CN110695329A - 一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属凝固和连续铸造领域，特别是一种具有内置偏心旋转机构的旋转振动支撑辊。它包括振动支撑辊辊体(1)、外旋转轴(10)、外轴承座(12)、支撑座(13)和基体台架(18)，所述连铸振动支撑辊还包括设置在振动支撑辊辊体(1)内的偏心旋转机构，所述偏心旋转机构包括内旋转轴(7)，以及设置在内旋转轴(7)上的至少一个转子驱动件和至少一个偏心块(6)；所述旋转驱动件由流体动力源驱动旋转，驱动内旋转轴(7)以大于振动支撑辊辊体(1)的转速的速度快速转动，带动偏心块(6)旋转并产生可控制的振动，使得振动支撑辊辊体(1)产生垂直于铸坯(19)的坯壳的振动，进而使铸坯(19)的坯壳受力并产生振动。

Description

一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊

技术领域

本发明涉及金属凝固和连续铸造领域，特别是一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊。

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。为了解决特殊钢凝固偏析及缩孔缺陷等问题，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的位置效果明显。

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，上述专利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内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，通过流体驱动的转子，配合轴上设置的偏心块，使振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。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，包括振动支撑辊辊体1、外旋转轴10、外轴承座12、支撑座13和基体台架18，与铸坯19接触的支撑辊辊体1为中空结构，其左右两侧各设有一端盖2，两个外旋转轴10分别固接在两侧的端盖2的外壁上，并通过外轴承11与外轴承座12配合连接，所述外轴承座12通过具有导向装置的弹性支撑座13安装在基体台架18上。

所述连铸振动支撑辊进一步包括设置在振动支撑辊辊体1内的偏心旋转机构，所述偏心旋转机构包括内旋转轴7，以及设置在内旋转轴7上的至少一个转子驱动件和至少一个偏心块6。

其中，所述内旋转轴7与外旋转轴10同轴地、通过内轴承8和内轴承座9可旋转地设置在振动支撑辊辊体1两侧的端盖2的内壁上；所述旋转驱动件由流体动力源驱动旋转，驱动内旋转轴7以大于振动支撑辊辊体1的转速的速度快速转动，带动偏心块6旋转并产生可控制的振动，使得振动支撑辊辊体1产生垂直于铸坯19的坯壳的振动，进而使铸坯19的坯壳受力并产生振动。

所述转子驱动件包括转子壳体3、转子4和活动叶片5；所述转子壳体3为一中空圆柱体，其柱体表面与振动支撑辊辊体1的内壁固接；转子壳体3为偏心圆柱，使得其内腔为一与内旋转轴7不同轴的圆柱体空间；所述转子4为一圆柱体，其设置在转子壳体3内，并同轴地固接在内旋转轴7上；所述转子4的周向表面上均匀地设有多个沿其径向的叶片槽21，所述活动叶片5可自由伸缩地设置在叶片槽21中。

所述转子壳体3的壁厚沿其径向由厚至薄均匀过渡。

所述流体动力源为液体或气体，当为压缩气体时，具有以下气路结构：所述外旋转轴10上分别设有进气通道14和出气通道17，所述转子壳体3上设有至少一个用于吹动活动叶片5旋转的径向进气孔15和至少一个径向出气孔22，所述转子4的中心轴设有与各叶片槽21连通的中心进气槽16；所述进气通道14分别与径向进气孔15和中心进气槽16连通，所述出气通道17与径向出气孔22连通。

所述进气通道14和出气通道17分别位于不同的外旋转轴10上。

所述转子驱动件包括转子4和轴流叶片20，所述转子4为一圆柱体，其同轴地固接在内旋转轴7上；多个轴流叶片20均匀地固接在转子4的周向表面上。

所述流体动力源为液体或气体，当为压缩气体时，具有以下气路结构：所述外旋转轴10上分别设有进气通道14和出气通道17，所述振动支撑辊辊体1的端盖2上分别设有多个用于吹动轴流叶片20旋转的轴向进气孔23和多个轴向出气孔24；所述进气通道14与轴向进气孔23连通，出气通道17与轴向出气孔24连通。

所述进气通道14和出气通道17分别位于不同的外旋转轴10上，所述轴向进气孔23和轴向出气孔24分别位于不同的端盖2上。

所述偏心块6的重量为振动支撑辊辊体1的重量的3％～40％。

使用时，在同一铸坯横截面位置上，所述振动支撑辊设置在铸坯19的一侧、对称两侧或多侧。

所述振动支撑辊辊体1截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合。

使用时，所述振动支撑辊设置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯19的凝固末端。

所述动力源介质压力为0.2～15MPa。

所述振动支撑辊的振动频率为5～1000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

所述振动支撑辊辊体1与铸坯19接触的工作面宽度L1为铸坯宽度L的30％～120％。

所述振动支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。

所述振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。

所述振动支撑辊的直径D为60～550mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

由于采用了具有偏心块和具有弹性的支撑座，转子的快速旋转会使振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为本发明一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊的实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例1的振动支撑辊中心剖面的结构示意图；

