CN115383065A - 周向槽纳米晶结晶器冷却结构 - Google Patents

Abstract

周向槽纳米晶结晶器冷却结构，包括主轴、轴心结构和铜套，所述的轴心结构套在主轴上、所述铜套套在轴心结构外沿；所述的主轴一端为中空的进水端，另一端为中空的出水端；所述的轴心结构的两侧分别设置有进水压盖和出水压盖；所述的轴心结构上设置有进水稳压腔和出水稳压腔；所述铜套上沿铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，所述冷却槽组一端与进水稳压腔连通，另一端与出水稳压腔连通；每个所述的冷却槽组的中部均设置有冷却水扰流结构。本发明为一种用于制备纳米晶宽带材的轴向冷却均匀、节水、高效的周向槽纳米晶结晶器冷却结构。

Description

周向槽纳米晶结晶器冷却结构

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，具体涉及一种周向槽纳米晶结晶器冷却结构。

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。现有技术中常见的纳米晶结晶器为横槽结构(如图1-4所示)，即铜套冷却槽设置的方向与主轴轴向相同，冷却水沿轴向对铜套进行冷却。这种横槽结构铜套的冷却特点为：进水端冷却能力强(用对流换热系数表征)：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。这种横槽结构的周向槽纳米晶结晶器，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，进而引发一系列问题，例如：(1)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，以及随着铜辊变薄，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。同时，包括横槽结构的周向槽纳米晶结晶器在内的现有技术中的纳米晶结晶器在相同的冷却效果下均存在耗水量大的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于制备纳米晶宽带材的轴向冷却均匀、节水、高效的周向槽纳米晶结晶器冷却结构。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其包括主轴、轴心结构和铜套，所述的轴心结构套在主轴上、所述铜套套在轴心结构外沿；所述的主轴一端为中空的进水端，另一端为中空的出水端；所述的轴心结构的两侧分别设置有内设进水流道的进水压盖和内设出水流道的出水压盖；所述的轴心结构上环向、等间距设置有进水稳压腔和出水稳压腔；所述铜套上沿铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，所述冷却槽组一端与进水稳压腔连通，另一端与出水稳压腔连通；每个所述的冷却槽组的中部均设置有冷却水扰流结构；所述的主轴进水端与进水压盖的进水流道连通、出水端与出水流道连通，进水流道-进水稳压腔-冷却槽组-出水稳压腔-出水流道形成一个完整的铜套周向冷却组，多个铜套周向冷却组周向相邻设置形成周向槽纳米晶结晶器冷却结构。

进一步地，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。

进一步地，所述的进水稳压腔和出水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，进水稳压腔-孔道-冷却槽组的周向槽-出水稳压腔连通形成铜套周向冷却组的冷却实现结构。

进一步地，一个所述进水稳压腔和一个通过冷却槽组与之相连的出水稳压腔组成一个铜套周向冷却组的冷却水进出结构，多个相同规格的冷却水进出结构周向等间距设置在轴心结构上。

进一步地，所述的进水稳压腔和出水稳压腔均轴向贯通轴心结构，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轴心结构的径向，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；所述的截面为轴心结构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，所述的扰流结构包括设置于轴心结构上的扰流槽以及插设于扰流槽内的扰流板组成，所述的扰流板的底部设置有与冷却槽组中的周向槽对应的扰流孔，即扰流孔的数量与每个冷却槽组中的周向槽的数量相同，而且在扰流板插入扰流槽以后扰流孔在轴心结构上轴向位置与冷却槽组中的周向槽一一对应，在扰流板插入扰流槽以后扰流板的两侧分别为与冷却槽组中的周向槽互通的进水扰流腔和出水扰流腔。

进一步地，所述冷却槽组的数量为4-8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轴心结构端部两侧连接处以密封铜套与轴心结构，对铜套和轴心结构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；所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；所述端盖设置于进水稳压腔和出水稳压腔的一端，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，如在所述的进水稳压腔的一端通过设置安装端盖的凹环，对进水稳压腔的一端进行封堵，使进水稳压腔仅一端与主轴的进水端连通，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，数量与进水稳压腔或出水稳压腔相同。

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，由此达到整个结晶器的辊面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，冷却能力轴向分布均匀(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，利于工艺稳定，能够克服现有技术中的横槽结构纳米晶结晶器存在的断带、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；另外，在相同的冷却效果下，本发明的周向槽纳米晶结晶器冷却结构可节水50％，如用100t/h的流量可实现200t/h流量时的冷却效果。

