāi)始于淬火區(qū)〔14〕的上游，並燒毀其中的氧氣。另外，在卷流中未被燒燒還原氣體減少了對(duì)淬火表面〔5〕，噴嘴〔4〕和帶材〔6〕的氧化作用?；鹧妗?8〕的能見(jiàn)度考慮到易于實(shí)現(xiàn)最佳化和氣流的控制，以及通過(guò)輪的旋轉(zhuǎn)，能有效地把卷流〔28〕吸引在圍繞輪〔1〕的外廊線(xiàn)上，以使提供一種延長(zhǎng)的還原火焰氣氛。其結(jié)果是使熱的還原氣氛處于圍繞淬火表面〔14〕，並在其后有一個(gè)離散的距離。延伸的火焰卷流冷卻時(shí)，在帶材〔6〕的周?chē)鷥?yōu)越地提供不氧化的保護(hù)氣氛?？晒┻x擇的是附加氣體噴嘴〔32〕和點(diǎn)火機(jī)構(gòu)〔34〕能夠應(yīng)用于在沿帶所選用的區(qū)域，提供附加的還原火焰卷流〔36〕，以使帶免于氧化。由熱產(chǎn)生另一好處是還原火焰卷流大大地提高了帶材的自由表面的光滑性(同淬火表面不接觸的那面)。實(shí)驗(yàn)已證明，當(dāng)帶材在發(fā)明的還原火焰卷流中生產(chǎn)時(shí)，快速凝固的金屬帶材的平均粗糙度，當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，例如測(cè)得的堆積因數(shù)大大地降低。
還原氣氛的正確選擇是重要的。燃燒氣體的燃燒產(chǎn)物不應(yīng)該產(chǎn)生能凝結(jié)在淬火表面〔5〕和在噴嘴〔4〕上液體或固體相。例如，在通常情況下，氫氣已經(jīng)不再令人滿(mǎn)意，因?yàn)?，它的燃燒產(chǎn)物是水，水會(huì)冷凝在表面〔5〕上。結(jié)果，氫氣火焰卷流就不能充分地減少帶材〔6〕的淬火表面一面上的氣窩的形成。
所以，還原氣體〔24〕最好在強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)中不僅是會(huì)燃燒的和燒毀的氣體，而且也會(huì)產(chǎn)生能保持鑄造所需要的燃燒產(chǎn)物。一氧化碳?xì)怏w(CO)是一種滿(mǎn)足上面標(biāo)準(zhǔn)的更可取的氣體，而且也提供合乎需要的、無(wú)水的還原氣氛。
供應(yīng)還原火焰氣氛的有效方法，是用加熱位于最接近于熔潭〔18〕的氣氛到很高的溫度，約為1300～1500K。那樣的溫度會(huì)在熔潭周?chē)a(chǎn)生很低氣體密度。高的溫度也增加還原反應(yīng)的活潑性，使進(jìn)一步把淬火表面〔5〕、噴嘴〔4〕和帶材〔6〕的氧化減至最小。在噴嘴〔4〕處，熱的還原火焰的存在也降低了其能使噴嘴破裂的溫度梯度。
因此發(fā)明具體裝置利用還原火焰氣氛更有效地產(chǎn)生一種加熱的低密度還原氣氛，圍繞在淬火表面〔5〕，能提高鑄造帶材二面的平滑度，並且能更有效地防止淬火表面〔5〕、帶材〔6〕和鑄造噴嘴〔4〕的氧化作用。
在本發(fā)明的特殊性方面，氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)〔12〕產(chǎn)生一種居先點(diǎn)火的原始?xì)怏w混合物，該混合物基本上由一氧化碳和氧氣組成。點(diǎn)火機(jī)構(gòu)〔30〕點(diǎn)燃?xì)怏w，使產(chǎn)生放熱反應(yīng)，如圖4所示。這個(gè)反應(yīng)在燒耗區(qū)產(chǎn)生高溫，並形成熱感應(yīng)，低密度的還原火焰氣氛，該氣體實(shí)際上位于距離其鑄造輪〔1〕提供的活動(dòng)激冷體的表面上的淬火區(qū)〔14〕鄰接和上游。控制機(jī)構(gòu)，例如溫度傳感器〔50〕和與閥門(mén)〔16〕連接的調(diào)節(jié)器〔52〕的組合控制初始?xì)怏w混合物，使在燒耗區(qū)〔13〕和淬火區(qū)〔14〕上產(chǎn)生調(diào)整的還原火焰氣氛。這種調(diào)節(jié)的還原火焰氣氛具有被燃的氣體成分，其實(shí)質(zhì)上含有非自由氧;火焰〔28〕的被燃?xì)怏w實(shí)質(zhì)上是不起反應(yīng)的自由和游離的氧。
