CN110586890A - 一种具有振动底座的连铸支撑辊 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有振动底座的连铸支撑辊，它包括与铸坯(9)接触的支撑辊辊体(1)、贯穿支撑辊辊体(1)的支撑轴(2)、轴承座(3)和基体框架(8)，其中：所述支撑辊进一步包括振动底座，所述振动底座包括振动源体(5)和固接在基体框架(8)上的振动弹性体(6)；所述振动源体(5)设置在轴承座(3)与振动弹性体(6)之间，和/或支撑辊辊体(1)与基体框架(8)之间；所述振动源体(5)由流体动力源驱动对轴承座(3)和/或支撑辊辊体(1)进行高频、小振幅振动，进而使铸坯(9)的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动。该装置实现连铸坯的晶粒细化，可有效改善铸坯质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属凝固和连续铸造领域，特别是一种具有振动底座的连铸支撑辊。
背景技术
随着世界冶金技术的发展，现代连铸技术不断进步，可浇铸钢种不断扩大，一些高合金、高品质特殊钢已经不断在大型钢铁企业连铸生产流程中得以生产。为了解决上述问题，长期以来冶金科技工作者在该技术方面开发形成了许多专利和技术。目前大规模应用于工业化生产的主要有电磁搅拌技术和凝固末端轻压下或铸轧技术。
电磁搅拌技术如结晶器电磁搅拌是在连铸结晶器的外侧放置电磁感应线圈或搅拌器，当电磁感应线圈或搅拌器通入一定频率的交变电流时，就会产生电磁场，该磁场穿透结晶器铜板和金属凝固壳并在液态金属中产生感生电流，液态金属相当于一载流体，该载流体又受磁场作用，便在载流体中产生电磁力，从而使液态金属产生强迫对流，流动的液态金属将冲刷凝固壳的前沿，并折断和破碎树枝晶，这些折断和破碎树枝晶将成为以后等轴晶生长的核心，从而达到了电磁搅拌器提高铸坯等轴晶率的目的。
电磁搅拌器的应用是提高铸坯内部质量的有效方法。但其在使用中也存在一定的缺点，一是电磁搅拌容易使铸坯产生“白亮带”或负偏析带，影响了铸坯性能的均匀性；二是电磁搅拌器穿透金属坯壳后的能量损失大，而且随着连铸坯坯壳的变厚，电磁场穿透金属壳所损失的能量也越大。因此电磁搅拌器对铸坯凝固末端位置的作用效果不如放置在结晶器位置效果明显。
由此也就开发了凝固末端轻压下技术，它是通过机械变形的方法，将未完全凝固的铸坯心部压实，以改善铸坯的心部偏析。但由于铸坯的凝固末端压下受力很大，往往会造成压下裂纹的发生。
近年来，一些新的有效改善铸坯中心的偏析、疏松和缩孔等缺陷的方法出现。例如本申请的申请人在先递交的发明专利‘一种提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置’(申请号No.200410069058.8，授权公告号CN1256203C)；和‘一种连铸凝固过程中铸坯质量及改善中后期固液两相区流动性的控制装置’CN208116707U，这些文献给出了采用振动的方式给凝固坯壳施加振动力，其目的一方面是要促进坯壳内部凝固前沿树枝晶的折断，增加铸坯的中心等轴晶率；另一方面，是要在凝固的末期改善铸坯中心的偏析、疏松和缩孔等缺陷。但是，上述现有技术都只是提供了技术思路，并没有给出实现上述功能的设备结构方案。
尤其是，在振动支撑辊中以怎样的结构保证其支撑功能前提下，同时实现对凝固坯壳的有效振动成为亟待解决的技术难题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有振动底座的连铸支撑辊，通过底座的振动，能够使铸坯的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动，实现连铸坯的晶粒细化，可有效改善铸坯质量。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种具有振动底座的连铸支撑辊，包括与铸坯9接触的支撑辊辊体1、贯穿支撑辊辊体1的支撑轴2、轴承座3和基体框架8，所述支撑轴2通过轴承4安装在轴承座3上。
所述支撑辊进一步包括振动底座，所述振动底座包括振动源体5和固接在基体框架8上的振动弹性体6；所述振动源体5设置在轴承座3与振动弹性体6之间，和/或支撑辊辊体1与基体框架8之间；所述振动源体5由流体动力源驱动对轴承座3和/或支撑辊辊体1进行高频、小振幅振动，进而使铸坯9的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动。
所述振动源体5包括振动件10和往复振动源箱体11；所述往复振动源箱体11为中空结构，所述振动件10由流体动力源驱动沿往复振动源箱体11内壁做往复运动，所述振动件10中间有滑动气密面，将往复振动源箱体11内部分隔为上下两个气密腔室；振动件10包括一朝向铸坯9的振动头。
所述流体动力源的流体介质为液体或气体；当介质为压缩气体时，具有以下气路结构：所述往复振动源箱体11上分别设有上进气孔12、下进气孔13和出气孔14；其中，上进气孔12与上腔室连通，下进气孔13与下腔室连通；振动件10上分别设有与上腔室连通的上出气通道20和与下腔室连通的下出气通道21，所述上出气通道20和下出气通道21在振动件10的振动过程中与出气孔14间歇配合；上进气孔12和下进气孔13周期性交替进气。
