一种具有强换热能力的快淬旋转冷却辊的制作方法

本实用新型属于传热
技术领域：
，特别涉及一种具有强换热能力的快淬旋转冷却辊。
背景技术：
：非晶态合金是采用快速凝固技术(冷却速度104～109K/s)获得的一类特殊材料，由于其结构上的特征而具有各种各样远比常规合金优异的使用性能，因而正成为一种具有重要发展前景的新材料。采用单辊快淬技术(冷却速度106～107K/s)制备的非晶箔带是其中一种可规模化生产和应用的非晶制品。目前，根据使用性能，非晶带材主要分为非晶磁性带材和非晶钎焊带材。随着航空航天事业的发展，作为真空钎焊用的非晶箔带钎料，其市场需求正日益扩大，以Ti基、Ni基、Co基为代表的非晶钎焊带材由于航空航天使用上的特殊要求，一般采用真空快淬制备。由于真空的特殊状态，合金熔体与冷却辊形成的熔潭形状，带材凝固后与铜辊的接触状态都显著区别于大气状态，这些钎焊箔带在通过真空快淬制备时，不仅需考虑合金的非晶形成能力，还须综合考虑喷带过程中合金熔体的流动性能、与铜辊的润湿情况以及钎焊时非晶钎料与基体的润湿情况，因此钎料合金成分在设计时并不十分有利于后续非晶带材的真空快淬制备，所以通过具有高效换热能力的冷却辊获得更快的凝固速率，是弥补钎料成分上难以非晶化成带这一短板的首要考虑。冷却辊的换热是指熔体凝固的热量经由铜辊被冷却水快速带走，而具有强换热能力冷却辊的内部水路设计，所涉及的就是如何让冷却水快速通过冷却辊这一科学问题。技术实现要素：本实用新型的目的是针对真空快淬制备特殊合金非晶箔带过程中，由于合金自身非晶形成能力不强，需要提高凝固速率，而目前的冷却辊内部水路设计又存在换热能力的不足的情况，提供一种具有多路平行螺旋水道的具有强换热能力的快淬旋转冷却辊。为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：本实用新型提供一种具有强换热能力的快淬旋转冷却辊，其包括水冷铜辊1、芯桶2、进水口3和出水口4；芯桶2设置在水冷铜辊1内部，进水口3和出水口4分别设置在水冷铜辊1轴向左右两端。所述水冷铜辊1与冷却水接触的内壁上设置有多路相互平行的螺旋水道5。所述螺旋水道5的螺距S为50～100mm。所述螺旋水道5的横截面为半椭圆形、半圆形、三角形、矩形、梯形的一种。当螺旋水道5的横截面为半椭圆形或矩形时，宽度D/高度h的比值为2～3.5。所述水冷铜辊1具有3～5路相互平行的螺旋水道5。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：冷却水进入本实用新型旋转冷却辊后被迅速分配至平行的多路水道，分别沿螺旋水道快速通过水冷铜辊，可短时间内带走更多的热量，起到高效换热的目的。本实用新型具有很好的推广和实用价值，能够制备航空航天领域急需的、不具备强非晶形成能力的合金体系非晶箔带，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益和社会效益。附图说明图1为旋转冷却辊结构示意图，箭头表示冷却水的流动方向；图2a为水冷铜辊1的局部三维结构示意图；图2b为多路平行螺旋水道5的示意图；图2c为螺旋水道5的水道宽、高示意图；图3a为普通水道温度场模拟结果图；图3b为多路平行螺旋水道5温度场模拟结果图；图4a为普通水道流场模拟结果图；图4b为多路平行螺旋水道5流场模拟结果图；其中的附图标记为：1水冷铜辊2芯桶3进水口4出水口5螺旋水道①②……n螺旋水道的路数S螺旋水道的螺距D螺旋水道的宽度h螺旋水道的高度具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。如图1所示，本实用新型的具有强换热能力的快淬旋转冷却辊包括水冷铜辊1、芯桶2、进水口3和出水口4；芯桶2设置在水冷铜辊1内部，进水口3和出水口4分别设置在水冷铜辊1轴向左右两端。如图2a和图2b所示，所述水冷铜辊1与冷却水接触的内壁上设置有多路相互平行的螺旋水道5，使冷却水进入水冷铜辊1后被迅速分配，并沿多路平行螺旋水道5快速通过水冷铜辊1，可短时间内带走更多的热量，起到高效换热的目的。优选地，所述水冷铜辊1具有3～5路相互平行的螺旋水道5。所述螺旋水道5的螺距S为50～100mm。所述螺旋水道5的横截面为半椭圆形，螺旋水道5的宽度D/高度h的比值为2～3.5，这种设计能够减少冷却水在螺旋水道5内流动时，由高速旋转形成的冷却水与水冷铜辊1内表面相对静止的区域(死区)；死区的存在使冷却水在水冷铜辊1内表面接触气化，形成气膜，阻碍传热，严重时(蒸汽压过大)易发生危险。实施例本实施例采用具有四路平行螺旋水道5的旋转冷却辊，螺旋水道宽高比D/h为2.5，螺距S为80mm，利用有限元模拟手段分别分析了本实施例涉及的螺旋水道和与其对比的普通水道的温度场(如图3a和图3b所示)以及流场(如图4a和图4b所示)，并将模拟数据列于表1。表1模拟数据分析表根据表1数据：冷却水经由旋转冷却辊四路平行螺旋水道后，出口速度更快表明冷却水能够短时间内通过，出水温度更高表明能够带走更多的热量，综合数据表明多路平行螺旋水道拥有更高的热交换能力。将具有四路平行螺旋水道的旋转冷却辊装机并进行真空快淬实验，选用合金体系Co基合金，合金成分组成CoCrNiWMoAlBSi，在相同的快淬工艺参数下(如表2所示)，该合金体系采用具有普通水道的旋转冷却辊进行真空快淬实验时，带形不完整，箔带呈丝条状；而采用本实施例的具有四路平行螺旋水道的旋转冷却辊能够制备出表面质量光亮，带型完整的箔带。表2真空快淬工艺参数表快淬工艺参数普通水道多路平行螺旋水道真空度(Pa)4×10-24×10-2熔体温度(℃)15001500辊嘴间距(mm)0.50.5喷嘴缝宽(mm)0.40.4铜辊转速(m/s)2121喷带压力(Pa)2100021000当前第1页1 2 3