摘要：针对生产纳米晶带材的各种问题，结合制带设备的工况，分析各种问题成因，并对设备及工艺进行技术上的改进及提升，提高喷带成材率和喷带质量。
关键词：纳米晶制带设备；设备与工艺；技术改进
纳米晶合金软磁材料具有优异的电磁性能，具备高饱和磁感应强度、高矩形比、高磁导率、低损耗、性能稳定等优点，近年来得到迅速发展，特别是应用开关电源和ISDN中的各类高品质铁芯材料。但是目前相对落后的生产设备及生产工艺严重制约着纳米晶带材的质量和成材率，为进一步提升纳米晶带材的表面质量、电磁性能以及喷带效率，并有效降低废带率，提高良品率，决定对设备工艺改进如下：
一、改进纳米晶冷却水系统
改进纳米晶冷却水系统，提高纳米晶喷带系统的冷却能力，解决水温不平衡问题；优化母合金配方，解决冷却水温度偏高情况下带材变脆问题。
非晶体组织是在急剧冷却下形成的，因此，设备的冷却性能对带材的性能及质量至关重要，冷却不良会造成带材脆、带面花，密度低等问题。冷却不良主要体现在以下两方面：
1、水温不均匀，开始喷带与结束喷带时的温差达5度以上，后面的带材质量越来越差。经研究分析，主要原因以下：板式交换器的换热性能降低。经检查，冷冻机的制冷能力比制设备要求的制冷能力，富盈25%左右，因此制冷能力足够。板式换热器的换热量达到200kW，与制冷机的制冷能力基本匹配。但是用过一段时间后，换热能力逐渐下降，主要原因是时间长了换热板会长水垢，影响导热性能。由于该换热器的结构复杂，拆卸麻烦，且漏水的风险很大，因此不敢轻易拆卸清洗水垢。只能用金属清洗剂循环冲洗，效果没有拆卸清洗好，但也勉强达使用要求。为了进一步提高换热性能，决定升级现有的板式换热器，换热功率提升至280kW，即使换热性能有所下降，也能满足工艺使用要求。
经过上述改造后，工艺冷却水温差可控制在2.5℃以下，确保喷带质量的稳定性。
2、夏天铜辊表面结露而无法喷带
南方夏天气温高（30～36℃），湿度大（55%～70%）。气温低于25℃、湿度大于55%情况下，铜辊表面会结露凝水，没法喷带。而喷带的最佳冷却水温度在20℃左右，高于此温度，带材容易变脆影响带材质量。要解决该问题，有两种途径：
①将纳米晶车间改造成恒温恒湿车间。由于现有的生产车间是敞开式的，车间的气候环境受外界影响很大。如改造成封闭式的，并加装恒温恒湿置，可以消除外界的不利影响，有效满足喷带的温度和湿度需求。但是改造工程很大，投资和运营成本都很高，不是很现实。
②调整母合金钢液的成份，即调整带材配方，在26℃-28℃环境下喷带，解决带材变脆问题。经充分研究及试验下，发现适当降低Nb和Si的含量，可以提高带材的韧性，解决变脆问题。但是与此同时，会降低母合金钢液的流动性，导致带面花、密度低等新问题。于是通过加大压力和改进喷嘴结构来弥补流动性不足问题。
通过上述手段较好地解决了夏天铜辊表面结露而无法喷带和带材变脆问题。
二、改进和优化喷嘴包
改进喷嘴包加热电路，降低硅碳棒故障率，并解决钢液局部超温问题；改进喷嘴包内部结构，解决喷嘴包频繁漏气问题，确保喷带压力足够和稳定。
喷嘴包主要存在以下问题：
1、硅碳棒电路经常出问题。经研究分析，硅碳棒电路为4串3并电路。根据串联电路功率公式P=I2R，由于通过的电流相同，电阻越大的，功率也（发热量）越大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对同一个串联回路的硅碳棒电阻进行检测，分别为1.52Ω、1.63Ω、1.75Ω、1.58Ω。电阻越大的越容易过热烧断。于是将所有硅碳棒拆卸下来，重新组合，1.5～1.59Ω的组成一个串联回路，1.6～1.69Ω的组成一个串联回路，1.7～1.79Ω的组成一个串联回路。确保每一组的硅碳棒电阻值接近，发热量均匀，避免局部过热烧断。经过上述改造后，解决了硅碳棒电路经常过热烧毁难题。