所述出气通道20与上进气孔12和下进气孔13在不同侧。
当所述振动源体5位于支撑辊辊体1与基体框架8之间时，所述振动件10的振动头伸出至往复振动源箱体11的外侧，直接敲击支撑辊辊体1。
所述往复振动源箱体11为封闭结构，往复振动源箱体11与轴承座3和/或支撑辊辊体1接触，所述振动件10的振动头直接敲击往复振动源箱体11的内壁。
所述振动源体5包括旋转振动源箱体16和旋转振动件17；旋转振动源箱体16为中空结构，旋转振动件17设置在旋转振动源箱体16内部，所述旋转振动件17由流体动力源驱动在旋转振动源箱体16的内部进行快速旋转，对轴承座3和/或支撑辊辊体1进行振动。
所述流体动力源的流体介质为液体或气体；当介质为压缩气体时，具有以下气路结构：所述旋转振动源箱体16的至少两个水平面上分别设置有至少一个进气孔18，旋转振动源箱体16上还设有排气孔
所述支撑辊辊体1与基体框架8之间设置多个所述振动源体5。
所述支撑轴2与支撑辊辊体1固定连接，或者通过轴承和轴承座可旋转地连接。
所述振动弹性体6的外侧设有导向与防护套7，使振动弹性体6的振动方向垂直于铸坯9的表面。
所述振动弹性体6选自板簧、螺旋弹簧、碟簧。
所述振动弹性体6为金属材料或非金属材料制成的有弹性的块体、丝状或板状物体。
所述流体动力源的流体介质为气体时，气源的供气压力为0.2～10MPa。
所述支撑辊辊体1的振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。
所述支撑辊辊体1与铸坯9接触的工作面宽度L1为铸坯宽度L的20％～100％。
使用时，沿铸坯同一横截面上，设置一个或多个所述具有振动底座的支撑辊振动铸坯。
所述支撑辊辊体1的外形轮廓截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸起的弧形、凹下的弧形中的一种或几种的组合。
使用时，所述具有振动底座的支撑辊置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯9的凝固末端。
所述支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。
所述具有振动底座的支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。
所述具有振动底座的支撑辊的直径D为80～500mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明由于采用了具有振动装置的弹性支撑座，振动源体的振动可具有动支撑辊产生周期性的往复振动，其施加到与辊体接触的铸坯上，使凝固壳沿厚度方向受力并随可旋转振动支撑辊一起产生振动。该装置可以大量将初生凝固坯壳前沿的树枝晶前端折断，并成为中心等轴晶的来源；也可以对凝固后期的铸坯进行处理，以破碎粗大的中心等轴晶，细化凝固组织。由于采用压缩气体驱动，所以与传统的形核技术相比，更加节能，且便于维护。
附图说明
图1为本发明一种具有振动底座的连铸支撑辊装备结构示意图；
图2为本发明振动源体5是往复运动类型的示意图
图3为本发明振动源体5是偏心旋转类型的示意图；
图4为振动源体5放置在振动支撑辊辊体1与铸坯9接触面的相对侧；
图5为不转动的支撑轴2的示意图；
图6a为沿铸坯任一横截面上布置一个连铸支撑辊的示意图；
图6b为沿铸坯任一横截面上对称布置两个连铸支撑辊的示意图；
图6c为沿铸坯任一横截面上对称布置四个连铸支撑辊的示意图；
图7a为支撑辊辊体1的轮廓截面形状为矩形；
图7b为支撑辊辊体1的轮廓截面形状为梯形。
其中的附图标记为：
1 支撑辊辊体
2 支撑轴
3 轴承座
4 轴承
5 振动源体
6 振动弹性体
7 导向与防护套
8 基体框架
9 铸坯
10 振动件
11 往复振动源箱体
12 上进气孔
13 下进气孔
14 出气孔
15 螺栓
16 旋转振动源箱体
17 旋转振动件
18 进气孔
19 弹簧
20 上出气通道
21 下出气通道
L 铸坯宽度
D 支撑辊的直径
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
一种具有振动底座的连铸支撑辊，包括：支撑辊辊体1、支撑轴2、轴承座3、轴承4、振动底座和基体框架8。所述振动底座包括振动源体5、振动弹性体6和导向与防护套7。
在使用时，支撑辊辊体1与铸坯9接触，并随着铸坯9的运动进行旋转。轴承座3通过螺栓或螺钉等与振动源体5固定连接在一起。压缩气体推动振动源体5振动，并通过支撑辊辊体1将该振动施加到铸坯9的坯壳上，使铸坯9的坯壳随之产生振动，见图1。这种振动可以将大量初生凝固坯壳前沿的树枝晶前端折断，使其成为中心凝固等轴晶的来源；也可以对凝固后期的铸坯9进行处理，以破碎粗大的中心等轴晶，细化凝固组织。
所述振动底座的振动源体5可以是往复运动类型的，它包括振动件件10、往复振动源箱体11、上进气孔12、下进气孔13、出气孔14，压缩气体分别从进入上进气孔12、下进气孔13进入，并推动振动件10做往复运动，产生振动，见图2。
