CN113134582A - 一种能够实现内喷水结构的铸轧辊及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够实现内喷水结构的铸轧辊及冷却方法，应用于铸轧设备领域，包括：辊芯(1)、辊套(2)和轴芯(3)；所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体并与辊套(2)过盈装配形成空腔(8)；所述辊芯(1)上设置有滑动装配所述轴芯(3)的通道(4)；所述轴芯(3)将所述通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；所述通道(4)与所述空腔(8)通过通孔(7)连通，从本质上改变水路分布及出水口与入水口温差的问题。

Description

一种能够实现内喷水结构的铸轧辊及冷却方法

技术领域

本发明涉及铸轧设备领域，具体涉及一种能够实现内喷水结构的铸轧辊及冷却方法。

背景技术

双辊铸轧工艺特点是将液态金属直接注入两个相对转动的铸轧辊之间，在铸轧辊的凝固冷却和轧制变形下完成加工成型，然后经冷轧变形制备出需要的薄板或箔材产品。传统铸轧轧辊采用的是辊芯、辊套的装配轧辊，在辊芯表明或辊套内开一定结构和尺寸的水槽，形成水路。在铸轧过程中，铸轧辊内通入冷水，在水槽内流动，实现对轧辊的冷却的目的。由于水路的分布及出水口与入水口温差的问题，导致了冷水对铸轧辊的冷却能力弱，且温度分布不均匀，在制备高合金化薄板材产品时，板坯存在中心偏析、表面偏析、轧制开裂等缺陷而导致无法生产。

专利US20040129403采用了一种轴向绕流的水路结构，能够有效的提高铸轧辊轴向的温度分布均匀性，但是在轴向上，温度均匀性难以保证。专利US6527042公开了一种轴向单通道多槽的水路结构，能够有效的提高铸轧辊周向温度分布，但是多个槽汇聚位置冷却明显增大，影响了铸轧辊整体的温度均匀性。

以上专利都是优化不同的铸轧辊水路结构，不能本质改变水路的分布及出水口与入水口温差带来的轧辊温度分布不均匀问题，不能满足高合金化板材制备时的更高的轧辊冷却强度及均匀性的要求。

发明内容

为解决现有铸轧辊水路结构不能本质改变水路的分布及出水口与入水口温差带来的轧辊温度分布不均匀问题，本发明提供了一种实现辊内喷水冷却的铸轧辊结构，包括：辊芯(1)、辊套(2)和轴芯(3)；

所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体并与辊套(2)过盈装配形成空腔(8)；

所述辊芯(1)上设置有滑动装配所述轴芯(3)的通道(4)；

所述轴芯(3)将所述通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；

所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体的柱身上设置有将所述通道(4)与所述空腔(8)连通的通孔(7)。

优选的，所述轴芯(3)包括圆柱形壳体、水平隔板(5)和圆柱形实体；

所述水平隔板(5)的一端穿过所述圆柱形壳体内部，且与所述圆柱形壳体固定连接，另一端与所述圆柱形实体固定连接；

所述圆柱形壳体、圆柱形实体的内直径、所述通道(4)的直径以及所述水平隔板(5)的宽相同。

优选的，所述通孔(7)为多个，均匀分布在呈中空的工字型柱体的柱身上。

优选的，还包括，在所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体的柱身上设置用于支撑所述辊套(2)的支撑柱(6)。

优选的，所述支撑柱(6)为多个，均匀分布在所述呈中空的工字型柱体的柱身上。

基于同一发明构思本发明还提供了一种铸轧辊结构的冷却方法，包括：

由轴芯(3)将辊芯(1)的通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；

冷水通过位于上面的半圆通道注入，并通过将所述通道(4)与所述空腔(8)连通的通孔(7)流入空腔(8)内；

当注入的冷水达到流量平衡时，继续向位于上面的半圆通道注入冷水，则所述空腔(8)内的空气气压增大，使得冷水通过所述通孔(7)经过所述空腔(8)喷射到辊套(2)内表面；

喷射到辊套(2)内表面的冷水带走所述辊套(2)内表面的热量，由所述空腔(8)经过所述通孔(7)回流至位于下面的半圆通道，再由位于下面的半圆通道将回流水排出铸轧辊。

