CN114789239B - 一种周向槽纳米晶结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周向槽纳米晶结晶器，包括依次套接的主轴、旋转芯和铜套，所述主轴为两端为进水腔和出水腔；所述的旋转芯包括直接套在主轴上的辊芯和设置在辊芯两端的压盖，所述的辊芯内部设置多个周向均匀分布的包括稳压进水腔和稳压出水腔的稳压腔，所述压盖内部设置用于连接主轴腔和辊芯稳压腔的内部流道；沿所述铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，每个所述冷却槽组均由沿铜套内表面周向设置的、轴向间距相同的多个周向槽组成；所述稳压腔与冷却槽组连接并组成辊面周向冷却组，所述进水腔、周向分布的所述辊面周向冷却组、出水腔组成所述冷却辊装置。本发明为一种用于制备纳米晶宽带的轴向冷却均匀的周向槽纳米晶结晶器。
Description
技术领域
本发明涉及纳米晶宽带材制备技术及生产设备组件领域，尤其是涉及一种用于制备纳米晶宽带的周向槽纳米晶结晶器。
背景技术
纳米晶带材制备的过程中使用的结晶器，广泛采用循环水冷的纳米晶结晶器。目前常见的纳米晶结晶器水路结构通常为横槽结构(见图1-图4)，这种结构都是由三部分构成：主轴、辊芯以及冷却铜套。辊芯外表面是铜套，内部是循环冷却水，冷却水由空心主轴一端进入，通过主轴上的径向出水口进入辊芯，辊芯为空腔结构，再由辊芯外表面的出水口流出，进入铜套水道，达到冷却效果。冷却水从铜套流出，流进辊芯另一侧、再经主轴另一端的回水口，进入管道回到冷却水池，形成冷却水循环。现有技术中纳米晶结晶器的横槽结构铜套冷却特点为：进水端冷却能力强(以对流换热系数表征)：由流体力学可知，水槽的进水端是流动入口段，对流换热能力明显大于后面的发展段；进水端水温低：冷却水在流经横槽时要吸热，天然导致进水端水温低；进水端辊面(铜辊外表面)温度低：进水端冷却能力强且水温低，必然导致进水端辊面温度低；进水端冷却动力大：钢水触辊瞬间，由于进水端辊面温度低，必然导致钢水在进水端冷却动力大。横槽结构的上述特点所带来的技术问题为：钢水在辊面冷却时，进水端冷却能力和冷却动力都明显强于出水端，进水端的钢水冷却速度要快于出水端，进而引发如下一系列技术问题：带材极差大、带材叠片系数低、带材容易出现荷叶边、喷带过程中容易断带、带材沿着宽度方向厚度不均且不对称、带材磁性能差、喷带过程工艺难稳定、喷带时喷嘴沿着轴向(铜辊轴向)移动会导致原有工艺不适用、辊面宽度利用率低、随着铜辊变薄，铜辊本身的热均衡能力变弱，冷却不均匀导致的问题会加重等。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种用于制备纳米晶宽带的轴向冷却均匀的周向槽纳米晶结晶器。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种周向槽纳米晶结晶器，其包括主轴、旋转芯和铜套，所述旋转芯套在主轴上、所述铜套套在旋转芯上，所述主轴为一端设置进水腔、另一端设置出水腔的中空轴体；所述的旋转芯包括直接套在主轴上的辊芯和设置在辊芯两端的压盖，所述的辊芯内部设置多个周向分布的稳压腔，多个稳压腔规格相同且均轴向设置于辊芯上，稳压腔包括稳压进水腔和稳压出水腔且稳压进水腔的周径向坐标小于稳压出水腔周径向坐标，即在辊芯圆周截面上稳压进水腔较稳压出水腔更靠近圆心，稳压进水腔在辊芯同一圆周上等间距均匀分布于辊芯的周向，稳压出水腔在辊芯同一圆周上等间距均匀分布于辊芯的周向，所述压盖内部设置用于连接主轴腔和辊芯稳压腔的内部流道；沿所述铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，每个所述冷却槽组均由沿铜套内表面周向设置的、轴向间距相同的多个周向槽组成；所述稳压腔与冷却槽组连接，所述稳压进水腔、冷却槽组、与稳压进水腔相邻的稳压出水腔组成一个辊面周向冷却组，所述主轴的进水腔、周向分布的所述辊面周向冷却组、主轴的出水腔组成纳米晶结晶器的冷却辊装置。
