一种带偏心旋转件的连铸振动支撑辊及其设备的制作方法

本发明属于金属凝固和连续铸造领域，特别涉及一种带偏心旋转件的连铸振动支撑辊。

背景技术：

随着世界冶金技术的发展，现代连铸技术不断进步，可浇铸钢种不断扩大，一些高合金、高品质特殊钢已经不断在大型钢铁企业连铸生产流程中得以生产。为了解决特殊钢凝固偏析及缩孔缺陷等问题，长期以来冶金科技工作者在该技术方面开发形成了许多专利和技术。目前大规模应用于工业化生产的主要有电磁搅拌技术和凝固末端轻压下或铸轧技术。

电磁搅拌技术如结晶器电磁搅拌是在连铸结晶器的外侧放置电磁感应线圈或搅拌器，当电磁感应线圈或搅拌器通入一定频率的交变电流时，就会产生电磁场，该磁场穿透结晶器铜板和金属凝固壳并在液态金属中产生感生电流，液态金属相当于一载流体，该载流体又受磁场作用，便在载流体中产生电磁力，从而使液态金属产生强迫对流，流动的液态金属将冲刷凝固壳的前沿，并折断和破碎树枝晶，这些折断和破碎树枝晶将成为以后等轴晶生长的核心，从而达到了电磁搅拌器提高铸坯等轴晶率的目的。

电磁搅拌器的应用是提高铸坯内部质量的有效方法。但其在使用中也存在一定的缺点，一是电磁搅拌容易使铸坯产生“白亮带”或负偏析带，影响了铸坯性能的均匀性；二是电磁搅拌器穿透金属坯壳后的能量损失大，而且随着连铸坯坯壳的变厚，电磁场穿透金属壳所损失的能量也越大。因此电磁搅拌器对铸坯凝固末端位置的作用效果不如放置在结晶器的位置效果明显。

由此也就开发了凝固末端轻压下技术。它是通过机械变形的方法，将未完全凝固的铸坯心部压实，以改善铸坯的心部偏析。但由于铸坯的凝固末端压下受力很大，往往会造成压下裂纹的发生。

近年来，一些新的有效改善铸坯中心的偏析、疏松和缩孔等缺陷的方法出现。例如本申请的申请人在先递交的发明专利‘一种提高连铸坯质量的方法及震动支撑辊装置’(申请号no.200410069058.8，授权公告号cn1256203c)；和‘一种连铸凝固过程中铸坯质量及改善中后期固液两相区流动性的控制装置’cn208116707u，这些文献给出了采用振动的方式给凝固坯壳施加振动力，其目的一方面是要促进坯壳内部凝固前沿树枝晶的折断，增加铸坯的中心等轴晶率；另一方面，是要在凝固的末期改善铸坯中心的偏析、疏松和缩孔等缺陷。但是，上述专利都只是提供了技术思路，并没有给出实现上述功能的设备结构方案。尤其是，在振动支撑辊中以怎样的结构保证其支撑功能前提下，同时实现对凝固坯壳的有效振动成为亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种带偏心旋转件的连铸振动支撑辊和设备，其具有偏心旋转件以及不同步的转动结构，旋转轴的快速旋转会使振动支撑辊辊体产生周期性的振动，使铸坯的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动，实现连铸坯的晶粒细化，有效改善铸坯质量。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种带偏心旋转件的连铸振动支撑辊，包括振动支撑辊辊体1、旋转轴5、第二轴承座7、第二轴承8、基体台架13和旋转驱动装置，所述旋转轴5的两端均通过第二轴承8与第二轴承座7配合连接。

与铸坯16接触的振动支撑辊辊体1为中空结构，其左右两侧各设有支撑辊体转动的第一轴承4和第一轴承座3，所述旋转轴5上设置有偏心旋转件，旋转轴5从振动支撑辊辊体1中穿过，并通过第一轴承4与第一轴承座3配合连接。

所述支撑轴转动的第二轴承座7通过轴承座支架9固接在基体台架13上。

所述旋转轴5的至少一端通过联轴器10与旋转驱动装置的动力输出轴连接，旋转驱动装置驱动旋转轴5以大于振动支撑辊辊体1的转速的速度快速转动，带动偏心旋转件旋转并产生可控制的振动，使得振动支撑辊辊体1产生垂直于铸坯16的坯壳的振动，进而使铸坯16的坯壳受力并产生振动。

