CN102674807A - 一种井下防静电陶瓷托辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下防静电陶瓷托辊及其制备方法，属大型皮带运输机械配件技术领域。它由瓷石、高岭土、紫木节、钠长石、黑粘土、钾长石、碳化硅粉等原料按一定重量百分比配制后，再通过料浆制备，料浆均化，滤泥，练泥、存腐，毛坯挤出成型，生坯车制，高温烧制，精磨制成。它是利用碳化硅具有的半导体电性和高温抗氧化、导热、抗熔融以及掺入一定杂质即具有导电性能的特性，使陶瓷托辊既具有导电、防静电性能，又具有重量轻、硬度高、耐磨、耐酸碱、防水等特点。解决了现有陶瓷托辊采用普通的不具有导电性的陶瓷材料制作，不能及时释放电荷，导致产生静电火花引发瓦斯爆炸，危及煤矿工人生命及生产作业安全的问题。且使用安全可靠、使用寿命长。

Description

一种井下防静电陶瓷托辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种井下防静电陶瓷托辊及其制备方法，属大型皮带运输机械配件技术领域。

背景技术

大型煤矿井下皮带运输机的钢制托辊与皮带机高速运转摩擦会产生静电，静电电荷聚集多了极易产生火花引发瓦斯爆炸。目前，陶瓷托辊因具有较好的耐磨性能和绝缘性能而成为钢制托辊的替代品被广泛应用。但现有陶瓷托辊一般都是采用普通陶瓷材料制作而成，不具有导电性，随着陶瓷托辊与皮带机高速运转摩擦时间延长，不能及时将陶瓷托辊表面聚集的电荷释放掉，仍会产生静电火花引发瓦斯爆炸，危及煤矿工人生命安全及生产作业安全。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种采用碳化硅、氧化铜、氧化镍与坯料按一定比例配制，通过常压高温烧造；既具有导电、防静电性能，又具有重量轻、硬度高、耐磨、耐酸碱、防水、防冻的特点。解决现有陶瓷托辊采用不具有导电性能的陶瓷材料制作，不能及时释放电荷以致产生静电火花引发瓦斯爆炸，危及煤矿工人生命安全及生产作业安全问题的井下防静电陶瓷托辊及其制备方法。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种井下防静电陶瓷托辊，其特征在于：它由下述重量百分比的原料制成：

瓷石29%、高岭土25%、紫木节14%、钠长石10%、黑粘土6%、钾长石8%、碳化硅粉8%；

一种用于上述井下防静电陶瓷托辊的制备方法如下：

第一步：原矿原料破碎、风化：

分别将在水浸和自然风化条件下不能物理分解的瓷石、钾长石、钠长石、碳化硅通过雷蒙磨进行粉磨后，通过粉末振动筛筛分使原料粒度≧100目，细度合格的矿粉分别入仓储存，过筛后的余料二次粉磨；其余能在水浸和自然风化条件下物理分解的原料露天堆放30天以上备用；

 第二步：料浆制备：

按上述原料配方的重量百分比，取破碎后粒度≧100目的瓷石、钾长石、钠长石、碳化硅粉和风化后的高岭土、紫木节、黑粘土放入球磨机，球磨机内的研磨介质为含硅量98%以上、粒度直径为150mm～250mm的石头，按石头︰料︰水=1.5︰1︰1的重量比例加入球磨机中研磨，研磨9～10小时，放浆时通过250目振动筛筛分，保证料浆细度≧250目； 

第三步：料浆均化：

将球磨好的料浆注入沉浆池中，通过螺旋搅拌机匀速搅拌30分钟，使料浆充分混合均化，螺旋搅拌机的转速为750r/min；

第四步：滤泥：

将混合后的料浆通过液压双缸泵注入布带式滤泥机，滤除水分制成泥饼，通过调整液压双缸泵的压力和注入时间将泥饼含水量控制在18%～20%范围；

第五步：练泥、存腐：

对滤水后的泥饼放入粗练机中挤出，重复两次使泥料各种化学组分充分混合，粗炼挤出的泥段放置在阴凉处存放一周进行存腐，让泥料中的有机物腐烂分解；

第六步：毛坯挤出成型：

根据《带式输送机设计手册》规定的托辊规格，对粗练存腐后的原料进行挤出成型；挤出成型采用真空练泥机，要求真空度≧15kmp，挤出毛坯含水量保持在18%；

 第七步：将含水量保持在18%的毛坯放在干燥架上阴干2天，室温≧5⁰C.使毛坯的含水量降至12～14%；

第八步：将含水量在12～14%的毛坯进行高温干燥，干燥温度为65⁰C，干燥时间为1天，使混合泥的含水量进一步降至2～4％；

第九步：生坯车制：

将含水量为2～4％的毛坯在成型车床上加工，使其外形尺寸控制在国标（GB/10595-2009）所规定的关于托辊部分的要求，表面打磨去除附着物，车制的外形尺寸预留3mm加工余量；

