一種具有強換熱能力的快淬旋轉冷卻輥的製作方法
2023-07-20 07:44:06 2
本實用新型屬於傳熱
技術領域：
，特別涉及一種具有強換熱能力的快淬旋轉冷卻輥。
背景技術：
：非晶態合金是採用快速凝固技術(冷卻速度104～109K/s)獲得的一類特殊材料，由於其結構上的特徵而具有各種各樣遠比常規合金優異的使用性能，因而正成為一種具有重要發展前景的新材料。採用單輥快淬技術(冷卻速度106～107K/s)製備的非晶箔帶是其中一種可規模化生產和應用的非晶製品。目前，根據使用性能，非晶帶材主要分為非晶磁性帶材和非晶釺焊帶材。隨著航空航天事業的發展，作為真空釺焊用的非晶箔帶釺料，其市場需求正日益擴大，以Ti基、Ni基、Co基為代表的非晶釺焊帶材由於航空航天使用上的特殊要求，一般採用真空快淬製備。由於真空的特殊狀態，合金熔體與冷卻輥形成的熔潭形狀，帶材凝固後與銅輥的接觸狀態都顯著區別於大氣狀態，這些釺焊箔帶在通過真空快淬製備時，不僅需考慮合金的非晶形成能力，還須綜合考慮噴帶過程中合金熔體的流動性能、與銅輥的潤溼情況以及釺焊時非晶釺料與基體的潤溼情況，因此釺料合金成分在設計時並不十分有利於後續非晶帶材的真空快淬製備，所以通過具有高效換熱能力的冷卻輥獲得更快的凝固速率，是彌補釺料成分上難以非晶化成帶這一短板的首要考慮。冷卻輥的換熱是指熔體凝固的熱量經由銅輥被冷卻水快速帶走，而具有強換熱能力冷卻輥的內部水路設計，所涉及的就是如何讓冷卻水快速通過冷卻輥這一科學問題。技術實現要素：本實用新型的目的是針對真空快淬製備特殊合金非晶箔帶過程中，由於合金自身非晶形成能力不強，需要提高凝固速率，而目前的冷卻輥內部水路設計又存在換熱能力的不足的情況，提供一種具有多路平行螺旋水道的具有強換熱能力的快淬旋轉冷卻輥。為了實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案：本實用新型提供一種具有強換熱能力的快淬旋轉冷卻輥，其包括水冷銅輥1、芯桶2、進水口3和出水口4；芯桶2設置在水冷銅輥1內部，進水口3和出水口4分別設置在水冷銅輥1軸向左右兩端。所述水冷銅輥1與冷卻水接觸的內壁上設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為50～100mm。所述螺旋水道5的橫截面為半橢圓形、半圓形、三角形、矩形、梯形的一種。當螺旋水道5的橫截面為半橢圓形或矩形時，寬度D/高度h的比值為2～3.5。所述水冷銅輥1具有3～5路相互平行的螺旋水道5。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於：冷卻水進入本實用新型旋轉冷卻輥後被迅速分配至平行的多路水道，分別沿螺旋水道快速通過水冷銅輥，可短時間內帶走更多的熱量，起到高效換熱的目的。本實用新型具有很好的推廣和實用價值，能夠製備航空航天領域急需的、不具備強非晶形成能力的合金體系非晶箔帶，廣泛的推廣應用後會產生良好的經濟效益和社會效益。附圖說明圖1為旋轉冷卻輥結構示意圖，箭頭表示冷卻水的流動方向；圖2a為水冷銅輥1的局部三維結構示意圖；圖2b為多路平行螺旋水道5的示意圖；圖2c為螺旋水道5的水道寬、高示意圖；圖3a為普通水道溫度場模擬結果圖；圖3b為多路平行螺旋水道5溫度場模擬結果圖；圖4a為普通水道流場模擬結果圖；圖4b為多路平行螺旋水道5流場模擬結果圖；其中的附圖標記為：1水冷銅輥2芯桶3進水口4出水口5螺旋水道①②……n螺旋水道的路數S螺旋水道的螺距D螺旋水道的寬度h螺旋水道的高度具體實施方式下面結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步說明。如圖1所示，本實用新型的具有強換熱能力的快淬旋轉冷卻輥包括水冷銅輥1、芯桶2、進水口3和出水口4；芯桶2設置在水冷銅輥1內部，進水口3和出水口4分別設置在水冷銅輥1軸向左右兩端。如圖2a和圖2b所示，所述水冷銅輥1與冷卻水接觸的內壁上設置有多路相互平行的螺旋水道5，使冷卻水進入水冷銅輥1後被迅速分配，並沿多路平行螺旋水道5快速通過水冷銅輥1，可短時間內帶走更多的熱量，起到高效換熱的目的。優選地，所述水冷銅輥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為50～100mm。所述螺旋水道5的橫截面為半橢圓形，螺旋水道5的寬度D/高度h的比值為2～3.5，這種設計能夠減少冷卻水在螺旋水道5內流動時，由高速旋轉形成的冷卻水與水冷銅輥1內表面相對靜止的區域(死區)；死區的存在使冷卻水在水冷銅輥1內表面接觸氣化，形成氣膜，阻礙傳熱，嚴重時(蒸汽壓過大)易發生危險。實施例本實施例採用具有四路平行螺旋水道5的旋轉冷卻輥，螺旋水道寬高比D/h為2.5，螺距S為80mm，利用有限元模擬手段分別分析了本實施例涉及的螺旋水道和與其對比的普通水道的溫度場(如圖3a和圖3b所示)以及流場(如圖4a和圖4b所示)，並將模擬數據列於表1。表1模擬數據分析表根據表1數據：冷卻水經由旋轉冷卻輥四路平行螺旋水道後，出口速度更快表明冷卻水能夠短時間內通過，出水溫度更高表明能夠帶走更多的熱量，綜合數據表明多路平行螺旋水道擁有更高的熱交換能力。將具有四路平行螺旋水道的旋轉冷卻輥裝機並進行真空快淬實驗，選用合金體系Co基合金，合金成分組成CoCrNiWMoAlBSi，在相同的快淬工藝參數下(如表2所示)，該合金體系採用具有普通水道的旋轉冷卻輥進行真空快淬實驗時，帶形不完整，箔帶呈絲條狀；而採用本實施例的具有四路平行螺旋水道的旋轉冷卻輥能夠製備出表面質量光亮，帶型完整的箔帶。表2真空快淬工藝參數表快淬工藝參數普通水道多路平行螺旋水道真空度(Pa)4×10-24×10-2熔體溫度(℃)15001500輥嘴間距(mm)0.50.5噴嘴縫寬(mm)0.40.4銅輥轉速(m/s)2121噴帶壓力(Pa)2100021000當前第1頁1 2 3