CN202430266U - 一种隔热型气冷碳套辊 - Google Patents

Abstract

一种隔热型气冷碳套辊，涉及带钢加热炉、退火炉设备的炉辊，解决现有气冷碳套辊轴向温度不均匀，影响带钢加热及使辊身变形的问题，本气冷碳套辊在金属辊身和碳套之间设置了隔热层，既保护金属辊身使之处于低温状态，同时避免带钢受辊内冷却气体冷却作用而降温，辊身受气体直接冷却，具有温度低、强度高、不易变形的特点；本实用新型取消辊身内的套管结构，冷却气体从炉辊一侧进，从另一侧出，强化冷却效果；金属辊身内设置导流器，进一步均匀炉辊轴向温度；在隔热层内设置陶瓷环支撑碳套，使碳套不易损坏；在辊身外壁面喷涂热障陶瓷涂层，进一步提高隔热效果。本气冷碳套辊对带钢加热的不利影响小，冷却气消耗少，炉辊寿命长，使用成本低。

Description

一种隔热型气冷碳套辊

技术领域

本实用新型涉及带钢加热炉、退火炉设备的炉辊，尤其是指一种耐高温的隔热型气冷碳套辊。

背景技术

炉辊是各种加热炉、退火炉的主要零部件，一般为耐热合金经离心铸造而成的空心圆管结构，其功能是输送钢带/坯等工件穿过加热炉而使工件得到加热。

目前，硅钢、不锈钢等一些特殊带钢的退火温度已超过1000℃甚至高达1200℃以上，普通炉辊在此高温下易弯曲变形甚至断裂，使用寿命仅2～3个月，炉辊成本居高不下。为此，厚大板坯加热一般都需要在辊子内部通水冷却，如专利WO2010/107810A2、CN200820180369.5、CN200820073754.X等。水冷炉辊因为冷却作用大，容易在加热工件表面产生局部低温即“黑印”，降低了加热质量，而且存在炉辊漏水等隐患。如果对薄带钢加热，“黑印”的影响将更加显著。因此对薄带钢加热，一般采用不冷却的高级耐热合金甚至高温合金来制造炉辊，炉辊成本显著上升。也有采取低强度的气体冷却，如专利US3976423在炉辊内通气对炉辊进行冷却，专利CN201020154983.1采用气冷的高温碳套辊用于硅钢高温退火炉中。

现有的气冷碳套辊，一般采用氮气冷却辊身，在辊身内通过一个细套管使冷却气体从辊子操作侧进来后又返回操作侧而导出。由于金属辊身及辊身外碳套的导热系数均比较高，炉内热量穿过碳套和金属辊身后直接由冷却氮气带走，因此碳套和金属辊身内部的温度梯度不大，即要么碳套温度过低，这必然影响与碳套外壁接触的带钢加热温度，炉体热量损失大；要么辊身温度过高，这必然影响辊身抗变形能力，难以起到只降低辊身温度而不降低碳套温度的作用从而实现减小炉辊变形的目的。此外，气冷碳套辊冷却氮气从碳套辊同一侧(操作侧)进出，氮气在金属辊身内部从操作侧流动到驱动侧后又经过炉辊中心套管返回操作侧，这样氮气温度必然不断升高，冷却能力逐渐降低，造成辊身轴向温度不均匀(操作侧温度低驱动侧温度高)，不利于带钢加热及防止辊身变形。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种隔热型气冷碳套辊结构，既能使炉辊保持较低温度防止其变形，同时又减轻炉辊对带钢的冷却作用，能够进一步改善炉辊温度均匀性，从而延长炉辊使用寿命。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种隔热型气冷碳套辊，所述碳套辊由空心金属圆管制成的辊身及置于辊身外表面的碳套组成，其中：在所述辊身的内腔通有冷却气体，所述冷却气体从碳套辊操作侧进入辊身的内腔，并从驱动侧流出；在所述辊身与碳套之间设有耐火材料制成的隔热层；所述辊身的两端分别焊接轴头，并在辊身及其两端与轴头的连接部位外面套设一根轴套；所述辊身的外壁上于隔热层内沿辊身的轴线方向间隔布置数个陶瓷环。

所述冷却气体为氮气。

所述辊身内腔，于冷却气体流道内设置一导流器，其由进气端卡爪，出气端卡爪，撑杆以及套筒组成；所述进气端卡爪及出气端卡爪为外周开有通气槽口的圆盘和爪头焊接而成，并每个爪头与辊身端部的轴头接触；所述撑杆连接于进气端卡爪、出气端卡爪的两个中心部之间；所述套筒连接于进气端卡爪、出气端卡爪的两个圆盘之间；所述出气端卡爪的圆盘中心部开设有通气孔。

