專利名稱：一種薄帶連鑄鑄輥的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輥，尤其涉及一種薄帶連鑄鑄輥，屬于冶金設備技 術領域。
背景技術：
雙輥薄帶連鑄技術至今發展已有150年歷史，它屬于亞快速冷卻連鑄工 藝范疇，其典型示例如圖l所示，首先將鋼水直接澆注在一個由兩個相對轉 動并能夠快速冷卻的鑄輥la、 lb和側封板2a、 2b圍成的熔池中，鋼水在鑄 輥旋轉的周向表面被冷卻和凝固，進而形成凝固殼并逐漸生長，然后在兩鑄 輥la、 lb的輥縫隙最小處被擠壓在一起，最后在出帶口處形成厚金屬薄帶材 4。該厚金屬薄帶材4經由導板5的導向作用之后，即被夾送輥6送入軋機7 中軋制成薄帶，然后通過輸送輥道8帶動，再經過噴淋冷卻裝置9進行冷卻， 最后經巻曲機夾送輥10送入巻曲機3進行巻曲處理后制成成品出廠。
與傳統的連續鑄造方法不同，該方法不需經過多道熱軋工序，可以大大 簡化薄帶生產工藝并減少設備投資。而且，在整個生產過程中由于金屬的凝 固時間比較短，所以薄帶連鑄產品晶粒細化、材料的強度、韌性延伸率有所 提高。但是，在該工藝中目前還存在一些問題，例如，澆鑄工藝比較復雜， 無法適應多鋼種澆鑄需要，工藝開放性比較小，產品品種相對單一；受薄帶 連鑄工藝所限，對鑄輥和側封板這兩種設備的性能要求很高，所以兩設備及 物料的消耗是制約薄帶連鑄生產成本的主要因素之一；鑄輥的主要功能是冷 卻熔融的鋼液，鋼液在鑄輥表面凝固并在兩個鑄輥最窄處形成鑄帶，這就要 求鑄輥應具備快速冷卻的能力，應能承受長時間的周期性冷熱變化所帶來的 熱應力沖擊，而不會產生表面疲勞等質量缺陷；為了能夠迅速帶走鋼液凝固 所釋放出來的熱量，在鑄輥的內部距離輥面一定距離處通常設計有并列的多 排冷卻水孔，為避免冷卻水泄露，對它的密封要求很高。
針對上述鑄輥冷卻管路的密封方法有很多，現在應用較多主要有焊接封堵、膨脹螺栓封堵、螺紋密封等多種形式。具體的專利檢索如下
關閨7々U UbJ/丄ZJOO kA漢屮四7個JL丄、U0Z0丄/乙/.丄:IXE出的不T萬茶曰目U1史 用的比較多，即在輥套內部加工冷卻水孔，然后在鑄輥端部逐一將堵頭焊接 固定并達到密封效果，其一種變形是采用螺紋堵頭或過盈配合的堵頭達到密 封效果，但是目前焊接效果不佳，主要是由于水孔很多，密布在鑄輥端部， 焊接后容易產生過大的應力導致鑄輥本體受力容易在工作中受熱交變應力作
用而產生裂紋。中國專利CN03231727. 1和CN2649222Y中提到的鑄輥采用焊 接方式固定堵頭并起到密封的作用，如前所述，這種焊接方式在工作狀態下 易于產生裂紋。
中國專利CN1372498A在輥套上開有圓周的冷卻水孔，在輥套的端部內側 和輥芯的端部外側分別有密封條被一個壓板支撐形成密封條件，這種方法在 澆鑄工作時容易發生密封條失效，產生泄漏。
日本專利JP5253649采用類似于中國專利CN1372498A的方法對冷卻水進 行密封，所不同的是密封壓板結構形式略有差別。
日本專利JP04138848中提到的方法，同樣是在輥芯中開有冷卻孔，采用 堵頭密封，堵頭或焊接或螺紋連接，特點是在水孔中間裝有流量控制部件， 此部件形狀復雜且安裝不易，而且需要水孔比較大才能實現其所述功能。
日本專利JP05253648中提到的方法與專利W00226425中提到的方法基本
一致，在輥套的端部將冷卻水由一個收集環輸送到輥芯上，此收集環可以是 單獨或間隔布置的，收集環和輥套之間采用焊接連接，另一端和輥芯也是類 似方式連接，這種方式維修起來很不方便。而且由于焊接產生的應力會影響 鑄輥的工作效果。