优选的，所述由轴芯(3)将辊芯(1)的通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道，包括：

所述轴芯(3)的圆柱形壳体和圆柱形实***于所述通道(4)的两端，由所述轴心(3)的水平隔板(5)将所述圆柱形壳体和圆柱形实体连接，并将所述通道(4)分为上下不连通的进水通道和出水通道；

所述圆柱形壳体、圆柱形实体的内直径、所述通道(4)的直径以及所述水平隔板(5)的宽相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种能够实现内喷水结构的铸轧辊，包括：辊芯(1)、辊套(2)和轴芯(3)；所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体并与辊套(2)过盈装配形成空腔(8)；所述辊芯(1)上设置有滑动装配所述轴芯(3)的通道(4)；所述轴芯(3)将所述通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；所述通道(4)与所述空腔(8)通过通孔(7)连通，从本质上改变水路分布及出水口与入水口温差的问题。

2、本发明采用的支撑柱(6)用于支持辊套(2)，增强了铸轧辊的稳定性。

3、本发明在辊芯(1)呈中空的工字型柱体的柱身上均匀分布多个通孔(7)，将注入的冷水通过通孔(7)均匀喷洒在辊套(2)的内表面，克服了铸轧辊上温度分布不均匀的问题；

4、本发明的技术方案通过空腔(8)内水量的增加导致空腔内空气气压增大，使得从进水通道注入的水经通孔(7)喷洒到辊套(2)的内表面，摆脱了传统需借助水流泵抽水实现喷洒的限制。

附图说明

图1为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊结构示意图；

图2为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊轴芯示意图；

图3为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊结构侧面剖视图；

图4为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊工作示意图；

图5为现有技术中常规辊芯开槽的铸轧辊结构示意图；

图6(a)为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊的辊套内表面温度分布云图；

图6(b)为现有技术中常规辊芯的铸轧辊的辊套内表面温度分布云图；

图7(a)为本发明的能够实现内喷水结构的铸轧辊的辊套外表面接触铝液部分温度分布云图；

图7(b)为现有技术中常规辊芯的铸轧辊的辊套外表面接触铝液部分温度分布云图；

图8为本发明的能够实现内喷水结构与现有技术中常规辊芯的铸轧辊与铝液接触线的温度分布对比示意图；

其中，1、辊芯；2、辊套；3、轴芯；4、通道；4a、进水通道；4b、出水通道；5、横隔板；6、支撑柱；7、通孔；7a、上通孔；7b、下通孔；8、空腔；8a、上空腔；8b、下空腔。

