可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构的制作方法

本发明涉及非晶带材制备领域，特别涉及一种可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构。

背景技术：

非晶带材作为新型节能电力电子设备中的核心材料，具有广泛的应用市场前景。非晶结晶器是一种典型的辊式镶套结构，即结晶器铜套外镶在支撑辊外部。其中，支撑辊多采用45#钢，铜套多为铍铜或铬锆铜，非晶带材制备过程中，结晶器铜套作为热量吸收器及带材初始成形的关键场所，其内冷却结构设计的合理性将直接决定带材表面质量的好坏。

专利号为201110095389.9的中国专利公开了一种非晶结晶器，是在铜套内圆周方向上设置有若干个轴向贯通的矩形水槽，然而，采用该非晶结晶器生产时，冷却水沿结晶器铜套轴向流动过程中，水温沿其流动方向呈增加趋势，进而引起非晶结晶器铜套表面冷却能力的不均匀性，不利于非晶带材产量及其表面质量的提高。

此外，非晶带材制备过程中，与带材中部区域以径向为主的一维传热特性相比，在轴向传热作用下，带材边部区具有以径向和轴向传热为主的二维传热特征，易使当地带材产生卷曲(俗称荷叶边)及脆裂现象，制约了带材产品质量的提升。为避免非晶带材边部区域二维传热特性的影响，以提高非晶带材覆盖区域内的冷却均匀性，专利号为201310029623.7的中国专利公开了一种非晶结晶器铜套冷却结构，在铜套内设计“T”型通水槽和“T”型调节铜块，根据铜套的厚薄程度，适时添加调节铜块，通过调节铜块的添加增加非晶结晶器铜套的壁厚解决铜套的冷却能力及冷却不均匀的问题；专利201310400924.6也公开了一种非晶结晶器，铜套内的第一水槽、第二水槽和第三水槽形成径向联通水槽，冷却水从水路进入联通水槽，完成对铜套表面钢水的循环冷却。然而，上述非晶结晶器铜套冷却结构均为径向冷却方式，难以从根本解决结晶器轴向冷却不均匀的问题，且具有加工困难、设计多依据人工经验等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使冷却水沿铜套本体轴向在冷却水槽内形成两个对称的反方向流动，从而提高铜套轴向冷却均匀性的可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构以解决现有技术的不足。

本发明通过以下技术方案来实现发明目的：

可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构，包括铜套本体，以及与所述铜套本体内壁过盈配合的支撑辊，所述铜套本体靠近内壁处沿周向等间隔设有冷却水槽，冷却水槽沿铜套本体的轴向呈凸型结构，冷却水槽由中间的凸起段和两侧的水平段组成支撑辊内设有与冷却水槽连通的径向水槽，径向水槽与支撑辊所在的轴向切线垂直，由此，冷却水由径向水槽进入凸型结构的冷却水槽并沿铜套本体轴向形成两个反向的流动使铜套本体轴向冷却更均匀，同时凸型结构设置相当于增加了带材覆盖的冷却水槽两侧水平段的结晶器铜套厚度，从而抑制了因带材边部区域二维传热引起的带材边部卷曲(荷叶边)和脆裂现象，利于带材表面质量提高。

进一步地，所述支撑辊内还设有分流室，分流室沿支撑辊的径向两端分别与径向水槽和冷却水槽连通。由此，分流室的设置利于铜套本体内各个冷却水槽的入口速度和压力的稳定，进而保证铜套本体周向上冷却均匀性。

进一步地，所述分流室分别连通1个径向水槽和4～6个冷却水槽组成一个冷却单元，冷却单元沿周向的分布数量为20～40个。

进一步地，所述凸起段的宽度比带材宽度小15～35mm，带材宽度小于冷却水槽的轴向总宽度。由此，铜套的整个轴向宽度上均有冷却水，进一步提高了轴向冷却的均匀性保证了冷却钢水的传热效果和带材生产质量的稳定性。