附图说明

图1为现有技术中横槽结构的纳米晶结晶器的截面结构图；

图2为图1的A-A截面结构示意图；

图3为现有技术中横槽结构的纳米晶结晶器的铜套结构示意图；

图4为图3的B-B截面结构示意图；

图5为本发明的截面结构示意图；

图6为图5的C-C截面结构示意图；

图7为铜套结构示意图；

图8为轴心结构的截面结构示意图；

图9为图8的D-D截面结构示意图；

图10为图8的E-E截面结构示意图；

图11为轴心结构的立体图；

图12为扰流板结构示意图；

图13为端盖结构示意图；

图14为压盖结构示意图，端盖以进水端盖为例，出水端盖与进水端盖结构相同；

图15为主轴结构示意图。

图中，1-主轴，11-进水端，12-出水端，13-径向管，2-轴心结构，21-进水稳压腔，22-出水稳压腔，23-孔道，24-凹环，3-铜套，31-冷却槽组，311-周向槽，41-进水压盖，411-进水流道，42-出水压盖，421-出水流道，5-冷却水扰流结构，51-扰流槽，52-扰流板，53-扰流孔，54-进水扰流腔，55-出水扰流腔，6-第一密封环，7-第二密封环，8-端盖。

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5-6、图8-11所示，本发明的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其包括主轴1、轴心结构2和铜套3，所述的轴心结构2套在主轴1上、所述铜套3套在轴心结构2外沿，所述的铜套3通过过盈连接与轴心结构2配合连接；所述的主轴1一端为中空的进水端11，另一端为中空的出水端12；所述的轴心结构2的两侧分别设置有内设进水流道411的进水压盖41(如图14所示)和内设出水流道421的出水压盖42；所述的轴心结构2上环向、等间距设置有进水稳压腔21和出水稳压腔22；如图7所示，所述铜套3上沿铜套3内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组31，所述冷却槽组31一端与进水稳压腔21连通，另一端与出水稳压腔22连通；每个所述的冷却槽组31的中部均设置有冷却水扰流结构5；所述的主轴1进水端11与进水压盖41的进水流道411连通、出水端12与出水流道421连通，进水流道411-进水稳压腔21-冷却槽组31-出水稳压腔22-出水流道421形成一个完整的铜套周向冷却组，多个铜套周向冷却组周向相邻设置形成周向槽纳米晶结晶器冷却结构。所述的铜套周向冷却组的进水稳压腔21与相邻的铜套周向冷却组的出水稳压腔22相邻设置，所述的进水稳压腔21和出水稳压腔22在轴心结构2上的位置距离轴心结构2的中心相等；设置于主轴进水端11一侧的所述进水压盖41上的进水流道411连接主轴进水端11和轴心结构进水稳压腔21，设置于主轴出水端12一侧的所述出水压盖42上的出水流道421连接主轴出水端12和轴心结构出水稳压腔22。出水压盖与出水端连接，负责把冷却水从出水稳压腔引到主轴，或者把冷却水从主轴引到进水稳压腔，其特征是有一个相对很长的径向流道；同时压盖还起到端面静密封的作用。

进一步地，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。

进一步地，所述的进水稳压腔21和出水稳压腔22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23，进水稳压腔21-孔道23-冷却槽组31的周向槽311-出水稳压腔22连通形成铜套周向冷却组的冷却实现结构。进水稳压腔21和出水稳压腔22用以降低流速，稳定进水、出水的压力，保证进水腔和出水腔内部压力大体相等。所述的孔道23为细长孔，可增大冷却水路的压降，间接保证各个周向槽的冷却水量基本相等。

进一步地，一个所述进水稳压腔21和一个通过冷却槽组31与之相连的出水稳压腔22组成一个铜套周向冷却组的冷却水进出结构，多个相同规格的冷却水进出结构周向等间距设置在轴心结构2上。

进一步地，如图8-11所示，所述的进水稳压腔21和出水稳压腔22均轴向贯通轴心结构2，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轴心结构2的径向，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；所述的截面为轴心结构2上垂直于主轴1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，所述的扰流结构包括设置于轴心结构2上的扰流槽51以及插设于扰流槽51内的扰流板52组成，扰流槽51用以插放扰流板52，实现流速扰动，增大换热系数(增大换热能力)；如图12所示，所述的扰流板52的底部设置有与冷却槽组31中的周向槽311对应的扰流孔53，即扰流孔53的数量与每个冷却槽组31中的周向槽311的数量相同，而且在扰流板52插入扰流槽51以后扰流孔53在轴心结构2上轴向位置与冷却槽组31中的周向槽311一一对应，在扰流板52插入扰流槽51以后扰流板52的两侧的扰流槽51形成分别为与冷却槽组31中的周向槽311互通的进水扰流腔54和出水扰流腔55，扰流板与扰流槽配合使用，通过强迫流速转向实现流速扰动，达到增大冷却能力(换热系数)的目的。冷却水从进水稳压腔流入，通过径向水孔孔道23流入铜套周向槽，在扰流板处通过流速变向实现流速扰动，然后再进入铜套周向槽，最后经径向水孔即孔道流入出水稳压腔。

