本发明是一种用于金属板材、带材、片材，或者箔材制造中的连 铸机辊。在一个实施例中，所述连铸机辊包括圆柱形辊芯以及至少一 层在所述辊芯上形成的金属覆层。所述辊芯具有纵向中心轴线，并且 限定多个用于在辊使用过程中引导冷却介质穿过所述辊芯以冷却所述 辊的纵向延伸的冷却通道。所述冷却通道可以被布置在靠近所述辊芯 的表面附近，并且可以关于所述辊芯的所述中心纵向轴线均匀地间隔 布置。所述辊芯可以包括一个圆柱形辊身和两个向外延伸的轴。所述 至少一层金属覆层可以形成在所述辊身上。所述冷却通道可以基本沿 着所述辊身的整体长度延伸，并且可以关于所述辊身的中心轴线均匀 地间隔布置。
所述辊芯可以包括至少一个中心布置的进口通道，以及多个从所 述至少一个进口通道延伸到所述冷却通道的用于将所述冷却介质从所 述至少一个进口通道引导向所述冷却通道的径向延伸的通道。所述至 少一个进口通道可以基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线延伸，并且 所述径向通道可以基本垂直于所述至少一个进口通道延伸。作为选择， 所述径向通道的每一个可以与所述中心纵向轴线限定一个锐角。
所述辊芯还可以包括至少一个中心布置的进口通道和一个中心布 置的出口通道，以及第一组和第二组多个径向延伸通道。所述第一组 径向延伸通道可以从所述至少一个进口通道延伸到所述冷却通道，用 于将所述冷却介质引导向所述冷却通道，并且所述第二组径向延伸通 道可以从所述冷却通道延伸到所述至少一个出口通道，用于将所述冷 却介质从所述冷却通道引导向所述至少一个出口通道。所述至少一个 进口通道和至少一个出口通道可以基本平行于所述辊芯的中心纵向轴 线延伸，并且所述第一组和第二组径向通道可以基本垂直于所述至少 一个进口通道和至少一个出口通道延伸。作为选择，所述第一组和第 二组径向通道每一个可以与所述中心纵向轴线限定一个锐角。
所述至少一个进口通道和至少一个出口通道可以从所述辊芯的其 中一根轴延伸穿过所述辊身，并且至少部分地穿过第二根轴。所述冷 却通道可以沿着所述辊身的整个长度延伸，并且端盖可以被分别连接 到所述辊身相对的端部，用于封闭所述冷却通道的端部。
在另一个实施例中，所述辊一般包括圆柱形辊芯，所述辊芯具有 中心纵向轴线和在所述辊芯上形成的金属覆层。所述金属覆层限定多 个冷却通道，用于在辊使用过程中通过所述金属覆层传导冷却介质以 冷却所述辊。所述冷却通道可以基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线 延伸，并且在所述金属覆层中纵向延伸，优选的是基本上沿着所述金 属覆层的整体长度延伸。所述冷却通道可以关于所述辊芯的中心纵向 轴线均匀的间隔布置。
所述辊芯可以包括一个圆柱形辊身和两个向外延伸的轴，并且可 以在所述辊身上形成所述金属覆层。所述冷却通道可以在所述金属覆 层中基本沿着所述辊身的整个长度延伸。端盖可以分别与所述辊身的 相对端相连接，用于闭合所述金属覆层中的所述冷却通道的端部。
在再一个实施例中，所述辊一般包括具有中心纵向轴线的圆柱形 辊芯，在所述辊芯上形成的第一层金属覆层，以及至少一层在所述第 一层金属覆层上形成的附加金属覆层。所述第一层金属覆层优选的是 限定多个冷却通道，用于在辊使用过程中通过所述第一层金属覆层引 导冷却介质以冷却辊。优选的是，所述第一层金属覆层具有比所述至 少一层附加金属覆层的硬度更低的硬度。所述冷却通道可以基本平行 于所述辊芯的中心纵向轴线延伸，并且基本沿着所述第一层金属覆层 的整个长度延伸。所述冷却通道可以关于所述辊芯的中心纵向轴线均 匀地间隔布置。
所述辊可以包括一个圆柱形辊身和两个向外延伸的轴。可以在所 述辊身上形成所述第一层金属覆层和所述至少一层附加金属覆层。所 述冷却通道可以基本沿着所述辊身的整个长度延伸，并且可以关于所 述辊芯的中心纵向轴线均匀地间隔布置。端盖可以分别与所述辊身的 相对端相连接，用于闭合所述第一层金属覆层中的所述冷却通道的端 部。
所述第一层金属覆层和所述至少一层附加金属覆层可以被各自做 成小于大约6英寸的厚度，优选的是，在大约0.010英寸到6英寸之 间。所述第一层金属覆层可以是热传导金属，比如铜、青铜、钢等等。 所述至少一层附加金属覆层可以是金属合金，比如镍基、钴基、铜基、 或钛基合金。所述至少一层附加金属覆层还可以是钢。所述至少一层 附加覆层可以是在所述第一层金属覆层上形成的单一金属覆层，并且 可以包括上述金属中的任何一种。
本发明同样是一种制造用于金属板材、带材、片材，或者箔材制 造的辊的制造方法。所述方法一般包括几个步骤：设置具有中心纵向 轴线的圆柱形辊芯；在所述辊芯中靠近所述辊芯的表面形成多个纵向 延伸的冷却通道，用于在辊使用过程中引导冷却介质通过所述辊芯以 冷却所述辊；以及在所述辊芯上形成至少一层金属覆层。可以通过下 列工艺或者类似工艺中的任何一种工艺在所述辊芯上形成所述至少一 层金属覆层：埋弧焊，喷涂成形(spray forming)，热喷涂，热等静 压，固渗(pack diffusion)，气相沉积，以及电解电镀。
