CN115194104A - 一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其包括主轴、轴心组件和铜套,所述轴心组件套在主轴上、所述铜套套在轴心组件上,所述主轴为两端为进水腔和出水腔;所述的轴心组件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水腔,所述压盖内部设置用于连接主轴腔和辊芯稳压水腔的内部流道;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;所述稳压水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。
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,尤其是一种轴向冷却动力分布均匀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,广泛采用循环水冷的冷却辊。目前常见的冷却辊水路结构通常有两种,一种是在铜套内表面沿轴向开水槽的横槽结构,在水槽中通入冷却水降温(见图1-图4);另一种是铜套和辊芯上均不开设槽结构,仅依靠铜套与辊芯之间间隙通入冷却水进行冷却降温(见图5、图6)。这两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。常见结构的最大问题是没有考虑轴向冷却均匀性,冷却水在铜套的进水口和出水口处的温差较大,导致铜套轴向上对流换热系数相差较大,喷宽带材时容易产生大极差、小叠片、工艺不稳定等技术问题。
具体来说,冷却水轴向流动有两个弊端:(1)冷却水在进口和出口温度不一致,势必造成冷却动力沿着轴向不一致,进水口一侧冷却动力大,出水口一侧冷却动力小(冷却动力用温差表征);(2)冷却水进入铜套时的压力不稳定,冷却水刚进入冷却通道时,先处于流态发展阶段(湍流入口段),后处于流态稳定段,换热能力在湍流入口段要明显大于流态稳定段(大2000W/(m*K)左右,占比则是发展段的冷却能力只有入口段的80%左右;冷却能力用换热系数表征)。两个弊端叠加在一起,导致入口侧冷却速度明显大于出口侧的冷却速度,最终造成带材宽度冷却不均匀,表现为容易断带、宽度方向厚度不均匀、宽度方向极差大、叠片系数小、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、轴向冷却动力分布均匀的高辊面利用率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:
一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其包括由内到外依次套接的主轴、轴心组件和铜套,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;所述的轴心组件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相同规格、轴向贯通辊芯且在辊芯周向处于相同位置的稳压水腔,辊芯上的稳压水腔组成周向对称稳压水腔体系,周向对称稳压水腔体系的包括稳压进水腔和稳压出水腔且稳压进水腔和稳压出水腔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内腔和辊芯稳压水腔的内部流道,所述主轴内腔为主轴进水腔和出水腔;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;所述稳压水腔与冷却槽组连接,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辊冷却通道,以上所述的轴向均为主轴的轴向,周向为轴向垂直面上的环向如圆环形的铜套内表面上的圆环即为周向。
进一步地,所述的稳压水腔与冷却槽组的两端相连,在稳压水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,所述的稳压水腔与冷却槽组的两端通过所述孔道相连。
进一步地,所述的稳压水腔的数量为偶数个,由相同数量和规格的稳压进水腔和稳压出水腔组成,稳压水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,所述的稳压进水腔和稳压出水腔均轴向贯通辊芯,截面为长方形或弧角长方形且长方形或弧角长方形的长度方向沿辊芯的径向,辊芯冷却水进出结构中的稳压进水腔和稳压出水腔分别与相邻的辊芯冷却水进出结构的稳压出水腔和稳压进水腔间隔设置;所述的截面为辊芯上垂直于主轴轴向的面,所述的弧角长方形为四个角为圆弧形的长方形。
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6-14个,相邻冷却槽组间的壁厚4-8mm,所述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4~10mm,每个冷却槽组中周向槽的数量为12-22个且每个冷却槽组内周向槽的数量相同。
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水腔的一端,使稳压水腔仅具备一端进水或者出水的功能,同时保证另一端密封,如在所述的稳压进水腔的一端通过设置安装端盖的凹环,对稳压进水腔的一端进行封堵,使稳压进水腔仅一端与主轴的进水腔连通,另一端封闭。
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冷却沿圆周方向有周期性,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;将稳压水腔设置为周向对称稳压水腔体系,铜套装配后,可产生相对均匀的预应力,防止出现应力集中,有助于预防麻点;同时,周向对称稳压水腔体系可以有效降低腔内流速,稳定进水、出水的压力,保证进水腔和出水腔内部压力均等性。
附图说明
图1为现有技术中循环水冷的冷却辊结构图;
图2为图1中的A-A截面图;
图3为图1中的B-B截面图;
图4为图3中的S部位放大图;
图5为现有技术中循环水冷的冷却辊的又一种结构图;
图6为图5中的C-C截面图;
图7为本发明的截面图,具体的截面位置为图8中的E-E截面;
图8为图7的D-D截面图;
图9为铜套立体结构示意图;
图10为辊芯结构示意图;
图11为图10的F-F截面图;
图12为图11的G-G截面图;
图13为压盖结构示意图;
图14为压盖立体结构示意图;
图15为主轴结构示意图。
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-端盖,25-密封板,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7-15所示,一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其包括主轴1、轴心组件和铜套,所述轴心组件套在主轴1上、所述铜套3套在轴心组件上,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;所述的轴心组件包括直接套在主轴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水腔,多个稳压水腔规格相同且均轴向设置于辊芯21上,稳压水腔包括稳压进水腔211和稳压出水腔212且稳压进水腔211和稳压出水腔212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内腔和辊芯稳压水腔的内部流道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;所述稳压水腔与冷却槽组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,所述主轴的进水腔11、周向分布的所述辊面周向冷却组、主轴的出水腔12组成纳米晶结晶器的辊冷却通道。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16个周向槽311,铜套3冷却时具有天然的周向周期性;通过在轴心组件上合理设计水路,使得轴向冷却均匀性得到保证。