进一步地，所述的稳压腔与冷却槽组的两端相连，在稳压腔朝向冷却槽组的一端设置与周向槽正对且数量相同的多个孔道。
进一步地，所述的稳压腔的数量为偶数个，由相同数量和规格的稳压进水腔和稳压出水腔组成，稳压腔以一个稳压进水腔和一个稳压出水腔组成一个辊芯冷却水进出结构，多个相同规格的辊芯冷却水进出结构周向设置在辊芯上。
进一步地，设置于主轴进水腔一侧的所述压盖上的内部流道连接主轴进水腔和辊芯稳压进水腔，设置于主轴出水腔一侧的所述压盖上的内部流道连接主轴出水腔和辊芯稳压出水腔。
进一步地，所述冷却槽组的数量为8-16个，相邻冷却槽组之间的壁厚4-8mm，每个冷却槽组内的周向槽宽度不小于4mm，深度不小于4mm，相邻的周向槽间的轴向壁厚介于4～8mm之间，周向槽的数量为12-22个。
进一步地，所述的辊芯沿轴向的两端还设置有密封板、密封环和端盖。
进一步地，所述的密封环设置于铜套和辊芯端部连接处以密封铜套与辊芯，对铜套和辊芯的接触面进行二次密封，另外密封环上用动平衡导轨，用以安装动平衡滑块；述密封板设置于主轴和压盖之间用以对压盖与主轴的接触面进行密封；所述端盖设置于稳压腔的一端，使稳压腔仅具备一端进水或者出水的功能，同时保证另一端密封。
进一步地，所述的主轴上开有径向管，管径介于30～39mm之间，周向均匀均布，数量与稳压进水腔或稳压出水腔相同。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：
本发明通过将铜套内部分成相同的若干区块，每份设计相同的冷却结构，由此达到整个冷却辊沿圆周方向有周期性的冷却，即所述的铜套内壁设置周向槽作为周向冷却结构，此结构能够实现冷却水在铜套接触面沿宽度方向(轴向)上对流换热系数基本相等(不均匀度小于8％)，冷却动力轴向均匀分布，冷却能力周向具有周期性，保证宽度方向冷却速率均匀，冷却速度快，且铜套热膨胀量小，能够天然克服断带、极差大、叠片系数低、磁性能差的问题，从而能在铜套表面喷制宽带以及可最大程度上利用铜辊表面进行喷带；且允许喷嘴沿着轴向移动，铜辊利用率高，通过独特的分块圆弧形冷却结构，保证整个冷却辊表面冷却具有周向周期性，从而保证喷带过程的稳定性。
附图说明
图1为现有技术中循环水冷的纳米晶结晶器，其中剖视部分为图2中的E-E剖面；
图2为图1中的B-B截面图；
图3为现有技术中循环水冷的纳米晶结晶器铜套截面结构示意图，截面线为图4中的C-C；
图4为图3的D-D截面图；
图5为本发明的截面图，具体的截面位置为图6中的A-A截面；
图6图5的F-F截面图；
图7为铜套的截面结构示意图，具体的截面位置为图8中的G-G截面；
图8为图7的H-H截面图；
图9为铜套的立体结构示意图；
图10为位于出水一侧的压盖结构示意图；
图11为图10的立体结构示意图；
图12为位于进水一侧的压盖结构示意图；
图13为位于进水一侧的辊芯结构示意图；
图14为辊芯的立体结构示意图；
图15为主轴结构示意图；
图16为密封环结构示意图；
图17为密封板结构示意图。
图中，1-主轴，11-进水腔，12-出水腔，13-径向管，21-辊芯，211-稳压进水腔，212-稳压出水腔，213-孔道，22-压盖，221-内部流道，23-密封环，24-密封板，25-端盖，3-铜套，31-冷却槽组，311-周向槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地说明。