2、喷嘴包容易漏汽
该纳米晶生产线为压力喷带机，工作时，喷嘴包内填充惰性气体——氩气。有两大作用：一是防止包内的母合金钢液氧化，二是给钢液增加压力，提高钢液的流动性，提高纳米晶带材的密度及带面质量等。但是填充氩气带来一个问题：喷嘴包容易漏汽。
经检查，容易漏汽的主要部位为：三个端盖、热电隅。
⑴经检查发现，两端盖容易漏汽的主要原因是：①密封胶条为普通橡胶，容易受热发生永久变形，影响密封性能。决定改用耐热200℃的硅橡胶，防止发生永久变形，确保密封性能。②端盖变形严重，端面不平度达1.3mm。进行矫形平整，端面不平度在0.2mm以下。③端盖的压紧力度不够，靠14-M8内六角螺钉紧固，在强大的气压下，螺钉极易断裂。决定改用14-M10内六角螺钉，强度提高40%，确保压紧力足够。通过上述手段，大大地降低了端盖漏汽的机率。
⑵热电隅为双层钢玉管保护，其中外层钢玉管是密封的，内层不是密封的。外层钢玉管长期泡在1400℃的钢液中，容易破损。因此将外层钢玉管的壁厚由原来的2mm升级至3mm，耐用度提高2倍以上。
三、优化母合金重熔工艺，改进过滤装置，提升纳米晶喷带质量。
母合金钢液洁净度不够，存在细微的微粒渣子，直径约为Φ10μm～Φ20μm，渣子会堵喷嘴，造成带面划痕等质量缺陷。因此为消除或减少带面划痕，提高带面质量，必须将渣子清理干净。主要以下两种手段：
1、母合金重熔时抽2次真空打渣。其实在制作母合金的时候，渣子已经基本打渣干净，但仍存少量的渣子没有完全释放出来，而且浇钢过程中，浇钢槽、流道、冷却槽也会产生一些渣子。为使渣子彻底释出，务必对钢液进行抽真空，在真空(-0.1MPa)条件下，渣子释出特别快。为使渣子释放得更加彻底，原来一次抽真空打渣的，改进为抽二次真空打渣，而且将真空度从-0.1MPa提升至20Pa以下。这样可以保证98%以上的渣子被清除干净。
2、增加过滤板，进一步过滤钢液，提高钢液的纯净度。但是在大内包安装过滤板弊端很大。因此在工艺上考虑其它部位安装过滤板的可行性：钢液从大内包经过水口，再经过喷嘴杯，喷到铜辊上。除了大内包，还可考虑水口、喷嘴杯处安装。因水口孔径狭窄，仅Φ30mm，安装过滤板会严重影响钢液流动性。喷嘴杯内径达Φ70mm，过滤面积够大，不会影响钢液流动性，而且下面有2个支撑板，不必改造结构即可放置过滤板。
在喷嘴杯内安装过滤板，圆满解决了在大内包安装过滤板的缺陷，降低了成本，提高了生产效率，又解决了渣子问题，提高了带面质量。
通过上述手段，比较圆满地解决了带材脆、划痕、带面花，密度低等表面质量问题，降低了废带率，提升了带材电磁性能；并有效解决了喷嘴包常见的电路故障、漏汽等问题，为稳定生产高质量纳米晶带材提供了充实的保障。
参考文献
[1] 刘凤芹《铁基非晶、纳米晶带材应用技术研究》，青岛黎明云路新能源科技有限公司，2013年5月。
[2]徐雪娇《铁基非晶纳米晶带材的制备及其表面处理》，南昌大学，2012年6月。
[3] 王琦《纳米晶材料的研究及其进展》济南大学材料科学与工程学院，2002年10月。
论文作者:陈旗方
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
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