在燒耗區(qū)〔13〕和鑄造區(qū)〔14〕，由一氧化碳和氧組成的初始?xì)怏w混合物能產(chǎn)生2600℃以上的火焰溫度，但是，其氣體密度很低。這些高溫火焰引起氧分子電離成高度活潑的氧離子。結(jié)果初始?xì)怏w混合物中的一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)應(yīng)為其混合物氧的體積百分?jǐn)?shù)的4倍，這樣便提供所需要的有效性程度。
本發(fā)明的進(jìn)一步特性，氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)〔12〕產(chǎn)生基本上由一氧化碳、氧氣和非反應(yīng)性的稀釋氣體組成。例如，氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)能提供從輸送機(jī)構(gòu)〔8〕挑選出來(lái)的一氧化碳?xì)怏w流率，其同周?chē)諝饣旌希固峁┗旧嫌梢谎趸?、氧氣和氮?dú)饨M成的初始?xì)怏w混合物。稀釋氣體的存在有助于減低火焰溫度和減少氧分子電離為高度活潑的氧離子。結(jié)果，一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)相對(duì)氧的會(huì)被減低到接近化學(xué)計(jì)量2與1之比，在鑄造帶材周?chē)倪€原火焰氣氛卻仍產(chǎn)生所希望的化學(xué)性質(zhì)。最好，在初始?xì)怏w混合物中一氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)至少為在初始混合物含有的氧的體積百分?jǐn)?shù)的2.5倍左右。
如前所述，產(chǎn)生所希望的初始?xì)怏w混合物用的很簡(jiǎn)便的方法是把一氧化碳與周?chē)目諝饣旌?，使產(chǎn)生基本上由CO.O2和N2組成的混合組分。使用本發(fā)明的這種實(shí)施方案，初始?xì)怏w混合物的一氧化碳的數(shù)量在大約38-70體積百分?jǐn)?shù)范圍。范圍的下限保證合成的火焰氣氛具有最佳的還原特性，並且基本上含有非自由氧。范圍的上限保證火焰氣氛不熄滅。
鑒于火焰氣氛的氣體化學(xué)性質(zhì)對(duì)鑄造帶材的質(zhì)量最佳化是重要的，其在于準(zhǔn)確地控制火焰的化學(xué)性質(zhì)。但是火焰組成直接檢測(cè)會(huì)是困難的。
本發(fā)明優(yōu)越地提供一種有效地控制火焰化學(xué)性能的有效控制機(jī)構(gòu)，其包括一個(gè)溫度傳感器，如圖4所示的熱電偶〔50〕。這種控制機(jī)構(gòu)還包括一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)〔52〕，例如調(diào)節(jié)閥門(mén)〔16〕，使按需要從供應(yīng)源〔12〕增加或減少一氧化碳的流量。一個(gè)所希望的鑄造狀態(tài)是通過(guò)監(jiān)控火焰溫度的變化，使其成為提供初始?xì)怏w混合物的一氧化碳的數(shù)量的函數(shù)。實(shí)際上，熱電偶〔50〕傳感和監(jiān)控這個(gè)火焰溫度，是來(lái)確定一氧化碳的流率。由于那樣的情況存在，人們能可靠地推算出建立需要的鑄造狀態(tài);在這種鑄造狀態(tài)時(shí)，熱的火焰氣氛基本上是未反應(yīng)的自由氧。
