CN110626742A - 一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊 - Google Patents

一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金设备技术领域，提供了一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊，包括辊套、芯轴、冷却回路；所述辊套套装在所述芯轴的外表面；所述辊套上与所述芯轴接触的一面设置冷却槽，所述冷却槽沿芯轴轴向平行分布；所述芯轴内设置所述冷却回路，所述冷却回路包括轴向冷却管路和径向冷却管路；冷却介质通过所述冷却回路进入所述冷却槽，冷却介质在所述冷却槽内流动带走所述冶金流程辊产生的热量，并通过所述冷却回路流出所述冶金流程辊。本发明强化辊身冷却效果、降低辊面温度，实现低变形、长寿命的目标，可大大提高铸轧产品形状精度并减少耗材成本，设计、运行和维护成本低，可大规模工业推广。

Description

一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊
技术领域
本发明涉及冶金设备技术领域，特别涉及一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊。
背景技术
中国是冶金技术蓬勃发展的大国，钢铁和有色金属产量举世瞩目。在火法冶金流程中，浇铸、加热、轧制和热处理等环节均涉及到产品输送问题，而辊道是当前最为普遍的方式。
由于辊子长期在高温环境下服役，辊面受热升温后强度和耐磨性下降，在反复的热载荷中变形乃至出现疲劳裂纹。一方面增加了生产成本，另一方面也影响产品质量。因辊子变形问题导致连铸坯裂纹和偏析已被大量数据证实，而轧辊磨损、掉块等影响产品形状精度的现象企业中层出不穷。
为了减小辊面变形并提高使用寿命，降低辊身温度是关键。外部冷却法是将冷却介质直接喷淋在辊面上，其附加结构复杂，对现场空间要求大，拉坯或轧制速度较低时冷却介质难以直接降低与高温坯料接触处的辊面温度、时常发生烫辊，且对辊道输运能力和环境湿度、气氛等均有影响。
本发明提出一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊，由辊套、芯轴、冷却回路等构成，其辊套内部带有周向平行分布的冷却槽，芯轴内部带有轴向和径向冷却回路，与现有辊设计不同。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊，可应用于连铸、加热炉、轧制和热处理等流程，成本低，工业推广前景广阔。
本发明采用如下技术方案：
一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊，包括辊套、芯轴、冷却回路；所述辊套和所述芯轴同轴装配，所述辊套套装在所述芯轴的外表面；
所述辊套上与所述芯轴接触的一面设置冷却槽，所述冷却槽沿芯轴轴向平行分布；
所述芯轴内设置所述冷却回路，所述冷却回路包括轴向冷却管路和径向冷却管路；
冷却介质通过所述冷却回路进入所述冷却槽，在所述冷却槽内流动带走所述冶金流程辊产生的热量，并通过所述冷却回路流出所述冶金流程辊。
进一步的，所述轴向冷却管路包括主轴向流入管路、轴向流入支路、轴向流出支路，主轴向流出管路；
所述径向冷却管路包括主径向流入管路、径向流入支路、径向流出支路、主径向流出管路；
冷却介质自所述主轴向流入管路进入，依次经过所述主径向流入管路、轴向流入支路、径向流入支路进入所述冷却槽，冷却介质带走所述冶金流程用辊产生的热量之后依次沿所述径向流出支路、轴向流出支路、主径向流出管路、主轴向流出管路流出。
进一步的，所述主轴向流入管路的入口端通过旋转阀门与通入外管连通，所述主轴向流出管路的出口端通过旋转阀门与通出外管连通；
