CN104550794A - 连铸机中使用的水冷结晶辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连铸机中使用的水冷结晶辊，其包括：中空柱形辊套；辊轴，该辊轴插在辊套内，并且在该辊轴和辊套之间形成有缝隙；喷射套筒，该喷射套筒形成有遍布筒壁的多个喷水孔，并且该喷射套筒插在辊套和辊轴之间的缝隙中，并将该缝隙分为高压水腔和低压水腔；进水通道，该进水通道形成在辊轴内，并与高压水腔连通；出水通道，该出水通道形成在辊轴内，并与低压水腔连通，其中，当水冷结晶辊工作时，高压水通过进水通道进入高压水腔，并通过喷射套筒上的喷水孔喷入低压水腔并喷向辊套的内壁，从辊套内壁返回的低压水经过与低压水腔连通的出水通道排出。该水冷结晶辊能够提高换热效率，从而可以提高制备出的材料的质量。

Description

连铸机中使用的水冷结晶辊
技术领域
本发明涉及钢铁铸造领域，更具体的，涉及一种连铸机中使用的水冷结晶辊。
背景技术
在钢铁厂生产各类钢铁产品的过程中，将钢水凝固成型的方法有两种：传统的模铸法和连续铸钢法(简称连铸法)。与传统的模铸法相比，利用连铸机将液态钢水直接铸造成成型钢铁产品的连铸法将连续铸造、轧制、甚至热处理结合为一体，具有大幅提高金属收得率和铸坯质量、以及节约能源等显著优势。
连铸机是将高温钢水连续不断地浇注成具有一定断面形状和一定尺寸规格的铸坯的设备。连铸机有多种形式，常见的有辊式连铸机、带式连铸机和辊带式连铸机。图1和图2示出了两种典型的辊式连铸机。
图1是剖视图，示出了现有技术中的双辊薄带连铸机的示意结构。如图1所示，典型的双辊薄带连铸机包括两个水冷结晶辊1，该两个水冷结晶辊1相隔一定的间隙，并且按照相对的方向旋转，其两侧有耐火材料制作的侧封板，从而形成了熔池11。钢水从中间包水口12流入熔池11，熔池11中的钢水经水冷结晶辊1冷却并通过水冷结晶辊1之间的间隙后形成铸坯或薄带13。
图2是剖视图，示出了现有技术中的非晶甩带连铸机的示意结构。如图2所示，典型的非晶甩带连铸机包括一个水冷结晶辊2，钢水21从水口喷出后，喷射到高速旋转的水冷结晶辊2上快速冷却，最后形成薄带22。非晶甩带过程中钢水21的冷却速度非常快，因而能够得到材料性能非常好的非晶态薄带22。
如上所述，在薄带连铸和非晶甩带工艺使用的连铸机中都具有水冷结晶辊，现有技术中的水冷结晶辊根据水冷结构可以分为直通式水冷结晶辊、螺旋槽式水冷结晶辊、以及缝隙平流式水冷结晶辊三种。
图3a为局部纵向剖视图，图3b为横向剖视图，分别从不同角度示出了直通式水冷结晶辊的结构。如图3a和图3b所示，直通式水冷结晶辊包括辊轴31和辊套32，其中，在辊套32中设有多个直通的冷却水通道33。冷却水从冷却水通道33的一端进入，从另一端流出(如图中的箭头所示)，从而对辊套32进行冷却。
图4为局部纵向剖视图，示出了螺旋槽式水冷结晶辊的结构。如图4所示，螺旋槽式水冷结晶辊包括辊轴41和辊套42，其中，在辊套42中设有多头螺旋槽冷却水通道43。冷却水从多头螺旋槽冷却水通道43的一端进入，从另一端流出(如图中的箭头所示)，从而对辊套42进行冷却。与直通式冷却水通道33相比，螺旋槽冷却水通道43大大增加了冷却水的流动距离，从而提高了冷却效果。
图5a为纵向剖视图，图5b为横向剖视图，分别从不同角度示出了缝隙平流式水冷结晶辊的结构。如图5a和图5b所示，缝隙平流式水冷结晶辊包括辊轴51和辊套52，其中，在辊轴51和辊套52之间设有平流缝隙53。冷却水从平流缝隙的进水口54进入，从出水口55流出，从而对辊套52进行冷却。