例如象上面那樣條件下，快速淬火可以產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的、單一的、可塑性的材料。這種亞穩(wěn)態(tài)材料可以是玻璃狀的，這種狀態(tài)下是非長(zhǎng)程序結(jié)構(gòu)。玻璃狀的合金X射線(xiàn)衍射照片僅僅顯示漫射的光環(huán)，有點(diǎn)類(lèi)似于非晶氧化物玻璃觀察到的情況。這種的玻璃狀合金至少需要50%玻璃狀晶體，能有效地延展到足夠允許加工程度，例如，由合金窄帶板沖壓成復(fù)雜形狀的型材。最好玻璃狀合金，至少50%必需是玻璃狀的，實(shí)質(zhì)上最好幾乎大部份玻璃狀的(或全部)，以獲得較好的延展性。
亞穩(wěn)相也可是組成之素的固溶體。在發(fā)明的合金情況方面，這樣的亞穩(wěn)的固溶相，在采用制備晶體合金技術(shù)中常規(guī)的工藝過(guò)程一般是不產(chǎn)生的。固溶合金的X射線(xiàn)衍射圖象顯示晶狀合金的銳的衍射峰值特征曲線(xiàn)，具有所希望的細(xì)晶粒尺寸的晶體峰值有些加寬。當(dāng)在上述所說(shuō)的情況下生產(chǎn)時(shí)，這樣的玻璃狀材料也是可延伸的。
發(fā)明的材料有利金屬薄片生產(chǎn)(或窄帶)，並可以作為鑄件產(chǎn)品應(yīng)用，故無(wú)論材料是玻璃狀的或固溶體。另一方面，玻璃狀的合金薄片可以加熱處理，以獲得結(jié)晶形態(tài)，最好是細(xì)晶粒的，當(dāng)沖制復(fù)雜形狀時(shí)，促使延長(zhǎng)壽命。
如圖5所示，本發(fā)明可以任意地包括撓性緊靠帶〔38〕，其帶材〔6〕靠著淬火表面〔5〕傳送，于是可延長(zhǎng)冷接觸。延長(zhǎng)冷接觸，可通過(guò)提供更均勻冷卻和帶材的被延長(zhǎng)冷卻周期，提高帶材〔6〕的淬火質(zhì)量。導(dǎo)輪〔40〕位于使鑄造帶〔38〕沿淬火表面所需緊靠的位置，一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使鑄造帶〔38〕運(yùn)轉(zhuǎn)，並使淬火表面相對(duì)于緊靠的鑄造帶區(qū)域，其速度大體上等于淬火表面運(yùn)動(dòng)的速度。最好，帶〔38〕使帶材〔6〕的邊界區(qū)交疊，使直接接觸和摩擦連接淬火表面。摩擦連接提供鑄造帶運(yùn)動(dòng)所必需的驅(qū)動(dòng)手段。
大量的實(shí)踐工作已經(jīng)用到發(fā)展快速凝固金屬形成厚帶材用的裝置和工藝方法，因?yàn)椋@樣的帶材可以更容易地用來(lái)作直接代用品，代替目前在商業(yè)中應(yīng)用的材料。
因而，本發(fā)明大大地提高熔融金屬的液流和激冷淬火表面之間的接觸，使得遠(yuǎn)離熔融金屬的地方熱傳輸?shù)玫礁纳?。熱傳輸?shù)母纳疲瑩Q句話(huà)說(shuō)，提供了一種更均勻和更快速凝固的鑄造金屬，使生產(chǎn)較高質(zhì)量的厚帶，也就是帶材具有厚度范圍從15mm左右到70mm左右及70mm以上那樣厚的。
類(lèi)似地，相當(dāng)大量的研究已經(jīng)用到形成較薄的快速凝固帶材。很薄的金屬帶小于15微米，而更好厚度大約8微米，在各種商業(yè)應(yīng)用中是很需要的。在焊接方面應(yīng)用，例如，用于硬釬焊結(jié)合的焊料絲金屬，與基體金屬相比較其常常具有低玻璃狀的性質(zhì)。為了確定焊接部件的玻璃狀結(jié)構(gòu)的最佳條件，焊接結(jié)點(diǎn)焊得很薄，因此，在焊接操作之前，薄的焊接絲直接放置在焊接區(qū)，則連接強(qiáng)度可以通過(guò)使用很薄的硬焊細(xì)絲達(dá)到最佳。
