CN1050787C - 在一个铸辊上或在两个铸辊之间进行连续铸造的设备的铸辊 - Google Patents

Abstract

一种连铸辊，用于在一个这种辊子上或在两个这种辊子之间的金属的连续铸造设备，该辊子包括：互相同轴安装的芯子和套筒；连接套筒和芯子的连接装置，包含轴向连接装置和转动连接装置；以及在芯子上支承套筒并使其对中的装置。该轴向连接装置具有使套筒抵靠在芯子上的抵接装置，位于一个在辊子的大致轴向中部位置的平面P上；而该对中装置包含用于只对套筒边缘进行相对于芯子的圆锥弹性对中的装置。本发明特别适用于在两个辊子之间连续铸造薄金属带，尤其是钢带的铸辊。

Description

在一个铸辊上或在两个铸辊之间进行连续铸造的设备的铸辊

本发明涉及金属、尤其是钢在一个辊子上或在两个辊子之间的连续铸造；本发明更特别涉及根据上述技术的连铸设备的一种辊子构形。

众所周知，在通过金属、特别是钢的铸造直接获得诸如只有几毫米厚的薄带的厚度减小的金属产品方面，已经发展出一种特殊的铸造技术，该种技术一般称做辊间连续铸造。这种技术在于，将熔化的金属倒入在两个冷却的辊子和两个侧密封板之间形成的空间内，该两个辊子带有平行的轴线，该两个侧密封板通常是置靠在辊子端部的前表面上。金属在与辊壁接触时进行凝固，使辊子沿相反方向旋转，将金属带在至少是局部凝固的条件下拉出，其厚度大体上与两辊之间的距离相等。使用这种技术，可以直接从熔化的金属得到薄金属带、特别是钢带。

这种厚度减薄的带其后可以被直接送入冷轧的轧制处理工序。

人们还知道另一种铸造技术，这种技术试图得到更薄的产品。根据这种技术，浇注在旋转的单辊表面上的液体金属当与辊子接触时完全凝固，从而形成连续的金属带。

这种铸造技术使用的辊子一般从内部进行冷却，它们包括：互相同轴安装的一个芯子和一个套筒，使套筒在芯轴上轴向连接和转动连接的装置，以及在芯子上支承套筒并使套筒对中的装置。

这种辊子在例如法国专利文件FR-A-2654372中有说明。该文件公开一种辊子，它包括一个芯子，该芯子支承一个例如铜合金那样的具有良好的导热性的材料的套筒。套筒包括冷却流体用的循环通道，并利用“T”形或燕尾形的机械连接装置在轴向的中部区域保持在芯子上。这种连接装置使套筒在芯子上轴向定位，并将旋转运动从芯子传递给套筒。这种装配方法也企图防止套筒由于热膨胀的原因而径向脱开芯轴。为避免这种膨胀在套筒边缘的作用，这些套筒也由环状端板保持住，这些环形端板设计成使得套筒边缘的径向位移可被防止，而套筒边缘沿轴向的位移则得以进行。

但是，在认识到了为确保套筒安装到芯子上而要使得套筒体积过于庞大时，这种设计就此止步。更加由于在装配该套系统和使其保持在芯子上时必须进行高精度的机加工，这就使套筒成本很高。此外，采用“T”形或燕尾连接装置的装配系统使得套筒的中部必须很厚而其靠近边缘处则很薄；这些横截面的显著变化必然使套筒在其膨胀时发生不规则变形。

辊子的其它实现方法也已被提出。例如，日本专利文件JP-A-04，224054示出一利由一个套筒和两个半芯构成的辊子。套筒的孔为双圆锥形，半芯具有与套筒孔的锥度互补的锥度，套筒由半芯在基本上其整个宽度上支承。芯子由弹性连接装置互相连接在一起该连接装置沿辊子的轴向作用，以便即使在套筒径向膨胀的情况下也使套筒与芯子保持接触。这种实现方法的目的是避免在套筒的周期性热变形影响下套筒与芯子之间脱离接触。在这种结构中，芯子对套筒的驱动是由圆锥表面范围的摩擦力来实现，并且也不排除这种情况，即在沿圆周变化的径向和轴向膨胀作用下，可以出现接触中断，从而出现传动不良的危险，如果套筒受热弯曲，这个问题将变得非常严重。