缝隙平流式水冷结晶辊通过在辊轴51和辊套52之间设置平流缝隙53来提供冷却水通道，因而结构简单，冷却面积较大。但在实践中发现，该水冷结晶辊的换热系数不高，冷却效果也较差，从而会直接影响制备出的材料的质量。一种可能的原因是：平流缝隙53中的冷却水流经温度很高的辊套52内表面时，在冷却水与辊套52内表面之间会形成形成一层汽膜。由于汽膜与钢板之间的换热系数远小于水与钢板之间的换热系数，所以汽膜的存在影响了换热效率，从而降低了冷却速度，影响了冷却效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸机中使用的水冷却结晶辊，该水冷结晶辊能够通过打破冷却水与辊套内壁之间的汽膜来提高其换热系数，从而提高其冷却效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种连铸机中使用的水冷结晶辊，其包括：辊套，该辊套呈中空柱形；辊轴，该辊轴插在所述辊套内，并且在该辊轴和所述辊套之间形成有缝隙；喷射套筒，该喷射套筒形成有遍布筒壁的多个喷水孔，并且该喷射套筒插在所述辊套和所述辊轴之间的缝隙中，并将该缝隙分为高压水腔和低压水腔；进水通道，该进水通道形成在所述辊轴内，并与所述高压水腔连通；出水通道，该出水通道形成在所述辊轴内，并与所述低压水腔连通，其中，当所述水冷结晶辊工作时，高压水通过所述进水通道进入所述高压水腔，并通过所述喷射套筒上的喷水孔喷入所述低压水腔并喷向所述辊套的内壁，从所述辊套内壁返回的低压水经过与所述低压水腔连通的出水通道排出。
优选地，所述连铸机中使用的水冷结晶辊还可以包括压紧膨胀套，该压紧膨胀套设置在所述辊套的端部，用于对所述辊套和所述辊轴之间的缝隙进行密封。
优选地，所述进水通道可以包括：沿所述辊轴的中心线延伸的进水干道以及从该进水干道分出的多个进水支道，其中，所述多个进水支道与所述高压水腔连通。高压水从进水干道流入多个进水支道，然后分别从多个进水支道进入高压水腔，高压水腔中的高压水从喷射套筒上的喷水孔喷出后形成高压水射流，高压水射流射向辊套的内壁，从而可以打破辊套内壁上的汽膜，使得更多的冷却水直接与辊套内壁接触，提高冷却效率。
进一步优选地，所述多个进水支道可以从所述进水干道的末端分出，并且垂直于所述进水干道延伸，所述多个进水支道的中心线所在的平面与所述喷射套筒的两个端面的距离相同，使得高压水能够更加均匀地从喷射套筒上的喷水孔中射出。
优选地，构成高压水腔腔壁的辊轴表面可以形成为旋转曲面，该旋转曲面的母线呈V字形。构成高压水腔腔壁的辊轴表面形成中间细、两边粗的旋转曲面后，可以使从进水支道进入高压水腔的高压水在到达喷射套筒上的各处时压力均匀。进一步优选地，所述V字形母线所形成的折角可以在150°至175°的范围内。
优选地，所述出水通道可以包括：与所述低压水腔连通的多个出水支道以及由该多个出水支道汇入的一个或多个出水干道，其中，所述出水干道平行于所述辊轴的中心线延伸。经过与辊套换热后的低压水，从出水支道中流出，并汇入出水干道，然后排出，以便回收后重复利用。
优选地，所述高压水的压强可以在0.2MPa至10MPa的范围内。
根据上面的描述以及实践可知，本发明所述的水冷结晶辊通过在辊套和辊轴之间的缝隙中设置喷射套筒，使高压水形成细密的高压水射流射向辊套的内壁，从而可以打破辊套内壁上的汽膜，使得更多的冷却水直接与辊套内壁接触，从而提高冷却水与辊套之间的换热系数，进而提高整个水冷结晶辊的冷却效率。事实上，本发明所述的水冷结晶辊的冷却速度可以提高2～5倍，从而可以使制备出的材料的组织更加均匀，强度和韧性得到提高。将本发明所述的水冷结晶辊用在非晶甩带连铸机上时，可以生产出更厚的带材。另外，通过设计高压水进水通道位置以及辊轴表面的形状，可以使从喷射套筒喷射出的高压水射流压力均匀、射速一致，从而使辊套可以均匀冷却。
附图说明
图1是剖视图，示出了现有技术中的双辊薄带连铸机的示意结构；
图2是剖视图，示出了现有技术中的非晶甩带连铸机的示意结构；
图3a和图3b分别为局部纵向剖视图和横向剖视图，从不同角度示出了直通式水冷结晶辊的结构；
图4为局部纵向剖视图，示出了螺旋槽式水冷结晶辊的结构；