如图5-17所示，一种周向槽311纳米晶结晶器，其包括主轴1、旋转芯和铜套3，所述旋转芯套在主轴1上、所述铜套3套在旋转芯上，所述主轴1为一端设置进水腔11、另一端设置出水腔12的中空轴体；所述的旋转芯包括直接套在主轴1上的辊芯21和设置在辊芯21两端的压盖22，所述的辊芯21内部设置多个周向分布的稳压腔，多个稳压腔规格相同且均轴向设置于辊芯21上，稳压腔包括稳压进水腔211和稳压出水腔212且稳压进水腔211的周径向坐标小于稳压出水腔212周径向坐标，即在辊芯21圆周截面上稳压进水腔211较稳压出水腔212更靠近圆心，稳压进水腔211在辊芯21同一圆周上等间距均匀分布于辊芯21的周向，稳压出水腔212在辊芯21同一圆周上等间距均匀分布于辊芯21的周向，所述压盖22内部设置用于连接主轴1腔和辊芯21稳压腔的内部流道221；沿所述铜套3内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组31，每个所述冷却槽组31均由沿铜套3内表面周向设置的、轴向间距相同的多个周向槽311组成；所述稳压腔与冷却槽组31连接，所述稳压进水腔211、冷却槽组31、与稳压进水腔211相邻的稳压出水腔212组成一个辊面周向冷却组，所述主轴1的进水腔11、周向分布的所述辊面周向冷却组、主轴1的出水腔12组成纳米晶结晶器的冷却辊装置。在本实施例中设置10个相同规格的冷却槽组31，将铜套3内部周向分成10段，每个冷却槽组31中轴向设置18个周向槽311，铜套3冷却时具有天然的周向周期性；通过在旋转芯上合理设计水路，使得轴向冷却均匀性得到保证。
进一步地，所述的稳压腔与冷却槽组31的两端相连，在稳压腔朝向冷却槽组31的一端设置与周向槽311正对且数量相同的多个孔道213。铜套3上的周向槽311与稳压腔相连，使冷却水进出铜套3时保持压力稳定，沿着流动方向，稳压腔的截面积要大于周向槽311流道截面积，这样腔内的流速就相对很低，压力就相对均匀，两个稳压腔之间的流道流速更加均匀、稳定。
进一步地，所述的稳压腔的数量为偶数个，由相同数量和规格的稳压进水腔211和稳压出水腔212组成，稳压腔以一个稳压进水腔211和一个稳压出水腔212组成一个辊芯21冷却水进出结构，多个相同规格的辊芯21冷却水进出结构周向设置在辊芯21上。
进一步地，设置于主轴1进水腔11一侧的所述压盖22上的内部流道221连接主轴1进水腔11和辊芯21稳压进水腔211，设置于主轴1出水腔12一侧的所述压盖22上的内部流道221连接主轴1出水腔12和辊芯21稳压出水腔212。
进一步地，所述冷却槽组31的数量为8-16个，相邻冷却槽组31之间的壁厚4-8mm，每个冷却槽组31内的周向槽311宽度不小于4mm，深度不小于4mm，相邻的周向槽311间的轴向壁厚介于4～8mm之间，所述周向槽311沿周向排布均匀，数量为偶数个。
进一步地，所述的辊芯21沿轴向的两端还设置有密封板24、密封环23和端盖25。
进一步地，所述的密封环23设置于铜套3和辊芯21端部连接处以密封铜套3与辊芯21，对铜套3和辊芯21的接触面进行二次密封，另外密封环23上用动平衡导轨，用以安装动平衡滑块；述密封板24设置于主轴1和压盖22之间用以对压盖22与主轴1的接触面进行密封；所述端盖25设置于稳压腔的一端，使稳压腔仅具备一端进水或者出水的功能，同时保证另一端密封，例如稳压进水腔211的位于轴向出水的一端设置有端盖25安装凹环，凹环内设置端盖25使稳压进水腔211位于轴向出水的一端密封，而且凹环内设置端盖25后，端盖25的外表面与辊芯21侧面齐平，安装压盖22后使辊芯21的侧面除出水内部流道221以为均与压盖22密切接触密封。
