專利名稱：快速冷凝法制取纖維的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于由金屬熔融體連續(xù)鑄造成形裝置。主要適用于金屬或非金屬纖維的制取。
采用快速冷凝法由金屬熔融體連續(xù)地直接制取纖維已廣為應(yīng)用。該方法通過一道工序即可把金屬熔融體制成具有一定形狀和尺寸的制品。不僅設(shè)備簡單，能耗小，成本低，而且可以隨著冷卻速度的不同，可使制品獲得非晶或微晶的金屬結(jié)構(gòu)，獲取優(yōu)異的物理化學(xué)和力學(xué)性能，使制品質(zhì)量大大提高。
冷卻裝置是采用快速冷凝法由金屬熔融體直接制取固態(tài)制品的工藝中最關(guān)鍵的設(shè)備。一方面它要具有極高的冷卻速度(一般要求103～106℃/sec)，迅速將高溫熔融體的熱量傳走，另一方面又要克服由于冷卻裝置的調(diào)整旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力對水流動不暢的影響。
中國專利ZL 90203907.5提供了一種快速凝固金屬薄帶的冷卻裝置。該裝置的冷卻輥由輥套、主軸、園環(huán)形窄水套、軸承和皮帶輪組成。輥套的內(nèi)側(cè)園周面與主軸相應(yīng)的外園柱面形成一個園環(huán)形窄水套。輥 套、主軸和園環(huán)形窄水套構(gòu)成一體，且整體旋轉(zhuǎn)。冷卻輥輥面為光滑面。這種冷卻裝置，雖然能達(dá)到預(yù)期的冷卻效果，但仍存在如下不足之處
(1)水流沿著冷卻輥面流動，難于消除由于離心力而產(chǎn)生的冷卻死角，以及冷卻輥內(nèi)轉(zhuǎn)角處的冷卻死角。
(2)沿著冷卻輥寬度的方向上水流總是由冷至熱，存在著溫度梯度，因此沿著此方向冷卻速度也會由大到小存在差異。
本發(fā)明的目的在于提供一種冷卻效果好，且能快速冷凝制取異形截面金屬或非金屬纖維或薄帶的快速冷凝法制取纖維的冷卻裝置。
本發(fā)明所述的快速冷凝法制取纖維的方法是冷卻裝置中的冷卻輥處于金屬熔融體的液面上方，當(dāng)冷卻輥的外棱與液面接觸時，金屬熔融體附著在冷卻輥外棱上，且由于冷卻輥的高速冷卻，附在外棱處的金屬熔融體被迅速冷卻凝固成固體，繼續(xù)冷卻后，在冷卻輥高速旋轉(zhuǎn)的離心力的作用下，已凝固冷卻的固體被拋甩出去，成為纖維制品。
本發(fā)明所述的冷卻裝置由冷卻輥、進(jìn)水管、導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴堋⒊鏊?、支座和軸承座組成。冷卻輥是一個內(nèi)空的園柱形腔體，一個端面封閉，另一端面與出水管封閉相接，組裝成一體，安裝在軸承座上，可由電機(jī)驅(qū)動，成為轉(zhuǎn)動部分。出水管即為轉(zhuǎn)動軸導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴芘c進(jìn)水管組裝為一體，固定在一個支座上，為固定部分。導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴芴幱诶鋮s輥的內(nèi)空腔體內(nèi)，相對于冷卻輥中心軸線呈輻射狀，并安裝在處于空腔內(nèi)的進(jìn)水管上。冷卻輥的園柱外表面上沿園周方向，均有根據(jù)所需纖維形狀和尺寸而設(shè)計的外棱。
本發(fā)明的設(shè)計原理可根據(jù)附

圖1加以說明，在附圖1中，1為冷卻輥，它是內(nèi)空的園柱體，11為盛熔融體的容器，13為熔融體(又稱熔池);12為纖維，S為冷卻輥的外棱，它環(huán)繞園柱面，呈園形;S1S2......Sn為冷卻輥外棱上的某點;A為冷凝區(qū)，即與熔融體接觸并發(fā)生冷凝過程的外棱所處的位置，在A區(qū)，外棱的弧長為SA;B為冷卻區(qū)，即是附著在外棱被冷凝的固體繼續(xù)冷卻所處的位置，在B區(qū)外棱的弧長為SB。
工作時，冷卻輥1旋轉(zhuǎn)，當(dāng)冷卻輥外棱上的某點S1旋轉(zhuǎn)至下方與熔融體13在A區(qū)接觸時，一部分熔融體被附著在外棱S1上，并被迅速冷卻凝固為一定形狀和尺寸的固體，隨著冷卻輥1的旋轉(zhuǎn)，該固體離開A區(qū)，離開熔融體，進(jìn)入B區(qū)，繼續(xù)冷卻，并在冷卻輥離心力的作用下S1點上的固體被拋離冷卻輥。隨后，相鄰的S2S3......Sn點相繼進(jìn)入熔融體，進(jìn)入A區(qū)，接著進(jìn)入B區(qū)，也相繼被拋離冷卻輥。由于S1、S2......Sn的連續(xù)性，因此被拋出的是成為具有一定形狀和尺寸的纖維制品。