图5a和图5b分别为纵向剖视图和横向剖视图，从不同角度示出了缝隙平流式水冷结晶辊的结构；
图6为侧视图，示出了本发明一实施例所述的水冷结晶辊的结构；
图7为局部放大图，示出了图6中A部分的纵向剖面结构；
图8为横向剖视图，示出了图6中沿B-B线的截面；
图9为横向剖视图，示出了图6中沿C-C线的截面；
图10a和图10b分别为纵向剖视图和横向剖视图，从不同角度示出了本发明一实施例所述的水冷结晶辊中的喷射套筒的结构。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的连铸机中使用的水冷结晶辊的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
图6为侧视图，示出了本发明一实施例所述的水冷结晶辊的结构，在图6中，通过水冷结晶辊外形上的裂口可以看到其内部的结构，图7为局部放大图，示出了图6中A部分的纵向剖面结构。图8为横向剖视图，示出了图6中沿B-B线的截面，图9为横向剖视图，示出了图6中沿C-C线的截面。
参看图6至图9，本发明的一实施例所述的水冷结晶辊包括辊套100、辊轴200、喷射套筒300、进水通道400、出水通道500。
辊套100呈中空柱形，可以采用例如铍铜等材料来制造，但本发明不限于此。
辊轴200插在辊套100内，并且在辊轴200和辊套100之间形成有缝隙600，具体说，辊轴200的插入辊套100中的部分与辊套100之间形成有缝隙600。在辊套100的端部可以设置有压紧膨胀套700，用于对辊套100和辊轴200之间的缝隙600进行密封。例如，压紧膨胀套700可以通过密封圈701与辊套100内壁紧密结合，再通过螺栓702固定在辊轴200上。
喷射套筒300插在辊套100和辊轴200之间的缝隙600中。图10a为纵向剖视图，图10b为横向剖视图，从不同角度示出了本发明一实施例所述的水冷结晶辊中的喷射套筒300的结构。参看图10a和图10b，喷射套筒300形成有遍布其筒壁的多个喷水孔301。另外，参看图6至图8，喷射套筒300将缝隙600分为高压水腔601和低压水腔602。
进水通道400形成在辊轴200内，并与高压水腔601连通。更为具体地，进水通道400可以包括沿辊轴200的中心线延伸的进水干道401以及从该进水干道401分出的多个进水支道402，其中，该多个进水支道402与高压水腔601连通。在一个实施例中，如图6和图8所示，多个进水支道402可以从进水干道401的末端分出，并且垂直于进水干道401延伸，多个进水支道402的中心线所在的平面可以与喷射套筒300的两个端面的距离相同。
出水通道500形成在辊轴200内，并与低压水腔602连通。更为具体地，如图6所示，出水通道500可以包括与低压水腔602连通的多个出水支道501以及由该多个出水支道501汇入的一个或多个出水干道502，其中，出水干道502平行于辊轴200的中心线延伸。图9示出了进水干道401和出水干道502在辊轴200中的位置配置的例子。
当所述水冷结晶辊工作时，如图6至图8所示，高压水通过进水通道400(即依次经过进水干道401和进水支道402)进入高压水腔601，并通过喷射套筒300上的喷水孔301喷入低压水腔602并喷向辊套100的内壁，如图7、图8中的箭头所示。从辊套100内壁返回的、与辊套100换热后的低压水则经过与低压水腔602连通的出水通道500(即依次经过出水支道501和出水干道502)排出，进入循环水箱(未示出)，循环水箱中的水经过高压泵加压后，再从进水通道400进入高压水腔601，如此往复循环。
这样，通过在辊套100和辊轴200之间的缝隙600中设置喷射套筒300，可以使高压水腔601中的高压水形成细密的高压水射流射向辊套100的内壁，从而可以打破辊套100内壁上的汽膜，使得更多的冷却水直接与辊套100内壁接触，从而提高冷却水与辊套100之间的换热系数，进而提高整个水冷结晶辊的冷却效率。事实上，本发明所述的水冷结晶辊的冷却速度可以提高2～5倍，从而可以使制备出的材料的组织更加均匀，强度和韧性得到提高。
