CN204639080U - 一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮，属于电线电缆行业铜、铝杆连铸连轧机技术领域。其包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，所述轮体由碳化钨弥散强化铜基复合材料制成。所述轮体的两侧面对称设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制。本实用新型采用碳化钨弥散强化铜基复合材料，其导电、导热及硬度和抗拉强度更加优良，结晶轮外部与中心性能完全一致，提高其抗热应力冲击和热量传导，有助于提升铸锭表面及内部质量，并延长结晶轮使用寿命。

Description

一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮

技术领域

本实用新型涉及一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮，属于电线电缆行业铜、铝杆连铸连轧机技术领域。

背景技术

结晶轮是铜、铝杆连铸连轧生产线上的关键设备，现有结晶轮多采用紫铜、铬铜(Cr-Cu)、铬锆铜(Cr-Zr-Cu)固溶强化合金。紫铜材料虽然具有很高的导电导热性能，但其强度与软化温度低，其抗热疲劳性能差；铬锆铜的强度比紫铜提高数倍，软化温度提高2倍，尽管铬锆铜合金性能优良，但其软化温度也不高于500℃，在高温恶劣条件下，受热应力冲击易出现变形和疲劳裂纹，夹咬锭等事故。因此，需要采用性能更高的高强高导材料来代替铬锆铜，以提高结晶轮强度、屈服极限和抗热疲劳性能，延长结晶轮使用寿命。

美国SCM公司开发的弥散强化铜(C15715)软化温度高达930℃，电导率高达92％IACS，第二相强化相可以提高其硬度、导电率、致密性等其他性能,使其应用在高强高导场合。弥散强化铜的第二相强化相通常为Al₂O₃，其热膨胀系数为6.5～8.5×10^-6/℃，热导率为27.5～30W/m·K，不导电，Al₂O₃和Cu基体热膨胀系数差异引起的内应力导致晶格畸变，位错增殖，对电子散射能力增强，高温时电阻率剧烈增加，且在一定温度内存在晶型转变，体积变化引起的内应力很大。

热应力是导致结晶轮裂纹萌生、弹性变形和疲劳损伤的主要因素，因此结晶轮要具有良好的导热性能和抗热疲劳的性能。连铸连轧时结晶轮与钢带形成结晶腔，一侧浇注铜(铝)水，而在另一侧引出连续的扁平铜(铝)锭，结晶轮内外面及两侧喷淋高压冷却水，结晶轮处于周期性冷热转换中，结构刚度和散热能力是辩证统一的关系，若为提高散热效果，而采取减小结晶轮壁厚的办法，将导致因强度不足发生弹性形变。因此，在不减小壁厚的前提下，可以通过增加散热面积，来增加散热能力。散热能力一方面取决于材质热导率，同时也与结晶轮外壁散热面积成正比。现有的结晶轮的外表面大多为光滑面，散热面积小，或导热结构设置不合理，导致传热效率低下。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种含导电强化相的碳化钨结晶轮，其不但改善了结晶轮的散热效果，而且具有更佳的导热性能和抗热疲劳性能，还具有更长的使用寿命。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮，包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，所述轮体采用碳化钨弥散强化铜基复合材料制成。弥散强化铜基复合材料的第二相强化相采用低热膨胀系数且能够导电的碳化钨超细粒子。

采用碳化钨弥散强化铜基复合材料制成的结晶轮其化学成分按重量百分比为：碳化钨WC占0.8～2.0vol％,Cu：余量，其中电解铜粉粒度为150～250目，碳化钨粒度0.8～3μm，,依成分配比硬度为80～130HV。

所述轮体的两侧面对称设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制。

所述螺旋状结构是指导热槽在所述轮体的两侧面成“蚊香”状结构设置。

所述结晶轮的圆环直径为Ф500～Ф3500mm,优先轧制Ф900～Ф3400mm规格的结晶轮。凹槽底厚度为30～50mm，侧壁厚度约20～30mm,轮体的宽度为200～240mm，凹槽横截面积为5500～7500mm²。凹槽底厚度为所述凹槽底部与轮体内径之间的厚度，侧壁厚度为凹槽两侧与轮体两侧面之间的厚度。

螺旋状导热槽与现有的凸环或凹槽散热结构相比，具有诸多优点：1、大幅增加散热面积，导热槽所占重量比相同时，螺旋导热槽的散热面比凸环或凹坑的散热面大，散热能力最强；2、加速冷却水流动，螺旋结构加之轮体转动共同增加冷却水离心力，加速冷却水流动，利于冲破附着水膜，避免冷却水在环间和凹槽内滞留，形成水循环“死区”；3、保留轧制流线，螺旋结构决定了可用环轧工艺同步轧出导热槽，避免后续深度切削，破坏结晶轮内部环轧流线。

