專利名稱：環(huán)繞分段冷卻薄帶連鑄結(jié)晶輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及采用結(jié)晶輥連續(xù)澆鑄薄金屬板帶，特別是連續(xù)澆鑄薄鋼板或鋼帶，特別涉及這種結(jié)晶輥的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
金屬薄帶連鑄、薄板連鑄連軋工藝中使用兩個反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥，結(jié)晶輥內(nèi)部的冷卻液吸收熔融金屬的熱量使其在轉(zhuǎn)動的結(jié)晶輥表面凝結(jié)成薄殼，隨著結(jié)晶輥的轉(zhuǎn)動金屬薄殼下移，在兩個結(jié)晶輥的最近點結(jié)合成固態(tài)薄帶或薄板。因此結(jié)晶輥是薄板連鑄連軋、薄帶連鑄機械設(shè)備中的關(guān)鍵部件之一。其結(jié)構(gòu)主要由輥芯、輥套、左、右軸和進水管等構(gòu)成，鋼水薄帶連鑄結(jié)晶輥輥套大都采用銅合金材料制造，輥芯采用不銹鋼制造。結(jié)晶輥的工作要求是輥面溫度不超過500℃，在鋼水結(jié)晶過程中施加一定的軋制力，同時承受鋼水的浸蝕和鋼板、帶的磨損。結(jié)晶輥輥套一面與融熔金屬接觸；另一面為水冷面，在很短的時間內(nèi)將液態(tài)金屬結(jié)晶凝固，既要求輥套有很高的導(dǎo)熱性，又要求輥套內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)具有很高的冷卻速度和均勻冷卻能力。因此結(jié)晶輥內(nèi)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)晶輥內(nèi)的冷卻系統(tǒng)多采用在輥套內(nèi)部直接機械加工冷卻水回路的方式制造。部分結(jié)晶輥采用冷卻水縫垂直于結(jié)晶輥軸心線的結(jié)構(gòu)方式，例如，專利US6527042在輥芯外表面加工與輥中心軸線垂直的環(huán)形凹槽，在槽內(nèi)鉆孔與輥內(nèi)的進水和出水管相通，凹槽與輥套配合后形成密封冷卻回路，由于輥內(nèi)的進水和出水管位置固定，所以表面冷卻回路的進水和出水不能進行調(diào)整，進水和出水集中，整個結(jié)晶輥輥面的冷卻不十分均勻。專利US5228497也在輥芯外表面加工與輥中心軸線垂直的環(huán)形凹槽，凹槽與輥套配合后形成密封冷卻回路，通過帶孔的驅(qū)動裝置隨機進水和隨機排水，設(shè)備操作較為復(fù)雜。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對加工精度要求非常高，精度低容易形成各水縫間的混流，降低冷卻效率。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有狀況，本實用新型的目的在于提供一種新型的薄帶連鑄結(jié)晶輥，具體地說是一個新型結(jié)晶輥的垂直環(huán)繞分段式冷卻水回路結(jié)構(gòu)，以解決結(jié)晶輥表面的高效和均勻冷卻，以及冷卻調(diào)節(jié)控制問題，使結(jié)晶輥與鋼水接觸面的始終保持在最高冷卻狀態(tài)中，保證結(jié)晶輥最高的工作效率。
為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是，一種薄帶連鑄結(jié)晶輥，其由輥芯、輥套組成；所述的輥芯沿軸向開有導(dǎo)孔以及一端與導(dǎo)孔相連通或穿過導(dǎo)孔、另一端通向輥芯外表面的進、出水孔；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、出水孔或/和導(dǎo)孔相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路；所述的輥套設(shè)于輥芯外表面及金屬管上。
所述的金屬管在輥芯外表面上分段安裝，并分別與所述的輥芯的進、出水孔相連通。
垂直于結(jié)晶輥軸心線的相鄰冷卻水縫之間的距離可以相同也可以不同，平行的冷卻水縫的長度可以相同也可以不同。
所述的各金屬管孔徑大小可以相同也可以不同。
所述的金屬管直徑可以相同也可以變徑。
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。
所述的金屬管的進出端都在輥芯的導(dǎo)孔內(nèi)。
所述的輥芯的進、出水孔是垂直或傾斜于結(jié)晶輥軸心線設(shè)置。
所述的輥套為采用冷氣動力噴涂沉積金屬形成。
所述的輥芯的進、出水孔的端口在結(jié)晶輥表面分布方式為拋物線形結(jié)晶輥軸面展開分布。
所述的輥芯的進、出水孔的端口在結(jié)晶輥表面分布方式呈現(xiàn)正弦線形式。
薄帶連鑄結(jié)晶輥具有以下結(jié)構(gòu)特征1.結(jié)晶輥主要部件由輥芯、冷卻回路、輥套等構(gòu)成。輥芯包含輥壁和內(nèi)腔；冷卻回路包括進水端，輥芯壁內(nèi)的導(dǎo)管，輥芯外表面上的冷卻水縫和出水端構(gòu)成，進水端和出水端包含在輥芯內(nèi)腔內(nèi)；輥套埋覆冷卻回路的冷卻水縫。
2.冷卻回路為預(yù)置回路。本實用新型中結(jié)晶輥的冷卻回路是采用金屬管直接在結(jié)晶輥輥芯上進行安裝而成。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立性以及冷卻回路的安裝精度要求。