所述冷却通道可以被做成为关于所述辊芯的中心纵向轴线均匀地 间隔布置。形成所述纵向延伸冷却通道的步骤可以包括在所述辊芯中 钻出基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线延伸的孔。所述辊芯可以具 有辊身。形成所述纵向延伸冷却通道的步骤可以包括在所述辊身中钻 出基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线以及沿着所述辊身的整体长度 延伸的孔。所述方法可以包括的附加步骤为：将所述端盖连接到所述 辊身的相对端，用于闭合所述冷却通道的端部。所述方法还包括在所 述辊芯上形成所述至少一层金属覆层之后，特别是当所述至少一层金 属覆层包括钢的时候，将所述辊在大约400到1500之间的温度热 处理大约1至48小时的步骤。
所述辊芯可以限定至少一个中心布置的并且纵向延伸的进口通 道。所述方法还包括下列步骤：在所述辊芯中形成多个径向延伸通道， 用于将所述冷却通道连接到所述至少一个出口通道；以及在所述辊芯 上形成所述至少一层金属覆层之前，在所述辊芯表面堵塞径向通道。 在所述辊芯内形成所述径向延伸冷却通道的步骤可以包括在所述辊芯 内钻出基本垂直于所述辊芯的中心纵向轴线延伸的孔，用于将所述冷 却通道连接到所述至少一个进口通道上。作为选择，在所述辊芯内形 成所述径向延伸冷却通道的步骤可以包括在所述辊芯内相对于所述辊 芯的中心纵向轴线成锐角进行钻孔，用于将所述冷却通道连接到所述 至少一个出口通道。
所述辊芯还可以限定至少一个中心布置和纵向延伸的出口通道。 所述方法还可以包括下列步骤：在所述辊芯内形成多个径向延伸通道， 用于将所述冷却通道连接到所述至少一个进口通道和所述至少一个出 口通道；以及在所述辊芯上形成所述至少一层金属覆层的步骤之前， 在所述辊芯表面堵塞径向通道。可以在所述辊芯内钻出所述径向延伸 冷却通道，从而基本垂直于所述辊芯的中心纵向轴线延伸或者相对于 所述辊芯的中心纵向轴线成锐角延伸，用于将所述冷却通道连接到所 述至少一个进口通道和至少一个出口通道。
在另一个实施例中，所述辊的制造方法一般包括下列步骤：设置 具有中心纵向轴线的圆柱形辊芯；在所述辊芯上形成金属覆层；以及 在所述金属覆层中形成多个纵向延伸的冷却通道，用于在辊使用过程 中引导冷却介质通过所述金属覆层以冷却所述辊。可以通过前述任何 一种工艺在所述辊芯上形成所述金属覆层。
可以在所述金属覆层中形成所述冷却通道，并关于所述辊芯的中 心纵向轴线均匀地间隔布置。形成所述纵向延伸冷却通道的步骤可以 包括在金属覆层中钻出基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线延伸的 孔。可以将所述孔钻在所述金属覆层中，并基本沿着所述辊身的整个 长度延伸。可以将端盖连接到所述辊身的相对端，用于闭合所述金属 覆层中的所述冷却通道的端部。在所述辊芯上形成所述金属覆层之后， 特别是当所述金属覆层包括钢的时候，可以将所述辊在大约400到 1500之间的温度热处理大约1到48小时。
所述辊芯可以限定至少一个中心布置和纵向延伸的进口通道。所 述方法还可以包括下列步骤：在所述金属覆层和辊芯内形成多个径向 延伸的通道，用于将所述冷却通道连接到所述至少一个进口通道；以 及在所述金属覆层的表面堵塞所述径向通道。在所述辊芯内形成所述 径向延伸冷却通道的步骤可以包括在所述金属覆层和辊芯内钻孔，并 且所钻的孔基本垂直于所述辊芯的中心纵向轴线延伸或者相对于所述 中心纵向轴线成锐角延伸，用于将所述冷却通道连接到所述至少一个 进口通道。
所述辊芯还可以限定至少一个中心布置和纵向延伸的出口通道， 并且所述方法还可以包括下列步骤：在所述金属覆层和辊芯内形成多 个径向延伸的通道，用于将所述冷却通道连接到所述至少一个进口通 道和所述至少一个出口通道；以及在所述金属覆层的表面堵塞所述径 向通道。
在制造根据本发明的所述辊的方法的另一个实施例中，所述方法 一般包括下列步骤：设置具有中心纵向轴线的圆柱形辊芯；在所述辊 芯上形成第一层金属覆层；以及在所述第一层金属覆层中形成多个纵 向延伸的冷却通道，用于在辊使用过程中引导冷却介质通过所述第一 层金属覆层以冷却所述辊；以及在所述第一层金属覆层上形成至少一 层附加金属覆层。可以通过前述任何一种工艺在所述辊芯上形成所述 第一层金属覆层和所述至少一层附加金属覆层。优选的是在所述第一 层金属覆层内形成所述冷却通道，使得所述冷却通道关于所述辊芯的 中心纵向轴线均匀地间隔布置。形成所述纵向延伸冷却通道的步骤可 以包括在第一层金属覆层内钻出基本平行于所述辊芯的中心纵向轴线 延伸孔。可以将端盖分别连接到所述辊身的相对端，用于闭合所述第 一层金属覆层中的所述冷却通道的端部。在所述第一层金属覆层上形 成所述至少一层附加金属覆层之后，特别是当所述第一层金属覆层和/ 或所述至少一层附加金属覆层包括钢的时候，可以将所述辊在大约 400到1500之间的温度热处理大约1到48小时。