此外，在上述方案中，在辊子的轴线方向上保持套筒的位置是以半芯的对称位移为条件的。如果这些位移不完全对称，就会导致套筒相对于初始位置的轴向位移。这种位移不利于在套筒边缘和连铸空间的侧密封板之间所需要的密封性，由于这些密封板与套筒边缘的前表面接触，它们应在辊子的端部保证连铸空间的密封性。

确实很容易理解，在用于在两个辊子之间进行连铸的设备中，如果两个辊子套筒的轴向位移不相同，则不可能在密封板和套筒边缘之间保持所需要的接触。

一般地说，已经了解到，主要是在热膨胀的作用下，辊子的套筒有变形的趋势，并且，如果没有以最佳方式保证使套筒固紧在辊子上，它就会在套筒转动时，主要在连铸过程中金属产品施加的压力的影响下发生扰动；所述转动不再以完全规则的、周期性的方式发生，而是引起一种“假转”(“false roond”)现象。这些扰动通过在其表面上产生有几何或冶金学的缺陷，可以对铸造产品的质量造成严重损害。

另一方面，如果套筒的支承和对中不通过相同的构件来实现，那么不管套筒的膨胀程度可能怎样，以相对于转动轴线完全同心的方式在冷状下进行时对套筒轮廓的加工，在热状态时，由于支承物的变化，结果是不同心的。

本发明的目的是解决上述问题，更具体地说是提供一种制造铸辊、特别是其套筒的经济的方法，该套筒是易磨损件，因此应是易于更换的，并且由于节省材料和机加工而能以最低的可能价格来获得。

本发明的另一个目的是在铸造期间，不管当辊子是冷的还是热的，都要确保对套筒连续恒定的支承，更具体地说是要：

一确保套筒在芯子上有好的轴向和径向对中，

一保证相对于与辊子轴线垂直的辊子中央平面有最大可能对称性，

一尽管套筒可能变形，仍然保证芯子对套筒的恒定的驱动以及恒定的扭矩传递，

一即使当由于膨胀而变形时，也能限制套筒和芯子上的应力，

一当套筒热鼓肚时，保证保持住其边缘，

一不管套筒是冷还是热，都要确保旋转轴线和套筒外廓的对中性。

根据上述目的，本发明涉及一种铸辊，用于在一个这种辊子上或在两个这种辊子之间的金属的连续铸造设备，每个辊子包括：互相同轴安装的一个芯子和一个套筒；用于连接套筒和芯子的连接装置，该装置包含轴向连接装置和转动连接装置；以及用于在芯子上支承套筒并使其径向对中的装置。其特征在于，轴向连接装置具有使套筒抵靠在芯子上的轴向抵接装置，该轴向抵接装置位于一个在辊子的大致轴向中部位置的平面P上；而该对中装置包含用于只对套筒边缘进行相对于芯子圆锥弹性对中的装置。圆锥形对中装置包括两个在芯子上定心并在其上滑动的法兰，每个法兰包括；一个截头圆锥部，该截头圆锥部与设置在套筒的相应边缘上具有一般截头圆锥形状的孔相配合。

根据本发明，不管套筒的膨胀状态可能会怎样，套筒相对于芯子的轴向和径向对中均由相同构件来保证。实际上，由于轴向抵接装置位于辊子的中央平面上，所以套筒在轴向上的膨胀变形将它们本身等量地分配在该平面的两侧，这保证使套筒精确牢固地定位，并且因而保证使铸造表面相对于所述中央平面有最佳的对称。