所述偏心旋转件为以下结构之一或其组合：

1)为设置在旋转轴5两端、第一轴承4内部的偏心轴套6；

2)为设置在振动支撑辊辊体1内部的旋转轴5上的偏心块21。

所述偏心轴套6的偏心距a为0.01～2mm。

所述偏心块21的重量为振动支撑辊辊体1的重量的3％～40％。

所述振动支撑辊辊体1的两侧设置有端盖2。

所述旋转轴5的转动速度是振动支撑辊辊体1的转动速度的5～1500倍。

所述旋转驱动装置为马达12，马达12通过马达支架15固接在基体台架13上。

所述旋转驱动装置的动力输出轴经减速器11或增速器与联轴器10连接。

所述轴承座支架9和/或联轴器10为弹性结构，振动方向垂直于铸坯16的坯壳。

使用时，在铸坯同一横截面位置上，所述振动支撑辊设置在铸坯16的一侧、对称两侧或多侧。

所述振动支撑辊辊体1截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合。

使用时，所述振动支撑辊设置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯16的凝固末端。

所述振动支撑辊的振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

所述振动支撑辊辊体1与铸坯16接触的工作面宽度l1为铸坯宽度l的30％～120％。

所述振动支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。

所述旋转轴5上分别设有与振动支撑辊辊体1的内部连通的进水通道17和出水通道18。

旋转驱动装置的动力源介质为气体、液体或电。

所述振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。

所述振动支撑辊的直径d为80～450mm。

一种配置如所述带偏心旋转件的连铸振动支撑辊的设备，该设备为二分节辊、三分节辊或多分节辊，所述各个分节辊包括至少一个振动支撑辊辊体1。

所述旋转轴5为通轴或多分节轴。

所述设备进一步包括至少一个非振动支撑辊辊体20；所述非振动支撑辊辊体20通过第二轴承4与第二轴承座3配合安装在旋转轴5上。

所述各个分节辊的振动支撑辊辊体1和非振动支撑辊辊体20包括以下组合方式：

a、一个振动支撑辊辊体1和一个非振动支撑辊辊体20；

b、一个振动支撑辊辊体1和两个分别位于振动支撑辊辊体1两侧的非振动支撑辊辊体20；

c、一个振动支撑辊辊体1和两个依次布置在振动支撑辊辊体1一侧的非振动支撑辊辊体20；

d、一个非振动支撑辊辊体20和两个分别位于非振动支撑辊辊体20两侧的振动支撑辊辊体1；

e、一个非振动支撑辊辊体20和两个依次布置在非振动支撑辊辊体20一侧的振动支撑辊辊体1；

f、依次交替布置的两个振动支撑辊辊体1和两个非振动支撑辊辊体20；

g、两个依次布置的振动支撑辊辊体1和两个分别位于两个振动支撑辊辊体1两侧的非振动支撑辊辊体20；

h、两个依次布置的非振动支撑辊辊体20和两个分别位于两个非振动支撑辊辊体20两侧的振动支撑辊辊体1。

一种带偏心旋转件的连铸振动支撑辊，包括振动支撑辊辊体1、旋转轴5、用于轴转动的第二轴承座7和第二轴承8、基体台架13和旋转驱动装置，与铸坯16接触的振动支撑辊辊体1的左右两侧各固接一旋转轴5，两个旋转轴5均通过轴转动轴承8与轴转动轴承座7配合连接。

所述振动支撑辊进一步包括可产生高频振动的快速转轴22、和用于快速转轴22的第三轴承23和第三轴承座24。

所述第二轴承座7固接在第三轴承座24上端面；所述第三轴承座24通过轴承座支架9固接在基体台架13上；所述快速转轴22上一体成型或固接有与第三轴承座24一一对应的偏心旋转件，所述偏心旋转件为偏心轴套6，所述偏心轴套6上套有第三轴承23，第三轴承23与第三轴承座24配合连接。

所述快速转轴22的至少一端通过联轴器10与旋转驱动装置的动力输出轴连接，旋转驱动装置驱动快速转轴22以大于振动支撑辊辊体1的转速的速度快速转动，带动偏心轴套6旋转并使驱动振动支撑辊辊体1，使得振动支撑辊辊体1产生垂直于铸坯16的坯壳的可控制的振动，进而使铸坯16的坯壳受力并产生振动。