所述辊芯可以限定至少一个中心布置和纵向延伸的进口通道以及 至少一个中心布置和纵向延伸的出口通道。所述方法还可以包括下列 步骤：在所述第一层金属覆层和辊芯内形成多个径向延伸的通道，用 于将所述冷却通道连接到所述至少一个进口通道；以及在所述第一层 金属覆层上形成所述至少一层附加金属覆层的步骤之前，在所述第一 层金属覆层的表面堵塞所述径向通道。在所述辊芯内形成所述径向延 伸冷却通道的步骤可以包括在所述第一层金属覆层和辊芯内钻孔，所 钻的孔基本垂直于所述辊芯的中心纵向轴线延伸或者相对于所述辊芯 的中心纵向轴线成一个锐角延伸，用于将所述冷却通道连接到所述至 少一个进口通道。
所述方法同样包括下列步骤：在所述第一层金属覆层和辊芯内形 成多个径向延伸的出口通道，用于将所述冷却通道连接到所述至少一 个进口通道和所述至少一个出口通道；以及在所述第一层金属覆层上 形成所述至少一层附加金属覆层的步骤之前，在所述第一层金属覆层 的表面堵塞所述径向通道。在所述辊芯内形成所述径向延伸冷却通道 的步骤可以包括在所述第一层金属覆层和辊芯内钻孔，所钻的孔基本 垂直于所述辊芯的中心纵向轴线延伸或者相对于所述辊芯的中心纵向 轴线成一个锐角延伸，用于将所述冷却通道连接到所述至少一个进口 通道和至少一个出口通道。
此外，本发明的所述方法涉及现有辊的表面重建(resurfacing)， 所述现有辊可以适用于金属板材、带材、片材，或者箔材制造中。所 述表面重建方法一般包括下列步骤：设置具有中心纵向轴线以及包括 有限定了沟槽的工作表面的辊芯的现有辊；从所述辊芯上去除所述现 有工作表面，从而形成基本光滑的表面；在所述辊芯的所述基本光滑 的表面上形成第一层金属覆层；在所述第一层金属覆层内形成多个纵 向延伸的冷却通道；以及在所述第一层金属覆层上形成至少一层附加 金属覆层。
所述表面重建方法还包括将所述冷却通道连接到所述辊芯内的现 有冷却管道上的步骤。可以通过前述任何一种工艺在所述辊芯上形成 所述第一层金属覆层和所述至少一层附加金属覆层。
附图说明
当结合所述附图进行阅读时，根据下列详细说明，本发明的更多 细节和优点将变得更加清楚，在所述附图中，始终都用类似的参考数 字将类似的部件标示出来。
图1是根据本发明的一种连铸机辊的透视图；
图2是图1中的所述连铸机辊的正面部分剖视图，显示隐藏线；
图3是沿着图2中的线3-3的所述连铸机辊的剖视图；
图4是沿着图2中的线4-4的所述连铸机辊的剖视图，为清楚显 示起见，省略斜线阴影部分；
图5是图1中所述连铸机辊的正面部分剖视图，显示所述辊芯上 没有金属覆层，并且还显示隐藏线；
图6是沿着图5中的线6-6的所述连铸机辊的剖视图；
图7是图5中的所述连铸机辊的端视图；
图8是沿着图5中的线8-8的所述连铸机辊的剖视图；
图9是沿着图5中的线9-9的所述连铸机辊的剖视图；
图10是沿着图5中的线10-10的所述连铸机辊的剖视图；
图11是图1中所述连铸机辊的正面部分剖视图，显示所述辊芯上 具有第一层金属覆层，并且还显示隐藏线；
图12是沿着图11中的线12-12的所述连铸机辊的剖视图，为清 楚显示起见，省略斜线阴影部分；
图13是沿着图11中的线13-13的所述连铸机辊的剖视图，为清 楚显示起见，省略斜线阴影部分；
图14是显示为与图2中的所述连铸机辊相连接的端盖的端视图；
图15是沿着图14中的线15-15的所述端盖的剖视图；和
图16是图1中的所述连铸机辊的另一个实施例的正面部分剖视 图。

参考图1-10，显示根据本发明的连铸机辊10。所述连铸机辊10 一般包括辊芯12和一层或者多层在所述辊芯12上形成的金属覆层。 如在各个附图中所示，所述辊芯12优选的是实心的，但是也可以是空 心的(也就是，环形的)。在图1-10中所示的所述连铸机辊10的实施 例中，在所述辊芯12上形成两层金属覆层。贯穿本文公开始终，所述 两层金属覆层分别被独立地用参考数字“14”和“16”进行标示。相 应地，在下文中将根据两层金属覆层说明所述连铸机辊10，所述两层 金属覆层包括直接在所述辊芯12上形成的第一层金属覆层14，以及 在所述第一层金属覆层14的顶部形成的第二层金属覆层16。但是， 在本公开中所述的其它实施例仅仅包括一层在所述辊芯12上的金属 覆层。此外，本发明将包括在所述辊芯12上使用三层或者更多层金属 覆层。
所述辊芯12具有大致圆柱形的构造，并且包括一个圆柱形的中心 部分或者辊身18以及两个向外延伸的轴20，22。如下文所述，在所 述辊身18的顶部形成所述第一层和第二层金属覆层14，16。所述辊 身18形成所述连铸机辊10的一部分，当所述连铸机辊10用于片材连 铸机(未示出)的时候，该部分接触或者铸金属。所述连铸机辊10 可用于固体、半固体或者液体形式的金属。所述轴20，22的其中一根 轴优选的是被设置为通过所述铸机进行驱动。轴20，22的每一根都可 以被设置为所述连铸机辊10的“驱动端”轴。为了便于解释本发明， 在下文中轴20将被称为“驱动端轴20”或者“第一根轴20”。另一根 轴22被设置为允许冷却介质进入所述辊芯12，并且以下文中所述的 方式排放所述冷却介质，轴22将被称为“冷却端轴22”或者“第二 根轴22”。优选的用于所述连铸机辊10的冷却介质是水。可以在所述 连铸机辊10中使用除水之外的其它冷却介质，比如油或者乙二醇，然 而水是优选的。所述冷却介质可以是冷却介质和添加到所述冷却介质 中用于防止腐蚀的化学添加剂的混合物。所述辊芯12可以由4340钢 (也就是，低碳钢)以及基本等同的金属和材料做成。在下文中所述 冷却介质被称为冷却水，但是可以使用上述任何一种冷却介质(混合 物)代替下述讨论中的“冷却水”。