所述振动件10中间有滑动气密面，将往复振动源箱体11内部分隔为上下两个气密腔室；所述往复振动源箱体11上分别设有上进气孔12、下进气孔13和出气孔14；其中，上进气孔12与上腔室连通，下进气孔13与下腔室连通；振动件10上分别设有与上腔室连通的上出气通道20和与下腔室连通的下出气通道21，所述上出气通道20和下出气通道21在振动件10的振动过程中与出气孔14间歇配合；上进气孔12和下进气孔13周期性交替进气。
振动源体5也可以是偏心旋转类型，它包括旋转振动源箱体16、旋转振动件17、旋转振动源箱体16上的多个进气孔18等组成，压缩气体通过多个进气孔18推动旋转振动件17快速旋转，并产生振动；旋转振动件17的旋转轴通常偏心于支撑轴2的轴线。旋转振动源箱体16通过链接螺栓15、弹簧19与基体框架8进行弹性连接，见图3。
振动源体5也可以是不限于此的其它类型的振动方式。
当振动源体5是往复运动类型时，可以将两个振动底座分别设置在轴承座3的下面，见图1；也可以放置在支撑辊辊体1与铸坯9的接触面的背面，见图4。此时，振动源体5可以是一个，也可以是多个。气源的供气压力为0.2～10MPa。
在使用时，支撑轴2可以是旋转的，见图1；也可以是不转动的，可在支撑辊辊体1上设置轴承座3及轴承4，使其围绕支撑轴2进行转动，见图5。
振动弹性体6可以是板簧，见图1；也可以是螺旋弹簧、碟簧的结构，见图2。振动弹性体6可以是金属材料的弹簧结构，也可以是如橡胶、塑料且不限于此的非金属材料制成的有弹性的块体、丝状或板状物体。
在上述气源的驱动下，支撑辊辊体1会产生振动，其振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。
具有振动底座的支撑辊与铸坯接触的工作面宽度L1为60～750mm，它可以比铸坯的宽度L小，也可以比铸坯的宽度L大。
使用时，沿铸坯同一横截面上，可以只用一个具有振动底座的支撑辊振动铸坯，见图6a；也可以使用多个具有振动底座的支撑辊振动铸坯，见图6b和图6c。
支撑辊辊体1外形轮廓截面的形状可以是矩形的，见图7a，也可以是梯形的(见图7b)、台阶形、圆形、凸起的弧形、凹下的弧形中的一种或几种的组合，或不限于此的其它形状。
使用时，具有振动底座的支撑辊可以放置在连铸机结晶器出口的下端，也可以放置在二冷区内或铸坯的凝固末端。
为了提高支撑辊辊体1的使用寿命，可以在支撑辊辊体1的内部设置水冷通道。
驱动该具有振动底座的支撑辊振动的动力源可以是气体，也可以是液体。
该具有振动底座的支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯、圆坯以及其它形状的铸坯。
该具有振动底座的支撑辊的直径D为80～500mm。
Claims (22)
1.一种具有振动底座的连铸支撑辊，包括与铸坯(9)接触的支撑辊辊体(1)、贯穿支撑辊辊体(1)的支撑轴(2)、轴承座(3)和基体框架(8)，所述支撑轴(2)通过轴承(4)安装在轴承座(3)上，其特征在于：
所述支撑辊进一步包括振动底座，所述振动底座包括振动源体(5)和固接在基体框架(8)上的振动弹性体(6)；所述振动源体(5)设置在轴承座(3)与振动弹性体(6)之间，和/或支撑辊辊体(1)与基体框架(8)之间；所述振动源体(5)由流体动力源驱动对轴承座(3)和/或支撑辊辊体(1)进行高频、小振幅振动，进而使铸坯(9)的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动。
2.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述振动源体(5)包括振动件(10)和往复振动源箱体(11)；所述往复振动源箱体(11)为中空结构，所述振动件(10)由流体动力源驱动沿往复振动源箱体(11)内壁做往复运动，所述振动件(10)中间有滑动气密面，将往复振动源箱体(11)内部分隔为上下两个气密腔室；振动件(10)包括一朝向铸坯(9)的振动头。
3.根据权利要求2所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述流体动力源的流体介质为液体或气体；当介质为压缩气体时，具有以下气路结构：所述往复振动源箱体(11)上分别设有上进气孔(12)、下进气孔(13)和出气孔(14)；其中，上进气孔(12)与上腔室连通，下进气孔(13)与下腔室连通；振动件(10)上分别设有与上腔室连通的上出气通道(20)和与下腔室连通的下出气通道(21)，所述上出气通道(20)和下出气通道(21)在振动件(10)的振动过程中与出气孔(14)间歇配合；上进气孔(12)和下进气孔(13)周期性交替进气。
4.根据权利要求3所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述出气通道(20)与上进气孔(12)和下进气孔(13)在不同侧。
5.根据权利要求2所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：当所述振动源体(5)位于支撑辊辊体(1)与基体框架(8)之间时，所述振动件(10)的振动头伸出至往复振动源箱体(11)的外侧，直接敲击支撑辊辊体(1)。