第十步：高温烧制：

将车制好的生坯放进窑炉中烧制，烧制温度为1310⁰C，烧制时间为45小时，烧制出陶瓷辊体；其烧制升温曲线的控制如下：

30⁰C～120⁰C，   升温速度30⁰C∕小时，升温时间3小时；

120⁰C～360⁰C，  升温速度20⁰C∕小时，升温时间12小时；

360⁰C～860⁰C，  升温速度50⁰C∕小时，升温时间10小时；

860⁰C～1070⁰C， 升温速度30⁰C∕小时，升温时间7小时；

停止升温，氧化气氛下保温2小时；

1070⁰C～1310⁰C，升温速度30⁰C∕小时，升温时间8小时；

还原气氛下保温3小时；

第十一步：自然冷却至室温后出窑，检测陶瓷辊体；

 检测内容：

1、外观质量

陶瓷托辊外观应为乳白色、浅黄色或青白色的颜色，表面整洁，无气泡，防水、防灰，无落渣、裂缝现象；

2、陶瓷辊体的物理、化学性能指标

                                                 

 第十二步：将检测合格的陶瓷辊体的两端磨制出轴承位，再与芯轴、轴承进行组装，组装完后进行密封；

第十三步：对第十二步深加工处理后的陶瓷托辊进行精磨，精磨的检验标准如下：

1、直径偏差应符合表1的规定要求；

表1 直径偏差要求

直径mm	89	108	133	159
					偏差范围mm	+1～-1	+2～-1	+2～-1	+2～-3

2、长度偏差要求应符合表2的规定；

表2 长度偏差要求

长度mm	133～380	400～530	580～1000	1150～1800
					偏差范围mm	0～-2	0～-3	0～-3	0～-5

第十四步：对精磨后的井下防静电陶瓷托辊成品进行检测，检测合格后包装入库；检测标准：《MT821-2006煤矿用带式输送机托辊标准》。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该井下防静电陶瓷托辊及其制备方法是将瓷石、高岭土、紫木节、钾长石、钠长石、黑粘土、碳化硅粉等按一定比例配制而成，并利用碳化硅具有的半导体电性和高温抗氧化、导热、抗熔融以及掺入一定杂质即具有导电性能的特性，通过常压高温，按一定工艺步骤烧造出具有导电性能的井下防静电陶瓷托辊。该陶瓷托辊具有防静电效果好，重量轻，硬度高，耐磨、耐酸碱、防水、防冻的优质特性。解决了现有陶瓷托辊采用普通的不具有导电性的陶瓷材料制作，不能及时释放电荷，导致产生静电火花引发瓦斯爆炸，危及煤矿工人生命及生产作业安全的问题。该井下防静电陶瓷托辊使用安全可靠、使用寿命长，使用寿命是钢质托辊的10倍，而且可利用破损变形、老化废弃的窑炉做碳化硅原料，原料来源广，有效节省自然资源，大大降低了制造成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行详细描述如下：

第一步：原矿原料破碎、风化：

分别将在水浸和自然风化条件下不能物理分解的瓷石、钾长石、钠长石、碳化硅通过雷蒙磨进行粉磨后，通过粉末振动筛筛分，原料细度达到100目的合格矿粉分别入仓储存，过筛后的余料进行二次粉磨再用。其余能在水浸和自然风化条件下物理分解的原料在露天堆放30天以上，使其自然水浸和自然风化备用。

第二步：料浆制备：

按上述瓷石29%、高岭土25%、紫木节14%、钠长石10%、黑粘土6%、钾长石8%、碳化硅粉8%的重量百分比的原料配方，取破碎后粒度为100目的瓷石、钠长石、钾长石、碳化硅粉和风化后的高岭土、紫木节、黑粘土放入球磨机；球磨机内的研磨介质为石头，石头的含硅量在98%以上、粒度直径为200mm，按石头︰料︰水=1.5︰1︰1的重量比例，将瓷石、钾长石、碳化硅粉、高岭土、紫木节、钠长石、黑粘土和水加入球磨机中研磨，研磨9～10小时后放浆，放浆时通过250目振动筛筛分，保证料浆细度为250目。 