由圖1看出，熔融體的冷凝過程，即纖維的形成過程只集中在A區(qū)，B區(qū)只是所形成的纖維的繼續(xù)冷卻過程，冷卻輥的其它區(qū)域，沒有熔融體快速冷凝的過程發(fā)生。因此，A區(qū)的冷卻效果是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵。另外，消除冷卻死區(qū)也是本發(fā)明的另一關(guān)鍵技術(shù)。
為此，本發(fā)明設(shè)計了冷卻輥在A區(qū)、B區(qū)具有高冷卻效果的冷卻裝置。使冷卻輥腔體內(nèi)的冷卻系統(tǒng)集中針對冷凝區(qū)A和冷卻區(qū)B，實施強(qiáng)化冷卻。其裝置的要點是采用多排輻射式導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴軐⒗鋮s液向待冷卻的區(qū)域垂直地或以某一角度噴射，并保證冷卻液的噴射范圍要復(fù)蓋在A、B區(qū)內(nèi)冷卻輥內(nèi)壁以及冷卻死角，達(dá)到對A、B區(qū)實施強(qiáng)化冷卻，使之具有良好的冷卻效果。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點。
(1)由于導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴艹瘦椛錉罘植?，所噴出的冷卻液垂直或以一定角度射向冷卻輥的內(nèi)表面，可將由于冷卻輥的離心力作用而附著在內(nèi)表面的不易流動的冷卻液沖走，消除了離心力導(dǎo)致的“冷卻死角”，大大提高冷卻效果。
(2)可實現(xiàn)對冷卻輥中A區(qū)、B區(qū)的強(qiáng)化冷卻，使附著在冷卻輥外棱點的熔融體快速冷凝和冷卻。
(3)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
附圖2為本發(fā)明快速冷凝制取纖維的冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為附圖2中的C-C剖示結(jié)構(gòu)示意圖。
在附圖2和附圖3中，1為冷卻輥，2為進(jìn)水管，3為出水管，4為導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴埽?為支座，6為軸承座，7為出水口，8為噴咀，9為出水槽，A為冷凝區(qū)，B為冷卻區(qū)，SA和SB分別為冷凝區(qū)和冷卻區(qū)內(nèi)冷卻輥外棱弧長度，h為冷卻輥1的內(nèi)表面軸向?qū)挾龋琒為冷卻輥的外棱。
冷卻輥1為內(nèi)空的園柱形腔體，沿軸向方向的內(nèi)壁寬度為h;它的一端是封閉的，另一端與出水管3密封相接，并裝配在由電機(jī)驅(qū)動的軸承座6上;出水管3即為轉(zhuǎn)動軸。出水槽9固定不動，它與出水管3為動密封連接。進(jìn)水管2與導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?組裝成一體，并裝配在固定不動的支座5上。導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?組裝在進(jìn)水管2上，并處于冷卻輥1的內(nèi)空腔體內(nèi)。冷卻輥1、進(jìn)水管2和出水管3為同一軸線。
導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?相對于進(jìn)水管2的軸線呈輻射狀分布，裝配時，每條導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴艿姆较蚩梢哉{(diào)整，以便使冷卻液射向任何需要冷卻的區(qū)域。
在冷卻輥1的內(nèi)空腔體內(nèi)，在垂直進(jìn)水管軸線的橫截面上裝有多條(m條)呈徑向輻射狀的導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?，如圖3所示;沿冷卻輥1的軸線方向裝配了多排(n排)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?，如圖2所示。m≥1，n≥1，且都為整數(shù)。
冷卻液由進(jìn)水管2通過導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?，噴咀8，垂直或以某一定角度α射向冷卻輥1的A、B區(qū)所對應(yīng)的內(nèi)壁，吸收來自熔融體的熱量后上浮，流向出水管3，從出水口7流出。
導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴艿膹较驐l數(shù)m或軸向排數(shù)n取決于導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?、噴咀的形狀、尺寸、方向，以及A、B區(qū)的面積，但必須滿足如下條件由噴咀射向冷卻輥內(nèi)壁的冷卻液的范圍必須等于或大于(SA+SB)×h的面積值。