所述偏心轴套6的偏心距a为0.01～2mm。

所述快速转轴22的转动速度是振动支撑辊辊体1的转动速度的5～1500倍。

所述旋转驱动装置为马达12，马达12通过马达支架15固接在基体台架13上。

所述旋转驱动装置的动力输出轴经减速器11或增速器与联轴器10连接。

所述轴承座支架9和/或联轴器10为弹性结构，振动方向垂直于铸坯16的坯壳。

使用时，在铸坯同一横截面位置上，所述振动支撑辊设置在铸坯16的一侧、对称两侧或多侧。

所述振动支撑辊辊体1截面的形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合。

使用时，所述振动支撑辊设置在连铸机结晶器出口的下端，和/或二冷区内，和/或铸坯16的凝固末端。

所述振动支撑辊的振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

所述振动支撑辊辊体1与铸坯16接触的工作面宽度l1为铸坯宽度l的30％～120％。

所述振动支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。

所述旋转轴5上分别设有与振动支撑辊辊体1的内部连通的进水通道17和出水通道18。

旋转驱动装置的动力源介质为气体、液体或电。

所述振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。

所述振动支撑辊的直径d为80～450mm。

所述快速转轴22为通轴或多分节轴。

一种配置如所述带偏心旋转件的连铸振动支撑辊的设备，该设备为二分节辊、三分节辊或多分节辊，所述各个分节辊包括至少一个振动支撑辊辊体1。

所述设备进一步包括至少一个非振动支撑辊辊体20；所述非振动支撑辊辊20的轴承座固接在第三轴承座24上端面，该第三轴承座24直接通过第三轴承23安装在快速转轴22上。

所述各个分节辊的振动支撑辊辊体1和非振动支撑辊辊体20包括以下组合方式：

a、一个振动支撑辊辊体1和一个非振动支撑辊辊体20；

b、一个振动支撑辊辊体1和两个分别位于振动支撑辊辊体1两侧的非振动支撑辊辊体20；

c、一个振动支撑辊辊体1和两个依次布置在振动支撑辊辊体1一侧的非振动支撑辊辊体20；

d、一个非振动支撑辊辊体20和两个分别位于非振动支撑辊辊体20两侧的振动支撑辊辊体1；

e、一个非振动支撑辊辊体20和两个依次布置在非振动支撑辊辊体20一侧的振动支撑辊辊体1；

f、依次交替布置的两个振动支撑辊辊体1和两个非振动支撑辊辊体20；

g、两个依次布置的振动支撑辊辊体1和两个分别位于两个振动支撑辊辊体1两侧的非振动支撑辊辊体20；

h、两个依次布置的非振动支撑辊辊体20和两个分别位于两个非振动支撑辊辊体20两侧的振动支撑辊辊体1。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用了具有偏心旋转件以及不同步的转动结构，旋转轴的快速旋转会使振动支撑辊辊体产生周期性的振动，其施加到与辊体接触的铸坯上，使凝固壳沿厚度方向受力并随振动支撑辊一起产生振动。该装置可以大量将初生凝固坯壳前沿的树枝晶前端折断，并成为中心等轴晶的来源；也可以对凝固后期的铸坯进行处理，以破碎粗大的中心等轴晶，细化凝固组织。其与传统的形核技术相比，更加节能，且便于维护。

附图说明

图1为实施例1带偏心轴套6的振动支撑辊结构示意图；

图2为马达设置在振动支撑辊的两端且不用减速器11的结构示意图；

图3为实施例2振动支撑辊辊体1内部区域的旋转轴5上设置偏心块21的结构示意图；

图4a-4e为实施例3三分节振动支撑辊设备的结构示意图；

图5a-5b为实施例3二分节振动支撑辊设备的结构示意图；

图6为旋转轴5是二分节轴的结构示意图；

图7a、7b为实施例4两层轴承座的结构示意图；

图8a-8c为振动支撑辊在铸坯任一横截面上的不同布置示意图；

图9a-9b为振动支撑辊辊体1的不同形状截面。

图10为偏心轴套6的结构示意图

其中的附图标记为：

1振动支撑辊辊体

2端盖

3第一轴承座

4第一轴承

5旋转轴

6偏心轴套

7第二轴承座

8第二轴承

9轴承座支架

10联轴器

11减速器

12马达

13基体台架

14减速器支架

15马达支架

16铸坯

17进水通道

18出水通道

20非振动支承辊辊体

21偏心块

22快速转轴

23第三轴承

24第三轴承座

l1振动支撑辊与铸坯接触的工作面宽度

l铸坯的宽度

d振动支撑辊的直径

a偏心轴套6的偏心距

具体实施方式

下面结合附图和各个实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1-偏心旋转件为设置在旋转轴5两端的偏心轴套

参见图1-2，一种带偏心轴套的连铸振动支撑辊，包括振动支撑辊辊体1、端盖2、支撑辊体转动的第一轴承座3和第一轴承4、旋转轴5、偏心轴套6、支撑轴转动的第二轴承座7和第二轴承8、轴承座支架9、联轴器10、减速器11、马达12、基体台架13、减速器支架14、马达支架15等组成。在使用时，振动支撑辊辊体1与铸坯16接触，并随着与铸坯的同步运动进行旋转；其关键在于：马达12驱动旋转轴5以大于振动支撑辊辊体1的转速快速转动，由于偏心轴套6的存在，使得振动支撑辊辊体1在垂直于铸坯坯壳的方向上产生振动，进而使与之接触的铸坯16的坯壳受力并产生振动。该转动可以大量将初生凝固坯壳前沿的树枝晶前端折断，并成为中心等轴晶的来源；也可以对凝固后期的铸坯进行处理，以破碎粗大的中心等轴晶，细化凝固组织。