在高頻電子的磁性應(yīng)用方面，磁性裝置的功率損耗是與磁性材料的厚度t成正比例。在另一種磁的應(yīng)用中，例如飽和電抗器，當(dāng)使材料快速飽和時(shí)，功率損耗是與磁性材料的厚度平方(t2)成正比。因而，在電抗器中，薄帶能減少功率損耗。另外，薄帶飽和所需要的時(shí)間較少，從電抗器中可獲得較短和較銳的輸出脈沖。並且薄帶減少每一疊層片感應(yīng)電壓，因此，疊層片之間很少需要絕緣。
在線(xiàn)性感應(yīng)加速裝置的感應(yīng)線(xiàn)圈中損耗也是與t2相關(guān)的，而且較薄的帶會(huì)減少功率損耗。同樣地，薄條更容易和更快飽和，通?？捎脕?lái)做短脈沖加速器。另外較薄的窄帶會(huì)要求減少疊層片間的絕緣。
薄帶的另外的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)卷纏成給定直徑時(shí)是很少受到彎曲應(yīng)力。過(guò)度的彎曲應(yīng)力會(huì)通過(guò)磁致伸縮現(xiàn)象降低磁性。
本發(fā)明的裝置和方法基本上對(duì)形成很薄的金屬帶是有用的。並且，發(fā)明大大地減小氣窩缺陷的深度和大小，很少可能這樣的缺陷會(huì)大得足以穿過(guò)鑄造帶材。按上所述，因?yàn)橛泻苌倏赡苄允谷毕荽蟮米阋源┻^(guò)帶材，所以很薄的帶材是能夠鑄造的。因而，本發(fā)明能利用于鑄造很薄的金屬帶，象鑄造小于15微米厚度的金屬帶。更好，鑄帶具有12微米厚度或以下。更進(jìn)一步，鑄帶厚度范圍從7到12微米。另外，薄金屬帶其寬度至少達(dá)1.5毫米，而最好數(shù)值至少10毫米左右。
列舉下列實(shí)例提供發(fā)明的更完整的了解。這些實(shí)例所列的專(zhuān)門(mén)技術(shù)、條件、材料、配比和圖解說(shuō)明發(fā)明原理的簡(jiǎn)述資料都是典型的，而不應(yīng)該解釋為是對(duì)發(fā)明范圍的限止。合金的化學(xué)性質(zhì)用原子百分注腳表示公稱(chēng)成分。
例1強(qiáng)制對(duì)流的鑄造輪具有一個(gè)碳素鋼基底，用來(lái)制備鎳基和鐵基玻璃狀金屬帶。鑄造輪設(shè)有類(lèi)似于美國(guó)專(zhuān)利4，307，771描述過(guò)的那種內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，直徑38Cm和寬度5Cm。使鑄造輪從每分鐘890轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于每秒18米的圓周表面速度。在因鑄造方向大約傾斜10°的慢速刷輪的轉(zhuǎn)動(dòng)作用(期間)情況下，基底連續(xù)地被修整。噴嘴有一個(gè)寬0.4mm和長(zhǎng)25mm的切槽孔(口)，其由第一唇邊和第二唇邊所確定，每邊都有1.5mm的寬度(這些唇邊已用激冷軋輥的旋轉(zhuǎn)方向標(biāo)號(hào))，把噴嘴安裝在與鑄造輪圓周表面運(yùn)動(dòng)的方向垂直的位置，以致于第二唇邊和鑄造輪表面之間，以及第一唇邊和鑄造輪表面之間的間隙是0.20mm。將熔點(diǎn)約1000℃，組分為，Ni58Cr7Fe3B14Si8(下注腳用原子百分比)的鎳基合金從加壓坩堝供給噴嘴，坩堝內(nèi)的金屬保持溫度1300℃，壓力大約3.5磅/吋2(24千帕)。壓力是由氬氧復(fù)蓋層的裝置供給。鑄造的金屬以每分鐘6.6公斤速率通過(guò)切槽孔口排噴。它在激冷軋輥的表面凝固成具有寬度2.54Cm厚度0.033mm的帶(箔)。在使用X射線(xiàn)衍射儀檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種帶材結(jié)構(gòu)上的非晶性。窄帶顯示了在下面一側(cè)夾帶氣窩的有效的數(shù)量。在窄帶鑄造期間，在基底表面上形成黑色氧化痕跡，減少窄帶基底的粘性。