具体实施方式

针对现有技术中的问题，本发明提供的一种能够实现内喷水结构的铸轧辊，能够达到更强的冷却能力及冷却均匀性。

实施例1：

本发明提供了一种能够实现内喷水结构的铸轧辊，如图1所示：包括辊套2、辊芯1及轴芯3；

辊芯1呈中空的工字型柱体和辊套2过盈装配形成空腔8；

辊芯1上设置有圆柱形通道4；

轴芯3滑动装配于辊芯1圆柱型通道4内，将圆柱形通道4分为上下不互通的两个半圆通道；

这两个半圆通道位于上面的为进水通道4a，位于下面的为出水通道4b；

空腔8位于上面的为上空腔8a，位于下面的为下空腔8b；

辊芯1呈中空的工字型柱体的柱身上设置有均匀细小的通孔7；

圆柱型通道4与辊芯1外部通过均匀细小的通孔7相连，形成进水通道4a—上通孔7a—上空腔8a—下空腔8b—下通孔7b—出水通道4b的水路。

采用本发明铸轧辊结构，形成辊内喷水的步骤为：

(一)通入冷水，直至冷水占据下空腔8b，上空腔8a为空气；

(二)继续通入冷水，将压缩空腔8内空气，气体挤压下空腔8b中的水面，将水从下端通孔7排出；

(三)达到平衡后，继续通入冷水，由于上空腔8a内为保持为空气，冷水从上通孔7a进入上空腔8a时，形成均匀喷射；

(四)辊套2和辊芯1开始转动，轴芯3保持不动，随着辊芯1转动，上通孔7a和下通孔7b相互转换，并保持上通孔7a的喷射效果。

本发明可实现铸轧辊内部喷水冷却，形成了均匀且强烈的冷却效果，并且使辊套2的周向温度及轴向温度分布均匀。

在工作过程中，辊芯1及辊套2以一定的角速度旋转，而轴芯3固定不转动。

所述辊芯1，主体部分为工字型柱体，中心开有一圆柱型通道4。工字形圆柱柱身上有若干个支撑柱6，圆柱型通道4与空腔8通过均匀分布的通孔7连接。所述的支撑柱6均匀分布于工字型柱身，用于支持辊套2，数量大于4个且小于10000个。

所述的轴芯3，一端为圆柱形实体，另一端为圆柱形壳体，两端与辊芯1的圆柱型通道4接触配合，中心有一水平横隔板5，将轴芯3分为上下两部分。横隔板5的宽度等于辊芯1的圆柱型通道4的直径，横隔板5厚度等于或稍大于通孔7的直径。

横隔板5将圆柱型通道4分离为上下不连通的两部分，其中上部分为进水通道4a，下部分为出水通道4b；以轴芯3横隔板5分界线，通孔7分为上通孔7a与下通孔7b两部分，并且空腔8分成上空腔8a和下空腔8b两部分。

辊芯1辊套2过盈配合，在铸轧辊内形成空腔8，并将轴芯3安装在圆柱型通道4内，形成进水通道4a—上通孔7a—上空腔8a—下空腔8b—下通孔7b—出水通道4b的水路。

采用一种能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构的铸轧辊，实现内喷水的方法为：

(一)从进水通道4a通入冷水，冷水通过上通孔7a进入空腔8，由于重力作用，冷水落至下空腔8b，空腔8中部分空气通过下通孔7b排出，直至冷水占据下空腔8b，上空腔8a为空气。

(二)继续进水，将挤压上空腔8a内的空气，提高上空腔8a内气压压强，并挤压下空腔8b中的水面，将冷水从下端通孔7流至出水通道4b，达到冷水流量平衡。

(三)达到平衡后，继续通入冷水，空腔8内有一部分空气，水从上端通孔7进入上空腔8a时，均匀喷射至辊套2内表面上，形成喷射。

(四)辊套2和辊芯1开始转动，通孔7也将围绕中心轴旋转，通孔7转至水面上时，变为上通孔7a，为入水通孔7，形成喷射；通孔7转至水面下时，变为下通孔7b，为出水通孔7，空腔8内的水通过下通孔7b流至出水口。

根据上述的能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构的铸轧辊及方法，步骤(二)中空腔8内1/2体积为空气，1/2体积为冷水，冷水水平面与轴芯3横隔板5平齐。

根据上述的能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构的铸轧辊及方法，铸轧辊工作时，其空腔8内空气气压为1.01～5倍大气压。

根据上述的能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构的铸轧辊及方法，冷水从上通孔7a进入上空腔8a时，形成喷射。

根据上述的能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构的铸轧辊及方法，随着辊芯1及辊套2的转动，上通孔7a及下通孔7b相互转换，并保证上通孔7a水进入空腔8形成喷射。

本发明实现了一种铸轧辊内部空腔8内冷水和空气平衡的状态，在铸轧辊内部实现内部喷水，对辊套2进行冷却。冷水直接喷至辊套2内表面，形成了均匀冷却效果，使辊套2的周向温度及轴向温度分布均匀，有效的避免了传统铸轧辊通过水路循环而导致的辊套2温度分布不均匀的弊端，有利于制备更高性能指标要求的板坯。

实施例2

基于同一发明构思的本发明还提供了一种基于实施例1中的能够实现铸轧轧辊内采用内喷水结构进行降温的方法，如图1-5所示

一种能够实现内喷水结构的铸轧辊，包括轧辊包括辊芯1、辊套2及轴芯3；

辊套2与辊芯1过盈装配，形成空腔8，空腔8与辊芯1的圆柱型通道4通过均匀分布的通孔7连接，轴芯3滑动装配在辊芯1的圆柱型通道4内部，将圆柱行通道分为上下不相连通的两个半圆通道，形成进水通道4a—上通孔7a—上空腔8a—下空腔8b—下通孔7b—出水通道4b的水路。

