一种带旋转振动件的旋转支撑辊
技术领域
本实用新型属于金属凝固和连续铸造技术领域，特别涉及一种带旋转振动件的旋转支撑辊。
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，这些文献分别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，上述现有技术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。
发明内容
针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种带旋转振动件的旋转支撑辊，通过旋转振动件与导向作用的弹性支撑座配合，能够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，可有效改善铸坯质量。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种带旋转振动件的旋转支撑辊，包括支撑辊辊体1、旋转轴4、轴承座5和基体台架13，与铸坯14接触的支撑辊辊体1为中空结构，其左右两侧各设有一端盖2，端盖2与旋转轴4固接，旋转轴4通过轴承6安装在轴承座5上。
所述旋转支撑辊进一步包括：设置在支撑辊辊体1内部的旋转振动件3和具有导向装置的弹性支撑座7；所述旋转振动件3由流体动力源驱动在支撑辊辊体1的内部进行快速旋转，经带导向装置的弹性支撑座7使支撑辊辊体1产生振动，使铸坯14的坯壳受力并产生垂直于铸坯表面的振动。
所述轴承座5通过弹性支撑座7与基体台架13连接。
所述流体动力源的流体介质为液体或气体；当介质为压缩气体时，具有以下气路结构：所述支撑辊辊体1内部的圆周上设置有供气孔10，至少两个水平面上分别设置有至少一个供气孔10，所述供气孔10与设置在旋转轴4内部的供气通道9的出气端连通，供气通道9的进气端与气体动力源连接；所述支撑辊辊体1上设有排气孔11。
所述供气通道9的进气端位于旋转轴4的末端，通过设置在旋转轴4的轴端的旋转接头8与气体动力源连接。
所述排气孔11上设有防尘盖12。
所述支撑辊辊体1的内侧壁形状与旋转振动件3与支撑辊辊体1 的内侧壁相接触的表面形状相对应。
所述旋转振动件3为一旋转体，过其旋转轴的剖面上，与支撑辊辊体1的内侧壁相接触面的投影为直线形、弧形、半圆形或台阶形。
所述旋转振动件3为圆柱体时，其与支撑辊辊体1的内侧壁接触的柱体表面上，沿旋转振动件3的周向均匀分布有多个与旋转振动件3 的轴线平行的沟槽，所述压缩气体经供气孔10喷射至所述沟槽驱动旋转振动件3，旋转振动件3的旋转轴偏心于支撑辊辊体1的旋转轴。
所述支撑辊辊体1的内部为空腔圆柱体时，其内径d1为与旋转振动件3的外径d2的50％～90％。
所述沟槽的深度为1～15mm；沟槽的宽度L1是旋转振动件3的宽度L2的25％～75％。
所述沟槽包括一迎风面和一背风面，分别位于经过迎风面与背风面交点的半径r两侧，所述迎风面与半径r之间的夹角α为0°±20°，所述背风面与半径r之间的夹角β为45°±15°。
所述弹性支撑座7的振动方向垂直于铸坯14的表面。
所述弹性支撑座7内设置有弹性体15，所述弹性体15选自螺旋弹簧、碟簧、板簧16。
所述弹性体15为金属材料或非金属材料制成的有弹性的块体、丝状或板状物体。
气体动力源的供气压力为0.2～10MPa。
可旋转振动支撑辊的振动频率为2～5000赫兹，振动幅度为 0.001～2.0mm；
所述支撑辊辊体1的内侧壁设有保护套环17。
所述旋转支撑辊与铸坯14接触的工作面宽度L3为铸坯宽度L的 30％～100％。
使用时，沿铸坯14同一横截面位置上，设置一个或多个所述旋转支撑辊振动铸坯。
使用时，所述旋转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14的凝固末端。
所述支撑辊辊体1的内部设置有水冷通道。
所述支撑辊辊体1的外部轮廓截面形状为矩形、梯形、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合。
所述旋转支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯和圆坯。
所述旋转支撑辊的直径D为60～550mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型由于采用了具有导向装置的弹性支撑座，旋转振动件的快速旋转会使可旋转振动支撑辊沿着导向装置的平行方向产生周期性的往复振动，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可旋转振动支撑辊一起产生振动。该旋转支撑辊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。由于采用压缩气体驱动，所以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为本实用新型实施例1的导向振动的旋转支撑辊的结构示意图；
图2a为旋转振动件3的沟槽结构示意图一；
图2b为旋转振动件3的沟槽结构示意图二；
图3为旋转振动件3的过其圆心的剖面中，与支撑辊辊体1的内侧壁相接触的表面为弧形的结构示意图；
图4为本实用新型实施例2的采用板簧16的导向振动的旋转支撑辊的结构示意图；
图5a为沿铸坯14同一横截面位置上，设置一个旋转支撑辊的状态示意图；
图5b为沿铸坯14同一横截面位置上，设置两个旋转支撑辊的状态示意图；
图5c为沿铸坯14同一横截面位置上，设置四个旋转支撑辊的状态示意图；