所述辊芯12限定一个或者多个基本穿过所述辊芯12延伸的中心 布置的通道24。所述中心通道24还可以沿着所述辊芯12的整个长度 延伸。在图1-10中所示的所述连铸机辊10中，所述辊芯12限定四个 中心布置并且纵向延伸的通道24，用于运送水流过所述辊芯12。根据 本发明的所述辊芯12中可使用更多的或者更少的中心通道24，但是 在本公开中将根据四个范例性的中心通道24说明所述连铸机辊10。 根据本发明，至少一个进口或者供应中心通道24和一个出口或者回流 中心通道24，这两个通道相互间流体可流通，就足够用来将冷却水供 应到所述辊芯12和排放所述冷却水。
如所指出的，所述中心通道24设置进口(也就是，供应)和出口 (也就是，回流)管道，用于将水载送进入和排出所述辊芯12。特别 的，所述中心通道24一般被分为两个冷却水进口通道26和两个冷却 水出口通道28。所述进口和出口通道26，28是相互连通的，并且在 所述辊芯12中分别形成两个独立的冷却水流路，为了清楚说明，在此 用附加的参考字母“a”和“b”标示所述流路。相应地，在所述辊芯 12中，其中一个进口通道26a被连接到其中一个出口通道28a上以形 成第一个流路，并且第二个进口通道26b被连接到第二个出口通道28b 以形成第二个流路。在下文中将要说明的所述冷却水“流路”是一个 范例布置，用于冷却本发明的所述连铸机辊10和辊芯12，并且可以 通过任意等同的流体流动布置进行替换，这样的替换都在本领域的技 术人员的技能范围之内。
所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b的开口都被设置在 所述冷却端轴或者第二根轴22上。所述进口通道26a，26b和出口通 道28a，28b优选的是从所述冷却端轴22延伸穿过所述辊身18并且部 分地穿过所述驱动端轴20延伸。优选的是，在所述驱动端轴20和所 述冷却端轴22中，所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b均 被分别连接在一起。作为选择的，在所述驱动端轴20或者所述冷却端 轴22之一中，所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b可以被 分别连接在一起。如本文进一步的说明，所述进口通道26a，26b将冷 却水从所述冷却端轴22通过所述辊身18运输到所述驱动端轴20中， 并且然后所述出口通道28a，28b将已经受热的水回流到所述冷却端轴 22中。
所述辊芯12的辊身18还限定多个从所述进口通道26a，26b和出 口通道28a，28b向外延伸到所述辊身18的表面31上的径向延伸通道 30。如在此所述，所述径向延伸通道30一般与在所述第一层金属覆层 14中形成的通道间流体可流通。所述进口通道26a，26b的每一个通 道优选的是被连接到四个径向通道30上，并且所述出口通道28a，28b 的每一个通道优选的是被连接到四个径向通道30上。然而，可以将更 多的或者更少的径向通道30连接到所述进口通道26a，26b和出口通 道28a，28b上。对于连接到所述进口通道26a，26b上的四个径向通 道30和连接到所述出口通道28a，28b上的四个径向通道30的选择将 被提供作为说明所述连铸机辊10的一个范例。至少，所述进口通道 26a，26b和出口通道28a，28b的每一个通道只需要一个径向通道30。 在优选实施例中，如下文所述，在所述第一层金属覆层14被施加到所 述辊身18上之后，在所述辊身18中形成所述径向通道30。作为选择， 可以在形成所述第一层金属覆层16之前，在所述辊身18中形成所述 径向通道30。
如下文中进一步的讨论，所述径向通道30优选的是环绕所述辊身 18的圆周对称分布，并且与可以与在所述第一层金属覆层14中形成 的纵向通道流体流通。在所述辊芯12的所述辊身18中限定的所述径 向通道30被设置为将冷却水传送到所述“纵向通道”中，并且然后将 受热的水回流到所述中心通道24中。通常，通过进口通道26a，26b， 在所述辊身18中通过所述径向通道30向外传送冷却水。通过所述径 向通道30将受热的水回流到所述出口通道28a，28b中。然后，所述 出口通道28a，28b将受热的水导出所述辊芯12。所述径向通道30优 选的是被设置在所述辊身18的两端(也就是，靠近所述辊身18的端 部)，但是也可以仅仅设置在所述辊身18的一端。
所述进口通道26a，26b将冷却水传送到所述辊芯12中，并且为 此，所述进口通道26a，26b优选的是与冷却水的外部水源(未示出) 比如蒸发冷却系统(也就是，冷却塔)可流体流通。所述出口通道28a， 28b将受热的水回流到所述冷却水源或者其它装置中。所述径向通道 30使得冷却水可以从所述进口通道26a，26b被输送到所述第一层金 属覆层14，并且回流到所述出口通道28a，28b。
