CN102728796B - 非晶结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种结晶器，主要用于非晶合金的制备。所述非晶结晶器，由铜套5、铜套支撑3及旋转主轴1构成，当所述结晶器工作时，冷水从旋转主轴的进水端流入，并沿着旋转主轴1和铜套支撑3的内部孔道流入铜套5中，冷水将铜套外表面传递过来的钢水热量吸收，然后热水顺着与冷水相逆的路径从铜套5另一端的铜套支撑3回到旋转主轴内部的出水端流出，进行钢水的循环冷却。本发明具有冷却效率高，铜套表面温度均匀，铜套内部无水流死角，铜套的轴向冷却均匀，机械性能好，工作精度高的优点，保证了非晶结晶器用于冷却钢水的传热效果。
Description
技术领域:
本发明涉及一种结晶器，特别是一种生产非晶合金的结晶器。
背景技术：
非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。
非晶合金的生产技术是将1300℃的合金钢水浇到高速旋转的通水冷却的铜套上，瞬间冷却到200℃以下，从而形成非晶合金。
现有的国内外结晶器的结构和参数不成熟、冷却结构多样化使得制备非晶合金实验的不具备科学性，从而造成多种水冷结构的失败，但是总结其经验，结晶器的结构和设计原理要把握的关键在于结晶器的传热效率和工作精度。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种传热效率好和工作精度高的非晶结晶器。
本发明提供了一种非晶结晶器，旋转主轴上套有圆环状的铜套支撑和铜套，铜套的左右两边各有一个铜套支撑；铜套内部有第一轴向通孔，铜套支撑有第一径向通孔和第二轴向通孔，旋转主轴中心左右均有第二径向通孔，旋转主轴中心的左右两侧均有深孔，但在旋转主轴中心处不连通；所述第一轴向通孔的两端与第二轴向通孔、第一径向通孔及第二径向通孔相对应，构成从旋转主轴经过一个铜套支撑、铜套、另一个铜套支撑，并沿着与进水逆流的方向返回旋转主轴的几字型连通水路；
所述非晶结晶器整体同步高速旋转的同时，冷水从所述的连通水路经过铜套，完成对铜套表面钢水的循环冷却。
优选地，所述第一轴向通孔平行分布于铜套的圆环一周；所述第二轴向通孔平行分布于铜套支撑的圆环一周；所述第一径向通孔放射状分布于铜套支撑的端面内；所述第二径向通孔放射性分布于旋转主轴内。
本发明的非晶结晶器通过在铜套内部轴向上打孔，保证了用于冷却钢水的冷水过流面积大于铜套内径上面积的20%，冷却效率高；且在铜套内部不会形成水流死角，铜套表面温度均匀；铜套的整个宽度上有水冷却，轴向冷却均匀，从而保证了非晶结晶器用于冷却钢水的传热效果；此外，铜套和铜套支撑之间避免采用热压结构，提高了非晶结晶器工作的精度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的主视剖面图
图2为图1中的A-A向的部分剖视图
图3为图1中一部分的放大图
图4是铜套内所形成的水路的展开图
具体实施方式
图1为本发明一个实施例的主视剖面图。1为旋转主轴，2为端盖，3为铜套支撑，4为流量调节棒，5为铬锆铜套，6为螺塞，7为螺塞，8为传扭圆锥销，9为旋转主轴深孔，10为旋转主轴第二径向通孔，11为铜套支撑第一径向通孔，12为铜套支撑第二轴向通孔，13为铜套第一轴向通孔，14为密封圈，15为旋转主轴中心，16为铜套支撑的端面槽。铜套5和铜套支撑3都是圆环状，且铜套5的左右两边各一个铜套支撑3。端盖2连接旋转主轴1和铜套支撑3，传扭圆锥销8将旋转主轴1通过旋转运动传递给铜套支撑3，传扭圆锥销8、密封圈14共同连接绑定铜套支撑3和端盖2。主轴中心15的左右两边打有深孔9，但不连通，在从深孔9处向旋转主轴1的外圆面打有4排通至其外圆面的第二径向通孔10；在第二径向通孔10的出口处，有从铜套支撑圆环面到铜套支撑外圆面的第一径向通孔11，所述第一径向通孔11的出口用螺塞6堵住并用胶密封；与每个第一径向通孔11对应，有铜套支撑的第二轴向通孔12；在通孔12出口处，在铜套5内部有与通孔12相对应的第一轴向通孔13，流量调节棒4从通孔13处和相应的通孔12处穿过。流量调节棒4两端有螺纹，将铜套支撑3将铜套5从左右两边夹紧。铜套支撑3的端面内与铜套5的连接处有槽16，所述槽16将通孔12的孔与孔之间相连通。所述通孔13轴向平行分布于铜套圆环面一周，通孔12轴向平行分布于铜套支撑圆环面一周，通孔11呈放射状分布于铜套支撑端面内；旋转主轴径向通孔10放射性分布于主轴内。
在一个实施例中，铜套的材料是铬锆铜套。
当所述结晶器工作时，冷水如图1中的箭头方向从旋转主轴的进水端流入，并沿着旋转主轴1和铜套支撑3的内部孔道流入铜套轴向通孔中，冷水将铜套5外表面传递过来的钢水热量吸收，然后热水顺着箭头方向与冷水相逆的路径从铜套另一端回到旋转主轴内部的出水端流出，进行钢水的循环冷却。上图中的所有零件和标准件作为一个整体同步高速旋转。
在铜套上打孔，冷却效率高,在一个实施例中，铜套上有120个
