CSP加热炉用高温炉辊

摘要

本发明公开了一种CSP加热炉用高温炉辊，包括呈管状的辊身钢轴，所述辊身钢轴的外壁间隔设有辊环，相邻辊环之间的辊身钢轴的外壁上设有隔热衬，所述辊身钢轴内部设有水冷管，所述水冷管的一端设有水冷管支撑卡座，所述水冷管支撑卡座端部外侧设有与辊身钢轴内壁密封连接的辊身端头挡板，所述辊身钢轴与水冷管之间设有第一空腔，所述水冷管靠近水冷管支撑卡座的管壁上设有沿周向均布的出水通孔，所述出水通孔连通水冷管内的进水端和第一空腔，形成闭合水路。本发明结构简单、制作便捷、使用维护方便、成本低廉、使用温度可达1300℃，适于广泛应用于工业炉热工设备技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及工业炉热工设备，具体地指一种CSP加热炉用高温 炉辊。

背景技术

炉辊是CSP(Compact Strip Production，紧凑式带钢生产线)辊 底式加热炉中最重要的设备，为通轴水冷辊，其主要功能是炉内薄板 铸坯的支撑与传送，在线量极大。其主要由支撑辊轴、水冷钢管、金 属辊身、耐热金属辊环、辊环间耐火材料隔热衬等构成，其炉辊结构 复杂、制作成本高；通过辊身上焊接布置的4圈宽约80mm的耐热金 属辊环的承重，进行薄板铸坯的支撑，通过炉辊的正反旋转与转速调 节以及辊环与薄板铸坯件摩擦驱动，完成铸坯在炉内的输送与缓冲时 间的调节，实现铸坯炉内的加热过程，炉辊与铸坯非接触部分全部采 用耐火材料绝热层包裹，保证炉辊高温使用条件下的支撑强度与刚 度，降低炉辊水冷热损失，因而，炉辊工作环境最为恶劣，不仅要承 受高温、炉气冲刷与腐蚀，而且还需承受铸坯重压、撞击与摩擦影响， 导致耐火材料隔热衬与辊环机械损伤严重、辊环金属高温蠕变、氧化 与结瘤，不仅影响了炉辊的综合使用寿命，而且还导致铸坯表面压痕 与水冷黑印，尤其是炉温大于1200℃的辊底式加热炉用炉辊，损坏 状况更为严重。由此可见，CSP辊底式加热炉用水冷式炉辊具有数量 大、工作条件恶劣、水冷强度大、结构复杂、损伤严重的特点，而炉 辊是辊底式加热炉中易损坏、消耗量大的关键部件，也是辊底式加热 炉维护成本的主要构成，同时，也是影响铸坯加热质量、表面质量的 关键因素。为此，国内外学者从延长炉辊使用寿命、改善铸坯炉内加 热质量与表面质量角度开展了系列研究工作，如：一件专利申请号为 200920304608、发明名称为“一种新型炉辊”的中国专利公开了一种 辊底式加热炉用新型炉辊，包括辊身、水冷管和轴头，辊身两端分别 固定有轴头，辊身内部固定有水冷管，辊身上套装若干个均匀分布的 辊环，辊环采用Cr35Ni55W9Al2材料制作，不仅提高了辊环耐磨性 能和高温抗氧化性能，而且在辊环出现磨损后，只更换辊环便可，不 需进行炉辊整体更换，从而降低炉辊维护费用；此外，辊环之间安装 有耐火泥，既降低了辊身表面温度，又延长了炉辊使用寿命；但炉辊 结构与炉辊维护更新方式和进口炉辊相同，同时，超高含量的贵重金 属元素，导致辊环价格急剧上升，目前未见实际生产使用的报道。另 一件专利申请号为200920186762.X、发明名称为“辊底炉用复合辊” 的中国专利披露了一种辊底炉用炉辊，由钢轴、辊环和耐火材料构成， 辊环固定在钢轴上，耐火材料设于辊环之间的钢轴上，特点是辊环由 钢质内环和耐高温外环复合构成，内环呈长管形，外侧沿轴向设内环 键槽，外环呈圆环形，内壁沿轴向设外环键槽，内环键槽与外环键槽 一一对应相合，由键嵌装在一起。外环固定在内环上，内环焊接固定 在钢轴上，然后浇注耐火材料制作成炉辊。其优点在于：耐高温头次 辊环表面光滑，避免辊环粘钢，改善钢坯表面质量；陶瓷辊环隔热性 能优、可以耐受很高的温度，降低加热钢坯水冷黑印与水冷热损失， 提高钢坯加热质量；具有易加工、少维修、使用寿命长等特点。但脆 性陶瓷材料抗机械冲击性能不足，在板坯输送过程中强烈的撞击作用 下，会引起陶瓷外环的机械破损，影响其实际使用效果，目前未见实 际生产使用的报道。此外，一件国际申请号为PCT/US94/03199、国 际公开为WO94/21978、发明名称为“高温辊底式加热炉用炉辊”的 欧洲专利，公开了多种高温辊底式加热炉用炉辊结构，均采用耐热合 金制作辊环，通过多种不同形式的炉辊隔热衬结构、水冷通道结构与 辊环结构的设计，达到强化辊身的隔热与辊环冷却效果，扩大了炉辊 耐受温度范围，满足高温辊底式加热炉使用需求。但炉辊水冷通道、 辊环与隔热衬结构复杂、制作难度大，导致炉辊综合成本高。同时， 辊环的强化冷却导致炉辊水冷热损失大，不利于辊底式加热炉节能。 国内曾有该项技术在炉温小于1200℃的CSP辊底式加热炉上试用报 道，但因使用寿命与成本不理想而放弃。此外，意大利德兴公司也有 采用Co50耐热合金辊环的实例，以满足炉温高于1200℃的CSP辊 底式加热炉的使用要求，但Co50耐热合金辊环十分昂贵，无法推广 应用。文献《包钢科技》刊载了由冯立义、周建平和张骞执笔，名称 为“CSP加热炉炉辊辊环的研制”的技术论文(2004，30(2))，报道 了辊环用耐热金属材料的国产化与应用情况，通过对进口德国LOI 公司辊环的材质分析，在保证钢中C、Ni、Cr等主要成分的情况下， 采用调整微合金Nb、Mo、Ti、Co、A1、Si的质量分数和降低钢中S、 P的冶炼手段，完成了辊环耐热合金的开发，并在不改变辊环结构的 条件下，取得了与进口辊环相同的应用效果，使辊环成本降低了2/3； 但辊环适应的最高炉温≤1200℃，不能满足更高炉温的使用需求。综 上所述，国内外相关专利与技术研究仅考虑到炉辊使用寿命和使用维 护成本，而对于炉温大于1200℃的高温辊底式加热炉用炉辊的低成 本化与综合使用性能的改进还需进一步研究。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种结构简单、制作便捷、使用维护方 便、成本低廉、使用温度可达1300℃的CSP加热炉用高温炉辊。