一种铸轧辊结构的冷却方法，包括：

由轴芯3将辊芯1的通道4分为上下不相连通的两个半圆通道；

冷水通过位于上面的半圆通道注入，并通过将所述通道4与所述空腔8连通的通孔7流入空腔8内；

当注入的冷水达到流量平衡时，继续向位于上面的半圆通道注入冷水，则所述空腔8内的空气气压增大，使得冷水通过所述通孔7经过所述空腔8喷射到辊套2内表面；

喷射到辊套2内表面的冷水带走所述辊套2内表面的热量，由所述空腔8经过所述通孔7回流至位于下面的半圆通道，再由位于下面的半圆通道将回流水排出铸轧辊。

进一步的，所述由轴芯3将辊芯1的通道4分为上下不相连通的两个半圆通道，包括：

所述轴芯3的圆柱形壳体和圆柱形实***于所述通道4的两端，由所述轴心3的水平隔板5将所述圆柱形壳体和圆柱形实体连接，并将所述通道4分为上下不连通的进水通道和出水通道；

所述圆柱形壳体、圆柱形实体的内直径、所述通道4的直径以及所述水平隔板5的宽相同。

采用内喷水结构的铸轧辊，实现铸轧辊内喷水的方法为：

(一)从进水通道4a通入冷水，冷水通过上通孔7a进入空腔8，由于重力作用，冷水落至下空腔8b，空腔8中部分空气通过下通孔7b排出，直至冷水占据下空腔8b，上空腔8a为空气。

(二)继续进水，将压缩上空腔8a内的空气，提高上空腔8a内气体压强，气压为1.01～5倍大气压，气体挤压下空腔8b中的水面，将水从下端通孔7流至出水通道4b，达到水流量平衡。

(三)达到平衡后，继续通入冷水，上空腔8a内为空气，冷水从上端通孔7进入上空腔8a时，均匀喷射至辊套2内表面上，形成喷射。

(四)辊套2和辊芯1开始转动，通孔7也将围绕中心轴旋转，通孔7转至水面上时，变为上通孔7a，为入水通孔7，形成喷射；通孔7转至水面下时，变为下通孔7b，为出水通孔7，空腔8内的水通过下通孔7b流至出水口。

实施例3：

下面以铝合金高速铸轧辊对本发明进一步描述。

铸轧辊的辊套2外直径为440mm，厚度为50mm，辊宽为500mm，辊套2材质为32CrMo1V合金钢。辊芯1中心圆柱通道直径为50mm，辊芯1内凹70mm，其中均匀分布80个直径为8mm的支撑柱6，圆柱型通道与辊芯1外部通过均匀分布的Φ3mm的水孔相连。轴芯3直径为50mm，水平***圆柱型通道内部，将圆柱形通道4分为彼此隔绝的上下两部分，形成进水通道4a—上通孔7a—上空腔8a—下空腔8b—下通孔7b—出水通道4b的水路。

采用内喷水结构的铸轧辊，实现铸轧辊内喷水的方法为：

(一)从进水通道4a通入冷水，水压为0.3MPa，冷水通过上通孔7a进入空腔8，由于重力作用，冷水落至下空腔8b，空腔8中部分空气通过下通孔7b排出，直至冷水占据下空腔8b，上空腔8a为空气。

(二)继续通入冷水，将压缩上空腔8a内的空气，提高上空腔8a内气体压强，气压为1.1倍大气压，气体挤压下空腔8b中的水面，将水从下端通孔7流至出水通道4b，达到水流量平衡。

(三)达到平衡后，继续通入冷水，上空腔8a内为保持为空气，冷水从上端通孔7进入上空腔8a时，均匀喷射至辊套2内表面上，形成喷射。

(四)辊套2和辊芯1以4.545rad/min的角速度开始转动，轴芯3保持转动，通孔7将随着辊芯1开始转动，通孔7转至水面上时，变为上通孔7a，为入水通孔，形成喷射；通孔7转至水面下时，变为下通孔7b，为出水通孔，空腔8内的水通过下通孔7b流至出水口。