图4为本发明实施例3具有固定叶片的连铸振动支撑辊的结构示意图；

图5为本发明实施例3的振动支撑辊中心剖面的结构示意图；

图6a-图6c为本发明振动支撑辊在铸坯任一横截面上的布置图；

图7a、图7b为本发明振动支撑辊辊体1的截面形状示意图。

其中的附图标记为：

1 振动支撑辊辊体

2 端盖

3 转子壳体

4 转子

5 活动叶片

6 偏心块

7 内旋转轴

8 内轴承

9 内承座

10 外旋转轴

11 外轴承

12 外轴承座

13 支撑座

14 进气通道

15 径向进气孔

16 中心进气槽

17 出气通道

18 基体台架

19 铸坯

20 轴流叶片

21 叶片槽

22 径向出气孔

23 轴向进气孔

24 轴向出气孔

L1 振动支撑辊与铸坯接触的工作面宽度

L 铸坯宽度

D 旋转振动支撑辊的直径

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。

实施例1-具有内置偏心旋转装置的连铸振动支撑辊(单个转子)

参见图1，它主要包括：振动支撑辊辊体1、两侧的端盖2、转子壳体3、转子4、活动叶片5、偏心块6、转子旋转轴7、转子旋转轴轴承8、转子旋转轴轴承座9、旋转轴10、轴承11、轴承座12、具有弹性的支撑座13、进气通道14(包括：径向进气孔15、中心进气槽16)、出气通道17、基体台架18等组成。使用时，振动支撑辊辊体1与铸坯19接触，并随着铸坯的运动进行旋转。

在结构上，振动支撑辊辊体1与两侧的端盖2采用机械方式(如螺栓、销钉等)连接，以便于拆卸和维修。端盖2与转子旋转轴轴承座9、旋转轴10可以采用螺栓、销钉等连接，也可以采用焊接，使之成为一体。转子壳体3固定在振动支撑辊辊体1的内壁上，并随振动支撑辊辊体1一起转动。

转子壳体3可以同轴设计或者偏心设计，图3为偏心设计，即转子壳体为偏心圆柱，使得其内腔为一与内旋转轴7不同轴的圆柱体空间，其优点是可以进一步提高往复振动的振幅。

在使用过程中，压缩气体通过进气通道14进入，中心进气槽16用于推动叶片伸出和收回，径向进气孔15用于推动叶片转动，并通过转子旋转轴7带动偏心块6旋转，以产生偏心振动。由于采用了具有导向装置的弹性支撑座13，这种周期性的往复振动会通过振动支撑辊辊体1施加到铸坯19上，使其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。

放置在振动支撑辊辊体1内的转子壳体3、转子4等可以是一个，以带动多个偏心块6转动。

安置在转子4上的活动叶片5可以是四个，见图1；也可以根据实际需要，设置成三个或其它更多数量的。

安置在转子4上的活动叶片5可以是具有伸缩功能的，它可以在转子4上的叶片槽21内伸缩，见图3。

实施例2-具有内置偏心旋转装置的连铸振动支撑辊(多个转子)

本发明中，转子壳体3、转子4等也可以是多个，以带动一个偏心块6转动，见图2。

实施例3-转子为固定叶片

本发明也可以是固定叶片，即轴流叶片20，轴流在转子4上的，此时可以不需要转子壳体3；压缩空气从一侧流入，从另一侧流出，以通过轴流叶片20推动偏心块6转动，见图4。

使用中，在同一铸坯横截面位置上，该振动支撑辊可以放在铸坯的一侧，也可以放置子铸坯的对称两侧或多侧，见图6。

振动支撑辊辊体1截面的形状可以是矩形的，见图1，也可以是梯形的、台阶形的、圆形、凸弧形、凹弧形或不限于上述的形状，见图7。

使用时，振动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。

驱动该振动支撑辊振动的动力源介质可以是是气体，也可以是液体；动力源的介质压力为0.2～15MPa；以适应不同偏心块6的重量以及振动力的需求。

在上述气体的驱动下，具有导向装置的可旋转振动支撑辊会产生振动，其振动频率为5～1000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

上述振动支撑辊与铸坯接触的工作面宽度L1为40～550mm，它可以比铸坯的宽度L小，也可以比铸坯的宽度L大。

为了提高振动支撑辊辊体1的使用寿命，可以在振动支撑辊辊体1的内部设置水冷通道。

该振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯、圆坯以及其它形状的铸坯。

该振动支撑辊的直径D为60～550mm。

Claims (18)