日本專利JP61119357、美國專利US5638091和中國專利CN1378490A均 類似地提到一種鑄輥不需要端部水孔密封的結構，采用在鑄輥輥芯或輥套上 開有螺旋形或間隔圓周的冷卻水孔，而密封功能只由輥芯和輥套之間的密封 來獲得，但是這樣的鑄輥端部冷卻性能比較差，將會導致整個輥的冷卻效果 不均勻。
日本專利JP11314138中提到的鑄輥采用螺紋密封冷卻水孔，螺紋密封的 位置距離鑄輥工作表面很遠，利于防止受熱失效，這種方法簡單可靠。但是 由于結構限制鑄輥的長度會比較長。綜上所述，焊接方式在工作狀態下易于產生裂紋、螺紋和膨脹堵頭方式 則在薄帶連鑄熱試過程中容易受到交變熱應力作用而松動漏水，它們絕非理 想而可靠的鑄輥冷卻管路密封方法。所以，為了保證薄帶連鑄鑄輥的使用壽 命和操作安全性，確有必要針對現有的薄帶連鑄鑄輥的結構進行改進設計， 這也是能否成功實現薄帶連鑄產業化的關鍵之一。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種薄帶連鑄鑄輥，其冷卻管路的密封效果安 全可靠，日常維護簡便，使用壽命長，尤其對輥套的變形損害較小、殘余應 力較低，有利于鑄輥長期連續澆鑄作業，同時能夠提高鑄輥表面的熱傳導均 勻性，進而實現鑄帶沿鑄輥軸向帶形的平整化。
本實用新型的目的是這樣實現的 一種薄帶連鑄鑄輥，包括輥芯、裝設 于該輥芯外的輥套、以及裝于該輥套的冷卻水孔中的堵頭，其特征在于所 述堵頭的外部設有覆蓋層。
優選地，所述覆蓋層為金屬顆粒，其以冷氣動力噴涂方式完全覆蓋所述 堵頭的外部、或者該堵頭的外部及其周邊的輥套的端面。
優選地，所述金屬顆粒為銅合金粉末、鋁合金粉末、銅粉末、鋁粉末中 的任一種或其組合，所述覆蓋層的熱膨脹系數大于所述輥套材料的熱膨脹系 數。
優選地，所述覆蓋層厚度為2-5mm，覆蓋面的結合強度不小于37MPa。
優選地，所述輥套呈圓環形并熱套安裝于所述輥芯外，所述冷卻水孔的 直徑為8-20mm，均布于所述輥套內部，并距離輥面為15-35ram。
優選地，所述輥芯內部設有為冷卻水孔提供冷卻水的進水水槽與出水水 槽，且進水水槽和出水水槽的容積大于所有冷卻水孔的容積。
優選地，所述堵頭包括接觸部，其呈圓柱形且直徑與所述冷卻水孔的直 徑相適配以將該堵頭緊固于該冷卻水孔中。
優選地，所述堵頭還包括 一外置部，其設于所述接觸的一端并與所述 輥套端面相觸接，其呈圓柱或圓臺形，且其底面直徑略大于所述冷卻水孔的 直徑； 一內伸部，其設于所述接觸部的另一端并裝于所述冷卻水孔中，其呈 圓錐形，且當所述冷卻水孔的直徑不大于15ram時該圓錐形的底面直徑與所述接觸部的直徑相一致，否則小于該接觸部的直徑。
優選地，所述外置部的厚度為3-5mm，所述接觸部與內伸部的長度之和 為0. 5-10腿。
優選地，所述輥套的材質為銅合金，所述輥芯與堵頭的材質為不銹鋼。 對上述薄帶連鑄鑄輥中堵頭的涂敷處理，采用的是冷氣動力噴涂加工工 藝。該工藝是指，使用高壓壓縮氣體驅動微小金屬顆粒以足夠高的速度撞擊 鑄輥的堵頭和輥套端面，使得微小金屬顆粒產生足夠的變形而粘結在鑄輥輥 套和堵頭上面。所使用的金屬顆粒可以為銅合金或鋁合金，也可以是幾種不 同金屬或合金的混合粉末，它們被噴涂到覆蓋物上所產生的結合力遠大于冷 卻管路內部的壓力，此時堵頭露在冷卻水孔外部的面積也大于其在冷卻水孔 內部的面積，所以堵頭可以緊密固定于輥套上，在澆鑄作業中不會發生冷卻 水泄漏事故。此外，該冷氣動力噴涂工藝所生成金屬覆蓋層的熱膨脹系數大 于輥套本體材料的熱膨脹系數，因此在澆鑄作業中也不會產生熱應力而出現 裂紋的現象。
