專利名稱：薄帶連鑄結(jié)晶輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及采用雙結(jié)晶輥或單輥連續(xù)澆鑄薄金屬板帶，特別是連續(xù)澆鑄薄鋼板或鋼帶，特別涉及這種薄帶連鑄結(jié)晶輥的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在冶金工業(yè)中，常采用連鑄工藝使金屬成形，尤其是金屬薄帶(板)的連鑄技術(shù)具有高效、低耗、低成本的特性，是近年來世界各國家爭相發(fā)展的新技術(shù)和新工藝。其中結(jié)晶輥是薄帶(板)連鑄機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件之一。其基本原理是鋼水通過布流器進(jìn)入有兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥和側(cè)封板組成的熔池，液態(tài)金屬經(jīng)快速冷卻在結(jié)晶輥面凝固成具有一定厚度的坯殼，經(jīng)軋合后形成薄帶(板)。結(jié)晶輥的基本結(jié)構(gòu)主要由輥芯、輥套組成(圖1)。其結(jié)晶輥輥套材料大都采用銅合金材料制造，其輥芯通常采用不銹鋼制造。輥芯和輥套通過機(jī)械的方式或焊接的方式連接在一起。
由于結(jié)晶輥輥套表面與融熔金屬直接接觸，高溫強(qiáng)度和熱傳導(dǎo)性能是結(jié)晶輥套材料的最重要要求。同時(shí)由于在該工藝過程中，鑄軋同時(shí)完成，結(jié)晶輥要能夠承受一定的軋制力、鋼水的浸蝕和磨損。通常結(jié)晶輥輥套的內(nèi)側(cè)為水冷面，且有一定形狀的水縫設(shè)計(jì)要求，故結(jié)晶輥輥套不僅要導(dǎo)熱性能好，而且要求輥套內(nèi)部的水縫設(shè)計(jì)能夠保證冷卻均勻，又要求冷卻系統(tǒng)具有很高的冷卻速度。因此結(jié)晶輥的冷卻系統(tǒng)是決定結(jié)晶輥性能的關(guān)鍵因素。
目前結(jié)晶輥輥套的制造多采用連鑄坯經(jīng)過鍛壓成型后，在輥套內(nèi)部直接機(jī)械加工冷卻水管的方式。大多采用軸向冷卻方式，例如專利US5887644采用在結(jié)晶輥套內(nèi)表面加工凹槽的方法與輥芯外表面形成冷卻水槽；而專利US6241002則是在輥芯外表面區(qū)加工圓孔，與輥套內(nèi)表面形成冷卻水槽；專利US5651410采用輥芯外表面和輥套內(nèi)表面空隙形成冷卻水槽；專利US5152333在結(jié)晶輥輥套上加工冷卻水縫；專利US4773468分別采用在輥芯外表面加工半圓形、方形或梯形凹槽，利用凹槽與輥套配合后形成的孔隙形成冷卻水縫；也可以通過在凹槽中加入楔棒或嵌條，利用楔棒或嵌條分割輥芯外表面和輥套內(nèi)表面的間隙形成冷卻水回路。這些專利的特征均為冷卻水縫的長度與結(jié)晶輥的輥面長度幾乎相等。冷卻水自冷卻水縫的一端進(jìn)入，流經(jīng)整個(gè)輥面長度后從結(jié)晶輥的另一端排出。由于水縫長度較長，機(jī)械加工難度很大。由于流經(jīng)距離較長，且融熔金屬的溫度很高，造成冷卻水在水縫內(nèi)大幅度升溫或汽化，增加冷卻回路內(nèi)壓力阻力，降低了冷卻效果，在較長時(shí)間的連續(xù)使用時(shí)，將使結(jié)晶輥的輥面溫度升高，當(dāng)輥面溫度過高時(shí)，需要停機(jī)，造成生產(chǎn)效率降低。另外，由于冷卻水在結(jié)晶輥的兩端集中進(jìn)入，結(jié)晶輥的兩端冷卻效率較高，冷卻水回路的出口排出的一般為氣態(tài)水蒸汽，導(dǎo)熱效率低于液態(tài)水，易造成結(jié)晶輥的兩端冷卻能力過高，使結(jié)晶輥整體冷卻效果不均勻。再者，冷卻水回路的入口和出口均為集中進(jìn)水和排水或蒸汽，無法監(jiān)測每一條冷卻水回路內(nèi)的水、汽的溫度變化情況，及時(shí)控制每一條冷卻水回路內(nèi)的水流量和流速，調(diào)節(jié)冷卻效果。
