一种高强高导异形结晶轮的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高强高导异形结晶轮，属于电线电缆行业铜、铝杆连铸连轧机技术领域。
【背景技术】
[0002]结晶轮是铜、铝杆连铸连轧生产线上的关键设备，结晶轮与钢带形成结晶腔，一侧浇注铜水或铝水，而在另一侧引出连续的扁平铜、铝锭，代表电工圆杆连铸连轧的先进水平。结晶轮内外面及两侧喷淋高压冷却水，结晶轮处于周期性冷热转换中，热应力是导致结晶轮裂纹萌生、弹性变形和疲劳损伤的主要因素，因此结晶轮要具有良好的导热性能和抗热疲劳的性能。结构刚度和散热能力是辩证统一的关系，若为提高散热效果，而采取减小结晶轮壁厚的办法，将导致因强度不足发生弹性形变。因此，在不减小壁厚的前提下，可以通过增加散热面积，来增加散热能力。散热能力一方面取决于材质热导率，同时也与结晶轮外壁散热面积成正比。现有的结晶轮的外表面大多为光滑面，散热面积小，或导热结构设置不合理，导致传热效率低下。
[0003]现有结晶轮多采用紫铜材料，紫铜材料虽然具有很高的导电导热性能，但其强度与软化温度低，其抗热疲劳性能差，使用寿命很短，易出现变形和疲劳裂纹，夹咬锭等事故。热应力是结晶轮在恶劣工作环境中失效的主要因素，因此，急需开发性能更高的高强高导铜合金和复合铜基材料来代替紫铜，以提高结晶轮强度、屈服极限和抗热疲劳性能，延长结晶轮使用寿命。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种高强高导异形结晶轮，其不但改善了结晶轮的散热效果，而且具有更佳的导热性能和抗热疲劳性能，还具有更长的使用寿命O
[0005]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种高强高导异形结晶轮，包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，所述轮体的两侧面设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体的两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制，所述轮体采用铬锆铜(Zr-Cr-Cu)合金或氧化铝弥散铜复合材料制成。
[0006]所述螺旋状结构是指导热槽在所述轮体的两侧面成“蚊香”状结构设置。
[0007]所述导热槽通过沿径向移动的轧辊随轮体同步轧制成形。
[0008]所述紧固槽通过两侧对称的双层叠加锥辊与轮体协同轧制，其中锥辊工作面上的锥槽完成紧固槽同步轧制成形。
[0009]所述凹槽通过硬质合金台阶轧辊轴径向同步轧制而得。
[0010]所述结晶轮的圆环直径为Φ900?Φ3400mm，所述凹槽底厚度为30?50mm，侧壁厚度为20?30mm，所述凹槽的横截面积为5000?7000mm2。
[0011]凹槽底厚度为所述凹槽底部与轮体内径之间的厚度，侧壁厚度为凹槽两侧与轮体两侧面之间的厚度。
[0012]所述轮体的圆环断面为“U”、“H”或“M”型。
[0013]所述凹槽为梯形、弧形或“V”形。
[0014]所述铬锆铜的结晶轮其化学成分按重量百分比为:Cr:0.65% (Lr:0.15%；Cu(TUI或T2):余量。
[0015]所述氧化铝弥散铜的结晶轮其化学成分按重量百分比为:A1203:0.03?0.8% ;Cu:余量。
[0016]螺旋状导热槽与现有的凸环或凹槽散热结构相比，具有诸多优点:1、大幅增加散热面积，导热槽所占重量比相同时，螺旋导热槽的散热面比凸环或凹坑的散热面大，散热能力最强；2、加速冷却水流动，螺旋结构加之轮体转动共同增加冷却水离心力，加速冷却水流动，利于冲破附着水膜，避免冷却水在环间和凹槽内滞留，形成水循环“死区”;3、保留轧制流线，螺旋结构决定了可用环轧工艺同步轧出导热槽，避免后续深度切削，破坏结晶轮内部环轧流线。
[0017]所述紧固槽方便使用时与结晶轮的支架相嵌，避免结晶轮因夹紧力过大而变形，所述紧固槽也与轮体同步轧制。
[0018]本实用新型的有益效果是:所述轮体圆周设置凹槽，两侧面导热槽和紧固槽，且与轮体协同轧制。轮体圆周上的凹槽采用环轧，环轧凹槽使得结晶轮硬度、电导率等性能内外一致，避免出现宏观各项异性，克服了中心强度不够的问题。经反复试验和产品用户反馈表明，相同条件下结晶轮裂纹数量、深度减少约20%?30%，凹槽收缩量降低8%?10%。螺旋导热槽增加了结晶轮散热面积和冷却水流动性，改善了结晶轮的散热效果。结晶轮采用铬锆铜材料制成，铬锆铜比紫铜强度和软化温度高得多，其软化温度高达550°C，而紫铜软化温度只有250°C，而且铬锆铜导热导电性能仅比紫铜低约20%。高软化温度可以阻止材料的再结晶，防止晶粒长大，提高抗热疲劳的能力，因此铬锆铜材料结晶轮寿命比紫铜大幅提高。而结晶轮采用氧化铝弥散铜复合材料，其软化温度可达930°C，使内部组织不易发生再结晶，初始晶粒始终保纳米级细化状态，导电、导热及硬度和抗拉强度都非常好，与铬锆铜材料结晶轮相比，结晶轮铸轧产能和使用寿命大幅度提升。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型圆环断面为“U”型的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型的俯视结构示意图；