所述导流器的套筒为圆锥形，其操作侧的直径小于驱动侧的直径。

所述隔热层采用由耐火纤维棉或耐火纤维毡包裹在辊身外壁并通过耐热钢丝包扎构成。

所述隔热层采用数个内径与辊身外径相匹配的耐火纤维预制隔热环逐个套装在辊身外壁构成轴向层叠结构。

所述辊身的外壁面喷涂ZrO2+Al2O3类热障陶瓷涂层。

所述轴套两端分别与辊身两端的轴头焊接在一起。

本实用新型的有益效果：

与现有技术相比，本实用新型的隔热型气冷碳套辊在金属辊身和碳套之间设置了隔热层，既保护金属辊身使之处于低温状态，同时避免带钢受辊内冷却气体冷却作用而降温，辊身受气体直接冷却，具有温度低、强度高、不易变形的特点；本实用新型取消辊身内的套管结构，冷却气体从炉辊一侧进，直接从另一侧出，强化冷却效果；金属辊身内设置导流器，进一步均匀炉辊轴向温度；而且，在隔热层内设置陶瓷环支撑碳套，碳套得到陶瓷环支撑，不易损坏；同时，在辊身外壁面喷涂热障陶瓷涂层，进一步提高隔热效果。本实用新型通过隔热以及冷却措施，既强化了炉辊冷却效果同时又避免炉辊对加热带钢的不良影响，提高了炉辊在高温环境下的使用性能。

本实用新型隔热型气冷碳套辊，结构简单易于制造，耐热温度高，对带钢加热的不利影响小，冷却气消耗少，炉辊寿命长，成本低，适合于硅钢等特殊带钢1000-1200℃高温退火炉使用。

为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型隔热型气冷碳套辊的结构示意图；

图2为图1中的隔热层由隔热环组成的结构示意图；

图3为图1中的导流器结构示意图；

图4为图3中的进气端卡爪及出气端卡爪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

本实用新型隔热型气冷碳套辊的结构参见图1，所述碳套辊由空心金属圆管制成的辊身1及置于辊身1外表面的碳套2组成，本实用新型的方案为：

在所述辊身1的内腔通有冷却气体(本实施例为氮气)，辊身1内流动的冷却气体能有效降低辊身1的温度，使辊身1保持较高强度，防止其变形失效。所述冷却气体从碳套辊操作侧A进入辊身1的内腔，从驱动侧B流出，取消传统气冷辊辊身内部复杂的回气套管结构，这样冷却气体的冷却能力及其沿辊身1轴向的均匀性得以提高，有利于辊身1轴向温度的均匀性。更进一步，当辊身1内腔直径较大时，可以考虑在辊身1的内腔冷却气体流道内再增设一导流器6，导流器6的结构如图3-图4所示1，具体由进气端卡爪61，出气端卡爪64，撑杆63以及套筒62组成。进气端卡爪61，出气端卡爪64的形状如图4所示，分别为外周开有通气槽口的圆盘和爪头焊接而成，并每个爪头与辊身1端部的轴头5接触。撑杆63连接于进气端卡爪61，出气端卡爪64的两个中心部之间。套筒62连接于进气端卡爪61，出气端卡爪64的两个圆盘之间。出气端卡爪64的圆盘中心部还开设有通气孔，目的是使套筒62的内腔与外部流动的冷却气体能够连通，防止套筒62内部形成封闭腔体，这样，进气端卡爪61，出气端卡爪64既可导通冷却气体，又可和辊身1的内壁及轴头5的端面接触，从而限制导流器6的位置，防止其在碳套辊转动时在辊身1内腔内游动或晃动，进气端卡爪61，出气端卡爪64和撑杆63焊接在一起共同作为套筒62的支架，套筒62是由薄钢板弯屈并焊接而成圆筒形，并两端与进气端卡爪61，出气端卡爪64焊接在一起，目的是引导气体在套筒62和辊身1之间狭小的圆环形缝隙内从A侧向B侧流动，使冷却气体能均匀地紧贴着辊身1内壁面快速流动，增强冷却气体对辊身1的冷却效果。而且，导流器6的套筒62为圆锥形，A侧(操作侧)的直径较小而B侧(驱动侧)的直径较大，使近碳套辊驱动侧B的气流通道逐渐变得狭窄，冷却气体流速逐渐增大，提高碳套辊驱动侧B的换热能力，改善碳套辊在轴线方向的冷却均匀性。

在所述辊身1与碳套2之间设有耐火材料制成的隔热层3。隔热层3隔绝从炉内经碳套2传递进来的热量，同时隔热层3也隔绝冷却气体进而对碳套2的冷却作用，使碳套2保持在较高温度，减轻碳套辊对带钢的冷却作用。隔热层3可以采用由低导热系数、高耐火温度的耐火纤维棉或耐火纤维毡包裹在辊身1外壁构成，并通过耐热钢丝包扎防止隔热层松脱，并便于碳套2的装配。作为一种改进，隔热层3也可以采用数个内径与辊身1外径相匹配的耐火纤维预制隔热环31，逐个套装在辊身1外壁构成轴向层叠结构(参见图2)。隔热环31的尺寸精度高、强度大、不易粉化，使碳套2安装更加方便。在辊身1的外壁面喷涂热障陶瓷涂层，可进一步提高碳套辊的隔热效果。