进一步地,所述的稳压水腔与冷却槽组31的两端相连,在稳压水腔朝向冷却槽组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通过孔道213与稳压水腔相连,使冷却水进出铜套3时保持压力稳定,沿着流动方向,在一个辊面周向冷却组中,稳压水腔的截面积要明显大于所有周向槽流道截面积之和,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,所述的稳压水腔的数量为偶数个,由相同数量和规格的稳压进水腔211和稳压出水腔212组成,稳压水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21上。
进一步地,设置于主轴进水腔11一侧的所述压盖22上的内部流道221连接主轴进水腔11和辊芯稳压进水腔211,设置于主轴出水腔12一侧的所述压盖22上的内部流道221连接主轴出水腔12和辊芯稳压出水腔212。
进一步地,所述冷却槽组31的数量为6-14个,相邻冷却槽组31间的壁厚4-8mm,所述的周向槽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4~10mm,每个冷却槽组中周向槽311的数量为12-22个且每个冷却槽组内周向槽311的数量相同。
进一步地,所述的辊芯21沿轴向的两端还设置有密封板25、密封环23和端盖24。
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;所述密封板25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24设置于稳压水腔的一端,使稳压水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24安装凹环,凹环内设置端盖24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24后,端盖24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以外均与压盖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。
本发明的轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器的辊面冷却方法为:在纳米晶结晶器的辊冷却通道中,冷却水通过主轴的进水腔11进入结晶器,通过压盖上的内部流道221进入周向对称稳压水腔体系的各个稳压进水腔211并在稳压进水腔211内积聚,稳压进水腔211内满载冷却水后,冷却水通过孔道213进入沿铜套3内表面周向设置的冷却槽组31的周向槽311中对铜套进行冷却,热交换后的冷却水经过与稳压出水腔212连通的孔道213进入稳压出水腔212中并在稳压出水腔212内积聚,稳压出水腔212内满载热交换后的冷却水后经过压盖上的内部流道221进入主轴的出水腔12将热交换后的冷却水导出,冷却水在纳米晶结晶器的辊冷却通道中循环流动,对纳米晶结晶器进行持续的冷却,且在冷却过程中保持轴向冷却动力分布的均匀性。
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16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 (10)
1.一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其包括由内到外依次套接的主轴、轴心组件和铜套,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;其特征在于:所述的轴心组件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相同规格、轴向贯通辊芯且在辊芯周向处于相同位置的稳压水腔,辊芯上的稳压水腔组成周向对称稳压水腔体系,周向对称稳压水腔体系的稳压水腔包括稳压进水腔和稳压出水腔且稳压进水腔和稳压出水腔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内腔和辊芯稳压水腔的内部流道;沿所述铜套内表面周向设置有多个冷却槽组,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,多个周向分布的所述辊面周向冷却组与主轴的进水腔和出水腔组成纳米晶结晶器的辊冷却通道。
2.根据权利要求1所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于: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,所述稳压水腔与冷却槽组连接;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辊冷却通道。
3.根据权利要求1所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于:所述的稳压水腔与冷却槽组的两端相连,在稳压水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,所述的稳压水腔与冷却槽组的两端通过所述孔道相连。
4.根据权利要求1或3所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于:所述的稳压水腔的数量为偶数个,由相同数量和规格的稳压进水腔和稳压出水腔组成,稳压水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。
5.根据权利要求4所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于: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。
6.根据权利要求5所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于:所述的稳压进水腔和稳压出水腔均轴向贯通辊芯,截面为长方形或弧角长方形且长方形或弧角长方形的长度方向沿辊芯的径向,辊芯冷却水进出结构中的稳压进水腔和稳压出水腔分别与相邻的辊芯冷却水进出结构的稳压出水腔和稳压进水腔间隔设置。
7.根据权利要求1或3所述的一种轴向冷却动力分布均匀的周向槽纳米晶结晶器,其特征在于:所述冷却槽组的数量为6-14个,相邻冷却槽组间的壁厚4-8mm,所述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4~10mm,每个冷却槽组中周向槽的数量为12-22个且每个冷却槽组内周向槽的数量相同。
8.根据权利要求1所述的一种轴向冷却动力分布均匀的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。
9.根据权利要求8所述的一种轴向冷却动力分布均匀的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;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水腔的一端,使稳压水腔仅具备一端进水或者出水的功能,同时保证另一端密封。
10.根据权利要求1所述的一种轴向冷却动力分布均匀的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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