CN1238133C - 一种旋转冷却辊及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传热技术领域，主要适用于快速凝固设备的急冷基体，尤其适用于非晶态合金铸带设备所用的旋转冷却辊及冷却方法。本发明的技术方案的特征是采用内壁高压喷水和内螺旋结构，高压喷水使铜辊内表面附近处于稳流状态的循环水变为湍流状态；另外螺旋结构不但使铜辊内表面散热面积增大，而且使铜辊内表面附近的循环水迅速更新，从而使冷却辊的冷却能力显著提高。本发明与现有技术相比提出的旋转冷却辊具有冷却能力强、结构简单和成本低的优点。

Description

一种旋转冷却辊及冷却方法

技术领域

本发明属于传热技术领域，主要适用于快速凝固设备的急冷基体，尤其适用于非晶态合金铸带设备所用的旋转冷却辊及冷却方法。

背景技术

在现有技术中，非晶态合金通常采用快速凝固技术制备，即将特定成分的合金熔液通过喷嘴浇注在连续运动的冷却体上(参见美国专利U.S.Pat.No.4,142,571)或冷却液中(参见美国专利U.S.Pat.No.4,495,691)，合金熔液快速凝固而形成非晶态合金。非晶态合金的平面流铸造技术(参见美国专利U.S.Pat.No.4,142,571)已被广泛应用于非晶态合金薄带的生产过程中，在非晶态合金平面流铸造设备中，冷却体是设备的重要组成部分之一，冷却体的冷却能力直接影响非晶带材的性能和质量。在非晶态合金的平面流铸带设备中，已被广泛应用的冷却体是采用循环水冷却的铜辊，当合金熔液通过喷嘴浇注在水冷铜辊的外表面时，由于铜具有较大的导热系数，使合金熔液的热量通过热传导迅速传到铜辊的内表面，铜辊的内表面有冷却水通过，因此热量被循环冷却水带走。尽管铜辊是高速旋转的，但是由于铜辊内表面和循环水之间存在粘滞，在铜辊转速固定后，铜辊内表面附近的一层循环冷却水处于稳流状态，这种处于稳流状态的水不利于热交换，导致铜辊的表面温度升高，进而导致铜辊的冷却能力下降，铜辊冷却能力的下降直接直接影响非晶带材的质量。为了提高冷却体的冷却能力，John R.Bedell发明了一种冷却带(参见美国专利U.S.Pat.No.4,589,470)，其工作原理是将高压水用多个喷嘴喷射到冷却带的内表面，使冷却带内表面附近的冷却水处于湍流状态，并在冷却带内表面附近装有刮水刷，目的是使冷却带内表面一直与冷却后的循环水接触。上述方法消除了冷却体内表面附近处于稳流状态的循环水，使冷却体的冷却能力得到了显著的提高。但是，利用上述方法制造的冷却体的结构复杂，并且在铸带过程中，冷却体在运动过程中的稳定性较难控制，致使该方法没有得到普遍应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却能力强、结构简单、成本低的旋转冷却辊及冷却方法。

根据上述目的，我们所提出的技术方案的工作原理是：

采用内壁高压喷水和内螺旋结构，高压喷水使铜辊内表面附近处于稳流状态的循环水变为湍流状态；另外螺旋结构不但使铜辊内表面散热面积增大，而且使铜辊内表面附近的循环水迅速更新，从而使冷却辊的冷却能力显著提高。

根据上述目的和工作原理，我们所提出的技术方案为：

该旋转冷却辊，其特征是冷却辊由铜辊7和水套6构成，铜辊7和水套6分别为空心结构，水套6安装在铜辊7的内部，水套6的一端开有数个小孔8，水套6的另一端沿轴向与进水管1固定连接，进水管1通过紧固圆螺母2与回水管3相连，回水管3固定在底座上；铜辊7为内螺旋，并且通过右盖板5和左盖板9形成封闭结构，右盖板5通过动密封连接件4与回水管3连接，左盖板9通过连接盘10和固定螺栓11与主轴12连接。

旋转冷却辊的冷却方法，其特征在于高压循环水通过进水管1进入进水水套6的内部，并通过进水水套小孔8喷向铜辊7的内壁，同时铜辊7在主轴12的带动下沿螺旋的逆方向旋转。这样高压喷水使铜辊7内表面附近处于稳流状态的循环水变为湍流状态，另一方面由于铜辊7内表面为螺旋结构，铜辊7沿其螺旋结构的逆方向旋转，使铜辊7内壁附近的水迅速更新。

采用本发明所提出的旋转冷却辊及冷却方法与现有技术比较具有冷却能力强、结构简单、成本低的优点。由于采用内壁高压喷水和内螺旋结构，高压喷水使铜辊内表面附近处于稳流状态的循环水变为湍流状态；另外螺旋结构不但使铜辊内表面散热面积增大，而且使铜辊内表面附近的循环水迅速更新，从而使冷却辊的冷却能力显著提高。