参考图1-13，所述辊身18的所述表面31优选的是没有沟槽，一 般在现有技术的连铸机辊中沟槽是常见的。在所述辊身18的所述相对 光滑的表面31(也就是，没有沟槽)的顶部形成所述第一层金属覆层 14。在所述第一层金属覆层14的表面32的顶部形成所述第二层金属 覆层16。优选的是，通过金属沉积工艺，比如：埋弧焊，喷涂成形， 热喷涂，热等静压，固渗，气相沉积，电解电镀等等，在所述辊身18 上形成所述第一层和第二层金属覆层14，16。
根据本发明的所述连铸机辊10设置有多个在所述连铸机辊10中 纵向延伸的并用于在辊10使用过程中冷却所述连铸机辊10的闭合的 冷却介质管道或者通道34。在所述连铸机辊10的本优选实施例中， 在所述第一层金属覆层14中形成所述冷却通道34。在所述连铸机辊 10的另一个实施例中，在所述辊芯12内形成所述冷却通道34。优选 的是，在所述辊芯12上形成所述第一层金属覆层14，以及在所述第 一层金属覆层14内形成(也就是，通过纵向钻孔)所述冷却通道34 之后，通过在所述辊芯12内形成(也就是，钻孔)所述径向通道30， 使得所述冷却通道34与所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b 流体流通。接下去在本公开中将讨论所述连铸机辊10的一个实施例， 其中，所述冷却通道34被设置在所述第一层金属覆层14中。再接下 去在本公开中，将联系图16讨论所述连铸机辊10的一个实施例，其 中，所述冷却通道34被设置在所述辊芯12内。图16中所示的所述连 铸机辊10按照一种类似于例如图2中所示的所述连铸机辊10的形成 方法做成，其中，通过在所述辊身18中钻出纵向延伸的孔洞，首先形 成所述冷却通道34，并且然后钻出所述径向通道30，用于将所述冷却 通道34连接到所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b上。
所述冷却通道34优选的是基本平行于所述辊芯12的中心纵向轴 线L延伸，并且从所述中心纵向轴线L向外径向延伸。所述冷却通道 34优选的是还沿着所述第一层金属覆层14和所述辊身18的整个长度 延伸，并且环绕所述辊身18的圆周均匀地间隔布置。如前文所述，可 以通过沿着所述第一层金属覆层14的整个长度钻纵向孔形成所述冷 却通道34。此外，如前文所述，可以在所述第一层金属覆层和辊芯12 中径向钻孔形成所述径向管道30，从而将所述冷却通道34连接到所 述中心通道24(也就是，所述进口通道26a，26b和出口通道28a，28b) 上。实际上，仅仅要求所述冷却通道34基本沿着所述径向通道30开 口之间的距离延伸，从而将所述冷却通道34连接到所述进口通道26a， 26b和出口通道28a，28b上。因此，不必仅限于所述冷却通道34在 所述第一层金属覆层14的整个长度上延伸。
所述第一层金属覆层14优选的是由具有优良的热传导性能的金 属或者金属合金做成，比如铜，青铜，钢，不锈钢等等。所述第二层 金属覆层16优选的是能够抵抗热疲劳破裂磨损的金属。用于所述第二 层金属覆层16的适合的金属将具有一个洛氏硬度C在30至66的范 围之间的硬度范围，优选的是洛氏硬度C在55至60之间。用于所述 第二层金属覆层16的金属范例列表包括：钢和镍基、钴基、铜基以及 钛基合金。
所述冷却通道34优选的是被做成使得各相邻对冷却通道34在所 述辊芯12的所述辊身18的其中一个端部相互连接。这样，各相邻对 冷却通道34形成包括一个“进口”或者“供应”冷却通道34以及一 个“出口”或者“回流”通道34的冷却流体通道或者管道，所述进口 冷却通道34被连接到依次被连接到所述进口通道26a，26b的其中一 个通道上的径向通道30上，所述出口冷却通道34被连接到依次被连 接到所述出口通道28a，28b的其中一个通道的径向通道30上。相应 地，所述冷却通道34，径向通道30，以及进口和出口通道26，28都 是流体相通的，并且在所述连铸机辊10中限定内部冷却介质流动系 统，所述系统将冷却水从外部源头，通过所述进口通道26a，26b分配 到所述辊芯12和辊身18的内部，然后在所述辊身18中通过所述径向 通道30向外输送，并且最终通过所述冷却通道34输送到所述第一层 金属覆层14的内部。如同本领域内的技术人员所能理解的，通过上述 流动系统，同样可以设置一种到达所述外部冷却水源的类似回流通道。 所述冷却通道34不要求是相互连接的，并且可以被设置为单独的各个 冷却通道34。
如前文所述，可以在所述第一层金属覆层14的顶部形成一层附加 金属覆层，比如所述第二层金属覆层16，并且可能形成多层金属覆层 或者涂层。优选的是通过前述任何一种金属沉积工艺或者技术在所述 第一层金属覆层14的所述表面32上形成所述第二层金属覆层16。例 如，所述第二层金属覆层16可以被设置为一种薄的，硬的金属涂层， 比如钨，碳化物，或者铬，通过气相沉积技术，电解电镀技术(也就 是，用于铬)，或者任何一种前述技术，将所述涂层施加到所述第一层 金属覆层14的所述表面32上。
端盖36(同样在图14和15中示出)都被设置在所述辊芯12的 所述辊身18的相对端38，40(也就是，分别是第一个和第二个端部 38，40)上，用于密封所述冷却通道34的开口端，并且有必要的话使 所述“进口”或者“出口”冷却通道34相互连接。所述端盖36都是 环形的(如图14中所示)，用于安装在所述各个轴20，22上，并且可 以通过常规的O形圈(未示出)和机械紧固件42密封连接到所述辊 身18的所述第一个和第二个端部38，40。所述端盖36闭合所述冷却 通道34的所述开口端，从而闭合所述冷却介质流动系统。