例2重復(fù)例1的工藝程序，除了一氧化碳火焰向著窄帶鑄造熔潭的軌跡上面方向外，使用在例1采用的裝置、加工條件、金屬和合金，使減少氧化和促進(jìn)窄帶基底的粘性，通過(guò)火焰的燃燒作用，以及刷子修正減少基底氧化，從而增加粘性和生產(chǎn)具有合適的幾何形狀均勻性的窄帶。當(dāng)一氧化碳?xì)怏w和溶潭的后部之間的距離小于2厘米左右(＜1英寸)時(shí)，獲得最佳的結(jié)果。
從帶材縱向和橫向切斷的拉伸試樣，都呈現(xiàn)相等的抗拉強(qiáng)度和抗拉長(zhǎng)度。這種帶材大體上具有各向同性的抗拉性能。
例3重復(fù)例1的工藝程序，采用概括在表1所列的裝置，工藝加工條件、金屬和合金，以獲得所描述的產(chǎn)品。
表1合金(以%) Fe81B13.5C2Ci3.5鑄造輪直徑 (厘米) 38鑄造輪寬度 (″″) 5鑄造輪旋轉(zhuǎn)速率 (轉(zhuǎn)數(shù)/分) 895噴嘴口寬度 (毫米) 2.5噴嘴口長(zhǎng)度 (″″) 0.4
第一唇邊寬度 (毫米) 1.5第二唇邊寬度 (″) 1.5氣隙-第二唇邊對(duì)鑄造輪 (″) 0.20氣隙-第一唇邊對(duì)鑄造輪 (″) 0.20金屬溶點(diǎn) (℃) 1150應(yīng)用坩堝壓力 (千帕) 24坩堝中金屬溫度 (℃) 1350帶材的厚度 (毫米) 0.02帶材的寬度 (″) 25帶材的結(jié)構(gòu) (″) 非晶體在鐵基窄帶長(zhǎng)度的軸向施加80安培/米的場(chǎng)，在溫度360℃下，保溫2小時(shí)使其退火。
金相照相表示鐵基非晶窄帶的下側(cè)狀況如圖7所示。請(qǐng)注意所顯示含有的氣窩是相當(dāng)大和長(zhǎng)的。
例4重復(fù)例3的工藝程序，除了一氧化碳火焰朝著窄帶鑄造熔潭的軌跡上面分向外，使用同樣的裝置、加工條件和合金，使減少氧化和促進(jìn)窄帶基底粘性。金相照片表示使用一氧化碳火焰生產(chǎn)的鐵基合金非晶帶材的下側(cè)如圖8所示。請(qǐng)注意利用一氧化碳的火焰鑄造的鐵基合金帶下面一邊上含有氣孔當(dāng)同表示在圖7那些比較顯著地減少。不但鐵磁帶材的磁性性能，而且堆積因數(shù)也得到改善。同時(shí)可看到鎳基非晶質(zhì)帶材也有類(lèi)似的提高。實(shí)驗(yàn)已表明上述以通常方法鑄造的帶材表面光潔度、光澤和韌性顯著地提高。可是，通過(guò)鐵熔化，銅基底層的內(nèi)部沾潤(rùn)不可能象鐵基底層的沾潤(rùn)一樣大，一氧化碳的利用，使銅基底層沾潤(rùn)增加到銅基底層能生成(生存)材料的點(diǎn)，以生產(chǎn)高質(zhì)量、無(wú)缺陷帶材。這樣的無(wú)缺陷鑄造件允許很薄的帶的生產(chǎn)(在序列7微米左右)。另外，通過(guò)一氧化碳火焰-輔助的鑄造提供的改善的熔化基底層接觸，提高總的淬火速率和能夠生產(chǎn)厚度比常用的較大的給定成分帶材。
例5絕熱的(最大)火焰溫度是計(jì)算得出，並同確定的測(cè)定值比較。由于這些形成的氣體化學(xué)上活潑性，氧分子和離子濃度也要計(jì)算得出。