形成上述缺陷的主要原因之一是結(jié)晶輥采用的冷卻水回路與工作面長度相同或相近，造成單只水回路工作的距離較長，冷卻不均勻；并且冷卻水回路在輥的兩端集中進(jìn)水和排出水、汽，造成輥的兩端冷卻效率較高，中間冷卻效率相對較低，形成結(jié)晶輥兩端過冷或輥面中間溫度過高，影響結(jié)晶輥的正常工作。另外，利用輥芯外表面和輥套內(nèi)側(cè)面的空隙形成冷卻回路時(shí)對加工精度要求非常高，加工難度大，精度控制不好容易形成各回路間的混流，降低冷卻效率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有狀況，本實(shí)用新型的目的在于提供一種水平分段薄帶連鑄結(jié)晶輥，冷卻水縫采用水平分段式結(jié)構(gòu)，以解決結(jié)晶輥輥面的均勻冷卻問題，使結(jié)晶輥的兩端與中間的冷卻效果相近，提高結(jié)晶輥的工作效率。套輥形成采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積埋覆冷卻回路冷卻水縫段并形成輥套。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其由輥芯、輥套組成；所述的輥芯沿軸向開有進(jìn)、出水孔以及一端與進(jìn)、出水孔相連通或穿過進(jìn)、出水孔、另一端通向輥芯外表面的導(dǎo)孔；輥芯外表面環(huán)繞安裝金屬管，該金屬管分別與所述的輥芯的進(jìn)、出水孔以及導(dǎo)孔相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路，且，該金屬管平行結(jié)晶輥軸線分布；所述的輥套設(shè)于輥芯外表面及金屬管上。
所述的平行結(jié)晶輥軸線分布的金屬管的長度與結(jié)晶輥工作長度相同，也可以為多段。
所述的金屬管一段的長度可以相同也可以不同。
平行于結(jié)晶輥軸心線的相鄰金屬管之間的距離不同。
所述的金屬管的孔徑大小不同或變徑結(jié)構(gòu)。
所述的金屬管的截面形狀可以為任意形狀，截面大小不同。
所述的金屬管在以結(jié)晶輥軸心線的圓周上分布為一層或多層。
各層間金屬管的數(shù)目是任意的。
所述的輥芯壁內(nèi)的導(dǎo)孔是垂直結(jié)晶輥軸心線或傾斜設(shè)置。
所述的輥套采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積金屬形成，直接在輥芯外表面上埋覆金屬管冷卻水縫段并形成輥套。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，冷卻水縫采用金屬管直接在結(jié)晶輥輥芯上進(jìn)行安裝而成。不是在結(jié)晶輥的輥芯或輥套上加工出來，也不是利用輥芯或輥套之間的特殊孔槽形成。避免了由于機(jī)械加工精度不夠而造成的不同冷卻回路之間的混流，保證各冷卻回路之間的獨(dú)立性，以及冷卻回路的安裝精度要求。
冷卻系統(tǒng)的實(shí)際控制方式、冷卻能力是可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的。本實(shí)用新型制造的結(jié)晶輥的任一冷卻回路都可以獨(dú)立進(jìn)行進(jìn)水和排水方向控制，并獨(dú)立進(jìn)行壓力控制和溫度測量，通過更換冷卻水的進(jìn)入和排出方式以及各個(gè)回路的冷卻水壓力、流量、流速等參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)控制方式和冷卻能力從微小到整體的調(diào)整。也可以幾個(gè)冷卻水回路共同控制，或所有冷卻回路統(tǒng)一控制。