另外，導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?的方向可以調(diào)整，使得冷卻液以某一角度α射向待冷卻的冷卻輥內(nèi)壁，0<α≤9。為了消除冷卻死角，在靠近冷卻輥的兩個端面處，專門設(shè)置了兩排導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?，使冷卻液直射冷卻死角。
權(quán)利要求
1.一種快速冷凝法制取纖維的冷卻裝置，包含冷卻輥、轉(zhuǎn)動軸、進(jìn)水管、出水管，其特征在于(1)冷卻輥(1)和出水管(3)組裝成一體，裝配在由電機(jī)驅(qū)動的軸承座(6)上；(2)進(jìn)水管(2)與導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)組裝成一體，裝配在固定不動支座(5)上；(3)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)，裝配在冷卻輥(1)內(nèi)空的腔體內(nèi)的進(jìn)水管(2)上，相對于進(jìn)水管(2)軸線呈輻射狀分布；(4)相對于其它區(qū)域，導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)更密布于冷凝區(qū)A和冷卻區(qū)B；(5)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)與冷卻輥腔體內(nèi)待冷卻的內(nèi)壁成α角，且0°＜α≤90°；(6)出水槽(9)與出水管(3)和出水口(7)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于冷卻輥(1)為內(nèi)空的園柱形腔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在冷卻輥(1)的內(nèi)空腔體內(nèi)，在垂直進(jìn)水管(2)軸線的橫截面上裝有多條(m條)呈徑向輻射狀的導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4);沿冷卻輥(1)的軸線方向裝配了多排(n排)導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于m≥1，n≥1，且都為整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的裝置，其特征在于m、n取決于導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴?4)、噴咀(8)的形狀和大小，以及冷凝區(qū)A和冷卻區(qū)B的面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于出水管(3)即為冷卻輥(1)的轉(zhuǎn)動軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于出水槽(9)固定不動，與出水管(3)為動密封連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種快速冷凝法制取纖維的冷卻裝置。它由冷卻輥、進(jìn)水管、出水管、導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴堋⒊鏊?、支座和軸承座組成。冷卻輥、出水管組裝成一體，裝配在軸承座上，出水管即為轉(zhuǎn)動軸。進(jìn)水管和導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴芙M裝成一體，固定在支座上，為不轉(zhuǎn)動部分。導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴苊芗植加谙鄬τ诶淠齾^(qū)A和冷卻區(qū)B的位置。由導(dǎo)流槽或?qū)Я鞴車娚涑龅睦鋮s液徑向垂直射向冷卻輥內(nèi)表面，并覆蓋A區(qū)和B區(qū)。本發(fā)明不僅具有良好的冷卻效果。而且克服了“冷卻死角”。
文檔編號C03B37/04GK1099732SQ9410648
公開日1995年3月8日 申請日期1994年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月23日
發(fā)明者王一禾, 劉文能, 劉楚方 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院