通過(guò)商業(yè)純氣體流過(guò)焰炬設(shè)備的混合頭，產(chǎn)生預(yù)先確定的CO-O2和CO-空氣組成。各個(gè)預(yù)先混合的氣體被輸入內(nèi)徑12毫米透明熔凝石英燃燒管，其輸入時(shí)壓力35千帕(5磅/吋2)和流率最高達(dá)500厘米3/秒下。一個(gè)移動(dòng)式鉑/鉑-13銠(R-型)熱電偶，由直徑0.5毫米線(xiàn)材制的，用于與一個(gè)檢測(cè)火焰溫度的錨爪2161A型帶模擬輸出的數(shù)字式溫度計(jì)連接。每一個(gè)混合氣體組分的最大火焰溫度，通過(guò)用熱電偶精細(xì)地檢測(cè)燃燒管內(nèi)氣體反應(yīng)區(qū)域被測(cè)定和記錄。熱源損耗，例如通過(guò)熱電偶熱輻射和傳導(dǎo)導(dǎo)致等不加考慮。在另一類(lèi)測(cè)定中，使熱電偶以4厘米/秒左右速度橫穿過(guò)空氣中無(wú)約束的一氧化碳火焰的橫截面。除了提供火焰溫度外，合成熱分布圖常也用來(lái)計(jì)算火焰化學(xué)性質(zhì)。
圖9是一個(gè)計(jì)算作出的圖表，CO-O2火焰的被燃燒氣體熱化學(xué)性為初始?xì)怏w混合物組成中的一氧化碳的相對(duì)數(shù)量的函數(shù)?！癕”標(biāo)指由實(shí)驗(yàn)所測(cè)到的最大火焰溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)。正如圖9所表示的，當(dāng)初始?xì)怏w混合物至少含有一氧化碳容量80%左右時(shí)，火焰中的被燃燒氣體成分包含近似零數(shù)量的自由的未作用的氧(O2，O)。但是，為了持續(xù)燃燒火焰，初始?xì)怏w中CO的數(shù)量應(yīng)該低于大約95%容積，而最好低于大約92%容積。圖9表示被燃燒氣體中實(shí)質(zhì)上無(wú)自由氧的情況，近似地符合于初始?xì)怏w混合物的CO體積百分遞增產(chǎn)生火焰溫度遞減的狀況。
圖10曲線(xiàn)圖形是計(jì)算得出的圖表，CO-空氣火焰的被燃燒氣體熱化學(xué)性為初始?xì)怏w混合物中一氧化碳相對(duì)數(shù)量的函數(shù)。“M”還標(biāo)指實(shí)驗(yàn)測(cè)定最高火焰溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)初始?xì)怏w大約含有38～70%容積一氧化碳時(shí)，用CO-空氣火焰，火焰的被燃燒氣體組分實(shí)質(zhì)上無(wú)自由氧。在初始?xì)怏w混合物中的一氧化碳在大約70%容積以上，這火焰熄滅。此外，被燃燒氣體中的游離氧數(shù)量實(shí)質(zhì)上零的情況，近似地符合于初始?xì)怏w混合物的CO體積百分遞增產(chǎn)生火焰溫度遞減的狀態(tài)。
例6Fe38B13Si9合金鑄造成非晶帶材形成在直徑38厘米旋轉(zhuǎn)的銅坡激冷輪上，需要提供淬火表面運(yùn)動(dòng)速率大約20米/秒。熔體溫度大約1623K左右，而熔體的鑄造壓力是大約19千帕左右。鑄造噴嘴有一個(gè)切槽孔口，其測(cè)定寬度大約0.38毫米左右，長(zhǎng)度約5厘米左右。噴嘴偏離激冷輪上死點(diǎn)靠近向下液流方向的1.6毫米處，以及處在提供噴嘴孔口和淬火表面之間大約0.15毫米的鑄造間隙位置。
曾利用二種不同的一氧化碳火焰化學(xué)性質(zhì)做實(shí)驗(yàn)性運(yùn)送。一種一氧化碳火焰(CO流率為22厘米3/秒)含有過(guò)量自由氧(欄1)，而另一種氧化碳火焰(CO流率38厘米3/秒)實(shí)質(zhì)上無(wú)自由氧(欄2)。
二種產(chǎn)品鑄造帶材典型的功率損耗數(shù)據(jù)和勵(lì)磁功率損耗表示在表2。
從資料比較，容易表明在燃燒氣體化學(xué)性質(zhì)上，最佳的CO-火焰含有非自由氧會(huì)大大地減少功率損耗和勵(lì)磁功率。
表2功率損耗(瓦/公斤) 1.3噸 1 20.170 0.1191.4噸 0.211 0.138勵(lì)磁功率(伏安/公斤) 1.3噸 0.232 0.1961.4噸 0.402 0.252例7.