继续参考图1-13，现在将讨论一种所述连铸机辊10的制造方法， 其中，在所述第一层金属覆层14中设置所述冷却通道34。如上文所 述，所述辊身18的所述表面31优选的是设置为没有外部沟槽，并且 优选的是具有粗糙表面，适合于通过上述任何一种工艺将所述第一层 金属覆层14沉积到所述辊身18的所述表面31上。图5显示在所述辊 身18的所述表面31上形成(也就是，沉积)所述第一层金属覆层14 之前的所述辊芯12和辊身18。需要注意的是还没有在所述辊芯12内 形成所述径向通道30。图11显示在所述辊身18的所述表面31上沉 积或者施加第一层金属覆层14之后，以及在所述辊芯12内形成所述 径向通道30以将所述冷却通道34连接到所述中心通道(也就是，进 口通道26a，26b和出口通道28a，28b)之后的所述第一层金属覆层 14。
一旦在所述辊身18的所述表面31上形成所述第一层金属覆层 14，那么就可以在所述第一层金属覆层14中形成所述冷却通道34。 通过在所述第一层金属覆层14中钻纵向延伸的孔可以完成这个步骤， 这些纵向延伸的孔形成所述冷却通道34。优选的是围绕所述辊身18 以均匀的环形间隔形成所述冷却通道34。所述冷却通道34被布置为 与所述中心通道24(也就是，进口和出口通道26，28)和所述中心纵 向轴线L向外径向隔开。
一旦在所述第一层金属覆层14中形成所述纵向延伸冷却通道34， 那么就可以在所述辊芯12内形成所述冷却通道34，用于将所述冷却 通道34布置为与所述辊芯12内的所述中心通道24(也就是，进口和 出口通道26，28)流体相通。通过在所述第一层金属覆层14和辊芯 12内的要求的预设的环形位置进行径向钻孔，将形成所述冷却通道 34，所述径向通道30将在这些位置处被布置在所述辊芯12内。所述 钻孔工艺在所述第一层金属覆层14中形成径向孔44，在所述第一层 金属覆层14上形成所述第二层金属覆层16之前，必须堵塞所述径向 孔44。如图2和11所示，通过多个塞子46，堵塞所述径向孔44。所 述塞子46优选的是由与所述第一层金属覆层14相同类型的金属做成。
如上文所述，可以在所述第一层金属覆层14内设置任何数量的纵 向延伸冷却通道34，所述冷却通道34可以被设置为与在所述辊芯12 内形成的任何数量的径向通道30流体相通。所述冷却通道34用于引 导冷却水穿过所述第一层金属覆层14，优选的是穿过所述第一层金属 覆层14的整个长度，并且将受热的水回流到与所述出口通道28a，28b 流体相通的所述径向通道30中。
一旦在所述第一层金属覆层14和所述辊芯12的辊身18中形成所 述纵向延伸冷却通道34和径向通道30，那么优选的是在所述第一层 金属覆层14的顶部直接形成所述第二层金属覆层16。可以通过任何 一种上述金属沉积或者成形工艺来施加所述第二层金属覆层16。所述 第二层金属覆层16优选的是由任何一种上述硬质金属做成。所述第二 层金属覆层16将一般具有高于所述第一层金属覆层14硬度的硬度。 优选的是，所述第一层和第二层金属覆层14，16每一个覆层都具有大 约0.010英寸至6英寸的厚度。所述第二层金属覆层16一般形成所述 连铸机辊10的“工作表面”。
一旦在所述第一层金属覆层14上形成所述第二层金属覆层16， 那么所述连铸机辊10将会受到进一步处理。例如，所述连铸机辊10 可以在大约400到大约1500之间的温度被热处理大约1至48小 时，用于在所述第一层和第二层金属覆层14，16中，特别是当所述第 一层和第二层金属覆层14，16由钢构成的时候，产生一个洛氏硬度C 大约为30至66的范围内的硬度，如上文所述。此外，所述第二层金 属覆层16的表面50(也就是，所述连铸机辊10的优选的工作表面) 可以被粗糙化，使得所述第二层金属覆层16的所述表面50具有适合 于制造商品铝板、铝带、铝片或者铝箔的表面粗糙度。所述塞子46 优选的是与所述第一层金属覆层14的所述表面32齐平，或者在所述 第一层金属覆层14上形成所述第二层金属覆层16之前，凹入到所述 第一层金属覆层14中。所述第二层金属覆层16在第一层金属覆层14 上的沉积或者成形，将填补所述第一层金属覆层14中限定的靠近所述 塞子46的任何凹陷。
在所述连铸机辊10的替代实施例中，可以将所述第二层金属覆层 16从所述连铸机辊10中略去，比如图11中所示。所述第一层金属覆 层14的所述表面32现在将形成所述连铸机辊10的所述“工作表面”。 相应地，在所述实施例中，所述第一层金属覆层14优选的是由一种硬 质金属做成，比如上述与所述第二层金属覆层16相关的各种金属。所 述金属塞子46被用于密封在所述第一层金属覆层14中形成的所述径 向孔44。所述塞子46优选的是与所述第一层金属覆层14的所述表面 32齐平。用于所述连铸机辊10的此替代实施例的所述真实“工作表 面”区域一般是位于所述塞子46之间的所述第一层金属覆层14的所 述表面32。上述热处理和表面粗糙化的步骤同样可以被用于仅仅以第 一层金属覆层14作为所述连铸机辊10的“工作表面”的所述连铸机 辊10。