为了使振动支撑辊获得良好的振动效果，要求旋转轴5的转动速度是振动支撑辊辊体1的转动速度的5～1500倍。

同理，为了使旋转轴5获得较高的转速，在本发明结构中可以使用加速器或增速器。但在铸机的后部，铸坯的坯壳较厚，为了后的良好的振动效果，必须加大振动力，此时就需要采用减速器适当降低转速，以提高克服转动阻力的能力。

为了改善传动效果，振动支撑辊的驱动马达12可以放置在连铸振动支撑辊的一端，见图1；也可以放置在连铸振动支撑辊的两端，见图2。

在结构上，为了实现振动支撑辊的偏心振动，在旋转轴5上设置了偏心轴套6，偏心轴套6可以与旋转轴5是一体的，也可以是通过机械方式固定在旋转轴5上的。

如图10所示，偏心轴套6的偏心距a(即偏心轴套6的中心线与旋转轴5的中心线的距离)为0.01～2mm。

实施例2-偏心旋转件为设置在支撑辊内部旋转轴5上的偏心块21

参见图3，另一种实现振动支撑辊的偏心振动的方式是在振动支撑辊辊体1内部区域的旋转轴5上直接设置偏心块21，使旋转轴5产生振动，并将该振动传递给振动支撑辊辊体1，使其产生振动，所述偏心块21的重量为振动支撑辊辊体1的重量的3％～40％。此时，偏心块21可以与旋转轴5是一体的，也可以是通过机械方式固定在旋转轴5上的。

为了获得良好的振动效果，轴承座支架9可以是刚性的，也可以是弹性的。同样，联轴器10可以是刚性联轴器，也可以是弹性联轴器。

实施例3-具有多个连铸支撑辊的设备

参见图4a-4e，图5a-5b和图6，当铸坯的断面宽度较大时，连铸支承辊设备可以采用分节辊的方式以提高结构强度。在分节辊情况下，可以将其设计成振动支承辊辊体1和非振动支承辊辊体20，使用方法如下：

1)对于三分节辊，采用通轴的结构形式，其中振动支承辊辊体1设置在中间，两边为非振动支承辊辊体20，见图4a；也可以是非振动支承辊辊体20设置在中间，两边为振动支承辊辊体1，见图4b；也可以是三部分都是振动支承辊辊体1，见图4c；也可以是一边是两个振动支承辊辊体1，另一边是一个非振动支承辊辊体20，见图4d；也可以是一边是两个非振动支承辊辊体20，另一边是一个振动支承辊辊体1，见图4e。

2)对于二分节辊，采用通轴的结构形式，振动支承辊辊体1设置在其中的一边，另一边为非振动支承辊辊体20，见图5a；也可以两边都是振动支承辊辊体1，见图5b。

3)振动支承辊的分节方式也可以是其它更多的分节辊，上述振动支承辊的分节方式及组合，可适用于更多的分节辊结构形式。

4)对于具有分节结构的支承辊来讲，由于其两个外端都可以分别设置传动马达，因此其转动轴可以是通轴，见图2～5，也可以是分为二节，见图6。

实施例4-偏心旋转件为设置在第二轴承座7下方的转轴22上的偏心轴套

参见图7a、7b，采用了两层轴承座的结构方式，将偏心轴套6放置在快速转轴22上，并与快速转轴轴承23、快速转轴轴承座24一起设置在支撑轴转动的第二轴承座7下方，通过偏心轴套6的转动，使振动支撑辊辊体1产生振动。该快速转轴22可以是两个独立的，如图7a，也可以是整体的通轴，如图7b。

使用时，在同一铸坯横截面位置上，该旋转振动支撑辊可以放在铸坯的一侧，也可以放置在铸坯的对称两侧或多侧，见图8。

振动支撑辊辊体1截面的形状可以是矩形的，见图1，也可以是梯形的、台阶形的、圆形、凸弧形、凹弧形或不限于此的其它形状，见图9。

振动支撑辊可以放置在连铸机结晶器出口的下端，也可以放置在二冷区内或铸坯的凝固末端。

在马达12的驱动下，振动支撑辊的振动频率为2～300赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。

上述与铸坯接触的工作面宽度l1为150～2200mm，它可以比铸坯的宽度l小，也可以比铸坯的宽度l大。

为了提高振动支撑辊辊体1的使用寿命，可以在振动支撑辊辊体1的内部设置水冷通道。

驱动该旋转振动支撑辊振动的动力源介质可以是气体、液体，也可以是电。

第一轴承4、第二轴承8、第三轴承23等可以是滚动轴承，也可以是滑动轴承。

该可旋转振动支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯、圆坯以及其它形状的铸坯。

该可旋转振动支撑辊的直径d为60～550mm。