6.根据权利要求2所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述往复振动源箱体(11)为封闭结构，往复振动源箱体(11)与轴承座(3)和/或支撑辊辊体(1)接触，所述振动件(10)的振动头直接敲击往复振动源箱体(11)的内壁。
7.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述振动源体(5)包括旋转振动源箱体(16)和旋转振动件(17)；旋转振动源箱体(16)为中空结构，旋转振动件(17)设置在旋转振动源箱体(16)内部，所述旋转振动件(17)由流体动力源驱动在旋转振动源箱体(16)的内部进行快速旋转，对轴承座(3)和/或支撑辊辊体(1)进行振动。
8.根据权利要求7所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述流体动力源的流体介质为液体或气体；当介质为压缩气体时，具有以下气路结构：所述旋转振动源箱体(16)的至少两个水平面上分别设置有至少一个进气孔(18)，旋转振动源箱体(16)上还设有排气孔。
9.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑辊辊体(1)与基体框架(8)之间设置多个所述振动源体5。
10.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑轴(2)与支撑辊辊体(1)固定连接，或者通过轴承和轴承座可旋转地连接。
11.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述振动弹性体(6)的外侧设有导向与防护套(7)，使振动弹性体(6)的振动方向垂直于铸坯(9)的表面。
12.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述振动弹性体(6)选自板簧、螺旋弹簧、碟簧。
13.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述振动弹性体(6)为金属材料或非金属材料制成的有弹性的块体、丝状或板状物体。
14.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述流体动力源的流体介质为气体时，气源的供气压力为0.2～10MPa。
15.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑辊辊体(1)的振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。
16.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑辊辊体(1)与铸坯(9)接触的工作面宽度L1为铸坯宽度L的20％～100％。
17.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：使用时，沿铸坯同一横截面上，设置一个或多个所述具有振动底座的支撑辊振动铸坯。
18.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑辊辊体(1)的外形轮廓截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸起的弧形、凹下的弧形中的一种或几种的组合。
19.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：使用时，所述具有振动底座的支撑辊置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯9的凝固末端。
20.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述支撑辊辊体(1)的内部设置有水冷通道。
21.根据权利要求1所述的具有振动底座的连铸支撑辊，其特征在于：所述具有振动底座的支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。
22.根据权利要求1所述的具有振动底座的支撑辊，其特征在于：所述具有振动底座的支撑辊的直径D为80～500mm。
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| CN201910940351.3A CN110586890A (zh) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | 一种具有振动底座的连铸支撑辊 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112355262A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-12 | 湖南工程学院 | 一种用于板坯连铸动态轻压下的控制装置 |
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2019
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