此外，与套筒轴向位置无关，圆锥形对中装置保证套筒边缘的径向对中，并从而保证套筒整体的径向对中。很容易理解，通过使轴向对中装置同径向对中装置分离，本发明提供套筒相对于连铸设备整体的最大可能的定位，而不管膨胀状态或套筒鼓肚可能会怎样。

另一方面，由于套筒在其中间区域不是刚性固定在芯子上，因此，特别为这种安装所需要的额外的厚度和额外的加工就不再必要。这样，套筒的截面在其全部宽度上更加平滑，从而减少了在套筒膨胀过程中在其表面产生不规则变形的危险。

根据本发明的特殊结构，圆锥形对中装置包括两个在芯子上定心并以最小合理间隙在其上滑动的法兰，这种滑动是在例如流动树脂或带油膜类轴承的帮助下产生的。以及用于将两个法兰互相拉在一起的弹性装置。

最好是，这些将法兰拉在一起的装置包括上述两个法兰的弹性连接装置，与芯子和套筒无关。这样，由这些法兰施加在套筒边缘上的力是相等的，从而保证加在套筒上的作用力完全对称。

根据本发明试图保证使套筒在芯子上转动连接的一种具体结构，辊子包括一个压力装置，以在抵接装置上施加一个轴向负载，从而在抵接装置的范围内套筒与芯子之间的摩擦力足以至少部分地保证芯子对套筒的转动驱动。

根据本发明的另一种结构，该结构可以取代或者并入所述压力装置中使用，其中，法兰与芯子转动连接，并且，由于种转动连接和套筒边缘与所述法兰的这种摩擦连接，法兰至少部分地将转动力矩从芯子传递给套筒。

最好是，套筒或者法兰的圆锥形接触表面二者中的至少一个圆锥形接触表面，在冷态时，在套筒前端部范围设有一个脱开表面。这个脱开表面是这样形成的，以便在其范围内所述圆锥形表面当在冷态时互相间隔开，而在热态下，当套筒受到热鼓肚的作用时，所述圆锥形表面又互相靠近。

在套筒产生热鼓肚变形时，这种结构能使所述圆锥形表面保持稳定的接触面积，甚或增加其接触面积。实际上，如果在冷态下套筒和法兰的圆锥形表面锥度完全相同，并且有笔直的母线，那么在套筒发生热鼓肚时，就会出现变形，该变形基本上集中在套筒边缘，并倾向于使所述边缘围绕其自身为枢轴旋转，而使套筒圆锥形表面的锥度减小，其结果是在套筒和法兰之间的圆锥面接触要被局限于仅在套筒前端范围内作环形线接触。这种接触面的减少不利于套筒良好的轴向对中以及良好的转动驱动。

本发明所预见的脱开表面，通过当出现鼓肚变形时使接触区向套筒边缘的端部移动，但又不致使离铸辊中央平面较近的圆锥形表面的接触区的圆锥形表面产生分离，可以避免使接触区域减少，或者至少可使这种分离保持在最低限度。