本實用新型由于采用了以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下
優點和積極效果
(1) 在冷卻水孔的堵頭外部覆設覆蓋層，冷氣動力噴涂工藝封堵生產的雙 輥薄帶連鑄鑄輥的端部殘留應力比較小，鑄輥變形比較小。
(2) 堵頭形式有利于鑄輥內部的水流暢通，尤其是冷卻水孔末端的水流速 度較快，有利于減少此處冷卻水的潴留。而且，堵頭嵌入鑄輥中的尺寸較小， 因此大為減少因其安裝所占的冷卻水空間，提高了鑄輥表面溫度的均勻性。
(3) 采用車削加工去除噴涂的覆蓋層即可將堵頭取出，因此鑄輥的內部清
理和堵頭維修、更換均非常方便，而且加工周期縮短。
(4) 由于采用其他方式維修或制造鑄輥都需要對輥套進行加工或處理，而 在本薄帶連鑄鑄輥的制造過程中，無需對鑄輥輥套進行任何加工，故能夠顯 著提高鑄輥的使用壽命。
以下結合附圖和具體實施例來對本實用新型作進一步說明。
圖1為現有技術中薄帶連鑄的工藝裝置示意圖。
7圖2為本實用新型的剖視圖。
圖3為本實用新型實施例1在圖2中I處的局部放大圖。
圖4為本實用新型實施例2在圖2中I處的局部放大圖。
圖5為本實用新型的堵頭噴涂加工示意圖。
圖6為本實用新型實施例1中堵頭的結構示意圖。
圖7為本實用新型實施例2中堵頭的結構示意圖。
圖8為本實用新型實施例3中堵頭的結構示意圖。
圖9為本實用新型實施例4中堵頭的結構示意圖。
圖中標號說明
la-鑄輥lb-鑄輥2a-側封板 2b-側封板
3巻曲機4-厚金屬薄帶材5-導板 6-夾送輥
7-軋機8-輸送輥道9-噴淋冷卻裝置10-巻曲機夾送輥
11-輥芯13-輥套12-堵頭 14-覆蓋層
15-噴嘴121-內伸部122-接觸部 123-外置部
131-冷卻水孔a -噴涂設備中噴嘴15的方向與冷卻水孔131所成夾角
具體實施方式
實施例1
這是本實用新型薄帶連鑄鑄輥的一個較佳實施例，適用于澆注厚度 1.5-5mm的金屬鑄帶。請參閱圖2，它包括輥芯11、輥套13以及堵頭12，在 該堵頭12的外部噴涂有覆蓋層14。
其中，輥芯ll采用不銹鋼材料制造，具有良好的耐腐蝕性能，在其內部 設有為冷卻水孔131提供冷卻水的進水水槽與出水水槽，且進水水槽和出水 水槽的容積大于所有冷卻水孔131的容積，以方便能夠及時補充系統中的冷 卻水。輥套13采用有著良好導熱性能的銅合金材料制成，其外形呈圓環形， 通過熱套安裝方式裝于輥芯11的外部，在該輥套13內部均布直徑為8mm的 冷卻水孔131，該冷卻水孔131距離輥面為15腿。
再如圖3、圖6所示，堵頭12的材質為不銹鋼，它包括一呈圓柱形的接 觸部122，以及位于其兩側的一外置部123與一內伸部121。該接觸部122 的直徑與冷卻水孔131的直徑相匹配，能將堵頭12緊固于冷卻水孔131中。外置部123也呈圓柱形并與輥套13端面相觸接，它的直徑為8. lmm (比冷卻
水孔131直徑略大一些的目的在于提高密封性能)，厚度為3mm。內伸部121
呈圓錐形并嵌裝入冷卻水孔131中，它的底面直徑與接觸部122直徑相一致，
它與接觸部122的長度之和為10mm。
又請參考圖5，在堵頭12上生成的覆蓋層14，它將該堵頭的外置部123
完全覆蓋并將該堵頭緊固定在輥套上，其厚度最好控制在2-5mm范圍，覆蓋
面的結合強度應不小于37MPa，熱膨脹系數大于輥套13材料的熱膨脹系數。
具體的工藝過程如下預先將堵頭14放入輥套13的冷卻水孔131中，然后
使用冷氣動力噴涂設備將已備好的鋁合金粉末材料沿著堵頭外置部123的圓
