CN1042525C - 快速冷凝法制取纤维的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快速冷凝法制取纤维的冷却装置。它由冷却辊、进水管、出水管、导流槽或导流管、出水口、支座和轴承座组成。冷却辊、出水管组装成一体，装配在轴承座上，出水管即为转动轴。进水管和导流槽或导流管组装成一体，固定在支座上，为不转动部分。导流槽或导流管密集分布于相对于冷凝区A和冷却区B的位置。由导流槽或导流管喷射出的冷却液径向垂直射向冷却辊内表面，并覆盖A区和B区。本发明不仅具有良好的冷却效果。而且克服了“冷却死角”。

Description

本发明属于由金属熔融体连续铸造成形装置。主要适用于金属或非金属纤维的制取。

采用快速冷凝法由金属熔融体连续地直接制取纤维已广为应用。该方法通过一道工序即可把金属熔融体制成具有一定形状和尺寸的制品。不仅设备简单，能耗小，成本低，而且可以随着冷却速度的不同，可使制品获得非晶或微晶的金属结构，获取优异的物理化学和力学性能，使制品质量大大提高。

冷却装置是采用快速冷凝法由金属熔融体直接制取固态制品的工艺中最关键的设备。一方面它要具有极高的冷却速度(一般要求103～106℃/sec)，迅速将高温熔融体的热量传走，另一方面又要克服由于冷却装置的高速旋转产生的离心力对水流动不畅的影响。

中国专利ZL90203907.5提供了一种快速凝固金属薄带的冷却装置。该装置的冷却辊由辊套、主轴、圆环形窄水套、轴承和皮带轮组成。辊套的内侧圆周面与主轴相应的外圆柱面形成一个圆环形窄水套。辊套、主轴和圆环形窄水套构成一体，且整体旋转。冷却辊辊面为光滑面。这种冷却装置，虽然能达到预期的冷却效果，但仍存在如下不足之处：

(1)水流沿着冷却辊面流动，难于消除由于离心力而产生的冷却死角，以及冷却辊内转角处的冷却死角。

(2)沿着冷却辊宽度的方向上水流总是由冷至热，存在着温度梯度，因此沿着此方向冷却速度也会由大到小存在差异。

本发明的目的在于提供一种冷却效果好，且能快速冷凝制取异形截面金属或非金属纤维或薄带的快速冷凝法制取纤维的冷却装置。

本发明所述的快速冷凝法制取纤维的方法是冷却装置中的冷却辊处于金属熔融体的液面上方，当冷却辊的外棱与液面接触时，金属熔融体附着在冷却辊外棱上，且由于冷却辊的高速冷却，附在外棱处的金属熔融体被迅速冷却凝固成固体，继续冷却后，在冷却辊高速旋转的离心力的作用下，已凝固冷却的固体被抛甩出去，成为纤维制品。

本发明所述的冷却装置由冷却辊、进水管、导流槽或导流管、出水管、支座和轴承座组成。冷却辊是一个内空的圆柱形腔体，一个端面封闭，另一端面与出水管封闭相接，组装成一体，安装在轴承座上，可由电机驱动，成为转动部分。出水管即为转动轴导流槽或导流管与进水管组装为一体，固定在一个支座上，为固定部分。导流槽或导流管处于冷却辊的内空腔体内，相对于冷却辊中心轴线呈辐射状，并安装在处于空腔内的进水管上。冷却辊的圆柱外表面上沿圆周方向，均有根据所需纤维形状和尺寸而设计的外棱。

本发明的设计原理可根据附图1加以说明，在附图1中，1为冷却辊，它是内空的圆柱体，11为盛熔融体的容器，13为熔融体(又称熔池)；12为纤维，S为冷却辊的外棱，它环绕圆柱面，呈圆形； S₁S₂……S_n为冷却辊外棱上的某点；A为冷凝区，即与熔融体接触并发生冷凝过程的外棱所处的位置，在A区，外棱的弧长为S_A；B为冷却区，即是附着在外棱被冷凝的固体继续冷却所处的位置，在B区外棱的弧长为S_B。

工作时，冷却辊1旋转，当冷却辊外棱上的某点S₁旋转至下方与熔融体13在A区接触时，一部分熔融体被附着在外棱S₁上，并被迅速冷却凝固为一定形状和尺寸的固体，随着冷却辊1的旋转，该固体离开A区，离开熔融体，进入B区，继续冷却，并在冷却辊离心力的作用下S₁点上的固体被抛离冷却辊。然后，相邻的S₂、S₃……S_n点相继进入熔融体，进入A区，接着进入B区，也相继被抛离冷却辊。由于S₁、S₂……S_n的连续性，因此被抛出的是成为具有一定形状和尺寸的纤维制品。

由图1看出，熔融体的冷凝过程，即纤维的形成过程只集中在A区，B区只是所形成的纤维的继续冷却过程，冷却辊的其它区域，没有熔融体快速冷凝的过程发生。因此，A区的冷却效果是本发明的技术关键。另外，消除冷却死区也是本发明的另一关键技术。