为实现上述目的，本发明所设计的一种CSP加热炉用高温炉辊， 包括呈管状的辊身钢轴，所述辊身钢轴的外壁间隔设有辊环，相邻辊 环之间的辊身钢轴的外壁上设有隔热衬，所述辊身钢轴内部设有水冷 管，所述水冷管的一端设有水冷管支撑卡座，所述水冷管支撑卡座端 部外侧设有与辊身钢轴内壁密封连接的辊身端头挡板，所述辊身钢轴 与水冷管之间设有第一空腔，所述水冷管靠近水冷管支撑卡座的管壁 上设有沿周向均布的出水通孔，所述出水通孔连通水冷管内的进水端 和第一空腔，形成闭合水路。

作为优选方案之一，所述辊环内设有第二空腔，所述辊身钢轴由 分段辊身钢轴组成，每一分段辊身钢轴的两端分别与相邻的辊环的端 部相连接，所述第一空腔通过各段分段辊身钢轴之间的间隙与第二空 腔相连通。

进一步地，相邻分段辊身钢轴之间的水冷管外壁上设有环形隔 板，所述环形隔板伸入第二空腔内并与第二空腔外壁之间设有空隙， 所述空隙与第一空腔相连通。

作为优选方案之二，所述辊环内设第二空腔，所述辊身钢轴为一 根将第一空腔与第二空腔分隔开的钢管，所述辊身钢轴靠近水冷管支 撑卡座的一端侧壁上设有辊环水冷接口；所述水冷管与水冷管支撑卡 座相连接的管壁上设有沿周向均布的出水孔；所述水冷管支撑卡座与 水冷管的配合面上设有环状的内凹槽，所述环状内凹槽上设有沿周向 均布的径向通孔，所述径向通孔与出水孔相对应；所述隔热衬内沿轴 向设有外水冷管，所述外水冷管与各第二空腔相连通；所述外水冷管、 辊环水冷接口、径向通孔、出水孔和水冷管内的进水端相连通，形成 闭合水路。

进一步地，所述辊身钢轴上与第二空腔相对应的外壁上设有环状 的辊身水冷隔板，所述辊身水冷隔板伸入第二空腔内并与第二空腔外 壁之间设有空隙，所述空隙与外水冷管相连通。