3.冷卻回路的冷卻水縫結(jié)構(gòu)是決定結(jié)晶輥性能的關(guān)鍵因素，本發(fā)明結(jié)晶輥冷卻回路的冷卻水縫在結(jié)晶輥輥芯外表面分布的結(jié)構(gòu)特征為垂直分段式結(jié)構(gòu)，每一個冷卻回路只有一個冷卻水縫。具體的說，冷卻回路的冷卻水縫在結(jié)晶輥外表面上的排布與結(jié)晶輥的中心軸線垂直，冷卻水縫的長度在結(jié)晶輥外表面上根據(jù)不同區(qū)域冷卻強度要求分布。
4.相鄰的冷卻水縫之間的距離可以相同也可以不同，冷卻水縫的長度可以相同也可以不同；5.冷卻水縫孔徑大小可以相同也可以不同，冷卻水縫的截面形狀可以為任意形狀，截面大小可以相同也可以不同；6.在同一冷卻回路中各段可以為相同的直徑，也可以為變徑。
7.冷卻水縫在結(jié)晶輥輥芯外表面上的空間排布可以是一層或多層，各層間冷卻水縫的數(shù)目是任意的，冷卻水縫可以沿結(jié)晶輥輥芯外表面分布，也可以是離開表面立體分布，全部垂直于結(jié)晶輥軸心線；8.由于本發(fā)明結(jié)晶輥冷卻回路是由金屬管直接在輥芯外表面上安裝，以上任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式的冷卻回路均可以實現(xiàn)，操作簡單。
9.冷卻系統(tǒng)的實際控制方式、冷卻能力是可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)的。本實用新型制造的結(jié)晶輥的冷卻回路可以獨立進行進水和排水方向控制，并獨立進行壓力控制和溫度測量，通過更換冷卻液的進入和排出方式以及各個回路的冷卻液壓力、流量、流速等參數(shù)可以實現(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。也可以幾個冷卻回路共同控制。
10.外輥套的形成采用冷氣動力噴涂沉積形成，用高壓壓縮氣體驅(qū)動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~合金或其他金屬或合金，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。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的冷卻效果本質(zhì)區(qū)別在于在使用過程中根據(jù)結(jié)晶輥的旋轉(zhuǎn)方向和與融熔金屬接觸面，選擇回路中冷卻液從低端進入，沿輥面方向向高端流動，在流動過程中吸收熱量升溫和汽化，高溫水或汽在高端排出，始終保持冷卻水回路的進水端(冷端)與融熔金屬高溫區(qū)高效接觸，保持冷卻液的高效工作，提高結(jié)晶輥的工作效能。另外可以通過冷卻回路變徑提高蒸汽排出速度，進一步提高工作效率。在一個輥徑周長內(nèi)，含有幾個冷卻回路的冷卻水縫，冷卻水縫的工作距離短，冷卻效率高。


圖1為本實用新型結(jié)晶輥軸向剖面示意圖；圖2為本實用新型冷卻水縫進出端口為拋物線形結(jié)晶輥軸面展開示意圖；圖3為本實用新型傾斜環(huán)繞冷卻水縫沿輥芯外表面的剖面示意圖。
圖4為垂直于結(jié)晶輥軸心線分段排布的冷卻水縫沿輥芯外表面的剖面示意圖。
圖5為冷卻水縫進出端口為正弦線形結(jié)晶輥軸面展開示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的結(jié)晶輥軸向剖面示意圖；其由輥芯1、輥套2組成；所述的輥芯1沿軸向開有進、出水孔101、102以及一端與進、出水孔101、102相連通、另一端通向輥芯外表面100的導(dǎo)孔103、104；輥芯外表面100環(huán)繞安裝金屬管3，該金屬管3分別與所述的輥芯1的導(dǎo)孔103、104以及進、出水孔101、102相連通，也可以穿過導(dǎo)孔103、104直接與進、出水孔101、102相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路，所述的輥套2套設(shè)埋覆于輥芯外表面100及金屬管3上。
本實用新型的結(jié)晶輥冷卻回路中金屬管3在結(jié)晶輥輥芯1的外表面100上分段平行排列，分段數(shù)目和列數(shù)可根據(jù)結(jié)晶輥的的設(shè)計要求和冷卻參數(shù)進行調(diào)整，方向垂直于結(jié)晶輥軸心線。金屬管3直徑可以相同也可以不同，也可以是異型管，冷卻水縫即金屬管3在輥芯外表面上的排列可以是一層也可以是多層。冷卻液進口和出口端可以單獨調(diào)節(jié)進入和排出的方向、壓力、流量、流速、溫度等，也可以多個冷卻回路共用同一進或出系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)可以在不改變結(jié)晶輥結(jié)構(gòu)，只通過調(diào)整冷卻系統(tǒng)的參數(shù)適應(yīng)各種結(jié)晶要求。冷卻回路在輥套下長度較小，使用過程中氣化程度相對較低，冷卻效率高。
在使用過程中根據(jù)結(jié)晶輥的旋轉(zhuǎn)方向和與鋼水接觸面，選擇水回路中冷卻液從低端進入，沿輥面方向向高端流動，在流動過程中吸收熱量升溫和汽化，高溫水或汽在高端排出，始終保持冷卻水回路的進水端與高溫區(qū)高效接觸，保持冷卻水的高效工作，提高結(jié)晶輥的工作效能。另外可以通過冷卻回路變徑提高蒸汽排出速度，進一步提高工作效率。