为此，本发明设计了冷却辊在A区、B区具有高冷却效果的冷却装置。使冷却辊腔体内的冷却系统集中针对冷凝区A和冷却区B，实施强化冷却。其装置的要点是采用多排辐射式导流槽或导流管将冷却液向待冷却的区域垂直地或以某一角度喷射，并保证冷却液的喷射范围要覆盖在A、B区内冷却辊内壁以及冷却死角，达到对A、B区实施强化冷却，使之具有良好的冷却效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)由于导流槽或导流管呈辐射状分布，所喷出的冷却液垂直或以一定角度射向冷却辊的内表面，可将由于冷却辊的离心力作用而附着在内表面的不易流动的冷却液冲走，消除了离心力导致的“冷却死角”，大大提高冷却效果。

(2)可实现对冷却辊中A区、B区的强化冷却，使附着在冷却辊外棱点的熔融体快速冷凝和冷却。

(3)结构简单，制造方便。

现结合附图对本发明作进一步说明。

附图2为本发明快速冷凝制取纤维的冷却装置的结构示意图。

附图3为附图2中的C-C剖示结构示意图。

在附图2和附图3中，1为冷却辊，2为进水管，3为出水管，4为导流槽或导流管，5为支座，6为轴承座，7为出水口，8为喷嘴，9为出水槽，A为冷凝区，B为冷却区，S_A和S_B分别为冷凝区和冷却区内冷却辊外棱弧长度，h为冷却辊1的内表面轴向宽度，S为冷却辊的外棱。

冷却辊1为内空的圆柱形腔体，沿轴向方向的内壁宽度为h；它的一端是封闭的，另一端与出水管3密封相接，并装配在由电机驱动的轴承座6上；出水管3即为转动轴。出水槽9固定不动，它与出水管3为动密封连接。进水管2与导流槽或导流管4组装成一体，并装配在固定不动的支座5上。导流槽或导流管4组装在进水管2上，并处于冷却辊1的内空腔体内。冷却辊1、进水管2和出水管3为同一轴线。

导流槽或导流管4相对于进水管2的轴线呈辐射状分布，装配时，每条导流槽或导流管的方向可以调整，以便使冷却液射向任何需要冷却的区域。

在冷却辊1的内空腔体内，在垂直进水管轴线的横截面上装有多条(m条)呈径向辐射状的导流槽或导流管4，如图3所示；沿冷却辊1的轴线方向装配了多排(n排)导流槽或导流管4，如图2所示。m≥1,n≥1，且都为整数。

冷却液由进水管2通过导流槽或导流管4，喷嘴8，垂直或以某一定角度α射向冷却辊1的A、B区所对应的内壁，吸收来自熔融体的热量后上浮，流向出水管3，从出水口7流出。

导流槽或导流管的径向条数m或轴向排数n取决于导流槽或导流管、喷嘴的形状、尺寸、方向，以及A、B区的面积，但必须满足如下条件：由喷嘴射向冷却辊内壁的冷却液的范围必须覆盖A、B区所对应的冷却辊内壁，即冷却液所喷射的面积必须等于或大于(S_A+S_B)×h的面积值。

另外，导流槽或导流管4的方向可以调整，使得冷却液以某一角度α射向待冷却的冷却辊内壁，0＜α≤90，为了消除冷却死角，在靠近冷却辊的两个端面处，专门设置了两排导流槽或导流管，使冷却液直射冷却死角。

Claims (7)

1．一种快速冷凝法制取纤维的冷却装置，包含冷却辊、转动轴、进水管、出水管，其特征在于：

(1)冷却辊(1)和出水管(3)组装成一体，装配在由电机驱动的轴承座(6)上；

(2)进水管(2)与导流槽或导流管(4)组装成一体，装配在固定不动支座(5)上；

(3)导流槽或导流管(4)，装配在冷却辊(1)内空的腔体内的进水管(2)上，相对于进水管(2)轴线呈辐射状分布；

(4)相对于其它区域，导流槽或导流管(4)更密布于冷凝区A和冷却区B；

(5)导流槽或导流管(4)与冷却辊腔体内待冷却的内壁成α角，且0°＜α≤90℃；

(6)出水槽(9)与出水管(3)和出水口(7)相接。

2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于冷却辊(1)为内空的圆柱形腔体。

3．根据权利要求1所述的装置，其特征在于在冷却辊(1)的内空腔体内，在垂直进水管(2)轴线的横截面上装有多条(m条)呈径向辐射状的导流槽或导流管(4)；沿冷却辊(1)的轴线方向装配了多排(n排)导流槽或导流管(4)。

4．根据权利要求3所述的装置，其特征在于m≥1,n≥1，且都为整数。

5．根据权利要求3和4所述的装置，其特征在于m、n取决于导流槽或导流管(4)、喷嘴(8)的形状和大小，以及冷凝区A和冷却区B的面积。

6．根据权利要求1所述的装置，其特征在于出水管(3)即为冷却辊(1)的转动轴。

7．根据权利要求1所述的装置，其特征在于出水槽(9)固定不动，与出水管(3)为动密封连接。

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