进一步地，所述的主轴1上开有径向管13，管径介于30～39mm之间，周向均匀均布，数量与稳压进水腔211或稳压出水腔212相同。
在本实施例中的冷却辊装置中，设置10个相同规格的冷却槽组31，将铜套3内部周向分成10段，每个冷却槽组31中轴向设置18个周向槽311，每个周向槽311规格为宽*深*壁厚＝5*5*5，相邻的周向槽311间的轴向壁厚10mm，经测用该结晶器喷带，带宽80mm，极差小于1.5μm，叠片系数89％。
应的说明的是，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域的技术人员能很好地理解和利用本发明，本发明的保护范围并不受限与上述实施例，根据本说明书的内容，可作很多等效修改和变化，这些等效修改和变化均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种周向槽纳米晶结晶器，包括主轴、旋转芯和铜套，其特征在于：所述旋转芯套在主轴上、所述铜套套在旋转芯上，所述主轴为一端设置进水腔、另一端设置出水腔的中空轴体；所述的旋转芯包括直接套在主轴上的辊芯和设置在辊芯两端的压盖，所述的辊芯内部设置多个周向分布的稳压腔，多个稳压腔规格相同且均轴向设置于辊芯上，稳压腔包括稳压进水腔和稳压出水腔且稳压进水腔的周径向坐标小于稳压出水腔周径向坐标，稳压进水腔在辊芯同一圆周上等间距均匀分布于辊芯的周向，稳压出水腔在辊芯同一圆周上等间距均匀分布于辊芯的周向，所述压盖内部设置用于连接主轴腔和辊芯稳压腔的内部流道；沿所述铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，每个所述冷却槽组均由沿铜套内表面周向设置的、轴向间距相同的多个周向槽组成；所述稳压腔与冷却槽组连接，所述稳压进水腔、冷却槽组、与稳压进水腔相邻的稳压出水腔组成一个辊面周向冷却组，所述主轴的进水腔、周向分布的所述辊面周向冷却组、主轴的出水腔组成纳米晶结晶器的冷却辊装置；所述的稳压腔与冷却槽组的两端相连，在稳压腔朝向冷却槽组的一端设置与周向槽正对且数量相同的多个孔道，稳压腔的截面积大于周向槽流道截面积；
设置于主轴进水腔一侧的所述压盖上的内部流道连接主轴进水腔和辊芯稳压进水腔，设置于主轴出水腔一侧的所述压盖上的内部流道连接主轴出水腔和辊芯稳压出水腔；
稳压腔以一个稳压进水腔和一个稳压出水腔组成一个辊芯冷却水进出结构，多个相同规格的辊芯冷却水进出结构周向设置在辊芯上。
2.根据权利要求1所述的一种周向槽纳米晶结晶器，其特征在于：所述的稳压腔的数量为偶数个，由相同数量和规格的稳压进水腔和稳压出水腔组成。
3.根据权利要求1所述的一种周向槽纳米晶结晶器，其特征在于：所述冷却槽组的数量为8-16个，相邻冷却槽组之间的壁厚4-8mm，每个冷却槽组内的周向槽宽度不小于4mm，深度不小于4mm，相邻的周向槽间的轴向壁厚介于4~8mm之间，周向槽的数量为12-22个。
4.根据权利要求1所述的一种周向槽纳米晶结晶器，其特征在于：所述的辊芯沿轴向的两端还设置有密封板、密封环和端盖。
5.根据权利要求4所述的一种周向槽纳米晶结晶器，其特征在于：所述的密封环设置于铜套和辊芯端部连接处以密封铜套与辊芯；密封板设置于主轴和压盖之间用以对压盖与主轴的接触面进行密封；所述端盖设置于稳压腔的一端，使稳压腔仅具备一端进水或者出水的功能，同时保证另一端密封。
6.根据权利要求1所述的一种周向槽纳米晶结晶器，其特征在于：所述的主轴上开有径向管，管径介于30~39mm之间，周向均匀均布，数量与稳压进水腔或稳压出水腔相同。
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