CN1781623B - 连铸结晶辊制造方法 - Google Patents

Abstract

连铸结晶辊制造方法，首先在结晶辊的辊芯上沿辊芯轴向开进、出水孔，在辊芯壁上开有导水孔，分别连通进、出水孔及辊芯外表面；在结晶辊的辊芯外表面上安装金属管，分别通过辊芯壁上的导水孔与进、出水孔连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却***；采用冷气动力喷涂，以大于1.0MPa压力气体驱动金属颗粒以高速撞击结晶辊辊芯外表面，金属颗粒发生足够的变形而粘结在结晶辊辊芯表面和冷却回路外表面上，填充孔隙，进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套，完成结晶辊的制造。

Description

连铸结晶辊制造方法

技术领域

本发明涉及机械制造业、钢铁冶金、金属连铸，特别是涉及金属薄板(带)连铸用结晶辊制造技术，也特别涉及金属冷喷涂技术。

背景技术

金属薄带(板)的连铸技术具有高效、低耗、低成本的特性，是近年来世界各国家争相发展的新技术和新工艺。其中结晶辊是薄带(板)连铸机械设备中的关键部件之一。其基本原理是钢水通过布流器进入有两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的熔池，液态金属经快速冷却在结晶辊面凝同成具有一定厚度的坯壳，经轧合后形成薄带(板)。结晶辊的基本结构主要由辊芯、辊套组成，参见图1。其结晶辊辊套材料大都采用铜合金材料制造，其辊芯通常采用不锈钢制造。辊芯和辊套通过机械的方式或焊接的方式连接在一起。

由于结晶辊辊面与融熔金属直接接触，高温强度和热传导性能是结晶辊套材料的最重要要求。同时由于在该工艺过程中，铸轧同时完成，结晶辊要能够承受一定的轧制力、钢水的浸蚀和磨损。结晶辊端面与侧封材料直接接触，结晶辊端部的耐磨性及其低成本修补是非常重要的。通常结晶辊辊套的内侧为水冷面，且有一定形状的水缝设计要求，故结晶辊辊套不仅要导热性能好，而且要求辊套内部的水缝设计能够保证冷却均匀。因此结晶辊辊套的制造是决定结晶辊辊套性能的关键。

目前结晶辊辊套的制造多采用连铸坯经过锻压成型后，在辊套内部直接机械加工冷却水管的方式。大多采用轴向冷却方式，例如专利US5887644采用在结晶辊套内表面加工凹槽的方法与内辊外表面形成冷却水槽；而专利US6241002则是在辊芯外表面区加工圆孔，与辊套内表面形成冷却水槽；专利US5651410采用辊芯外表面和辊套内表面空隙形成冷却水槽；专利US5152333在结晶辊辊套上加工冷却水缝；专利US4773468分别采用在辊芯外表面加工半圆形、方形或梯形凹槽，利用凹槽与外套辊配合后形成的孔隙形成冷却水缝；也有通过在凹槽中加入楔棒或嵌条，利用楔棒或嵌条分割辊芯外表面和辊套内表面的间隙形成冷却水回路。这些专利的特征均为冷却水缝的长度与结晶辊的辊面长度几乎相等，只在冷却管两端封堵。冷却水自冷却水管的一端进入，流经整个辊面长度后从结晶辊的另一端排出。由于水缝长度较长，机械加工难度很大。利用辊芯外表面和辊套内表面的空隙形成冷却回路时也对机械加工精度要求非常高，加工难度大，容易形成回路间的混流，降低冷却效率。

形成上述缺陷的主要原因是结晶辊的制造采用机械加工方法，复杂的冷却水缝设计在一定程度上受到加工方法的制约。

发明内容

鉴于目前的现状，本发明的目的在于提供一种用于结晶辊的制造方法，以解决具有复杂内部冷却水缝设计的结晶辊辊套制造技术。

为达到上述目的，本发明的连铸结晶辊制造方法，包括以下步骤，

在结晶辊的辊芯上沿辊芯轴向开进、出水孔，在辊芯壁上开有导水孔，分别连通进、出水孔及辊芯外表面；

在结晶辊的辊芯外表面上安装金属管，分别通过辊芯壁上的导水孔与进、出水孔连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却***；