从下文中只做为在辊子之间生产薄钢制品的连铸设备的铸辊的一种实例给出的详细说明中，这种效果将易于被理解，而本发明的其它特点和优点将变得更加明确。

下面参见附图：

图1是一个沿铸辊的径向平面的半剖视图；

图2是图1中所标记的细部A的放大图；

图3是沿图2中的剖切线III-III所做的局部剖视图；

图4是一个表明当套筒、法兰和芯子处于冷态时，它们的相对位置的简化的剖视图，

图5是一个与图4类似，但处于热态，套筒出现热鼓肚时的图。

图1所示的铸辊包括：

一个轴1，与一个用于旋转运动的驱动机构(未示出)连接；

一个芯子2，使用诸如箍紧和/或键连接方式与轴1刚性地连接，并当安装在轴上后，与该轴同轴机加工；

一个套筒3，由诸如铜或铜合金那样具有良好的导热性的材料制成，在芯子2上同轴地定位，并构成一个可拆卸和可更换的辊子构件；

将套筒3轴向地连接到芯子2上的装置，包括轴向抵接装置4；

将套筒3在芯子2上支承和对中的装置，主要包括放置在芯子2和套筒边缘之间的法兰5、6；以及

为使套筒在芯子上转动连接的连接装置。在本文的后面就会看到，这些装置一方面是由法兰5、6和它们的装配零件组成，而另一方面是由轴向抵接装置4和在该抵接装置上的压力装置组成。

套筒3在其靠近外表面31的内部具有冷却通道32，这些通道的端部与馈送通道7、8相连，并返回至总冷却回路(未示)，以使冷却流体循环。在例如法国专利文件FR-A-2654372中对此种回路有所说明。

芯子2包括一个中间部21，其直径大于芯子的轴向端部22、23的直径。芯子2的中间部21包括一个肩部24，该肩部位于一个平面P上，该平面P基本上落在辊子的中部，并与辊子的轴线11垂直。

套筒3在其内部包括一个相应的突出部33，该突出部也位于平面P上。

按照轴线11的方向所进行的套筒3在芯子2上的对中，是由套筒内部的突起部33支承在芯子的肩部24上来保证的。这就精确地限定了套筒相对于芯子的位置，从而也精确限定了套筒相对于连铸设备整体的位置。这样就可保证并保持套筒相对于辊子中央平面P的位置对称性，即使在铸造过程中套筒沿轴向膨胀时也是这样。由该膨胀引起的套筒边缘的位移相对于中央平面对称地出现。

套筒在芯子上的径向对中由仅仅作用在套筒边缘的圆锥形弹性对中系统9来保证。

这个对中系统由两个法兰5和6构成，该两个法兰在芯子的端部22、23上定心，并且几乎不存在间隙地在所述端部上滑动，每个法兰具有一个截头圆锥部51、61，该截头圆锥部与孔34、35相配合，孔34、35也具有相同锥度的截头圆锥形状，并且是在套筒的边缘上向内加工成形的。

由弹性拉紧装置在辊子轴向上的作用将法兰5、6相向地拉紧，由于法兰的截头圆锥部51、61紧靠在套筒的截头圆锥孔34、35上，从而保证了套筒的对中和对套筒边缘的支承。应该注意，在套筒和法兰之间的圆锥面接触只限于在套筒的边缘。这样，套筒与芯子的径向对中就由套筒的边缘来保证。在下文中要更详细地说明，即使在套筒受热而在热鼓肚膨胀作用下使其中部与芯子脱离时，套筒边缘的上述作用仍能保持这种对中。

法兰的弹性拉紧装置可以是将法兰拉向芯轴的中部21的牵引装置，该装置独立地作用在每个法兰上。

最好是，如图1所示，这些拉紧装置包括在法兰之中将法兰连接起来的弹性连接装置，该种装置是由沿圆周配置的拉杆71的一个系统构成，该接杆通过自由地穿过在芯子的中部21上钻出的孔25而将法兰连接在一起。参照图2，可以看到，拉杆71穿过在法兰5、6上的孔72，并在拉杆的端部带有调整螺母73。

诸如弹性垫图74那样的弹性元件放置在螺母73和法兰5之间，以便施加由一个法兰向另一个法兰作用的张力，而同时也使它们能留有间隔。张力通过螺母73调整，以便向贴靠在套筒的圆锥形孔上的法兰施加一个足以避免转动滑动的力，而另一方面，在热状态下，当由于套筒膨胀而使圆锥孔的尺寸变化时，使法兰能沿轴向进行少量滑动。