Fe-B-Si-C合金是快速凝固形成在直徑38厘米銅坡激冷輪上，其激冷輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使提供大約18米/秒左右的外部淬火表面速率。熔化溫度近似為1623K和鑄造壓力是大約24千帕左右。鑄造噴嘴的切縫孔口寬約0.38毫米左右和長(zhǎng)約5厘米左右。噴嘴偏離鑄造輪上死點(diǎn)下游方向3.2毫米，而鑄造間隙處約1.3毫米左右。
在實(shí)驗(yàn)性運(yùn)轉(zhuǎn)中，帶材鑄造采用三種不同情況的裝置。在第一種情況裝置下，合金在低溫、無(wú)火焰的周?chē)髿庵需T造(欄1)。在第二種情況裝置中，合金在燃燒的一氧化碳火焰中鑄造，該一氧化碳火焰，在被燃燒氣體中實(shí)質(zhì)上無(wú)自由氧(欄2)。在第三種情況裝置下，合金在很熱的一氧化碳火焰中鑄造，其火焰含過(guò)量的氧(欄3)?？偤翔T造帶材的一些特征概括在表3。
表3(空氣)1 (一氧化碳)2(一氧化碳+過(guò)量氧氣)3堆積因數(shù) 70% 83% 72%μ最大X103129 176 83Br(泰斯拉) 1.24 1.46 0.94B1(″″″) 1.47 1.56 1.32Br/B10.84 0.94 0.71功率損耗(瓦/公斤) 0.25 0.24 0.29勵(lì)磁功率(伏安/公斤) 0.70 0.28 0.47平均厚度(微米) 16 16 20由于已十分詳盡地描述了發(fā)明，因而就可認(rèn)為這樣的細(xì)節(jié)不一定嚴(yán)格遵守，以及能夠使技術(shù)上熟練的人想起各種變化和修正，但所有落入發(fā)明范圍內(nèi)都作為附加權(quán)項(xiàng)解釋。
權(quán)利要求
1.一種鑄造金屬帶材的裝置，包括a、一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的激冷體，在其上有一個(gè)淬火表面；b、熔融金屬的液流沉積在所說(shuō)的淬火表面上，形成所說(shuō)的金屬帶材而用的噴嘴機(jī)構(gòu)；c、提供初始?xì)怏w混合所用的氣體供應(yīng)機(jī)構(gòu)，其氣體混合物基本上由一氧化碳和氧氣組成；d、點(diǎn)燃所說(shuō)的初始?xì)怏w混合物用的點(diǎn)火裝置，使產(chǎn)生放熱反應(yīng)在大體上靠近燒耗區(qū)和所說(shuō)淬火區(qū)的上游提供低密度還原火焰氣氛；e、控制所說(shuō)的初始?xì)怏w混合物，使在沉積區(qū)產(chǎn)生一種調(diào)整的還原火焰氣氛用的控制機(jī)構(gòu)，所說(shuō)的調(diào)整的還原火焰氣氛具有實(shí)質(zhì)上包括非自由氧的被燃燒的氣體成分。
2.如權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其所說(shuō)的控制的初始?xì)怏w混合物含有一氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)至少為其中含氧的體積百分?jǐn)?shù)的四倍左右。
3.如權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其所說(shuō)的初始?xì)怏w混合物基本上由一氧化碳、氧氣和惰性稀釋氣體組成。
4.如權(quán)項(xiàng)3所述的裝置，其所說(shuō)的惰性稀釋氣體是由氦組成。
5.如權(quán)項(xiàng)3所述的裝置，其所說(shuō)的得到控制的初始?xì)怏w混合物含有一氧化碳的體積百分?jǐn)?shù)，至少是其中氧的體積百分?jǐn)?shù)的2.5倍左右。