參見圖2，其為輥芯1外表面上垂直于結(jié)晶輥軸心線分段排布的冷卻回路冷卻水縫——金屬管3沿輥芯外表面100的剖面示意圖。冷卻水縫垂直于結(jié)晶輥軸心線分段在輥芯1外表面上分布，埋覆在輥套2下方。
參見圖4，其所示為冷卻水縫進出端口為正弦線形結(jié)晶輥軸面展開示意圖；結(jié)晶輥輥芯1外表面100上垂直于結(jié)晶輥軸心線分段排布的冷卻回路冷卻水縫——金屬管3沿軸表面展開圖。多段分布冷卻水縫可以平均長度分布，也可以不等長度分布；冷卻回路的直徑或截面形狀可以任意選擇。這些冷卻水縫的統(tǒng)一特點為全部垂直于結(jié)晶輥的中心軸線。冷卻水縫之間的間距可以任意選擇，冷卻液進出方向以及進出位置可以任意選擇。冷卻水縫的端口分布方式為正弦線形，這種方式保證冷卻水縫的端口在整個輥芯柱面上分布均勻且連續(xù)，消除輥面溫度波動現(xiàn)象，而且易于加工。
參見圖3，其為傾斜環(huán)繞冷卻水縫沿輥芯外表面的剖面示意圖。冷卻水縫——金屬管3與結(jié)晶輥軸心線呈一定角度，環(huán)繞結(jié)晶輥輥芯1外表面100，分段在輥芯外表面100上分布，埋覆在輥套2下方。
參見圖5，其為冷卻水縫進出端口為拋物線形結(jié)晶輥軸面展開示意圖。圖中所示的冷卻水縫——金屬管3相互平行，與軸中心線呈一定角度。環(huán)繞結(jié)晶輥輥芯1外表面100。進出水端口的分布呈現(xiàn)雙拋物線形式，均勻連續(xù)。冷卻液的流動除環(huán)繞結(jié)晶輥外，還沿著結(jié)晶輥軸向流動，使輥面的均勻程度進一步提高。
權(quán)利要求1.一種薄帶連鑄結(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導(dǎo)孔以及一端與導(dǎo)孔相連通或穿過導(dǎo)孔、另一端通向輥芯外表面的進、出水孔；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、出水孔以及導(dǎo)孔相連通，形成結(jié)晶輥冷卻回路；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所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管在輥芯外表面上分段安裝，并分別與所述的輥芯的進、出水孔相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，垂直于結(jié)晶輥軸心線的相鄰冷卻水縫之間的距離可以相同也可以不同，平行的冷卻水縫的長度可以相同也可以不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的各金屬管孔徑大小可以相同也可以不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管可以相同直徑，也可以為變徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的金屬管的進出端都在輥芯的導(dǎo)孔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥芯的進、出水孔是垂直或傾斜于結(jié)晶輥軸心線設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥套為采用金屬噴涂沉積形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥芯的進、出水孔的端口在結(jié)晶輥輥芯外表面分布方式為正弦線形結(jié)晶輥軸面展開分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥芯的進、出水孔的端口在結(jié)晶輥輥芯外表面分布方式為拋物線形結(jié)晶輥軸面展開分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄帶連鑄結(jié)晶輥，其特征在于，所述的輥芯的進、出水孔的端口在結(jié)晶輥輥芯外表面分布方式呈現(xiàn)雙拋物線形式。
專利摘要一種薄帶連鑄結(jié)晶輥，其由輥芯、輥套組成；所述的輥芯沿軸向開有導(dǎo)孔以及一端與導(dǎo)孔相連通、另一端通向輥芯外表面的進、出水孔；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、出水孔以及導(dǎo)孔相連通或穿過導(dǎo)孔，形成結(jié)晶輥冷卻回路；所述的輥套設(shè)于輥芯外表面及金屬管上，輥套采用冷氣動力噴涂沉積金屬形成。本實用新型的冷卻回路的冷卻水縫即金屬管將結(jié)晶輥的周長分成幾段，縮短了單段冷卻水縫的冷卻長度，提高冷卻效率。冷卻水縫在輥的徑向上分成一層或多層，進一步提高冷卻輥的整體冷卻均勻性和冷卻效率。延長結(jié)晶輥單次工作時間，適應(yīng)高溫度、長時間的工作環(huán)境?？梢哉{(diào)節(jié)控制任意一根冷卻回路的工藝參數(shù)，適應(yīng)多種冷卻要求。
文檔編號B22D11/06GK2754774SQ200420110488
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, 宋洪偉, 方園 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司