在图6-图8所示的实施例中，为了使从进水支道402进入高压水腔601的高压水在到达喷射套筒300的各处时压力均匀，可以使构成高压水腔601腔壁的辊轴200表面形成为旋转曲面，该旋转曲面的母线呈V字形，即构成高压水腔601腔壁的辊轴200表面可以形成中间细、两边粗的旋转曲面。进一步，如图7所示，所述V字形母线所形成的折角θ可以在150°至175°的范围内。这样，通过设计高压水进水通道位置以及辊轴表面的形状，可以使从喷射套筒300喷射出的高压水射流压力均匀、射速一致，从而使辊套100可以均匀冷却。
在本发明的实施例中，高压水的压强可以在0.2MPa至10MPa的范围内。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明所述的连铸机中使用的水冷结晶辊。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的连铸机中使用的水冷结晶辊，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (8)

1.一种连铸机中使用的水冷结晶辊，包括：
辊套，该辊套呈中空柱形；
辊轴，该辊轴插在所述辊套内，并且在该辊轴和所述辊套之间形成有缝隙；
喷射套筒，该喷射套筒形成有遍布筒壁的多个喷水孔，并且该喷射套筒插在所述辊套和所述辊轴之间的缝隙中，并将该缝隙分为高压水腔和低压水腔；
进水通道，该进水通道形成在所述辊轴内，并与所述高压水腔连通；
出水通道，该出水通道形成在所述辊轴内，并与所述低压水腔连通，
其中，当所述水冷结晶辊工作时，高压水通过所述进水通道进入所述高压水腔，并通过所述喷射套筒上的喷水孔喷入所述低压水腔并喷向所述辊套的内壁，从所述辊套内壁返回的低压水经过与所述低压水腔连通的出水通道排出。
2.如权利要求1所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，还包括压紧膨胀套，该压紧膨胀套设置在所述辊套的端部，用于对所述辊套和所述辊轴之间的缝隙进行密封。
3.如权利要求1所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，所述进水通道包括：沿所述辊轴的中心线延伸的进水干道以及从该进水干道分出的多个进水支道，其中，所述多个进水支道与所述高压水腔连通。
4.如权利要求3所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，所述多个进水支道从所述进水干道的末端分出，并且垂直于所述进水干道延伸，所述多个进水支道的中心线所在的平面与所述喷射套筒的两个端面的距离相同。
5.如权利要求4所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，构成高压水腔腔壁的辊轴表面形成为旋转曲面，该旋转曲面的母线呈V字形。
6.如权利要求5所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，所述V字形母线所形成的折角在150°至175°的范围内。
7.如权利要求1所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，所述出水通道包括：与所述低压水腔连通的多个出水支道以及由该多个出水支道汇入的一个或多个出水干道，其中，所述出水干道平行于所述辊轴的中心线延伸。
8.如权利要求1所述的连铸机中使用的水冷结晶辊，其中，所述高压水的压强在0.2MPa至10MPa的范围内。
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