冷却介质沿所述通入外管经旋转阀门泵入所述主轴向流入管路，最后沿所述主轴向流出管路经旋转阀门和所述通出外管排出所述冶金流程用辊。
进一步的，所述冷却槽在圆周方向上分段，分段数量不小于2，相邻的冷却槽周向分段之间用封头分隔开；冷却介质在各冷却槽周向分段之间独立流动。
进一步的，所述冷却槽在沿芯轴轴向上平行分布的数量不小于1，所述冷却槽的槽宽3～50mm、槽深3～50mm，槽间距3～30mm。
进一步的，所述轴向流入支路的数量和轴向流出支路的数量均等于冷却槽周向分段的数量；所述径向流入支路的数量和所述径向流出支路的数量均等于所述冷却槽沿芯轴轴向平行分布的数量。
进一步的，所述主轴向流入管路与所述主轴向流出管路均设置在所述芯轴的同一端，或分别设置在所述芯轴的两端。
进一步的，装配时，所述辊套的介质流入端与芯轴的冷却回路的径向流入支路相对应，所述辊套的介质流出端与芯轴的冷却回路的径向流出支路相对应。
进一步的，所述主轴向流入管路、主轴向流出管路两者和芯轴的接触处均设置旋转接头，当所述主轴向流入管路、主轴向流出管路均在所述芯轴同一端时，所述旋转接头采用双通式；当所述主轴向流入管路、主轴向流出管路分别在所述芯轴两端时，所述旋转接头采用单通式。
进一步的，所述辊套由耐热钢、高温合金或陶瓷制成；所述辊套外部采用堆焊、激光熔覆或增材制造方法硬化处理，内部加工成周向平行分布的冷却槽结构；所述芯轴由金属或合金制成，所述芯轴外部与所述辊套接触并进行同轴心装配，对所述辊套起到支撑和固定作用。
进一步的，主轴向流入管路、轴向流入支路、轴向流出支路，主轴向流出管路、主径向流入管路、径向流入支路、径向流出支路、主径向流出管路的截面为圆形、椭圆形或多边形等，截面直径或等效圆直径在10～50mm。
进一步的，所述的冶金流程用辊，可用在冶金行业中的连铸用辊如单节或多节的足辊、夹持辊、拉矫辊、导辊等；加热炉用辊如导辊、驱动辊等；轧制用辊如工作辊、支撑辊、导向辊；热处理用辊如炉内外的导辊、驱动辊等。
进一步的，所述冷却介质为具有流动性的、温度比辊身温度低的液体或气体，且其流速可控。
本发明的有益效果为：核心冷却结构具有周向分段、轴向平行的特征，且冷却槽加工在辊套上，冷却面积大，对辊面降温效果强；冷却槽间距可调，芯轴对辊套的支撑作用大；冷却槽长度较短，冷却介质流速可控幅度大。同时，本发明内冷却辊的冷却介质可从芯轴任意一端流入，流经冷却回路和冷却槽后从同一端或另一端流出，其结构既可连接电机做驱动辊、拉矫辊、轧辊、导向辊等，也可作为无驱动的导辊或支撑辊，可应用于连铸、加热炉、轧制和热处理等多个冶金流程，设计、运行和维护成本低，可大规模工业推广。
附图说明
图1所示为实施例1带有内部冷却结构的冶金流程用辊(异端进出式双回路单节辊)的剖面结构示意图。
图2所示为实施例2(异端进出式双回路双节辊)的剖面结构示意图。
图3所示图1和图2中A-A剖面示意图。
图4所示为实施例3(异端进出式四回路辊)的轴向视图。
图5所示为实施例4(同端进出式双回路辊)的剖面结构示意图。
图中，1-(冷却介质)通入外管；2-旋转阀门；3-轴承；4-芯轴；5-辊套；6-冷却槽；7-主轴向流入管路；8-主径向流入管路；9-轴向流入支路；10-径向流入支路；11-径向流出支路；12-轴向流出支路；13-主径向流出管路；14-主轴向流出管路；15-(冷却介质)通出外管；16-芯轴驱动段；17-封头。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
不失一般性，下述采用实施例的方式进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊(异端进出式双回路单节辊)，包括辊套5、芯轴4、冷却回路；所述辊套5和所述芯轴4同轴装配，所述辊套5套装在所述芯轴4的外表面；
所述辊套5上与所述芯轴4接触的一面设置冷却槽6，所述冷却槽6沿芯轴4轴向平行分布，冷却槽6在平行分布的数量不小于1，优选为多个平行冷却槽6；