輥套的形成采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積形成，用高壓壓縮氣體驅(qū)動(dòng)微小金屬顆粒以足夠高的速度撞擊結(jié)晶器輥芯外表面和冷卻水縫，微小金屬顆粒產(chǎn)生足夠的變形而粘結(jié)在結(jié)晶器輥芯外表面和冷卻水縫管上，填充冷卻水縫之間的孔隙并形成輥套。金屬顆?？梢詾殂~合金或其它金屬或合金，也可以是幾種不同金屬或合金的復(fù)合或形成成分梯度輥套。
結(jié)晶輥一個(gè)工作長度被分成若干段，工作過程中回路冷卻水縫段中的冷卻液升溫幅度相對較低，冷卻效率高，結(jié)晶輥工作面從輥兩端至中間的整體溫度場均勻，保證金屬板帶的均勻性。


圖1為本實(shí)用新型薄帶連鑄結(jié)晶輥軸向剖面示意圖；圖2為本實(shí)用新型薄帶連鑄結(jié)晶輥軸向局部剖視圖；圖3為本實(shí)用新型薄帶連鑄結(jié)晶輥冷卻水縫軸面展開示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，其為本實(shí)用新型結(jié)晶輥軸向剖面示意圖；薄帶連鑄結(jié)晶輥1，其由輥芯10、輥套20組成；所述的輥芯10沿軸向開有進(jìn)水孔101、出水孔102以及一端與進(jìn)、出水孔101、102相連通或穿過進(jìn)、出水孔101、102、另一端通向輥芯10外表面100的導(dǎo)孔103；輥芯10外表面100環(huán)繞安裝金屬管104，該金屬管104分別與所述的輥芯的進(jìn)、出水孔101、102以及導(dǎo)孔103相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路，且，該金屬管104平行結(jié)晶輥軸線分布；所述的輥套20設(shè)于輥芯外表面100及金屬管104上。
參見圖2、圖3，所述的平行結(jié)晶輥軸線分布的金屬管104的長度與結(jié)晶輥工作長度相同，也可以為多段；金屬管104一段的長度可以相同也可以不同；平行于結(jié)晶輥軸心線的相鄰金屬管之間的距離不同；所述的金屬管的孔徑大小不同或變徑結(jié)構(gòu)。
所述的金屬管的截面形狀可以為任意形狀，截面大小不同；所述的金屬管在以結(jié)晶輥軸心線的圓周上分布為一層或多層；各層間金屬管的數(shù)目是任意的；所述的輥芯壁內(nèi)的導(dǎo)孔是垂直結(jié)晶輥軸心線或傾斜設(shè)置。
所述的輥套20采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積金屬形成，直接在輥芯外表面100上埋覆金屬管104并形成輥套20。金屬管104在結(jié)晶輥輥芯10的外表面100上分段平行排列，金屬管104長度和列數(shù)可根據(jù)結(jié)晶輥的的設(shè)計(jì)要求和冷卻強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，方向平行于結(jié)晶輥軸心線。冷卻水縫段的直徑可以相同也可以不同，例如粗管和細(xì)管，也可以是異型管，金屬管104在輥芯外表面100上的排列可以是一層也可以是多層。導(dǎo)管103穿過輥芯壁，也可以直接利用輥芯的開孔做為導(dǎo)管，進(jìn)出端口位于輥芯進(jìn)排水管內(nèi)，輥套埋覆冷卻水縫段，與芯輥緊密粘接。冷卻水進(jìn)水和出水管可以單獨(dú)調(diào)節(jié)進(jìn)水和出水的方向、壓力、流量、流速、溫度等，也可以多個(gè)冷卻回路共用同一進(jìn)或出端口。這種結(jié)構(gòu)可以在不改變結(jié)晶輥任何結(jié)構(gòu)，只通過調(diào)整冷卻系統(tǒng)回路控制參數(shù)適應(yīng)各種連鑄要求。冷卻水回路的冷卻水縫段金屬管104在輥套20內(nèi)長度較小，使用過程中汽化程度相對較低，冷卻效率高，輥面的整體溫度場均勻。