[0021]图中，1、轮体；2、导热槽；3、紧固槽；4、凹槽。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0023]实施例1，如图1和图2所示，一种高强高导异形结晶轮，包括轮体1，所述轮体I为圆环形，所述轮体I的外圆周表面上设有凹槽4，所述轮体的两侧面设有导热槽2，所述导热槽2呈螺旋状结构，所述轮体的两侧面对称设有紧固槽3，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制，所述轮体采用铬锆铜材料或氧化铝弥散铜复合材料制成。
[0024]所述凹槽4与轮体协同轧制，凹槽通过轴径向同步轧制而得，凹槽为梯形或弧形或“V”形，在结晶轮外径增大到预设值时，结晶轮两侧对称的沿轴向从动平移的轧辊压下，随轮体外径的扩展，同步轧制导热槽2。导热槽轧制预定匝数后，抬升平移轧辊，完成其初始形状的轧制；所述紧固槽3与本体协同轧制，在结晶轮内径增大到预设值时，结晶轮两侧的台阶轧辊压下，乳制预定深度的槽口，完成其初始形状轧制，通过上述完成所述凹槽、导热槽及紧固槽与结晶轮轮体协同轧制过程。
[0025]所述轮体采用铬锆铜材料或氧化铝弥散铜复合材料制成。
[0026]所述结晶轮的圆环直径为Φ900?Φ 3400mm，所述凹槽底厚度为30?50mm，侧壁厚度为20?30mm，所述凹槽的横截面积为5000?7000mm2。
[0027]凹槽底厚度为所述凹槽底部与轮体内径之间的厚度，侧壁厚度为凹槽两侧与轮体两侧面之间的厚度。
[0028]所述轮体的圆环断面为“U”型。所述凹槽4为梯形、弧形或“V”形。
[0029]所述铬锆铜的结晶轮其化学成分按重量百分比为:Cr:0.65% ；Zr:0.15%；Cu(TUI或T2):余量。
[0030]所述氧化铝弥散铜的结晶轮其化学成分按重量百分比为:A1203:0.03?0.8% ;Cu:余量。
[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高强高导异形结晶轮，包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，其特征在于，所述轮体的两侧面对称设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体的两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽及紧固槽与所述轮体协同轧制，所述轮体采用铬锆铜合金或氧化铝弥散铜复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的高强高导异形结晶轮，其特征在于，所述结晶轮的圆环直径为Φ900?Φ3400mm，所述凹槽底厚度为30?50mm，侧壁厚度为20?30mm，所述凹槽的横截面积为5000?7000mm2。
3.根据权利要求1所述的高强高导异形结晶轮，其特征在于，所述轮体的圆环断面为“U”、“H” 或 “M” 型。
4.根据权利要求1所述的高强高导异形结晶轮，其特征在于，所述凹槽为梯形、弧形或“V” 形。
【专利摘要】本实用新型涉及一种高强高导异形结晶轮，包括轮体，所述轮体为圆环形，所述轮体的外圆周表面上设有凹槽，所述轮体的两侧面对称设有导热槽，所述导热槽呈螺旋状结构，所述轮体的两侧面对称设有紧固槽，所述凹槽、导热槽、紧固槽与轮体协同环轧。所述轮体采用铬锆铜材料或氧化铝弥散铜复合材料制成。所述结晶轮的圆环直径为Ф900～3400mm。所述轮体的圆环断面为“U”、“H”或“M”型。所述凹槽为梯形、弧形或“V”形。本实用新型使结晶轮的外部与中心性能完全一致，散热面积显著增加，提高了结晶轮的散热效果，所采用铬锆铜和弥散铜基复合材质软化温度高，抗热疲劳好，同时导热、硬度性能都能相应提高，结晶轮使用寿命得以提高。
【IPC分类】C22C9-00, B22D11-06
【公开号】CN204486735
【申请号】CN201520100873
【发明人】张宗宁, 唐明明, 王肇飞, 赵景山
【申请人】烟台万隆真空冶金股份有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年2月12日