采用冷气动力喷涂，以大于1.0MPa压力气体驱动金属颗粒以高速撞击结晶辊辊芯外表面，金属颗粒发生足够的变形而粘结在结晶辊辊芯表面和冷却回路外表面上，填充孔隙，进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套，完成结晶辊的制造。

进一步，在结晶辊的辊芯外表面上金属管安装为多层或立体空间结构。

所述的金属管弯成任意形状和长度。

任一冷却回路可以单独控制，也可以多个回路控制。

所述的金属管为任意截面形状，任意截面大小。

所述的金属管截面大小是变径结构。

所述的金属颗粒为铜及铜合金、Ni、Cr、铁合金和钛合金等。

所述的金属颗粒的直径范围为0.5μm至100μm；驱动气体为氮气、空气、氦气或其混合气体；气体压力为1.0MPa至5.0Mpa，金属粉末颗粒撞击速度为超音速，或大于500m/s；气体流量15～30g/s；微粒通过喷嘴加速达到足够高的速度以上，撞击产生足够的变形而形成粘结。冷喷涂是在远远低于金属熔点的温度下沉积辊套，对内辊及冷却水管无热影响。

本发明的特点在于：

1、冷却***回路预先设置。本发明中结晶辊的冷却***是采用金属管直接安装在结晶辊的辊芯外表面。不是在结晶辊的辊芯或辊套上加工出来，也不是利用辊芯与辊套之间的孔隙形成的。制造方法简便可靠，可制造复杂的冷却***。并且冷却回路自身独立，可以消除在使用过程中热膨胀对其影响。

1.结晶辊的冷却***的设计不受机械加工的限制。结晶辊的冷却***任一回路可以是任意截面形状，任意截面大小，截面大小可以是相同也可以是变径的，冷却段在结晶辊内辊上可以是任意长度，任意弯曲，并且可以是任意层数，也可以是空间排布。导管部分只需要在内辊上开孔就可以安装，简易方便，位置不受限制。进口和出口在辊芯空腔内。

2.任一冷却回路冷却液的进入和排出根据需要选择。本发明所设计的任一冷却回路都可以通过独立的进入和排出控制，也可以多个冷却回路共用一个进入或排出口，因此结晶辊内的冷却水的进入和排出是可以根据实际要求进行任意调整的。

3.冷却***的实际控制方式、冷却能力是可以根据需要进行调节的。本发明制造的结晶辊的冷却水***每一回路都可以独立进行进入和排出控制，并独立进行压力控制，通过改变冷却水的进入和排出方式以及每一回路的冷却水压力、流量、流速等参数可以实现冷却***控制方式和冷却能力从微小到整体的调整。

4.冷却***埋覆及辊套形成采用冷气动力喷涂沉积金属形成。本发明采用冷喷涂填充冷却回路冷却段之间的缝隙，并形成设计尺寸厚度的辊套。辊套与冷却***和辊芯紧密连接，不受复杂冷却***形状和尺寸限制，也不受机械加工限制。

5.本发明制造技术喷涂填充时可以采用相同或不同种类的金属，也可以形成梯度的填充。适用的材料包括钢质、铜及铜合金、钛合金、镍、铬等。完全满足不同结构结晶辊制造的要求。保证结晶辊的导热性能。可以形成均匀成分的辊套，也可以形成不同成分梯度的辊套。

6.本发明采用冷喷涂填充并形成辊套，不会对辊芯及冷却水***造成氧化和热损伤。

7.本发明在远远低于金属熔点的温度下沉积填充空隙及形成辊套，采用还原性金属或合金有效地沉积于基体表面，可以消除基体表面的吸附氧层，提高沉积金属与内辊及冷却回路之间的结合力。辊套组织内部均匀致密，辊套与辊芯之间、各冷却回路之间的界面结合牢固。