圖3為本實(shí)用新型結(jié)晶輥冷卻水縫軸面展開示意圖；結(jié)晶輥輥芯外表面100上水平分段排布的冷卻水縫即金屬管104沿輥芯外表面100展開圖。金屬管104直徑或截面形狀可以任意選擇，這些冷卻水縫段的統(tǒng)一特點(diǎn)為全部平行于結(jié)晶輥的中心軸線。間距可以任意選擇，冷卻液進(jìn)出方向以及進(jìn)出位置可以任意選擇。圖中所示的冷卻水進(jìn)水和排水口的位置是按照y＝ax3和y＝-ax3方程相互間隔排列，保證結(jié)晶輥的均勻冷卻要求。
權(quán)利要求1.薄帶連鑄結(jié)晶輥，其由輥芯、輥套組成；其特征在于，所述的輥芯沿軸向開有進(jìn)、出水孔以及一端與進(jìn)、出水孔相連通或穿過進(jìn)、出水孔、另一端通向輥芯外表面的導(dǎo)孔；輥芯外表面環(huán)繞安裝金屬管，該金屬管分別與所述的輥芯的進(jìn)、出水孔以及導(dǎo)孔相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路，且，該金屬管平行結(jié)晶輥軸線分布；所述的輥套設(shè)于輥芯外表面及金屬管上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于所述的平行結(jié)晶輥軸線分布的金屬管的長度與結(jié)晶輥工作長度相同，也可以為多段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于所述的金屬管每段的長度可以相同也可以不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，平行于結(jié)晶輥軸心線的相鄰金屬管之間的距離不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管的孔徑大小不同或變徑結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管的截面形狀可以為任意形狀，截面大小不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管在以結(jié)晶輥軸心線的圓周上分布為一層或多層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，各層間金屬管的數(shù)目是任意的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥芯壁內(nèi)的導(dǎo)孔是垂直結(jié)晶輥軸心線或傾斜設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥套采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積金屬形成，直接在輥芯外表面上埋覆金屬管冷卻水縫段并形成輥套。
專利摘要薄帶連鑄結(jié)晶輥，其由輥芯、輥套組成；所述的輥芯沿軸向開有進(jìn)、出水孔以及一端與進(jìn)、出水孔相連通或穿過進(jìn)、出水孔、另一端通向輥芯外表面的導(dǎo)孔；輥芯外表面環(huán)繞安裝金屬管，該金屬管分別與所述的輥芯的進(jìn)、出水孔以及導(dǎo)孔相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路，且，該金屬管平行結(jié)晶輥軸線分布；所述的輥套設(shè)于輥芯外表面及金屬管上；輥套采用冷氣動(dòng)力噴涂沉積金屬形成。輥芯外表面上的金屬管平行結(jié)晶輥中心軸線，其長度可分成幾段，縮短了單段冷卻回路的工作長度，提高冷卻效率；金屬P管在結(jié)晶輥徑向上分成一層或多層，進(jìn)一步提高冷卻輥的整體冷卻均勻性和冷卻效率?？梢哉{(diào)節(jié)控制冷卻回路的工藝參數(shù)，結(jié)晶輥輥面冷卻快速，且冷卻效率均勻。
文檔編號(hào)B22D11/06GK2754773SQ20042011048
公開日2006年2月1日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者張俊寶, 方園, 宋洪偉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司