进一步地，所述冷却水槽的弧长和由铜套本体的内壁到外壁的深度分别为4～7mm和10～15mm。

进一步地，所述冷却水槽之间沿铜套本体周向由周向肋板隔开，周向肋板的弧长为5～7mm，周向肋板的弧长值过大易在一处形成热点不利于周向上的冷却均匀性提高且浪费材料。

进一步地，所述径向水槽朝向支撑辊内壁一侧为冷却水入口，冷却水由径向水槽进入分流室再进入冷却水槽，在冷却水槽内沿铜套本体的轴向形成两个相反方向的流动，由此，避免了冷却水水温的轴向升高，使铜套本体轴向冷却更均匀。

进一步地，所述径向水槽呈圆柱体，其作为冷却水入口管端面的直径为10～25mm。

本发明提供的可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构具有以下有益效果：

1)在支撑辊和铜套本体内分别设置径向水槽和冷却水槽且二者相互连通，冷却水由径向水槽进入冷却水槽后沿铜套轴向形成对称的两个反向流动，避免了单一方向流动时引起的冷却水水温沿轴向(流动方向)不断增加的现象，能提高非晶结晶器带材覆盖区域范围内的冷却均匀性；

2)采用径向凸型的冷却水槽结构，冷却水槽由中间的凸起段和两侧的水平段组成，等同于增加了带材边部覆盖的两侧水平段上铜套本体的厚度从而抑制了非晶带材制备过程中因带材边部区域二维传热引起的带材边部卷曲(荷叶边)和脆裂现象，有利于提高带材的表面质量；

3)整个铜套冷却结构设计合理，加工难度适中，且可用于不同宽度范围的非晶带材生产，应用范围广。

附图说明

图1为本发明可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构一种实施方式的横截面结构示意图；

图2为为图1中铜套冷却结构的轴向截面结构示意图；

其中：1—铜套本体，2—支撑辊，3—冷却水槽，31—凸起段，32—水平段，4—径向水槽，5—分流室，6—周向肋板，7—冷却水入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1和图2所示，一种可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构，包括铜套本体1，以及与铜套本体1内壁过盈配合的支撑辊2，铜套本体1靠近内壁处沿周向等间隔设有冷却水槽3；其中，冷却水槽3沿铜套本体1的轴向呈凸型结构，冷却水槽3由中间的凸起段31和两侧的水平段32组成，凸起段31的宽度比带材宽度小30mm，带材宽度小于冷却水槽3的轴向总宽度，具体地，凸起段31的宽度为112mm，带材宽度为142mm，冷却水槽3的轴向总宽度为202mm，冷却水槽3的弧长和由铜套本体1的内壁到外壁的深度分别为5mm和12mm，冷却水槽3之间沿铜套本体1周向由周向肋板6隔开，周向肋板6的弧长为6mm。

支撑辊2内设有与冷却水槽3连通的径向水槽4，径向水槽4与支撑辊2所在的轴向切线垂直，支撑辊2内还设有分流室，分流室5沿支撑辊2的径向两端分别与径向水槽4和冷却水槽3连通，分流室5分别连通1个径向水槽4和4个冷却水槽3组成一个冷却单元，冷却单元沿周向的分布数量为26个，径向水槽4朝向支撑辊2内壁一侧为冷却水入口7，冷却水由径向水槽4进入分流室5再进入冷却水槽3，在冷却水槽3内沿铜套本体1的轴向形成两个相反方向的流动，径向水槽4呈圆柱体，其作为冷却水入口7端面的直径为14mm。

使用本发明提供的可轴向分流的非晶结晶器铜套冷却结构来制备宽度值为142mm，厚度为27μm的非晶带材，非晶结晶器内径和外径分别为742mm和810mm，宽度为202mm，非晶合金(Fe₇₈Si₉B₁₃)浇铸温度为1362℃，非晶结晶器冷却水流量为420t/h，转动线速度为23m/s，可进行连续生产，生产出来的非晶带材厚度均匀(偏差值可控制在±2μm范围内)，叠片系数不小于0.87。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。