专利名称：一种薄带连铸铸辊的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种辊，尤其涉及一种薄带连铸铸辊，属于冶金设备技 术领域。
背景技术：
双辊薄带连铸技术至今发展已有150年历史，它属于亚快速冷却连铸工 艺范畴，其典型示例如图l所示，首先将钢水直接浇注在一个由两个相对转 动并能够快速冷却的铸辊la、 lb和侧封板2a、 2b围成的熔池中，钢水在铸 辊旋转的周向表面被冷却和凝固，进而形成凝固壳并逐渐生长，然后在两铸 辊la、 lb的辊缝隙最小处被挤压在一起，最后在出带口处形成厚金属薄带材 4。该厚金属薄带材4经由导板5的导向作用之后，即被夹送辊6送入轧机7 中轧制成薄带，然后通过输送辊道8带动，再经过喷淋冷却装置9进行冷却， 最后经巻曲机夹送辊10送入巻曲机3进行巻曲处理后制成成品出厂。
与传统的连续铸造方法不同，该方法不需经过多道热轧工序，可以大大 简化薄带生产工艺并减少设备投资。而且，在整个生产过程中由于金属的凝 固时间比较短，所以薄带连铸产品晶粒细化、材料的强度、韧性延伸率有所 提高。但是，在该工艺中目前还存在一些问题，例如，浇铸工艺比较复杂， 无法适应多钢种浇铸需要，工艺开放性比较小，产品品种相对单一；受薄带 连铸工艺所限，对铸辊和侧封板这两种设备的性能要求很高，所以两设备及 物料的消耗是制约薄带连铸生产成本的主要因素之一；铸辊的主要功能是冷 却熔融的钢液，钢液在铸辊表面凝固并在两个铸辊最窄处形成铸带，这就要 求铸辊应具备快速冷却的能力，应能承受长时间的周期性冷热变化所带来的 热应力冲击，而不会产生表面疲劳等质量缺陷；为了能够迅速带走钢液凝固 所释放出来的热量，在铸辊的内部距离辊面一定距离处通常设计有并列的多 排冷却水孔，为避免冷却水泄露，对它的密封要求很高。
针对上述铸辊冷却管路的密封方法有很多，现在应用较多主要有焊接封堵、膨胀螺栓封堵、螺纹密封等多种形式。具体的专利检索如下
关闺7々U UbJ/丄ZJOO kA汉屮四7个JL丄、U0Z0丄/乙/.丄:IXE出的不T万茶曰目U1史 用的比较多，即在辊套内部加工冷却水孔，然后在铸辊端部逐一将堵头焊接 固定并达到密封效果，其一种变形是采用螺纹堵头或过盈配合的堵头达到密 封效果，但是目前焊接效果不佳，主要是由于水孔很多，密布在铸辊端部， 焊接后容易产生过大的应力导致铸辊本体受力容易在工作中受热交变应力作
用而产生裂纹。中国专利CN03231727. 1和CN2649222Y中提到的铸辊采用焊 接方式固定堵头并起到密封的作用，如前所述，这种焊接方式在工作状态下 易于产生裂纹。
中国专利CN1372498A在辊套上开有圆周的冷却水孔，在辊套的端部内侧 和辊芯的端部外侧分别有密封条被一个压板支撑形成密封条件，这种方法在 浇铸工作时容易发生密封条失效，产生泄漏。
日本专利JP5253649采用类似于中国专利CN1372498A的方法对冷却水进 行密封，所不同的是密封压板结构形式略有差别。
日本专利JP04138848中提到的方法，同样是在辊芯中开有冷却孔，采用 堵头密封，堵头或焊接或螺纹连接，特点是在水孔中间装有流量控制部件， 此部件形状复杂且安装不易，而且需要水孔比较大才能实现其所述功能。
日本专利JP05253648中提到的方法与专利W00226425中提到的方法基本
一致，在辊套的端部将冷却水由一个收集环输送到辊芯上，此收集环可以是 单独或间隔布置的，收集环和辊套之间采用焊接连接，另一端和辊芯也是类 似方式连接，这种方式维修起来很不方便。而且由于焊接产生的应力会影响 铸辊的工作效果。
日本专利JP61119357、美国专利US5638091和中国专利CN1378490A均 类似地提到一种铸辊不需要端部水孔密封的结构，采用在铸辊辊芯或辊套上 开有螺旋形或间隔圆周的冷却水孔，而密封功能只由辊芯和辊套之间的密封 来获得，但是这样的铸辊端部冷却性能比较差，将会导致整个辊的冷却效果 不均匀。
日本专利JP11314138中提到的铸辊采用螺纹密封冷却水孔，螺纹密封的 位置距离铸辊工作表面很远，利于防止受热失效，这种方法简单可靠。但是 由于结构限制铸辊的长度会比较长。综上所述，焊接方式在工作状态下易于产生裂纹、螺纹和膨胀堵头方式 则在薄带连铸热试过程中容易受到交变热应力作用而松动漏水，它们绝非理 想而可靠的铸辊冷却管路密封方法。所以，为了保证薄带连铸铸辊的使用寿 命和操作安全性，确有必要针对现有的薄带连铸铸辊的结构进行改进设计， 这也是能否成功实现薄带连铸产业化的关键之一。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种薄带连铸铸辊，其冷却管路的密封效果安 全可靠，日常维护简便，使用寿命长，尤其对辊套的变形损害较小、残余应 力较低，有利于铸辊长期连续浇铸作业，同时能够提高铸辊表面的热传导均 匀性，进而实现铸带沿铸辊轴向带形的平整化。