采用数值模拟铝合金铸轧过程的温度分布，分析对比了常规开槽铸轧辊的结构与本发明结构的冷却强度及冷却均匀性。常规开槽铸轧辊结构如图5所示，在辊芯1内表面开有直径为10mm的周向等距水槽。铸轧工艺为：板坯厚度8mm，铸轧速度1m/min，铝液浇铸温度为973K，冷水量为75L/min。

同在该铸轧工艺下，本发明和常规结构辊套2内表面的温度分布如图6a和图6b所示，发明结构铸轧辊内表面温度分布在293K～324K，轴向分布均匀，常规开槽铸轧辊结构的辊套2内表面温度分布在371K-405K，且温度分布沿冷水路分布不均匀。本发明和常规结构辊套2外表面与铝液接触位置温度分布如图7a、图7b和图8所示，本发明轴向温度均匀，约为370℃，而常规结构轴向温度在400～450℃范围波动。采用本发明结构后铸轧辊内表面和外表面温度均下降了，说明本发明结构能够增加冷却效果；且本发明结构的温度分布更均匀。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种能够实现内喷水结构的铸轧辊，其特征在于，包括：辊芯(1)、辊套(2)和轴芯(3)；

所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体并与辊套(2)过盈装配形成空腔(8)；

所述辊芯(1)上设置有滑动装配所述轴芯(3)的通道(4)；

所述轴芯(3)将所述通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；

所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体的柱身上设置有将所述通道(4)与所述空腔(8)连通的通孔(7)。

2.如权利要求1所述的能够实现内喷水结构的铸轧辊，其特征在于，所述轴芯(3)包括圆柱形壳体、水平隔板(5)和圆柱形实体；

所述水平隔板(5)的一端穿过所述圆柱形壳体内部，且与所述圆柱形壳体固定连接，另一端与所述圆柱形实体固定连接；

所述圆柱形壳体、圆柱形实体的内直径、所述通道(4)的直径以及所述水平隔板(5)的宽相同。

3.如权利要求2所述的能够实现内喷水结构的铸轧辊，其特征在于，所述通孔(7)为多个，均匀分布在呈中空的工字型柱体的柱身上。

4.如权利要求2所述的能够实现内喷水结构的铸轧辊，其特征在于，还包括，在所述辊芯(1)呈中空的工字型柱体的柱身上设置用于支撑所述辊套(2)的支撑柱(6)。

5.如权利要求4所述的能够实现内喷水结构的铸轧辊，其特征在于，所述支撑柱(6)为多个，均匀分布在所述呈中空的工字型柱体的柱身上。

6.一种铸轧辊结构的冷却方法，其特征在于，包括：

由轴芯(3)将辊芯(1)的通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道；

冷水通过位于上面的半圆通道注入，并通过将所述通道(4)与所述空腔(8)连通的通孔(7)流入空腔(8)内；

当注入的冷水达到流量平衡时，继续向位于上面的半圆通道注入冷水，则所述空腔(8)内的空气气压增大，使得冷水通过所述通孔(7)经过所述空腔(8)喷射到辊套(2)内表面；

喷射到辊套(2)内表面的冷水带走所述辊套(2)内表面的热量，由所述空腔(8)经过所述通孔(7)回流至位于下面的半圆通道，再由位于下面的半圆通道将回流水排出铸轧辊。

7.如权利要求6所述的铸轧辊结构的冷却方法，其特征在于，所述由轴芯(3)将辊芯(1)的通道(4)分为上下不相连通的两个半圆通道，包括：

所述轴芯(3)的圆柱形壳体和圆柱形实***于所述通道(4)的两端，由所述轴心(3)的水平隔板(5)将所述圆柱形壳体和圆柱形实体连接，并将所述通道(4)分为上下不连通的进水通道和出水通道；

所述圆柱形壳体、圆柱形实体的内直径、所述通道(4)的直径以及所述水平隔板(5)的宽相同。

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