图6a为外部轮廓截面形状为矩形的支撑辊辊体1的结构示意图；
图6b为外部轮廓截面形状为梯形的支撑辊辊体1的结构示意图。
其中的附图标记为：
1 支撑辊辊体
2 端盖
3 旋转振动件
4 旋转轴
5 轴承座
6 轴承
7 弹性支撑座
8 旋转接头
9 供气通道
10 供气孔
11 排气孔
12 防尘盖
13 基体台架
14 铸坯
15 弹性体
16 板簧
17 保护套环
D 旋转支撑辊1的外径
L 铸坯14的宽度
L1 旋转振动件3的沟槽的宽度
L2 旋转振动件3的宽度
L3 旋转支撑辊与铸坯14接触的工作面宽度
α 沟槽迎风面与旋转振动件3的过迎风面与背风面的交点的半径之间的夹角
β 沟槽背风面与旋转振动件3的过迎风面与背风面的交点的半径之间的夹角
d1 支撑辊内径
d2 旋转振动件3的外径
r 经过迎风面与背风面交点的半径
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。
如图1所示，一种带旋转振动件的旋转支撑辊，包括：支撑辊辊体1、辊体两侧的端盖2、旋转振动件3、旋转轴4、轴承座5、轴承6、具有导向装置的弹性支撑座7、设置在旋转轴4轴端的旋转接头8、供气通道9、供气孔10、排气孔11、防尘盖12和基体台架13。
在结构上，支撑辊辊体1的外表面与铸坯14接触，其内表面作为旋转振动件3滚动旋转的轨道。支撑辊辊体1与辊体两侧的端盖2是采用机械方式(如螺栓、销钉等)连接，以便于拆卸和维护。旋转轴4 与两侧的端盖2可以采用机械方式(如螺栓、销钉等)连接，也可以是焊接。它使得支撑辊辊体1、两侧的端盖2与旋转轴4成为一个可转动的整体，支撑辊的转速与铸坯运动速度一致。
在使用时，支撑辊辊体1与铸坯14接触，并随着铸坯14的运动进行旋转。压缩气体通过轴端的旋转接头8、供气通道9和供气孔10 推动旋转振动件3在支撑辊辊体1的内壁快速旋转，旋转振动件3的旋转轴通常偏心于旋转支撑辊的旋转轴4，见图1。
由于采用了具有导向装置的弹性支撑座7，旋转振动件3的快速旋转会使旋转支撑辊沿着导向装置的平行方向产生周期性的往复振动，其施加到与支撑辊辊体1接触的铸坯14上，使铸坯14的凝固壳沿厚度方向受力，并随旋转支撑辊一起振动。这样的旋转支撑辊一方面可以起到对初生坯壳的支撑作用，另一方面的关键就是它能使凝固壳沿厚度方向受力并随旋转支撑辊一起振动。这就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。
该旋转支撑辊的旋转振动件3为圆柱体，其圆弧的表面上均匀分布着多个沟槽，见图2a和图2b所示，设置沟槽是为了提高压缩气体对旋转振动件3的推动效果。根据旋转振动件3的大小以及振动力要求的大小不同，沟槽的深度为1～15mm，沟槽的宽度L1是旋转振动件3的宽度L2的四分之一到四分之三；沟槽的一边(即迎风面)与过沟槽根部的半径所成的角度α为0°±20°，沟槽的另一边(即背风面) 与过沟槽根部的半径所成的角度β为45°±15°，其中α角的角面朝向吹入气体的来气方向，即朝向旋转振动件3旋转的相反方向。
另外，根据振动力大小的需求，在过圆心的剖面上，旋转振动件3 的表面也可以平的，见图1，也可以是弧形的见图3所示，或圆形、台阶形以及其它的形状；此时，支撑辊辊体1的内表面与之相同。
所述支撑辊辊体1的内部为空腔圆柱体时，其内径d1为与旋转振动件3的外径d2的50％～90％。
所述具有导向装置的弹性支撑座7的作用有两个，一是要使旋转振动件3产生的最大振动力朝向坯壳的厚度方向，二是可产生一定的振动位移。为了不对坯壳造成伤害，这种位移量不宜过大，一般要求为0.001～2.0mm。因此具有导向装置的弹性支撑座7内设置弹性体15，它可以是螺旋弹簧、碟簧，见图1，也可以是板簧16的结构，见图4。弹性体15可以是金属材料的弹簧结构，也可以是如橡胶、塑料且不限于此的非金属材料制成的有弹性的块体、丝状或板状物体。
所述支撑辊辊体1上的供气孔10的个数为2个或2个以上；在每个水平位置上，供气孔10的个数可以是1个，也可以是多个，每个水平位置上供气孔的个数可以根据旋转振动件3的宽度进行调节；供气孔沿圆周方向上分布的个数，可以根据旋转振动件3的大小、重量进行调节。气源的供气压力为0.2～10MPa；以适应不同旋转振动件3的重量以及振动力的需求。
在上述气体的驱动下，旋转支撑辊会产生振动，其振动频率为2～ 5000赫兹，振动幅度为0.001～2.0mm。
为了便于维护，可以在支撑辊辊体1的内侧增设一个可更换的保护套环17，见图4。保护套环17的材质可以是含碳较高、具有自润滑性能的材料，以保护旋转振动件3表面光滑，减少旋转阻力。
所述旋转支撑辊，其与铸坯14接触的工作面宽度L3为40～ 550mm，它可以比铸坯的宽度L小，也可以比铸坯的宽度L大。一般要求可旋转振动支撑辊与铸坯14接触的工作面宽度L3为铸坯14的液芯或两相区的宽度，即要求L3小于铸坯的宽度L。但在强调对铸坯支撑作用的情况下，L3应该大于L。
在使用时，在同一铸坯截面位置上，可以只用一个旋转支撑辊振动铸坯，也可以使用多个旋转支撑辊振动铸坯，见图5a、图5b和图 5c。
支撑辊辊体1截面的形状可以是矩形的，见图6a，也可以是梯形的(见图6b)、台阶形、圆形、凸弧形、凹弧形中的一种或几种的组合，或不限于此的其它形状。
旋转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。
为了提高支撑辊辊体1的使用寿命，可以在支撑辊辊体1的内部设置水冷通道。
驱动该旋转支撑辊振动的动力源可以是气体，也可以是液体。
该旋转支撑辊适用于方坯、矩形坯、板坯、圆坯以及其它形状的铸；该旋转支撑辊的直径D为60～550mm。