本实用新型的目的是这样实现的 一种薄带连铸铸辊，包括辊芯、装设 于该辊芯外的辊套、以及装于该辊套的冷却水孔中的堵头，其特征在于所 述堵头的外部设有覆盖层。
优选地，所述覆盖层为金属颗粒，其以冷气动力喷涂方式完全覆盖所述 堵头的外部、或者该堵头的外部及其周边的辊套的端面。
优选地，所述金属颗粒为铜合金粉末、铝合金粉末、铜粉末、铝粉末中 的任一种或其组合，所述覆盖层的热膨胀系数大于所述辊套材料的热膨胀系 数。
优选地，所述覆盖层厚度为2-5mm，覆盖面的结合强度不小于37MPa。
优选地，所述辊套呈圆环形并热套安装于所述辊芯外，所述冷却水孔的 直径为8-20mm，均布于所述辊套内部，并距离辊面为15-35ram。
优选地，所述辊芯内部设有为冷却水孔提供冷却水的进水水槽与出水水 槽，且进水水槽和出水水槽的容积大于所有冷却水孔的容积。
优选地，所述堵头包括接触部，其呈圆柱形且直径与所述冷却水孔的直 径相适配以将该堵头紧固于该冷却水孔中。
优选地，所述堵头还包括 一外置部，其设于所述接触的一端并与所述 辊套端面相触接，其呈圆柱或圆台形，且其底面直径略大于所述冷却水孔的 直径； 一内伸部，其设于所述接触部的另一端并装于所述冷却水孔中，其呈 圆锥形，且当所述冷却水孔的直径不大于15ram时该圆锥形的底面直径与所述接触部的直径相一致，否则小于该接触部的直径。
优选地，所述外置部的厚度为3-5mm，所述接触部与内伸部的长度之和 为0. 5-10腿。
优选地，所述辊套的材质为铜合金，所述辊芯与堵头的材质为不锈钢。 对上述薄带连铸铸辊中堵头的涂敷处理，采用的是冷气动力喷涂加工工 艺。该工艺是指，使用高压压縮气体驱动微小金属颗粒以足够高的速度撞击 铸辊的堵头和辊套端面，使得微小金属颗粒产生足够的变形而粘结在铸辊辊 套和堵头上面。所使用的金属颗粒可以为铜合金或铝合金，也可以是几种不 同金属或合金的混合粉末，它们被喷涂到覆盖物上所产生的结合力远大于冷 却管路内部的压力，此时堵头露在冷却水孔外部的面积也大于其在冷却水孔 内部的面积，所以堵头可以紧密固定于辊套上，在浇铸作业中不会发生冷却 水泄漏事故。此外，该冷气动力喷涂工艺所生成金属覆盖层的热膨胀系数大 于辊套本体材料的热膨胀系数，因此在浇铸作业中也不会产生热应力而出现 裂纹的现象。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下
优点和积极效果
(1) 在冷却水孔的堵头外部覆设覆盖层，冷气动力喷涂工艺封堵生产的双 辊薄带连铸铸辊的端部残留应力比较小，铸辊变形比较小。
(2) 堵头形式有利于铸辊内部的水流畅通，尤其是冷却水孔末端的水流速 度较快，有利于减少此处冷却水的潴留。而且，堵头嵌入铸辊中的尺寸较小， 因此大为减少因其安装所占的冷却水空间，提高了铸辊表面温度的均匀性。
(3) 采用车削加工去除喷涂的覆盖层即可将堵头取出，因此铸辊的内部清
理和堵头维修、更换均非常方便，而且加工周期縮短。
(4) 由于采用其他方式维修或制造铸辊都需要对辊套进行加工或处理，而 在本薄带连铸铸辊的制造过程中，无需对铸辊辊套进行任何加工，故能够显 著提高铸辊的使用寿命。
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型作进一步说明。
图1为现有技术中薄带连铸的工艺装置示意图。
7图2为本实用新型的剖视图。
图3为本实用新型实施例1在图2中I处的局部放大图。
图4为本实用新型实施例2在图2中I处的局部放大图。
图5为本实用新型的堵头喷涂加工示意图。
图6为本实用新型实施例1中堵头的结构示意图。
图7为本实用新型实施例2中堵头的结构示意图。
图8为本实用新型实施例3中堵头的结构示意图。
图9为本实用新型实施例4中堵头的结构示意图。
图中标号说明
la-铸辊lb-铸辊2a-侧封板 2b-侧封板
3巻曲机4-厚金属薄带材5-导板 6-夹送辊
7-轧机8-输送辊道9-喷淋冷却装置10-巻曲机夹送辊
11-辊芯13-辊套12-堵头 14-覆盖层