6.如權(quán)項(xiàng)3所述的裝置，其所說(shuō)的控制機(jī)構(gòu)提供初始?xì)怏w混合物，在同周?chē)目諝饣旌蠒r(shí)基本上由30-70體積百分?jǐn)?shù)一氧化碳。
7.如權(quán)項(xiàng)1所述的裝置，其所說(shuō)的控制裝置還包括a、傳感火焰溫度用的溫度傳感機(jī)構(gòu);b、調(diào)節(jié)所說(shuō)的控制機(jī)構(gòu)用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，為提供一種鑄造狀態(tài)，即在供給的初始?xì)怏w混合物中一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)相對(duì)增加時(shí)，其火焰溫度相應(yīng)並相對(duì)地下降。
8.一種鑄造金屬帶材的方法，包括步驟為a、運(yùn)動(dòng)的激冷體，其上有一個(gè)淬火表面;b、使熔融金屬的液流沉積在所說(shuō)的淬火表面的淬火區(qū)上，以形成所說(shuō)的帶材;c、供給的初始?xì)怏w混合物基本上由一氧化碳和氧氣組成;d、點(diǎn)燃所說(shuō)的初始?xì)怏w混合物，使產(chǎn)生放熱反應(yīng)，在大體上靠近燒耗區(qū)和所說(shuō)的淬火區(qū)的上游提供低密度的還原火焰氣氛;e、控制所說(shuō)的初始?xì)怏w混合物，使導(dǎo)致還原火焰氣氛調(diào)整，這種氣氛實(shí)質(zhì)上無(wú)游離氧置于所說(shuō)的燒耗區(qū)。
9.如權(quán)項(xiàng)8所述的方法，其所說(shuō)的控制程序(e)提供一種基本上由一氧化碳、氧氣和惰性稀釋氣體組成的初始?xì)怏w混合物。
10.如權(quán)項(xiàng)8所述的方法，其所說(shuō)的控制程序(c)包括的程序?yàn)閍、傳感所說(shuō)的火焰溫度;b、調(diào)節(jié)所說(shuō)的初始?xì)怏w的混合物的一氧化碳量，為達(dá)到在初始?xì)怏w混合物中的一氧化碳體積百分?jǐn)?shù)相對(duì)增加的工作狀態(tài)，產(chǎn)生所說(shuō)的火焰溫度相應(yīng)、相對(duì)的減少。
專(zhuān)利摘要
鑄造金屬帶材用的裝置和方法包括一個(gè)運(yùn)動(dòng)的激冷體，在其上有一個(gè)淬火表面。一個(gè)噴嘴機(jī)構(gòu)把熔融金屬的液流沉積到淬火表面的淬火區(qū)上，使形成帶材，以及一個(gè)供應(yīng)氣體的機(jī)構(gòu)提供初始?xì)怏w混合物，其基本上是由一氧化碳和氧氣組成。點(diǎn)火機(jī)構(gòu)把初始?xì)怏w混合物點(diǎn)燃，以產(chǎn)生一放熱反應(yīng)，其在大體上靠近燒耗區(qū)和淬火區(qū)的上游提供一種低密度的還原氣氛。一個(gè)控制機(jī)構(gòu)控制初始?xì)怏w混合物，在燒耗區(qū)上產(chǎn)生調(diào)整的還原火焰氣氛，燒耗區(qū)上調(diào)整的還原火焰氣氛具有實(shí)質(zhì)上包括非游離氧燃燒過(guò)的氣體成分。
文檔編號(hào)B22DGK85104024SQ85104024
公開(kāi)日1986年7月16日 申請(qǐng)日期1985年5月21日
發(fā)明者霍華德·霍斯德·萊伯曼 申請(qǐng)人:聯(lián)合公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan