[发明专利]CSP加热炉用高温炉辊

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。