此外，如图2和11中的虚线所示，可以相对于所述辊芯12的所 述中心纵向轴线L和所述中心通道24(也就是，进口和出口通道26， 28)成一个角度形成所述径向通道30。这消除了对所述塞子46的需 要，因为在所述辊身18的端部38，40中形成所述径向通道30。所述 端盖36被用于密封所述冷却通道34的开口端，如上文所述，并且还 可以被用于密封所述“倾斜的”径向通道30的开口端。在所述连铸机 辊10的所述实施例中，其中只有所述第一层金属覆层14被施加于所 述辊芯12，所述“倾斜的”径向通道30的使用允许所述第一层金属 覆层14的所述整个表面32被用作为所述连铸机辊10的所述“工作表 面”。所述“倾斜的”径向通道30同样可以被用于具有两层或者更多 层金属覆层(也就是，所述第一层和第二层金属覆层14，16)的所述 连铸机辊10的所述优选实施例中。用于所述“倾斜的”径向通道30 的适合的角度是锐角，优选的是在大约75°或者更小的范围内的锐 角。
用于将所述第一层和第二层金属覆层14，16，以及附加金属覆层 (若有的话)施加到所述辊身12的上述方法，同样可以被用于现有连 铸机辊。特别的，所述第一层和第二层金属覆层14，16可以被施加于 例如具有作为用于冷却连铸机辊的水通道的圆周向沟槽的现有连铸机 辊。如上文所述，在Scannell的美国专利5,292,298中公开了这样 一种具有“沟”或“槽”的连铸机辊的典型范例。
通过将所述辊套从所述辊芯上去除，并且进一步去除在所述辊芯 上形成的所述机械加工的圆周向沟槽(也就是，旋脊)，所述第一层和 第二层金属覆层14，16可以被施加于例如Scannell的专利公开的所 述连铸机辊。如此产生的所述辊芯优选具有基本光滑的表面，该基本 光滑的表面一般意味着所述辊芯没有所述原始的机械加工的沟槽(也 就是，旋脊)。然后可以将所述第一层金属覆层14如前所述的施加。 可以采用前述方式在所述第一层金属覆层14中形成所述纵向延伸冷 却通道34。然后，所述冷却通道34可以被布置为与现有连铸机辊比 如通过Scannell的专利公开的热传递辊的辊芯内限定的径向和轴向的 孔，槽，或者管道流体相通。所述塞子46可以被用于密封在所述第一 层金属覆层14中形成的所述径向孔44。最终，可以按照前述方法在 所述第一层金属覆层14上形成所述第二层金属覆层16以及可能的附 加金属覆层。用于形成仅仅具有一层金属覆层(也就是，所述第一层 金属覆层14)的所述连铸机辊10的前述工艺，同样可以被用于现有 连铸机辊比如通过Scannell的专利公开的热传递辊的“表面重建”。 Scannell的专利的公开仅仅被用来说明将用于制造本发明的所述连铸 机辊10的前述工艺应用于现有连铸机辊。前述“翻新”或者“表面重 建”工艺被认为可以用于在片材连铸领域内所用的任何内冷却的连铸 机辊，并且该公开不应被理解为仅仅可以用于通过Scannell的专利公 开的所述连铸机辊的特殊布置。
现在参考图16，显示根据本发明的所述连铸机辊10的另一个实 施例。在图16中，在所述辊身18中而不是在第一层金属覆层14中形 成所述冷却通道34。相应地，用于冷却水的所述整个流体流路被布置 在所述辊芯12中。如上文所述，所述冷却通道34与所述径向通道30 流体相通，并且所述径向通道30与所述进口和出口通道26，28流体 相通。所述径向通道30可以按照与图2和11相关的前述方法布置为 “倾斜的”。
通常，图16中所示的所述连铸机辊10的所述实施例，基本上与 上述已经说明的具有一层金属覆层(也就是，第一层金属覆层14)和 两层或者更多金属覆层(也就是，所述第一层和第二层金属覆层14， 16)的所述连铸机辊10的所述实施例相类似，除了现在不是在所述第 一层金属覆层14中而是在所述辊身18中形成所述冷却通道34。按照 前述的相同的方法形成所述冷却通道34和径向通道30，例如通过在 所述辊身18中纵向钻孔形成所述冷却通道34，以及在所述辊身18中 径向钻孔形成所述径向通道30。根据本发明，图16中所示的所述连 铸机辊10可以具有在所述辊身18上形成的一层金属覆层(也就是， 第一层金属覆层14)，或者两层或者更多金属覆层(也就是，所述第 一层和第二层金属覆层14，16)。然而，如本领域内的技术人员所能 理解的，图16中所示的所述连铸机辊10的所述实施例中的所述塞子 46，现在将在所述辊身18的所述表面31上被插入所述径向通道30 中。然后可以在所述辊身18的所述表面31上形成所述第一层金属覆 层14，并且盖住所述塞子46。如果需要，然后可以将附加金属覆层， 比如所述第二层金属覆层16施加于所述第一层金属覆层14。所述端 盖36可以被用于在所述辊身18的端部38，40密封所述冷却通道34。 当被用于图16中所示的所述连铸机辊10中的时候，所述端盖36还可 以被用于密封所述“倾斜的”径向通道30。通常，在图16中所示的 所述连铸机辊10中只需要一层金属覆层(也就是，第一层金属覆层 14)，这层金属覆层由前述与所述第二层金属覆层16相关的任何一种 材料(也就是硬质金属)做成。