第三步：料浆均化：

将第二步球磨好的料浆注入沉浆池中，通过螺旋搅拌机匀速搅拌30分钟，使料浆充分混合均化，螺旋搅拌机的转速为750r/min。

第四步：滤泥：

将混合后的料浆通过液压双缸泵注入布带式滤泥机，滤除料浆水分并制成泥饼，过滤时通过调整液压双缸泵的压力和注入时间，即可将泥饼含水量控制在18%～20%的范围。

第五步：练泥、存腐：

将第四步滤水后的泥饼放入粗练机中挤出，并重复两次，使泥料中各种化学组分充分混合，粗炼挤出的泥坯段放置在阴凉处存放一周进行存腐，让泥料中的有机物腐烂分解。

第六步：毛坯挤出成型：

根据《带式输送机设计手册》规定的托辊规格，对粗练存腐后的原料进行挤出成型；挤出成型采用真空练泥机，真空练泥机要求真空度≧15kmp，挤出的毛坯含水量保持在18%。

第七步：将第六步挤出的含水量保持在18%的毛坯放在干燥架上阴干2天，阴干室温≧5⁰C.使毛坯的含水量降至12～14%。

第八步：将含水量在12～14%的毛坯进行高温干燥，干燥温度为65⁰C，干燥时间为1天，使混合泥的含水量进一步降至2～4％。

第九步：生坯车制：

将含水量为2～4％的毛坯在成型车床上加工，使其外形尺寸控制在国标（GB/10595-2009）所规定的关于托辊部分的要求，表面打磨去除附着物，车制的外形尺寸预留3mm的精加工余量。

第十步：高温烧制：

将车制好的生坯放进窑炉中烧制，烧制温度为1310⁰C，烧制时间为45小时，烧制成陶瓷辊体。

其烧制时的升温曲线控制如下：

30⁰C～120⁰C，   升温速度30⁰C∕小时，升温时间3小时；

120⁰C～360⁰C，  升温速度20⁰C∕小时，升温时间12小时；

360⁰C～860⁰C，  升温速度50⁰C∕小时，升温时间10小时；

860⁰C～1070⁰C， 升温速度30⁰C∕小时，升温时间7小时；

停止升温，氧化气氛下保温2小时，再继续升温；

1070⁰C～1310⁰C，升温速度30⁰C∕小时，升温时间8小时；

在还原气氛下保温3小时。

第十一步：自然冷却至室温后出窑，检测陶瓷辊体；

检测内容为：

1、外观质量

陶瓷托辊外观应为乳白色、浅黄色或青白色的颜色，表面整洁，无气泡，防水、防灰，无落渣、裂缝现象；

2、陶瓷辊体的物理、化学性能指标

 

 第十二步：将检测合格的陶瓷辊体在机床上将两端磨制出轴承位，再与芯轴、轴承进行组装，组装完后进行密封。

第十三步：对第十二步深加工处理后的陶瓷托辊进行精磨，精磨的检验标准如下：

1、直径偏差应符合表1的规定要求；

表1 直径偏差要求

直径mm	89	108	133	159
					偏差范围mm	+1～-1	+2～-1	+2～-1	+2～-3

2、长度偏差要求应符合表2的规定；

表2 长度偏差要求

长度mm	133～380	400～530	580～1000	1150～1800
					偏差范围mm	0～-2	0～-3	0～-3	0～-5

第十四步：对精磨后的井下防静电陶瓷托辊成品进行检测，检测合格后包装入库；检测标准：《MT821-2006煤矿用带式输送机托辊标准》。

该井下防静电陶瓷托辊采用瓷石、高岭土、紫木节、钾长石、钠长石、黑粘土、碳化硅粉等原料按一定比例配制而成，并利用了碳化硅具有的半导体电性和高温抗氧化、导热、抗熔融以及掺入一定杂质即具有导电性能的特性，使井下防静电陶瓷托辊具有导电性能，从而达到防静电效果好，重量轻，硬度高，耐磨、耐酸碱、防水、防冻的优质特性。

以上所述只是该发明的具体实施方式，上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。 

Claims (1)