在上述技术方案中，所述辊环由环状的辊环内圈和辊环外圈构 成，辊环外圈焊接在辊环内圈的外表面。

进一步地，所述辊环内圈材质与辊身钢轴相同，或者采用 1Cr19Ni9Ti、Cr25Ni20或Cr28Ni48耐热钢制作；所述辊环外圈采用 Co20或Cr28Ni48W5Co5耐热钢制作。

在上述技术方案中，所述水冷管与水冷管支撑卡座相连接的一端 为呈圆台状的锥头，水冷管支撑卡座与水冷管的配合面呈倒圆台状。

本发明的工作原理是这样的：由于第一空腔、进水端和出水通孔 形成第一条闭合水路，当冷却水从进水端流向第一空腔时，可以形成 单水冷通道以同时降低辊身钢轴和辊环的温度。水冷管设置的出水 孔、隔热衬内设置的外水冷管、水冷管支撑卡座内设置的径向通孔、 辊身钢轴上设置的辊环水冷接口以及水冷管内的进水端形成第二条 闭合水路，当冷却水从进水端流向外水冷管和第一空腔时，两条闭合 水路可以分别对辊身钢轴和辊环进行冷却，从而形成双水冷通道。这 两种冷却方式都可以起到强化辊环局域冷却强度，均化辊身水冷强度 的作用；通过采用普通不锈钢材料制作水冷管，提高了水冷管的抗腐 蚀性能；通过水冷管支撑卡座的倒圆台结构或开设有环状内凹槽与径 向通孔的倒圆台结构，而且水冷管支撑卡座焊接固定有辊身端头挡 板，同时内凹槽、径向通孔与辊环水冷接口相通，大大增强了水冷管 支撑卡座的支撑稳定性，便于水冷管的安装与辊环水冷通道形成；隔 热衬可以提高辊身钢轴的隔热效果，提高钢坯炉内的加热温度；通过 上述措施，最终达到本发明的CSP加热炉用高温炉辊的使用性能要 求，降低炉辊使用维护与制作成本，延长炉辊使用寿命，提高CSP 加热炉作业效率与生产效益的目的。

本发明的优点在于：结构简单、制作便捷、使用维护方便、成本 低廉、使用温度可达1300℃，为炉辊的低成本化与综合性能的改进 提供了一种重要思路。

附图说明

图1为单水冷通道的CSP加热炉用高温炉辊的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面的结构示意图；

图3为图1中B-B剖面的结构示意图；

图4为双水冷通道的CSP加热炉用高温炉辊的结构示意图；

图5为图4中C-C剖面的结构示意图；

图6为图4中D-D剖面的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：

参见图1至图3，本发明的CSP(薄板坯连铸连轧)加热炉用高 温炉辊包括辊身钢轴1、辊环2、隔热衬3、水冷管4、水冷管支撑卡 座5和辊身端头挡板6。

所述辊身钢轴1呈管状，由分段辊身钢轴11组成。辊身钢轴1 的外壁间隔设有辊环2，辊环2由环状的辊环内圈22和辊环外圈23 构成，辊环外圈23焊接在辊环内圈22的外表面，在最优实施例中， 辊环内圈22材质与辊身钢轴1相同，或者采用1Cr19Ni9Ti、Cr25Ni20 或Cr28Ni48耐热钢制作；辊环外圈23采用Co20或Cr28Ni48W5Co5 耐热钢制作，如果辊环内圈22也采用辊环外圈23的材质，会增加辊 环2的成本，所以将辊环2分为辊环内圈22和辊环外圈23；辊环外 圈23由6片带凹槽的分体结构(图中未示出)组合构成，所述凹槽 的尺寸与辊环内圈22的尺寸相同。

相邻辊环2之间的辊身钢轴1的外壁上设有隔热衬3，隔热衬3 由耐火衬31和金属V形锚固件32构成，耐火衬31采用耐火浇注料 整体浇注成型，隔热衬3可以提高辊身钢轴1的隔热效果，从而提高 加热炉内的温度。

辊身钢轴1内部设有水冷管4，水冷管4的一端设有水冷管支撑 卡座5，水冷管支撑卡座5端部外侧设有与辊身钢轴1内壁密封连接 的辊身端头挡板6。在本实施例中，水冷管4由普通不锈钢材料制作， 可提高水冷管4的抗腐蚀性能；水冷管4与水冷管支撑卡座5相连接 的一端为呈圆台状的锥头44，水冷管支撑卡座5与圆台状锥头44的 配合面呈倒圆台状，以方便两者之间的定位。