所述紧固槽方便使用时与结晶轮的支架相嵌，避免结晶轮因夹紧力过大而变形，所述紧固槽也与轮体同步轧制。

本实用新型的有益效果是：结晶轮采用碳化钨弥散强化铜基复合材料，其第二相强化相采用低热膨胀系数、导电的碳化钨WC弥散相，碳化钨WC陶瓷粒子热膨胀系数为3.84×10^-6/℃、热导率190～210W/m·K，且显微硬度更高，碳化钨WC热膨胀系数和热导率均对导电导热影响优于Al₂O₃，且不存在同质异构体，其软化温度达900℃，使内部组织不易发生再结晶，初始晶粒始终保纳米级细化状态，导电、导热及硬度和抗拉强度都非常好，与铬锆铜材料或氧化铝弥散铜基复合材料的结晶轮相比，碳化钨铜复合材料结晶轮铸轧产能和使用寿命大幅度提升。

所述轮体的外圆周设置凹槽，两侧面导热槽和紧固槽，且与轮体协同轧制，具体凹槽采用

环轧，环轧凹槽使得结晶轮硬度、电导率等性能内外一致，避免出现宏观各项异性，克服了中心强度不够的问题。经反复试验和产品用户反馈表明，相同条件下结晶轮裂纹数量、深度减少约20％～30％，凹槽收缩量降低8％～10％。螺旋导热槽增加了结晶轮散热面积和冷却水流动性，改善了结晶轮的散热效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的导热槽的结构示意图；

图3本实用新型的槽型轧辊协同轧制结晶轮凹槽的结构示意图；

图中，1、轮体；2、导热槽；3、紧固槽；4、凹槽；5、槽型轧辊。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1～图3所示，一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮，包括轮体1，所述轮体1为圆环形，所述轮体1的外圆周表面上设有凹槽4，所述轮体采用碳化钨弥散强化铜基复合材料制成。弥散强化铜基复合材料的第二相强化相采用低热膨胀系数且能够导电的碳化钨超细粒子。所述碳化钨铜高强高导结晶轮，其通过球磨机和机械合金化法，按照碳化钨粉末0.8％～2.0vol％体积分数混匀烘干还原、制坯、烧结、复压工艺制备，其铜粉粒度为150～250目，碳化钨粒度0.8～3μm。

所述轮体的两侧面对称设有导热槽2，所述导热槽2呈螺旋状结构，所述轮体两侧面对称设有紧固槽3，所述凹槽4、导热槽2及紧固槽3与所述轮体协同轧制。

所述螺旋状结构是指导热槽在所述轮体的两侧面成“蚊香”状结构设置。

所述导热槽通过沿径向移动的轧辊随轮体同步轧制成形。

所述紧固槽通过两侧对称的双层叠加锥辊与轮体协同轧制，其中锥辊工作面上的锥槽完成紧固槽同步轧制成形。

所述结晶轮的圆环直径为Ф500～Ф3500mm,优先轧制Ф900～Ф3400mm规格的结晶轮。凹槽底厚度为30～50mm，侧壁厚度约20～30mm,轮体的宽度为200～240mm，凹槽横截面积为5500～7500mm²。凹槽底厚度为所述凹槽底部与轮体内径之间的厚度，侧壁厚度为凹槽两侧与轮体两侧面之间的厚度。

所述轮体的圆环断面为“U”型。所述结晶轮通过大型卧式环轧机径向轧制而得，其主轧辊辊面结构为“凸”字形，与结晶轮凹槽协同轧制，槽型轧辊5材质为5CrMnMo凹槽通过轴径向同步轧制而得，凹槽为梯形，在结晶轮外径增大到预设值时，结晶轮两侧对称的另一对轧辊压下(图中未画出)，随轮体外径的扩展，轧辊碾压出连续的螺旋导热槽2。导热槽轧制预定匝数后，抬升轧辊，完成其初始形状的轧制；所述紧固槽3与轮体协同轧制，在结晶轮内径增大到预设值时，结晶轮两侧的台阶轧辊压下，轧制预定深度的槽口，完成其初始形状轧制，通过上述完成所述凹槽、导热槽及紧固槽与结晶轮轮体协同轧制过程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含导电强化相的碳化钨铜结晶轮，包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，其特征在于，所述轮体由碳化钨弥散强化铜基复合材料制成。

2.根据权利要求1所述的结晶轮，其特征在于，所述轮体的两侧面对称设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制。

3.根据权利要求1所述的结晶轮，其特征在于，所述结晶轮的圆环直径为Ф500～Ф3500mm，凹槽底厚度为30～50mm，侧壁厚度约20～30mm,轮体的宽度200～240mm，凹槽的横截面积为5000～7000mm²。