使两个法兰互相靠近的拉力也可以由一个螺旋千斤顶系统来提供，这样，在铸造之前甚至铸造过程中可以将其作为铸造条件(要求出的热流量、套筒变形等)的函数加以调整。

法兰5、6由诸如铝青铜或类似的合金那样的具有良好的耐磨性、良好的抗蚀性及较高的机械强度特性的材料制成。

确定圆锥部的锥度，以便保证法兰和套筒之间相对位移的可逆性，这就是说，一方面，当套筒径向膨胀时，法兰应能互相靠近，而另一方面，套筒边缘的径向收缩应能通过弹性垫圈74的收缩将法兰推回。

这样，就将锥度确定为套筒和法兰之间的摩擦特性以及法兰所受力的函数，以便将膨胀和收缩之间的滞后作用减到最小；这就是说，在温度条件已给定的状态下辊子复位时，法兰的位置尽可能精确地处于先前同样状态下它们所处的位置上，而不管与此同时是否有一位移发生。

因此很容易理解，锥度应大到足以避免使法兰堵塞在套筒中，而同时又应足够小，以防止在连铸时由产品施加的压力所产生的力使法兰分离。

法兰5、6在芯子2的轴向端部22、23的对中通过在法兰和芯子之间灌注流动树脂(gliding)26来实现，或者通过其它诸如轴承或者油封等装置来实现，以便将芯子和法兰之间的间隙减小到最大限度，例如在直径上的间隙大小约为0.05mm，而同时，还要保持法兰在芯子上的良好的轴向滑动条件，以避免阻塞和导致干扰法兰的移动。

为了保证在芯子和法兰之间的转动驱动扭矩的传递，可以使用例如楔块那样的转动耦合系统。但最好是用连接器将法兰连接在芯子上，该连接器由标号27标示，其型号例如是“Flexacier”，以确立扭矩传递的连续性，同时允许沿轴向自由滑动。

这样，芯子与法兰之间的这种连接器系统和法兰与套筒之间的摩擦就能保证扭矩从芯子向套筒的传递。

借助于上文所列装置的扭矩传递，最好是由芯子的肩部24和孔的突起部33范围内的摩擦传动来完成。

为了达到这个目的，辊子包括压力装置，以将套筒的突起部33压靠在芯子的肩部24上。这些装置具有一个固定在芯子2上的弹性法兰28，通过一个或数个作为媒介的支撑物81靠在套筒上。该支撑物可以是一个连续环，放置在套筒3和芯子2的中间部21之间。

最好是，如图3所示，可将支撑物81分割，并以这种方法形成多个瓦片形的独立压块82，这些压块装在放置在套筒和芯子之间的界面上的预见到的纵向槽内。用这种方法，至少在冷状态下可以使套筒和芯子之间保持接触，这就造成套筒的附加对中。

将这些压块压靠在套筒的第2突起36上，该第2突起设置在突起33附近，并与突起33相反，这些结构便于使套筒在其整个宽度上采取连续、规则的截面形式。这样，通过使这些构件相对于中央平面P对称布置，能使变形减到最小。

如前所述，套筒的支撑和径向对中主要是是由法兰5、6获得的。为了即使在套筒鼓肚变形时也能使套筒恒定支承在法兰的截头圆锥部51、61上，在套筒圆锥孔的外边缘处预设有一个脱开表面37，其方式是应该使得套筒在法兰的区域38处与法兰保持支承接触，该区域置于靠近辊子中央的地方，在该处由鼓肚和圆度变形所引起的变形很小(小于0.1mm)。此外，还应该在套筒边缘由于热鼓肚的作用，或者由于铸造产品施加的压力而经受一个要使它与辊子轴线靠得更近的约束力时，使该套筒的脱开表面部分在法兰上的支承面逐渐扩大，以增加圆锥支承面的长度。

现在将参照图4和图5说明在辊子动作过程中套筒的情况。

图4示意性地表明冷状态时的套筒形状和位置。套筒由法兰5、6支承，并且相对于它们对中。

在连铸过程中，套筒被加热并(沿箭头F1的方向)膨胀，从而产生热鼓肚(见图5)。套筒中央部分径向地离开芯子，但在套筒的突起部33和芯子的肩部24之间的轴向对接接触部分保持竖直。套筒的支承和对中总是通过法兰得到保证。