附图说明

附图1是本发明旋转冷却辊的结构示意图。

附图2为本发明内螺旋铜辊剖面结构示意图。

附图3为本发明冷却辊制备的非晶带材的X射线衍射图谱。

附图4为利用现有技术采用的冷却辊制备的非晶带材的X射线衍射图谱。

在上述附图中，1为进水管，2为紧固圆螺母，3为回水管，4为动密封连接件，5为铜辊右盖板，6为水套，7为铜辊，8为水套出水小孔，9为铜辊左盖板，10为连接盘，11为固定螺栓，12为铜辊主轴。

具本实施方式

图1、图2中，冷却辊由铜辊7和水套6构成，铜辊7和水套6分别为空心结构，水套6安装在铜辊7的内部，水套6的一端开有数个小孔8，水套6的另一端沿轴向与进水管1固定连接，进水管1通过紧固圆螺母2与回水管3相连，回水管3固定在底座上；铜辊7为内螺旋，并且通过右盖板5和左盖板9形成封闭结构，右盖板5通过动密封连接件4与回水管3连接，左盖板9通过连接盘10和固定螺栓11与主轴12连接。主轴12在马达的驱动下可绕轴线AA′旋转，从而带动铜辊绕轴线AA′旋转。基于上述结构，本发明的冷却方法为高压循环水通过进水管1进入进水水套6的内部，并通过进水水套小孔8喷向铜辊7的内壁，同时铜辊7在主轴12的带动下沿螺旋的逆方向旋转。这样高压喷水使铜辊7内表面附近处于稳流状态的循环水变为湍流状态，另一方面由于铜辊7内表面为螺旋结构，铜辊7沿其螺旋结构的逆方向旋转，使使铜辊7内壁附近的水迅速更新。

在非晶带材的制造过程中，影响非晶态合金形成的内在因素是合金的成分，外在因素是合金熔液的冷却速度。对于特定成分的合金，其非晶态的形成主要决定于冷却体的冷却能力。如果冷却体的冷却能力较低，将导致材料部分晶化，甚至不能形成非晶态合金，宏观上表现为材料的韧性较差。因此，可以通过对比非晶带材的韧性和可形成非晶态带材的厚度，间接对比本发明所提出的旋转冷却辊和现有技术所用冷却辊的冷却能力。

本实施例所用的旋转冷却辊的铜辊外直径为350mm，铜辊壁厚26mm，螺旋高度5mm，进水水套的外径286mm。铜辊的转速为1600转/分。表1为本发明实施例制备的非晶带材性能表，表2为现有技术采用的冷却辊制备的非晶带材性能表。对比材料的成分都是Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉，分别制备10批非晶带材，表1中的1-5#为本发明实施例制备的非晶带材，表2中的6-10#为利用现有技术采用的冷却辊制备的非晶带材。带材韧性采用平行板法测量，韧性的大小用断裂应变λ度量， $\mathrm{\λ}=\frac{d}{D-d},$ 其中D为两平行板之间距离，d为带材厚度。对比表1和表2，可以看出，利用本发明所提出的冷却辊制备的非晶带材的韧性比现有技术采用的冷却辊制备的非晶带材的韧性高10倍以上。由图3可见，在带材厚度为60μm时，仍保持非晶态；由附图4可见，带材厚度为38μm时，已出现部分晶化。因此，本发明所提出的冷却辊的冷却能力比现有技术采用的冷却辊的冷却能力显著提高。

            表1本发明实施例制备的非晶带材的性能表

编号项目	1#	2#	3#	4#	5#	平均值
							D(mm)	0.12	0.14	0.16	0.16	0.14	D＝0.144
d(mm)	0.031	0.032	0.030	0.033	0.032	d＝0.0316
							dλ＝ ·D-d	0.348	0.296	0.231	0.260	0.296	λ＝0.286

            表2采用现有技术制备的非晶带材的性能表

编号项目	6#	7#	8#	9#	10#	平均值
							D(mm)	1.50	1.30	1.35	1.47	1.53	D＝1.43
d(mm)	0.031	0.032	0.032	0.030	0.032	d＝0.031
							dλ＝·D-d	0.021	0.025	0.025	0.021	0.021	λ＝0.022

Claims (2)

1、一种旋转冷却辊，其特征是冷却辊由铜辊(7)和水套(6)构成，铜辊(7)和水套(6)分别为空心结构，水套(6)安装在铜辊(7)的内部，水套(6)的一端开有数个小孔(8)，水套(6)的另一端沿轴向与进水管(1)固定连接，进水管(1)通过紧固圆螺母(2)与回水管(3)相连，回水管(3)固定在底座上；铜辊(7)为内螺旋，并且通过右盖板(5)和左盖板(9)形成封闭结构，右盖板(5)通过动密封连接件(4)与回水管(3)连接，左盖板(9)通过连接盘(10)和固定螺栓(11)与主轴(12)连接。

2、根据权利要求1所述的旋转冷却辊的冷却方法，其特征在于高压循环水通过进水管(1)进入进水水套(6)的内部，并通过进水水套小孔(8)喷向铜辊(7)的内壁，同时铜辊(7)在主轴(12)的带动下沿螺旋的逆方向旋转。

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