在下文中，参考图1-16，并且特别参考具有所述第一层和第二层 金属覆层14，16的所述连铸机辊10，将大致说明所述连铸机辊10中 的所述冷却水的流动方式，以及冷却所述连铸机辊10的相关方法。所 述冷却水首先通过所述进口通道26a，26b进入所述连铸机辊10。通 过所述进口通道26a，26b，所述冷却水流过所述辊芯12，所述进口通 道26a，26b至少部分的穿过所述驱动端轴20延伸。然后，所述冷却 水在所述辊身18中通过与所述进口通道26a，26b流体相通的所述径 向通道30(也就是，“供应”径向通道30)向外流出。然后，所述冷 却水通过所述“进口”或者“供应”冷却通道34，沿着所述第一层金 属覆层14(或者辊身18)的整个长度纵向流动。一旦到达所述各个进 口冷却通道34的端部，那么现在的受热的水通过所述各个相互连接的 “出口”或者“回流”冷却通道34，沿着所述第一层金属覆层14(或 者辊身18)的长度往回流动，所述“出口”或者“回流”冷却通道 34通过所述“回流”径向通道30与所述出口通道28a，28b流体相通。 总之，受热的水通过所述出口冷却通道34，沿着所述第一层金属覆层 14(或者辊身18)的长度回流到所述回流径向通道30中。所述回流 径向通道30，如上文所述，在所述辊芯12中与所述出口通道28a，28b 流体相通。所述出口通道28a，28b将受热的水导出所述辊芯12。所 述进口通道26a，26b优选的是，在连铸机辊10的使用过程中，与冷 却水的连续水源流体相通，用于将冷却水连续地供应到所述连铸机辊 10中。
所述径向通道30和冷却通道34优选的是被布置为在所述第一层 金属覆层14(或者辊身18)中设置多条回流冷却水流路。特别的，参 考图11-13，所述径向通道30优选的是被基本限定在所述辊身18的每 一个端部38，40的位置(也就是，靠近所述辊身18的端部38，40)。 这样，多个径向通道30(也就是，供应径向通道30)都在例如所述辊 身18的所述第一个端部38的位置与所述进口通道26a流体相通，并 且多个附加径向通道30(也就是，供应径向通道30)都在所述辊身 18的所述第二个端部40的位置与所述进口通道26a流体相通。如图 12和13中所示，基本上在所述辊身18的两个端部38，40，冷却水将 向外流动到所述第一层金属覆层14中。存在一种与前述构造类似的构 造，用于所述第二个进口通道26b。
如上文所述，所述冷却通道34优选的是成对布置，每一对包括一 个“进口”冷却通道34和一个相互连接的“出口”冷却通道34， 所述“出口”冷却通道34将受热的水回流到所述径向通道30的一个 通道中，用于从所述连铸机辊10中去除受热的水。这样，位于所述辊 身18的所述第一个端部38的所述供应径向通道30，将冷却水供应到 各个进口冷却通道34中，所述进口冷却通道34将冷却水从所述辊芯 12的所述辊身18的所述第一个端部38输送到所述第二个端部40。通 过所述分别相互连接的出口冷却通道34，受热的水被回流到起始点 (第一个端部38)。类似地，位于所述辊身18的所述第二个端部40 的所述供应径向通道30，将冷却水供应到各个进口冷却通道34中， 所述进口冷却通道34将冷却水从所述辊身18的所述第二个端部40 输送到所述第一个端部38(也就是，沿着相反的方向)。另外，通过 所述分别相互连接的出口冷却通道34，受热的水沿着所述第一层金属 覆层14(或者辊身18)的长度回流。通过设置在所述辊身18的两个 端部38，40的所述回流径向通道30，将受热的水从所述第一层金属 覆层14中引导出来。所述回流径向通道30与所述出口通道28a，28b 流体相通，所述出口通道28a，28b将受热的水从所述连铸机辊10中 引导出来。如本领域内的技术人员所能理解的，通过回流冷却水流冷 却所述第一层金属覆层14和在第一层金属覆层上形成的所述第二层 金属覆层16，所述回流冷却水流沿着所述第一层金属覆层14(或者辊 身18)的长度流动。图14和15显示所述环形端盖36，不管所述冷却 通道34被设置在所述第一层金属覆层14中还是辊身18中，所述端盖 36都密封或者闭合所述冷却通道34的所述开口端。如上文所述，所 述端盖36还可以用于密封所述“倾斜的”径向通道30的端部。
如前所述连铸机辊10和用于制造其的过程，导致一种具有降低了 维护和修理成本的连铸机辊。另外，例如通过埋弧焊，在所述辊芯12 上的所述第一层和第二层金属覆层14，16的沉积，排除了在所述技术 中众所周知的辊套/辊芯相对滑动的问题。此外，在所述辊芯12上的 多层金属覆层的使用降低了冷却水泄漏到所述连铸机辊10的外表面 (也就是，表面50)上的可能性，这提高了使用过程中所述连铸机辊 10的安全性。人们相信，使用上述工艺，可以显著降低与现有技术的 连铸机辊相关的所述辊套的更换成本，并且可以将与现有技术的连铸 机辊相关的所述偏心问题减少大约一半(也就是，50％)。
当在上文中说明本发明的优选实施例的时候，可以不离开本发明 的精神和范围做出本发明的明显的修正和变动。在所附的权利要求及 其等价要求中限定了本发明的外围。
相关申请
本申请要求享有2003年1月8日提交的题为“连铸机辊及制造方 法”的美国临时专利申请60/438,721的权益。