优选的，所述冷却槽6在圆周方向上分段，分段数量不小于2，相邻的冷却槽6周向分段之间用封头17分隔开；在本实施例中，分段数量为2，如图3所示；冷却介质在各冷却槽6周向分段之间独立流动。所述冷却槽6在沿芯轴4轴向上平行分布的数量不小于1，本实施例中为多个，如图1所示；优选的，所述冷却槽6的槽宽3～50mm、槽深3～50mm，槽间距3～30mm
所述芯轴4内设置所述冷却回路，所述冷却回路包括轴向冷却管路和径向冷却管路；
所述轴向冷却管路包括主轴向流入管路7、轴向流入支路9、轴向流出支路12，主轴向流出管路14；所述径向冷却管路包括主径向流入管路8、径向流入支路10、径向流出支路11、主径向流出管路13；冷却介质自所述主轴向流入管路7进入，依次经过所述主径向流入管路8、轴向流入支路9、径向流入支路10进入所述冷却槽6，冷却介质带走所述冶金流程用辊产生的热量之后依次沿所述径向流出支路11、轴向流出支路12、主径向流出管路13、主轴向流出管路14流出。
上述各管路的截面可以为圆形、椭圆形或多边形等，截面直径或等效圆直径在10～50mm。
优选的，所述主轴向流入管路7的入口端通过旋转阀门2与通入外管1连通，所述主轴向流出管路7的出口端通过旋转阀门2与通出外管15连通；冷却介质沿所述通入外管1经旋转阀门2泵入所述主轴向流入管路7，最后沿所述主轴向流出管路14经旋转阀门2和所述通出外管15排出所述冶金流程用辊。
所述轴向流入支路9的数量和轴向流出支路12的数量均等于冷却槽6周向分段的数量(本实施例中数量为2)；所述径向流入支路10的数量和所述径向流出支路11的数量均等于所述冷却槽6沿芯轴4轴向平行分布的数量(本实施例中为多个)。
在本实施例中，所述主轴向流入管路7与所述主轴向流出管路14分别设置在所述芯轴4的两端。
装配时，所述辊套5的介质流入端与芯轴4的冷却回路的径向流入支路10相对应，所述辊套5的介质流出端与芯轴4的冷却回路的径向流出支路11相对应。
所述主轴向流入管路7、主轴向流出管路14两者和芯轴4的接触处均设置旋转接头，本实施例中，所述主轴向流入管路7、主轴向流出管路14分别在所述芯轴4两端，所述旋转接头采用单通式。
所述的冶金流程用辊，可用在冶金行业中的连铸用辊的足辊、夹持辊、拉矫辊、导辊等；加热炉用辊如导辊、驱动辊等；轧制用辊如工作辊、支撑辊、导向辊；热处理用辊如炉内外的导辊、驱动辊等。
实施例2
本实施例为异端进出式双回路双节辊，与实施例1相比，不同之处仅在于：实施例1为单节辊，而本实施例为双节辊；冷却介质从第一节流出后，继续进入第二节进行冷却降温。
实施例3
本实施例为异端进出式四回路辊，与实施例1或2的不同仅在于：实施例1的冷却槽6周向分段数为2，而本实施例中的冷却槽6周向分段数为4。
本实施例的结构剖面如图4所示。
实施例4
本实施例为同端进出式双回路辊，与实施例1的不同仅在于：实施例1采用冷却介质在芯轴4异端进出；而本实施例采用冷却介质在芯轴4的同一侧进出。
实施例5
某连铸拉矫辊，采用同端进出式双回路内冷结构，辊套5为35CrMo，芯轴4为Q345。辊套5内部加工沿周向加工2段冷却槽6，冷却槽6轴向上彼此平行、数量为16，槽宽10mm、槽深20mm，槽间距15mm。冷却回路沿轴向和径向分布，截面为圆形，直径为10mm；冷却回路分为主轴向流入管路7、主径向流入管路8、轴向流入支路9、径向流入支路10、径向流出支路11、轴向流出支路12、主径向流出管路13、主轴向流出管路14等构成。
主轴向流入管路7与主轴向流出管路14可在芯轴同一端，轴向流入支路9数量和轴向流出支路12数量为2，径向流入支路10数量和径向流出支路11数量为16。装配时要求辊套5的介质流入端与芯轴4冷却回路的径向流入支路10相对应，介质流出端与冷却回路的径向流出支路11相对应。冷却介质为去离子水，泵入压力为2.0MPa，流量为180L/min。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，包括辊套、芯轴、冷却回路；所述辊套和所述芯轴同轴装配，所述辊套套装在所述芯轴的外表面；