1.一种具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，包括振动支撑辊辊体(1)、外旋转轴(10)、外轴承座(12)、支撑座(13)和基体台架(18)，与铸坯(19)接触的支撑辊辊体(1)为中空结构，其左右两侧各设有一端盖(2)，两个外旋转轴(10)分别固接在两侧的端盖(2)的外壁上，并通过外轴承(11)与外轴承座(12)配合连接，所述外轴承座(12)通过具有导向装置的弹性支撑座(13)安装在基体台架(18)上，其特征在于：

所述连铸振动支撑辊进一步包括设置在振动支撑辊辊体(1)内的偏心旋转机构，所述偏心旋转机构包括内旋转轴(7)，以及设置在内旋转轴(7)上的至少一个转子驱动件和至少一个偏心块(6)；

其中，所述内旋转轴(7)与外旋转轴(10)同轴地、通过内轴承(8)和内轴承座(9)可旋转地设置在振动支撑辊辊体(1)两侧的端盖(2)的内壁上；所述旋转驱动件由流体动力源驱动旋转，驱动内旋转轴(7)以大于振动支撑辊辊体(1)的转速的速度快速转动，带动偏心块(6)旋转并产生可控制的振动，使得振动支撑辊辊体(1)产生垂直于铸坯(19)的坯壳的振动，进而使铸坯(19)的坯壳受力并产生振动。

2.根据权利要求1所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述转子驱动件包括转子壳体(3)、转子(4)和活动叶片(5)；所述转子壳体(3)为一中空圆柱体，其柱体表面与振动支撑辊辊体(1)的内壁固接；转子壳体(3)为偏心圆柱，使得其内腔为一与内旋转轴(7)不同轴的圆柱体空间；所述转子(4)为一圆柱体，其设置在转子壳体(3)内，并同轴地固接在内旋转轴(7)上；所述转子(4)的周向表面上均匀地设有多个沿其径向的叶片槽(21)，所述活动叶片(5)可自由伸缩地设置在叶片槽(21)中。

3.根据权利要求2所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述转子壳体(3)的壁厚沿其径向由厚至薄均匀过渡。

4.根据权利要求2所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述流体动力源为液体或气体，当为压缩气体时，具有以下气路结构：所述外旋转轴(10)上分别设有进气通道(14)和出气通道(17)，所述转子壳体(3)上设有至少一个用于吹动活动叶片(5)旋转的径向进气孔(15)和至少一个径向出气孔(22)，所述转子(4)的中心轴设有与各叶片槽(21)连通的中心进气槽(16)；所述进气通道(14)分别与径向进气孔(15)和中心进气槽(16)连通，所述出气通道(17)与径向出气孔(22)连通。

5.根据权利要求4所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述进气通道(14)和出气通道(17)分别位于不同的外旋转轴(10)上。

6.根据权利要求1所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述转子驱动件包括转子(4)和轴流叶片(20)，所述转子(4)为一圆柱体，其同轴地固接在内旋转轴(7)上；多个轴流叶片(20)均匀地固接在转子(4)的周向表面上。

7.根据权利要求6所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述流体动力源为液体或气体，当为压缩气体时，具有以下气路结构：所述外旋转轴(10)上分别设有进气通道(14)和出气通道(17)，所述振动支撑辊辊体(1)的端盖(2)上分别设有多个用于吹动轴流叶片(20)旋转的轴向进气孔(23)和多个轴向出气孔(24)；所述进气通道(14)与轴向进气孔(23)连通，出气通道(17)与轴向出气孔(24)连通。

8.根据权利要求6所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述进气通道(14)和出气通道(17)分别位于不同的外旋转轴(10)上，所述轴向进气孔(23)和轴向出气孔(24)分别位于不同的端盖(2)上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述偏心块(6)的重量为振动支撑辊辊体(1)的重量的3％～40％。

10.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：使用时，在同一铸坯横截面位置上，所述振动支撑辊设置在铸坯(19)的一侧、对称两侧或多侧。

11.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊辊体(1)截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合。

12.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：使用时，所述振动支撑辊设置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯(19)的凝固末端。

13.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述动力源介质压力为0.2～15MPa。

14.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊的振动频率为5～1000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

15.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊辊体(1)与铸坯(19)接触的工作面宽度L1为铸坯宽度L的30％～120％。

16.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。

17.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。

18.根据权利要求1-8任一项所述的具有内置偏心旋转机构的连铸振动支撑辊，其特征在于：所述振动支撑辊的直径D为60～550mm。

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