1.一种井下防静电陶瓷托辊，其特征在于：它由下述重量百分比的原料制成：

瓷石29%、高岭土25%、紫木节14%、钠长石10%、黑粘土6%、钾长石8%、碳化硅粉8%；

一种用于上述井下防静电陶瓷托辊的制备方法如下：

第一步：原矿原料破碎、风化：

分别将在水浸和自然风化条件下不能物理分解的瓷石、钾长石、钠长石、碳化硅通过雷蒙磨进行粉磨后，通过粉末振动筛筛分使原料粒度≧100目，细度合格的矿粉分别入仓储存，过筛后的余料二次粉磨；其余能在水浸和自然风化条件下物理分解的原料露天堆放30天以上备用；

第二步：料浆制备：

按上述原料配方的重量百分比，取破碎后粒度≧100目的瓷石、钾长石、钠长石、碳化硅粉和风化后的高岭土、紫木节、黑粘土放入球磨机；球磨机内的研磨介质为含硅量98%以上、粒度直径为150mm～250mm的石头，按石头︰料︰水=1.5︰1︰1的重量比例加入球磨机中研磨，研磨9～10小时，放浆时通过250目振动筛筛分，保证料浆细度≧250目； 

第三步：料浆均化：

将球磨好的料浆注入沉浆池中，通过螺旋搅拌机匀速搅拌30分钟，使料浆充分混合均化，螺旋搅拌机的转速为750r/min；

第四步：滤泥：

将混合后的料浆通过液压双缸泵注入布带式滤泥机，滤除水分制成泥饼，通过调整液压双缸泵的压力和注入时间将泥饼含水量控制在18%～20%范围；

第五步：练泥、存腐：

对滤水后的泥饼放入粗练机中挤出，重复两次使泥料各种化学组分充分混合，粗炼挤出的泥段放置在阴凉处存放一周进行存腐，让泥料中的有机物腐烂分解；

第六步：毛坯挤出成型：

根据《带式输送机设计手册》规定的托辊规格，对粗练存腐后的原料进行挤出成型；挤出成型采用真空练泥机，要求真空度≧15kmp，挤出毛坯含水量保持在18%；

第七步：将含水量保持在18%的毛坯放在干燥架上阴干2天，室温≧5⁰C.使毛坯的含水量降至12～14%；

第八步：将含水量在12～14%的毛坯进行高温干燥，干燥温度为65⁰C，干燥时间为1天，使混合泥的含水量进一步降至2～4％；

第九步：生坯车制：

将含水量为2～4％的毛坯在成型车床上加工，使其外形尺寸控制在国标（GB/10595-2009）所规定的关于托辊部分的要求，表面打磨去除附着物，车制的外形尺寸预留3mm加工余量；

第十步：高温烧制：

将车制好的生坯放进窑炉中烧制，烧制温度为1310⁰C，烧制时间为45小时，烧制出陶瓷辊体；其烧制升温曲线的控制如下：

30⁰C～120⁰C，   升温速度30⁰C∕小时，升温时间3小时；

120⁰C～360⁰C，  升温速度20⁰C∕小时，升温时间12小时；

360⁰C～860⁰C，  升温速度50⁰C∕小时，升温时间10小时；

860⁰C～1070⁰C， 升温速度30⁰C∕小时，升温时间7小时；

停止升温，氧化气氛下保温2小时；

1070⁰C～1310⁰C，升温速度30⁰C∕小时，升温时间8小时；

还原气氛下保温3小时；

第十一步：自然冷却至室温后出窑，检测陶瓷辊体；

检测内容：

1、外观质量

陶瓷托辊外观应为乳白色、浅黄色或青白色的颜色，表面整洁，无气泡，防水、防灰，无落渣、裂缝现象；

2、陶瓷辊体的物理、化学性能指标

                                                

第十二步：将检测合格的陶瓷辊体的两端磨制出轴承位，再与芯轴、轴承进行组装，组装完后进行密封；

第十三步：对第十二步深加工处理后的陶瓷托辊进行精磨，精磨的检验标准如下：

1、直径偏差应符合表1的规定要求；

表1 直径偏差要求

直径mm 89 108 133 159 偏差范围mm +1～-1 +2～-1 +2～-1 +2～-3

2、长度偏差要求应符合表2的规定；

表2 长度偏差要求

长度mm 133～380 400～530 580～1000 1150～1800 偏差范围mm 0～-2 0～-3 0～-3 0～-5

第十四步：对精磨后的井下防静电陶瓷托辊成品进行检测，检测合格后包装入库；检测标准：《MT821-2006煤矿用带式输送机托辊标准》。