周方向噴覆于該堵頭上。為了避免存在噴涂覆蓋死區，影響密封性能，在現 場操作時最好能將噴涂設備中噴嘴15的方向與冷卻水孔131所構成的角度a
控制在120°左右進行，這樣有利于形成均勻的涂層。此外，在需要對本薄 帶連鑄鑄輥進行內部清理、更換堵頭或者其他日常維修時，僅需采用車削加 工掉該覆蓋層14即可將堵頭取出，非常地方便。 實施例2
這是本實用新型薄帶連鑄鑄輥的另一個較佳實施例，也適用于澆注厚度 1. 5-5mm的金屬鑄帶。其結構與實施例1基本相同，區別之處在于對堵頭12 的結構進行了進一步改進。如圖4、圖7所示，在本例中堵頭的外置部123 呈圓臺形，這是當冷卻水孔131直徑較大時，通過增大堵頭12與輥套13端 面的接觸面來保證密封強度，提高密封性能。與此同時，可以考慮將將覆蓋 層14也適度擴展到該堵頭周邊的輥套13的端面上，這樣所產生的密封效果 更佳。另外，還可以改用銅或銅合金粉末、或將其與鋁或鋁合金粉末混合來 噴涂生成覆蓋層，因為銅材料的力學延伸率、熱傳導性能均優異，這樣處理 將進一步強化涂覆密封效果。
實施例3
這是本實用新型薄帶連鑄鑄輥的又一個較佳實施例。其中，輥芯11的結 構同于實施例l。而輥套13內部均布的冷卻水孔131直徑較大，達到16ram， 該冷卻水孔距離輥面為25mm。此時隨著冷卻水孔孔徑尺寸的增大，其末端的 水流量較大，減小堵頭嵌入輥套冷卻水孔中尺寸，將有利于減少其所占的冷 卻水空間，這對于保證系統內部的水流暢通、減少冷卻水潴留現象、提高鑄輥表面溫度的均勻性均非常有益。因此，如圖8所示已將堵頭的內伸部121
的空間體積予以縮小化處理，其圓錐形底面直徑已明顯小于接觸部122的直 徑。同時，也將該內伸部與接觸部的長度之和減至2mm。發明人指出，隨著 冷卻水孔孔徑的增大，上述尺寸可以進一步進行縮小。當然，具體的縮小變 化比例可以根據實際情況進行現場測試、靈活調整，只要使得密封效果更佳 或者符合生產要求即可，在此不再贅述。 實施例4
這是本實用新型薄帶連鑄鑄輥的再一個較佳實施例。其中，輥芯11的結 構同于實施例1。在輥套13內部均布的冷卻水孔131被進一步增大至20mm 時，該冷卻水孔距離輥面為35mm，可以結合實施例2及3中的設計思路對堵 頭12做更進一步的改進。如圖9所示，將外置部123制成圓臺形并使其厚度 達到5mm，以增加密封性能。同時，將內伸部121的空間體積予以縮小化處 理，它與接觸部122的長度之和可設為0. 5mm，以盡量降低對冷卻水流動性 的影響。
綜上所述，由于本薄帶連鑄鑄輥采用了上述的新式冷卻管路密封方式， 密封效果安全可靠，可以提高鑄輥表面溫度的均勻性，保證鑄輥能長期連續 澆鑄作業，同時也便于日常維護操作。因此，它較好地解決了前述現有技術 中存在的問題，頗具推廣應用價值。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說 明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的 實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的 權利要求書范圍內。
權利要求1.一種薄帶連鑄鑄輥，包括輥芯(11)、裝設于該輥芯(11)外的輥套(13)、以及裝于該輥套(13)的冷卻水孔(131)中的堵頭(12)，其特征在于所述堵頭(12)的外部設有覆蓋層(14)。