附图说明

图1为本发明制造流程示意图；

图2为本发明的结晶辊辊芯示意图；

图3为本发明的结晶辊芯表面冷却回路示意图；

图4为本发明的结晶辊芯表面喷涂金属颗粒示意图；

图5为本发明制造的结晶辊剖视示意图。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明的连铸结晶辊制造方法，首先在结晶辊1的辊芯10上沿辊芯10轴向开进水孔101、出水孔102，在辊芯10壁上开有导水孔103、104，分别连通进水孔101、出水孔102及辊芯10外表面100；在结晶辊1的辊芯10外表面100上安装金属管2，分别通过辊芯壁上的导水孔103、104与进水孔101、出水孔102连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却***；采用冷气动力喷涂，以大于1.0MPa压力高压压缩气体驱动驱动微小金属颗粒3以高速通过喷嘴4喷出，高速金属颗粒3撞击结晶辊辊芯10外表面100和冷却回路的外表面，金属颗粒3发生足够的塑性变形而粘结在结晶辊1辊芯10外表面100和冷却回路外表面上，填充冷却回路之间的孔隙，进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套5，完成结晶辊的制造。

参见图2、图3，其为本发明的结晶辊辊芯示意图；根据结晶辊的的设计要求，可以在辊芯10上开任意的孔，开孔的位置，数量及孔径大小或形状由冷却***要求确定。例如，圆形孔，椭圆形孔，方形孔；孔的内部结构，每一个孔都从结晶辊辊芯10外表面100直接与辊芯的空腔进水孔101、出水孔102相通；冷却回路为金属管2回路，穿过辊芯壁上的导水孔103、104，并在辊芯10的表面100上环绕，环绕长度、路线和层数都根据结晶辊的的设计要求进行，图中所示平行于轴向的冷却段，垂直于轴向的冷却段，任意形状的冷却段，冷却回路在辊芯的表面上的剖面图。冷却回路穿过辊芯壁后在其内腔里的结构，在内腔里任一回路可以单独进水和排水，也可以几个冷却回路共用一个进水或排水管，也可以所有的冷却回路都共用一个进水或排水水管。

参见图4，其为结晶辊芯表面喷涂金属颗粒示意图；采用冷气动力喷涂，以2.0MPa压力高压压缩气体驱动驱动微小金属颗粒3以高速通过喷嘴4喷出，高速金属颗粒3撞击结晶辊辊芯10外表面100和冷却回路的外表面，金属颗粒3发生足够的塑性变形而粘结在结晶辊1辊芯10外表面100和冷却回路外表面上，填充冷却回路之间的孔隙，进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套5；其中，所述的金属颗粒为铜及铜合金、Ni、Cr、铁合金和钛合金等；金属颗粒直径为0.5μm至100μm；驱动气体为氮气、空气、氦气或其混合气体；金属颗粒撞击速度为超音速；气体流量15～30g/s。

参见图5，其为本发明制造完成的结晶辊示意图；在结晶辊1辊芯10外表面100上金属管2与辊芯壁上的导水孔103、104与进水孔101、出水孔102连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却***；在结晶辊1辊芯10外表面100和冷却回路外表面上冷喷涂沉积金属，形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套5，完成结晶辊1的制造。

Claims (6)

1.连铸结晶辊制造方法，包括以下步骤，

在结晶辊的辊芯上沿辊芯轴向开进、出水孔，在辊芯壁上开有导水孔，分别连通进、出水孔及辊芯外表面；

在结晶辊的辊芯外表面上安装金属管，分别通过辊芯壁上的导水孔与进、出水孔连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却***；

采用冷气动力喷涂，以大于1.0MPa压力气体驱动金属颗粒以高速撞击结晶辊辊芯外表面，金属颗粒发生足够的变形而粘结在结晶辊辊芯表面和冷却回路外表面上，填充孔隙进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套，完成结晶辊制造；

其中，所述的金属颗粒的直径范围为0.5um至100um；

所述的驱动气体为氮气、空气、氦气或其混合气体；

所述的驱动气体的气体压力为1.0MPa至5.0MPa；气体流量15～30g/s；

所述的金属颗粒撞击速度为超音速。

2.如权利要求1所述的连铸结晶辊制造方法，其特征是，在结晶辊的辊芯外表面上金属管安装为多层或立体空间结构。

3.如权利要求1所述的连铸结晶辊制造方法，其特征是，任一冷却回路可以单独控制，也可以多个回路控制。

4.如权利要求1所述的连铸结晶辊制造方法，其特征是，所述的金属管截面大小是变径结构。

5.如权利要求1所述的连铸结晶辊制造方法，其特征是，所述的金属颗粒为纯铜、铜合金、Ni、Cr、铁合金和钛合金。

6.权利要求1所述的连铸结晶辊制造方法，其特征是，所述的金属颗粒撞击速度大于500m/s。

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