所述辊身1的两端分别连接轴头5(焊接连接)，并在辊身1以及两端与轴头5的连接部位外面套设一根轴套7，以进一步增强辊身1和轴头5之间的连接强度，防止碳套辊脱焊断裂，同时轴套7还起固定隔热层3和碳套2两端部的作用。

所述辊身1的外壁上于隔热层3内沿辊身1的轴线方向间隔布置数个陶瓷环4，以支撑碳套2，碳套2得到陶瓷环4的支撑就不易损坏。碳套2的作用主要是防止带钢在碳套辊表面结瘤。辊内冷却气体从操作侧A进入气体管道，经轴头5端部的旋转接头经轴头5内孔进入辊身1内，冷却辊身1，冷却气体受热后经驱动侧B轴头5内孔从旋转接头进入回气管道，回气管道收集冷却气体经过热交换器冷却降温及增压风机加压、补充气体后重新输送到进气管道，实现循环使用。

举一实施例：辊身1、及轴套7为优质耐热合金经离心铸造而成，辊身1两端与轴头5焊接在一起，轴套7套设在轴头5和辊身1焊接部位外并与辊身两端的轴头焊接在一起。辊身1外设置隔热层3，隔热层厚度4～25mm，隔热层3采用数个厚度为5～10mm的耐火材料预制隔热环31组成，隔热环31逐个套装在辊身1外构成轴向层叠结构。陶瓷环4沿辊身1轴向间隔布置3～15个，在焊接一侧轴套7后，把隔热环31及陶瓷环4逐个安放到辊身1上的预定位置，再焊接另一侧轴套7，使隔热层3和陶瓷环4紧密固定。辊身1外壁面喷涂0.1～0.3mm厚的ZrO2+Al2O3类热障陶瓷涂层，以和隔热层3一起隔绝炉内热量向金属辊身1传递。辊身1内腔通有氮气，在氮气流道内设导流器6，使冷却氮气能均匀地沿着辊身1内壁面快速流动，增加氮气对辊身1的冷却效果，而且导流器6为圆锥形，使从操作侧A到驱动侧B的气流通道逐渐变得狭窄，冷却气体流速增大，提高传动侧换热效果，改善炉辊在轴线方向的冷却均匀性。为防止碳套2损伤，在加热炉现场组装碳套2。碳套辊工作时，氮气的进气压力为0.01～0.1MPa，氮气从炉辊操作侧A经进气管道、旋转接头、轴头5内孔进入辊身1内腔，换热后经驱动侧B轴头5内孔、旋转接头进入回气管道。炉辊冷却用氮气经增压风机、减压阀、气水热交换器、进回气管道、氮气补充、及监测仪表等循环系统进行循环使用。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种隔热型气冷碳套辊，所述碳套辊由空心金属圆管制成的辊身及置于辊身外表面的碳套组成，其特征在于：

在所述辊身的内腔通有冷却气体，所述冷却气体从碳套辊操作侧进入辊身的内腔，并从驱动侧流出；

在所述辊身与碳套之间设有耐火材料制成的隔热层；

所述辊身的两端分别焊接轴头，并在辊身及其两端与轴头的连接部位外面套设一根轴套；

所述辊身的外壁上于隔热层内沿辊身的轴线方向间隔布置数个陶瓷环。

2.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述冷却气体为氮气。

3.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述辊身内腔，于冷却气体流道内设置一导流器，其由进气端卡爪，出气端卡爪，撑杆以及套筒组成；所述进气端卡爪及出气端卡爪为外周开有通气槽口的圆盘和爪头焊接而成，并每个爪头与辊身端部的轴头接触；所述撑杆连接于进气端卡爪、出气端卡爪的两个中心部之间；所述套筒连接于进气端卡爪、出气端卡爪的两个圆盘之间；所述出气端卡爪的圆盘中心部开设有通气孔。

4.如权利要求3所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述导流器的套筒为圆锥形，其操作侧的直径小于驱动侧的直径。

5.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述隔热层采用由耐火纤维棉或耐火纤维毡包裹在辊身外壁并通过耐热钢丝包扎构成。

6.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述隔热层采用数个内径与辊身外径相匹配的耐火纤维预制隔热环逐个套装在辊身外壁构成轴向层叠结构。

7.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述辊身的外壁面喷涂ZrO2+Al2O3类热障陶瓷涂层。

8.如权利要求1所述的隔热型气冷碳套辊，其特征在于：

所述轴套两端分别与辊身两端的轴头焊接在一起。

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