[发明专利]生产快速凝固金属薄带材的冷却辊

说明书

本发明涉及生产快速凝固金属薄带材的冷却辊。更具体地说，本发明的目的在于：最大限度地减少在熔融金属冷却凝固阶段不可避免地在冷却辊外园周表面上生产的热凸度，以利于生产优质的薄带材。

直接将熔融金属送到冷却辊表面并快速将其冷却和凝固，连续地制造快速凝固金属薄带材的技术，已经被广泛地用作借助于单辊装置生产非晶体合金的方法，或者使用双辊以快速凝固液态金属的方法。

然而，因为要快速地从熔融金属中排出热量，使熔融金属冷却到其凝固点以下或其结晶温度以下，所以，与熔融金属相接触的辊的外园周表面的温度提高了，于是冷却辊必然发生热膨胀。这时，在辊的轴向，在与熔融金属接触的部分和不接触的部分之间，产生了温度梯度，使辊表面变形，成为具有较大曲率的桶形，即形成所谓的热凸度。

在使用单辊的液态金属快速凝固方法中，通常使用一个狭窄的长缝形的喷嘴，其嘴部靠近辊表面，其间存在一个窄的空间间隔，其范围大约在0.1～0.5毫米之间，这样，当喷嘴窄缝的尺寸，辊的园周速度和喷射熔融金属的压力都固定时，薄带材的厚度在很大程度上受到喷嘴和辊之间间隙的影响。所以，如果在辊外园周表面形成了热凸度，则喷嘴和辊之间的间隙在薄带材宽度方向的中间部分就变得较窄，这就引起了一个麻烦：薄带材中间部分的厚度较薄，而其两侧厚度较厚。

为了解决由于上述热凸度引起的薄带材的厚度差，已公开的日本专利申请56-68，559，59-54，445，57-112，954和58-135，751提出了一些技术措施，通过改变辊的中间部分和两端部的冷却强度，而使温度分布均匀，即适当考虑冷却通道的数量，尺寸和形状，使辊套宽度方向中间部分的冷却强度比两端的强，从而防止出现热凸度。这些技术措施都可以归结为这样一种方法，即，与辊套的两端部相比，在其宽度方向中间部分相对增加冷却水量或冷却面积，以增加从辊宽度方向的中间部分排出的热量。

然而，上面提到的方法，在要生产的薄带材的宽度改变时，必须更换冷却辊，而且，如后面所述的，即使辊的轴向温度分布均匀了，并不意味着热膨胀也一致了，因而能使热凸度减少。

已公开的日本专利申请59-229，263提出了一项以机械方式磨掉因热膨胀而存在于辊的宽度方向中间部分和两端部分的厚度差的技术。然而，虽然这种技术可以作为一种设想，但是，这不仅需要配备精密机械的大型设备，而且，该方法还必须在注入熔融金属的同时对由辊压制出来的表面作精密研磨。所以它实际上是不能应用的。

公开号为60-51，933的日本专利（美国专利申请号115，517，1980年1月25号提交）提出了一项技术，其中，冷却通道布置在与辊轴线方向平行的金属辊套内，使辊径向的热膨胀恒定，以减少热凸度。在此项技术中，必须配备一组与辊轴线方向平行的冷却水通道，这些通道在园周方向相隔一定间隔，并在辊轮轴端的冷却水送入侧设置冷却水存留部分，在冷却水排出侧也设置冷却水存留部分。因此，不用说，在辊轮中央部分必须需要有一套接头机构。

然而，这项技术仅仅着重考虑辊轮的径向热膨胀，及其伴生的径向热应力，它完全没有考虑辊轴向热膨胀的重要性，而本发明正是着重考虑了这一点。另外，在辊轮中间部分的接头机构很复杂，而且在辊轮内表面与轴端之间的接头部位需要很高的尺寸精度。这样，就需要非常精密的加工。此外，这项技术有一个缺点，不管加工技术和成本怎么高，也不能把热膨胀减小到令人满意的程度。

如上所述，在单辊方式的情况下，在浇注工序期间，冷却辊变形成了桶形，并且在薄带材宽度方向中央部分，喷嘴和辊之间的间隙变得较窄。结果，产品的中间部分变薄。

非晶体合金的薄带材就更不用说了，在随后的轧制加工时，很难校正这种非晶体合金薄带材的厚度不均匀状态。

在上述的日本专利公告号，56-68，559和已公开的日本专利申请号：59-54，445，57-112，954和58-135，751中，都是通过适当地设计冷却辊内部的水冷通道的结构，来控制薄带材整个宽度上沿辊轴线方向的温度分布，使其均匀。换句话说，这项技术是基于这样一种假设：如果温度分布均匀，那么热膨胀量就是一致的，就不会产生热凸度。