15-喷嘴121-内伸部122-接触部 123-外置部
131-冷却水孔a -喷涂设备中喷嘴15的方向与冷却水孔131所成夹角
具体实施方式
实施例1
这是本实用新型薄带连铸铸辊的一个较佳实施例，适用于浇注厚度 1.5-5mm的金属铸带。请参阅图2，它包括辊芯11、辊套13以及堵头12，在 该堵头12的外部喷涂有覆盖层14。
其中，辊芯ll采用不锈钢材料制造，具有良好的耐腐蚀性能，在其内部 设有为冷却水孔131提供冷却水的进水水槽与出水水槽，且进水水槽和出水 水槽的容积大于所有冷却水孔131的容积，以方便能够及时补充系统中的冷 却水。辊套13采用有着良好导热性能的铜合金材料制成，其外形呈圆环形， 通过热套安装方式装于辊芯11的外部，在该辊套13内部均布直径为8mm的 冷却水孔131，该冷却水孔131距离辊面为15腿。
再如图3、图6所示，堵头12的材质为不锈钢，它包括一呈圆柱形的接 触部122，以及位于其两侧的一外置部123与一内伸部121。该接触部122 的直径与冷却水孔131的直径相匹配，能将堵头12紧固于冷却水孔131中。外置部123也呈圆柱形并与辊套13端面相触接，它的直径为8. lmm (比冷却
水孔131直径略大一些的目的在于提高密封性能)，厚度为3mm。内伸部121
呈圆锥形并嵌装入冷却水孔131中，它的底面直径与接触部122直径相一致，
它与接触部122的长度之和为10mm。
又请参考图5，在堵头12上生成的覆盖层14，它将该堵头的外置部123
完全覆盖并将该堵头紧固定在辊套上，其厚度最好控制在2-5mm范围，覆盖
面的结合强度应不小于37MPa，热膨胀系数大于辊套13材料的热膨胀系数。
具体的工艺过程如下预先将堵头14放入辊套13的冷却水孔131中，然后
使用冷气动力喷涂设备将已备好的铝合金粉末材料沿着堵头外置部123的圆
周方向喷覆于该堵头上。为了避免存在喷涂覆盖死区，影响密封性能，在现 场操作时最好能将喷涂设备中喷嘴15的方向与冷却水孔131所构成的角度a
控制在120°左右进行，这样有利于形成均匀的涂层。此外，在需要对本薄 带连铸铸辊进行内部清理、更换堵头或者其他日常维修时，仅需采用车削加 工掉该覆盖层14即可将堵头取出，非常地方便。 实施例2
这是本实用新型薄带连铸铸辊的另一个较佳实施例，也适用于浇注厚度 1. 5-5mm的金属铸带。其结构与实施例1基本相同，区别之处在于对堵头12 的结构进行了进一步改进。如图4、图7所示，在本例中堵头的外置部123 呈圆台形，这是当冷却水孔131直径较大时，通过增大堵头12与辊套13端 面的接触面来保证密封强度，提高密封性能。与此同时，可以考虑将将覆盖 层14也适度扩展到该堵头周边的辊套13的端面上，这样所产生的密封效果 更佳。另外，还可以改用铜或铜合金粉末、或将其与铝或铝合金粉末混合来 喷涂生成覆盖层，因为铜材料的力学延伸率、热传导性能均优异，这样处理 将进一步强化涂覆密封效果。
实施例3
这是本实用新型薄带连铸铸辊的又一个较佳实施例。其中，辊芯11的结 构同于实施例l。而辊套13内部均布的冷却水孔131直径较大，达到16ram， 该冷却水孔距离辊面为25mm。此时随着冷却水孔孔径尺寸的增大，其末端的 水流量较大，减小堵头嵌入辊套冷却水孔中尺寸，将有利于减少其所占的冷 却水空间，这对于保证系统内部的水流畅通、减少冷却水潴留现象、提高铸辊表面温度的均匀性均非常有益。因此，如图8所示已将堵头的内伸部121
的空间体积予以縮小化处理，其圆锥形底面直径已明显小于接触部122的直 径。同时，也将该内伸部与接触部的长度之和减至2mm。发明人指出，随着 冷却水孔孔径的增大，上述尺寸可以进一步进行縮小。当然，具体的縮小变 化比例可以根据实际情况进行现场测试、灵活调整，只要使得密封效果更佳 或者符合生产要求即可，在此不再赘述。 实施例4
这是本实用新型薄带连铸铸辊的再一个较佳实施例。其中，辊芯11的结 构同于实施例1。在辊套13内部均布的冷却水孔131被进一步增大至20mm 时，该冷却水孔距离辊面为35mm，可以结合实施例2及3中的设计思路对堵 头12做更进一步的改进。如图9所示，将外置部123制成圆台形并使其厚度 达到5mm，以增加密封性能。同时，将内伸部121的空间体积予以縮小化处 理，它与接触部122的长度之和可设为0. 5mm，以尽量降低对冷却水流动性 的影响。