14的通孔13，过流面积大于铜套内径上面积的20%。采用铜套支撑将铜套夹紧的结构，由于不采用热压结构，使铜套和支撑之间没有过盈，消除过盈对铜套的变形和温度分布的影响，同时消除铜套热压产生的应力；铜套里面与铜套支撑是小的间隙配合，保证了铜套不会出现塌肚子现象；铜套的整个宽度上有水冷却，轴向冷却均匀，同时宽度较窄，使不形成非晶合金带子的区域极小，故没用的热容量小，容易热平衡；同时降低了铜套中间宽度上的变形差距，满足宽度的要求；因为主轴与旋转芯，铜套之间均是小间隙配合，因此保证了机械性能；大大减小了更换铜套的难度，可以比较容易的改变铜套的宽度。
图2为图1中的A-A向的部分剖视图。第一径向通孔11的出口用螺塞6堵住并用密封圈14密封，第一径向通孔11与第一轴向通孔12的交汇处设有螺塞7，每个铜套支撑上，至少有一个以上在所述交汇处无螺塞7。
图3为图1中一部分的放大图。在图3（a）中无螺塞7，在图3（b）中有螺塞7。流量调节棒4的直径大小可以改变，通过调节直径可以改变水流通道面积，来调节冷却水的流速和水流量，可以调节进出水温，方便实验。在第一轴向通孔13和相应的第二轴向孔12的位置通过流量调节棒4的连接，在所穿过的孔道里，流量调节棒4通过改变自身的参数来调节冷却效果。
流量调节棒4可以做成不同的形状来调节冷却水的冷却效果，便以找到合适的水流量，改变铜套表面的冷却均匀度，使铜套截面上的冷却更均匀。在一个实施例中，将流量调节棒4做成糖葫芦形状可以使水流形成湍流，破坏水膜保证热交换。将流量调节棒4做其他多种形状，使得冷却水在孔内各个点的流速不同，达到带材边缘热补偿。
图4是铜套内所形成的水路的展开图。在图4（a）中无螺塞7。图4（b）中有螺塞7。如图4（a）和图4（b）所示两条不同水路，会有两种不同的冷却效果。当没有螺塞7时，水路从第一轴向通孔13的一端直接流向另一段。图4（b）是选择性的在每隔一个通孔11拧进两个螺塞7所形成的水路，即可以将A、B出水孔和C、D处的进水孔使用螺塞7密封住，水路可迂回流动，进水沿着A、B、C、D点流过后最后流出铜套，从A到B，和从C到D的水路相对应为在槽16内流动的水路，可以看出图4（b）内水流路径相对图4（a）加长，从而调节了水温变化的速度,方便地改变了实验条件。
显而易见，在不偏离本发明专利的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明专利可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明专利所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。
Claims (8)
1.一种非晶结晶器，其特征在于，旋转主轴（1）上套有圆环状的铜套支撑（3）和铜套（5），铜套（5）的左右两边各有一个铜套支撑（3）；铜套（5）内部有第一轴向通孔（13），铜套支撑（3）有第一径向通孔（11）和第二轴向通孔（12），旋转主轴中心（15）左右均有第二径向通孔（10），旋转主轴中心（15）的左右两侧均有深孔（9），但在旋转主轴中心（15）处不连通；所述第一轴向通孔（13）的两端与第二轴向通孔（12）、第一径向通孔（11）及第二径向通孔（10）相对应，构成从旋转主轴（1）经过一个铜套支撑（3）、铜套（5）、另一个铜套支撑（3），并沿着与进水逆流的方向返回旋转主轴(1)的几字型连通水路；
所述非晶结晶器整体同步高速旋转的同时，冷水从所述的连通水路经过铜套，完成对铜套表面钢水的循环冷却；
铜套支撑（3）与铜套（5）连接的端面上有使第二轴向通孔（12）的孔与孔连接的槽（16）；
第一径向通孔（11）与第二轴向通孔（12）的交汇处设有螺塞（7），使铜套（5）内部形成迂回水路。
2.根据权利要求1所述的一种非晶结晶器，其特征在于，所述第一轴向通孔（13）平行分布于铜套的圆环一周；所述第二轴向通孔（12）平行分布于铜套支撑的圆环一周；所述第一径向通孔（11）放射状分布于铜套支撑的端面内；所述第二径向通孔（10）放射性分布于旋转主轴内。
3.根据权利要求1或2所述的一种非晶结晶器，其特征在于，还包括流量调节棒（4），所述流量调节棒（4）穿过第二轴向通孔（12）和对应的第一轴向通孔（13）。
4.根据权利要求3所述的一种非晶结晶器，其特征在于，所述流量调节棒（4）的直径可调节。
5.根据权利要求3所述的一种非晶结晶器，其特征在于，所述流量调节棒（4）的形状为糖葫芦状。
6.根据权利要求1所述的一种非晶结晶器，其特征在于，铜套（5）的材料为铬锆铜套。
7.根据权利要求1所述的一种非晶结晶器，其特征在于，所述非晶结晶器还包括端盖（2），所述端盖（2）连接旋转主轴（1）和铜套支撑(5)。
8.根据权利要求1所述的一种非晶结晶器，其特征在于，所述非晶结晶器还包括传扭圆锥销(8),所述传扭圆锥销(8)用来连接绑定铜套支撑（3）和端盖（2）。
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