2. 如權利要求1所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述覆蓋層(14)為金屬 顆粒，其以冷氣動力噴涂方式完全覆蓋所述堵頭(12)的外部、或者該堵頭 (14)的外部及其周邊的輥套(13)的端面。
3. 如權利要求2所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述金屬顆粒為銅合金 粉末、鋁合金粉末、銅粉末、鋁粉末中的任一種或其組合，所述覆蓋層(14) 的熱膨脹系數大于所述輥套(13)材料的熱膨脹系數。
4. 如權利要求2所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述覆蓋層(14)厚度為 2-5腿，覆蓋面的結合強度不小于37MPa。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于:所述輥套(13) 呈圓環形并熱套安裝于所述輥芯(11)外，所述冷卻水孔(131)的直徑為 8-20mm，均布于所述輥套(13)內部，并距離輥面為15-35腿。
6. 如權利要求5所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述輥芯(ll)內部設有 為冷卻水孔(131)提供冷卻水的進水水槽與出水水槽，且進水水槽和出水 水槽的容積大于所有冷卻水孔(131)的容積。
7. 如權利要求5所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述堵頭(12)包括接觸 部(122)，其呈圓柱形且直徑與所述冷卻水孔(131)的直徑相適配以將該堵 頭(12)緊固于該冷卻水孔(131)中。
8. 如權利要求7所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述堵頭(12)還包括一外置部(123)，其設于所述接觸部(122)的一端并與所述輥套(13) 端面相觸接，其呈圓柱或圓臺形，且其底面直徑略大于所述冷卻水孔(131) 的直徑；一內伸部(121)，其設于所述接觸部(122)的另一端并裝于所述冷卻水 孑L(131)中，其呈圓錐形，且當所述冷卻水孔(131)的直徑不大于15mni時 該圓錐形的底面直徑與所述接觸部(122)的直徑相一致，否則小于該接觸 部(122)的直徑。
9. 如權利要求8所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述外置部(123)的厚 度為3-5mm，所述接觸部(122)與內伸部(121)的長度之和為0. 5-10mm。
10. 如權利要求1所述的薄帶連鑄鑄輥，其特征在于所述輥套(13)的材質為 銅合金，所述輥芯(11)與堵頭(12)的材質為不銹鋼。
專利摘要本實用新型公開了一種薄帶連鑄鑄輥，包括輥芯、裝設于該輥芯外的輥套、以及裝于該輥套的冷卻水孔中的堵頭，所述堵頭的外部設有覆蓋層。本薄帶連鑄鑄輥的冷卻管路密封效果安全可靠，日常維護簡便，使用壽命長，尤其對輥套的變形損害較小、殘余應力較低，有利于鑄輥長期連續澆鑄作業，同時能夠提高鑄輥表面的熱傳導均勻性，進而實現鑄帶沿鑄輥軸向帶形的平整化，因此頗具推廣應用價值。
文檔編號B22D11/06GK201320595SQ20082015723
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者艷 于, 葉長宏, 張俊寶, 園 方, 梁永立 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司