由于当温度升高时，套筒的边缘倾向于绕其自身为枢轴转动(见图5中箭头F2)，而且，当它们作这样的动作时，它们逐渐使套筒的脱开部分靠在法兰的圆锥部分上。这不会在圆锥部的区域38上造成不接触，而一个用于计算套筒热变形的模式已经确定了精确的脱开轮廓。

当套筒产生上述的不同变形时，法兰沿箭头F3的方向产生位移，从而使它们本身持久地适应套筒的尺寸变化。

本发明并不局限于上文中作为一个实例而说明的构造。

更具体地说，套筒的上述脱开部分不局限于位于套筒圆锥孔的外边缘外，可以通过将上述脱开部分制成例如具有非常大半径的复曲面跨度的形式，使其在圆锥形部的更大长度上延伸。因此，套筒圆锥孔的母线在其全长上不是一条直线，而是一条具有大半径的曲线。由于热鼓肚而引至的套筒变形过程中，上述曲线通过其在法兰圆锥部上滚动而扩展，并且由于倾向于变成直线，使圆锥面接触的长度增加。

本发明也可适用于用于在单辊上连续铸造薄金属产品的铸辊。

Claims (10)

1.一种连铸辊，用于在一个这种辊子上或在两个这种辊子之间的金属的连续铸造设备，该辊子包括：互相同轴安装的一个芯子(2)和一个套筒(3)；用于连接套筒和芯子的连接装置，该装置包含轴向连接装置和转动连接装置；以及用于在芯子上支承套筒并使其对中的装置；其特征在于，该轴向连接装置具有使套筒抵靠在芯子上的轴向抵接装置(4)，该轴向抵接装置位于一个在辊子的大致轴向中部位置的平面(P)上；而该对中装置包含用于只对套筒边缘进行相对于芯子的圆锥弹性对中的装置(34、51、35、61)，圆锥对中装置包括：两个在芯子(2)上定心并在其上滑动的法兰(5、6)，每个法兰包括一个截头圆锥部(51、61)，该截头圆锥部与设置在套筒(3)的相应边缘上具有一般截头圆锥形状的孔(34、35)相配合。

2.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，圆锥对中装置还包括用于将两个法兰互相拉在一起的弹性装置(71、73、74)。

3.根据权利要求2所述的辊子，其特征在于，将法兰拉在一起的装置包括用于所述两个法兰的弹性连接装置(71、73、74)，与芯子和套筒无关。

4.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，它包括在抵接装置(4)上施加一个轴向负载的压力装置(28、81)。

5.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，抵接装置(4)包括芯子的肩部(24)以及套筒突起部(33)，该两部分互相贴靠。

6.根据权利要求4所述的辊子，其特征在于，压力装置包括一个弹性法兰(28)和一个支撑物(81)，该支撑物置于套筒(3)和芯子(2)之间，被所述法兰(28)压靠在与突起部(33)相反的突起部(36)上。

7.根据权利要求6所述的辊子，其特征在于，支撑物(81)分割成多个单独的压块(82)，装在套筒和芯子之间设置的纵向槽内。

8.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，法兰(5、6)在转动时与芯子(2)转动连接。

9.根据权利要求1所述的辊子，其特征在于，套筒(3)和法兰(5、6)互相接触的圆锥形表面(34、51)中的至少一个圆锥形表面，当处于冷状态时，在套筒的前端范围呈现一个脱开表面(37)，该脱开表面使所述圆锥形表面在所述脱开表面(37)范围内彼此间隔开。

10.根据权利要求3所述的辊子，其特征在于，法兰(5、6)的弹性连接装置包括拉杆(71)和弹性元件(74)。

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