进一步地，所述冷却槽组31的数量为4-8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，周向槽311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第一密封环6、第二密封环7和端盖8。

进一步地，所述的第二密封环7设置于铜套3和轴心结构2端部两侧连接处以密封铜套3与轴心结构2，对铜套3和轴心结构2的接触面进行二次密封，另外第二密封环7上用动平衡导轨，用以安装动平衡滑块；所述第一密封环6设置于主轴1和压盖之间用以对压盖与主轴1的接触面进行密封；如图13所示的端盖8设置于进水稳压腔21和出水稳压腔22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，如在所述的进水稳压腔21的一端通过设置安装端盖8的凹环24，对进水稳压腔21的一端进行封堵，使进水稳压腔21仅一端与主轴1的进水端11连通，另一端封闭。

进一步地，如图15所示，所述的主轴1上开有径向管13，径向管13与进水流道411或出水流道421连通，管径介于30～39mm之间，周向均匀均布，数量与进水稳压腔21或出水稳压腔22相同。主轴1的内流道分成两部分：进水侧和出水侧，进水侧通过径向管13把冷却水输送给进水压盖；出水侧通过径向管13汇集由出水压盖输送过来的冷却水。

本发明的周向槽纳米晶结晶器冷却结构的辊面冷却方法为：在周向槽纳米晶结晶器冷却结构中，冷却水通过主轴的进水端进入结晶器，通过进水压盖上的进水流道进入轴心结构上的各个进水稳压腔并在进水稳压腔内积聚，进水稳压腔内满载冷却水后，冷却水通过孔道进入沿铜套内表面周向设置的冷却槽组的周向槽中对铜套进行冷却，冷却水在冷却槽组的周向槽中流通时，在扰流板处通过流速变向实现流速扰动，然后再进入铜套周向槽，然后热交换后的冷却水经过与出水稳压腔连通的孔道进入出水稳压腔中并在出水稳压腔内积聚，出水稳压腔内满载热交换后的冷却水后经过出水压盖上的出水流道进入主轴的出水端将热交换后的冷却水导出，冷却水在纳米晶结晶器的铜套周向冷却组中循环流动，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4个相同规格的冷却槽组，每个冷却槽组中间设置一个冷却水扰流结构，将铜套内部周向分成8段，每个冷却槽组中轴向设置16个周向槽，每个周向槽规格为宽*深*壁厚＝5*5*5，相邻的周向槽间的轴向壁厚10mm，经测用该结晶器喷带，带宽80mm，极差小于1.5μm，叠片系数低于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 (9)

1.周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：包括主轴、轴心结构和铜套，所述的轴心结构套在主轴上、所述铜套套在轴心结构外沿；所述的主轴一端为中空的进水端，另一端为中空的出水端；所述的轴心结构的两侧分别设置有内设进水流道的进水压盖和内设出水流道的出水压盖；所述的轴心结构上环向、等间距设置有进水稳压腔和出水稳压腔；所述铜套上沿铜套内表面周向等间距设置有多个相同规格的冷却槽组，所述冷却槽组一端与进水稳压腔连通，另一端与出水稳压腔连通；每个所述的冷却槽组的中部均设置有冷却水扰流结构；所述的主轴进水端与进水压盖的进水流道连通、出水端与出水流道连通，进水流道-进水稳压腔-冷却槽组-出水稳压腔-出水流道形成一个完整的铜套周向冷却组，多个铜套周向冷却组周向相邻设置形成周向槽纳米晶结晶器冷却结构。

2.根据权利要求1所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：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。

3.根据权利要求1或2所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：所述的进水稳压腔和出水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，进水稳压腔-孔道-冷却槽组的周向槽-出水稳压腔连通形成铜套周向冷却组的冷却实现结构。

4.根据权利要求3所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：一个所述进水稳压腔和一个通过冷却槽组与之相连的出水稳压腔组成一个铜套周向冷却组的冷却水进出结构，多个相同规格的冷却水进出结构周向等间距设置在轴心结构上。

5.根据权利要求4所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：所述的进水稳压腔和出水稳压腔均轴向贯通轴心结构，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轴心结构的径向，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冷却水进出结构的稳压出水腔和稳压进水腔间隔设置。

6.根据权利要求1或2所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：所述冷却槽组的数量为4-8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。

7.根据权利要求1所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，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。

8.根据权利要求7所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，其特征在于：所述的密封环设置于铜套和轴心结构端部两侧连接处以密封铜套与轴心结构；所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；所述端盖设置于进水稳压腔和出水稳压腔的一端，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。

9.根据权利要求1所述的周向槽纳米晶结晶器冷却结构，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，数量与进水稳压腔或出水稳压腔相同。

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