辊身钢轴1与水冷管4之间设有第一空腔7，水冷管4靠近水冷 管支撑卡座5的管壁上设有沿周向均布的出水通孔41，出水通孔41 连通水冷管4内的进水端42和第一空腔7，形成闭合水路，所述闭 合水路为单水冷通道，该单水冷通道起到了强化辊环2局域冷却强 度、均化辊身水冷强度的作用。在本实施例中，所述辊环2内设有第 二空腔21，所述每一分段辊身钢轴11的两端分别与相邻的辊环2的 端部相连接，第一空腔7通过各段分段辊身钢轴11之间的间隙与第 二空腔21相连通，在最优实施例中，相邻分段辊身钢轴11之间的水 冷管4外壁上设有环形隔板43，环形隔板43伸入第二空腔21内并 与第二空腔21外壁之间设有空隙，所述空隙与第一空腔7相连通。 第二空腔21和环形隔板43的设置使得冷却水在辊环2中的流动距离 增长，强化了辊环2的局部冷却，延长了辊环2的使用寿命。

实施例2：

参见图4至图6，本发明的CSP(薄板坯连铸连轧)加热炉用高 温炉辊包括辊身钢轴1、辊环2、隔热衬3、水冷管4、水冷管支撑卡 座5和辊身端头挡板6。

所述辊身钢轴1呈管状，由一整根钢管构成。辊身钢轴1的外壁 间隔设有辊环2，辊环2由环状的辊环内圈22和辊环外圈23构成， 辊环外圈23焊接在辊环内圈22的外表面，在最优实施例中，辊环内 圈22材质与辊身钢轴1相同，或者采用1Cr19Ni9Ti、Cr25Ni20或 Cr28Ni48耐热钢制作；辊环外圈23采用Co20或Cr28Ni48W5Co5耐 热钢制作，如果辊环内圈22也采用辊环外圈23的材质，会增加辊环 2的成本，所以将辊环2分为环状的辊环内圈22和辊环外圈23；辊 环外圈23由6片分体结构组合构成，所述凹槽的尺寸与辊环内圈22 的尺寸相同。

相邻辊环2之间的辊身钢轴1的外壁上设有隔热衬3，隔热衬3 由耐火衬31和金属V形锚固件32整体浇注成型，隔热衬3可以提 高辊身钢轴1的隔热效果，从而提高加热炉内的温度。

辊身钢轴1内部设有水冷管4，水冷管4的一端设有水冷管支撑 卡座5，水冷管支撑卡座5端部外侧设有与辊身钢轴1内壁密封连接 的辊身端头挡板6，在本实施例中，水冷管4由普通不锈钢材料制作， 水冷管4与水冷管支撑卡座5相连接的一端为呈圆台状的锥头44， 水冷管支撑卡座5与圆台状的锥头44的配合面呈倒圆台状，以方便 两者之间的定位。

辊身钢轴1与水冷管4之间设有第一空腔7，水冷管4靠近水冷 管支撑卡座5的管壁上设有沿周向均布的出水通孔41，出水通孔41 连通水冷管4内的进水端42和第一空腔7，形成第一条闭合水路。 所述辊环2内设第二空腔21，整根的辊身钢轴1可以将第一空腔7 与第二空腔21分隔开，辊身钢轴1靠近水冷管支撑卡座5的一端侧 壁上设有辊环水冷接口12；水冷管4与水冷管支撑卡座5相连接的 管壁上设有沿周向均布的出水孔45；水冷管支撑卡座5与水冷管4 的配合面上设有环状的内凹槽51，所述环状内凹槽51上设有沿周向 均布的径向通孔52，该径向通孔52与出水孔45相对应。隔热衬3 内沿轴向设有外水冷管8，外水冷管8与各第二空腔21相连通；外 水冷管8、辊环水冷接口12、径向通孔52、出水孔45和水冷管4内 的进水端42相连通，形成第二条闭合水路。所述两个闭合水路可以 分别对辊身钢轴1和辊环2进行冷却，从而形成双水冷通道，所述双 水冷通道起到了强化辊环2局域冷却强度、均化辊身水冷强度、提高 水冷管4的抗腐蚀性能的作用。在本实施例中，辊身钢轴1上与第二 空腔21相对应的外壁上设有环状的辊身水冷隔板13，辊身水冷隔板 13伸入第二空腔21内并与第二空腔21外壁之间设有空隙，该空隙 与外水冷管8相连通，第二空腔21和辊身水冷隔板13的设置使得冷 却水在辊环2中的流动距离增长，强化了辊环2的局部冷却，延长了 辊环2的使用寿命。