所述辊套上与所述芯轴接触的一面设置冷却槽，所述冷却槽沿芯轴轴向平行分布；
所述芯轴内设置所述冷却回路，所述冷却回路包括轴向冷却管路和径向冷却管路；
冷却介质通过所述冷却回路进入所述冷却槽，在所述冷却槽内流动带走所述冶金流程辊产生的热量，并通过所述冷却回路流出所述冶金流程辊。
2.如权利要求1所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，
所述轴向冷却管路包括主轴向流入管路、轴向流入支路、轴向流出支路，主轴向流出管路；
所述径向冷却管路包括主径向流入管路、径向流入支路、径向流出支路、主径向流出管路；
冷却介质自所述主轴向流入管路进入，依次经过所述主径向流入管路、轴向流入支路、径向流入支路进入所述冷却槽，冷却介质带走所述冶金流程用辊产生的热量之后依次沿所述径向流出支路、轴向流出支路、主径向流出管路、主轴向流出管路流出。
3.如权利要求2所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述主轴向流入管路的入口端通过旋转阀门与通入外管连通，所述主轴向流出管路的出口端通过旋转阀门与通出外管连通；
冷却介质沿所述通入外管经旋转阀门泵入所述主轴向流入管路，最后沿所述主轴向流出管路经旋转阀门和所述通出外管排出所述冶金流程用辊。
4.如权利要求1-3任一项所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述冷却槽在圆周方向上分段，分段数量不小于2，相邻的冷却槽周向分段之间用封头分隔开；冷却介质在各冷却槽周向分段之间独立流动。
5.如权利要求1-3任一项所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述冷却槽在沿芯轴轴向上平行分布的数量不小于1，所述冷却槽的槽宽3～50mm、槽深3～50mm，槽间距3～30mm。
6.如权利要求4所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述轴向流入支路的数量和轴向流出支路的数量均等于冷却槽周向分段的数量；所述径向流入支路的数量和所述径向流出支路的数量均等于所述冷却槽沿芯轴轴向平行分布的数量。
7.如权利要求2、3或6任一项所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述主轴向流入管路与所述主轴向流出管路均设置在所述芯轴的同一端，或分别设置在所述芯轴的两端。
8.如权利要求2所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，装配时，所述辊套的介质流入端与芯轴的冷却回路的径向流入支路相对应，所述辊套的介质流出端与芯轴的冷却回路的径向流出支路相对应。
9.如权利要求7所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述主轴向流入管路、主轴向流出管路两者和芯轴的接触处均设置旋转接头，当所述主轴向流入管路、主轴向流出管路均在所述芯轴同一端时，所述旋转接头采用双通式；当所述主轴向流入管路、主轴向流出管路分别在所述芯轴两端时，所述旋转接头采用单通式。
10.如权利要求1所述的带有内部冷却结构的冶金流程用辊，其特征在于，所述辊套由耐热钢、高温合金或陶瓷制成；所述辊套外部采用堆焊、激光熔覆或增材制造方法硬化处理；所述芯轴由金属或合金制成，所述芯轴外部与所述辊套接触并进行同轴心装配，对所述辊套起到支撑和固定作用。
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