综上所述，由于本薄带连铸铸辊采用了上述的新式冷却管路密封方式， 密封效果安全可靠，可以提高铸辊表面温度的均匀性，保证铸辊能长期连续 浇铸作业，同时也便于日常维护操作。因此，它较好地解决了前述现有技术 中存在的问题，颇具推广应用价值。
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，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的 实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的 权利要求书范围内。
权利要求1.一种薄带连铸铸辊，包括辊芯(11)、装设于该辊芯(11)外的辊套(13)、以及装于该辊套(13)的冷却水孔(131)中的堵头(12)，其特征在于所述堵头(12)的外部设有覆盖层(14)。
2. 如权利要求1所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述覆盖层(14)为金属 颗粒，其以冷气动力喷涂方式完全覆盖所述堵头(12)的外部、或者该堵头 (14)的外部及其周边的辊套(13)的端面。
3. 如权利要求2所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述金属颗粒为铜合金 粉末、铝合金粉末、铜粉末、铝粉末中的任一种或其组合，所述覆盖层(14) 的热膨胀系数大于所述辊套(13)材料的热膨胀系数。
4. 如权利要求2所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述覆盖层(14)厚度为 2-5腿，覆盖面的结合强度不小于37MPa。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的薄带连铸铸辊，其特征在于:所述辊套(13) 呈圆环形并热套安装于所述辊芯(11)外，所述冷却水孔(131)的直径为 8-20mm，均布于所述辊套(13)内部，并距离辊面为15-35腿。
6. 如权利要求5所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述辊芯(ll)内部设有 为冷却水孔(131)提供冷却水的进水水槽与出水水槽，且进水水槽和出水 水槽的容积大于所有冷却水孔(131)的容积。
7. 如权利要求5所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述堵头(12)包括接触 部(122)，其呈圆柱形且直径与所述冷却水孔(131)的直径相适配以将该堵 头(12)紧固于该冷却水孔(131)中。
8. 如权利要求7所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述堵头(12)还包括一外置部(123)，其设于所述接触部(122)的一端并与所述辊套(13) 端面相触接，其呈圆柱或圆台形，且其底面直径略大于所述冷却水孔(131) 的直径；一内伸部(121)，其设于所述接触部(122)的另一端并装于所述冷却水 孑L(131)中，其呈圆锥形，且当所述冷却水孔(131)的直径不大于15mni时 该圆锥形的底面直径与所述接触部(122)的直径相一致，否则小于该接触 部(122)的直径。
9. 如权利要求8所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述外置部(123)的厚 度为3-5mm，所述接触部(122)与内伸部(121)的长度之和为0. 5-10mm。
10. 如权利要求1所述的薄带连铸铸辊，其特征在于所述辊套(13)的材质为 铜合金，所述辊芯(11)与堵头(12)的材质为不锈钢。
专利摘要本实用新型公开了一种薄带连铸铸辊，包括辊芯、装设于该辊芯外的辊套、以及装于该辊套的冷却水孔中的堵头，所述堵头的外部设有覆盖层。本薄带连铸铸辊的冷却管路密封效果安全可靠，日常维护简便，使用寿命长，尤其对辊套的变形损害较小、残余应力较低，有利于铸辊长期连续浇铸作业，同时能够提高铸辊表面的热传导均匀性，进而实现铸带沿铸辊轴向带形的平整化，因此颇具推广应用价值。
文档编号B22D11/06GK201320595SQ20082015723
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者艳 于, 叶长宏, 张俊宝, 园 方, 梁永立 申请人:宝山钢铁股份有限公司