CN103937934A - 一种用于退火炉的炉辊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于退火炉的炉辊,该炉辊包括钢质辊芯、陶瓷材料的辊体、金属材料的轴头和碳套,辊体内部开孔,辊芯穿置于辊体内孔中,轴头分别套置于辊体两端且相固定,碳套套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。本发明的还公开了一种用于退火炉的炉辊的制备方法。由于该辊体和连接键均为陶瓷材料,其膨胀系数低,具有耐高温、耐磨、不发生高温变形的特点,能够在高温状态下持续稳定,使用寿命较长,完全能够满足高温热处理等生产使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及炉辊,更具体地说,涉及一种用于退火炉的炉辊及其制备方法。
背景技术
目前,退火炉是冶金行业中带钢轧制后进行热处理的工业炉,其中炉辊是关键设备。炉辊一般需要在800-1200℃的条件下,长期连续转动,以满足带钢的传动要求。因此,炉辊需要具有耐氧化性、耐高温、耐高温变形的要求,并且炉辊结构合理,不能发生异常断裂现象。如冷轧硅钢片热处理用的炉辊,最高可在1200℃的温度下进行使用,以满足硅钢生产的工艺需求,因此,要求炉辊具有较高的高温强度,在还原气氛或者弱氧化气氛中能够长期使用,化学性质稳定,耐磨性好,表面不发生炉辊结瘤,从而保证带钢的表面质量。目前,对于退火炉内用辊主要是钢辊加碳套的装配方式,钢辊主要采用高温合金,碳套主要采是石墨材质。这种组合方式,对于生产高温料时,炉辊辊芯使用温度低,寿命短,一般仅为2-4个月,容易发生弯曲,在带钢表面产生横向条纹等缺陷,不利于连续生产,目前仅依靠钢辊材质的提高,已经达到了极限水平,改进空间不大。
目前,针对钢辊容易发生弯曲的问题,国内外厂家主要从材质改进的方向进行改进,以期提高其使用寿命。另外,也有厂家制作全陶瓷的炉辊,但由于整体结构成型比较困难,成品率低,容易损坏,高温下的抗结瘤性能也比较差。还有的在钢质辊芯上喷涂陶瓷材料制作炉辊,这也是研究的重点。
因此,针对冷轧带钢生产的特点,尤其是高温状态下能够持续稳定,寿命长的炉辊,急需要进行开发和设计,从而满足各大钢铁生产公司的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺点,本发明的目的是提供一种用于退火炉的炉辊及其制备方法,具有耐高温、耐磨、不发生高温变形的特点,能够延长其使用寿命。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一方面,一种用于退火炉的炉辊,包括钢质辊芯、陶瓷材料的辊体、金属材料的轴头和碳套,辊体内部开孔,辊芯穿置于辊体内孔中,轴头分别套置于辊体两端且相固定,碳套套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。
所述的辊芯与辊体之间留有间隙。
所述的轴头与辊体端部通过螺栓或液体胶相连接固定,且与辊体之间留有间隙。
另一方面,一种用于退火炉的炉辊制备方法,包括以下步骤:
A.制作一陶瓷材料且内部开孔的辊体;
B.制作一钢质辊芯,并将辊芯穿置于辊体内孔中,且与辊体之间留有间隙;
C.制作两个金属材料的轴头,分别套置于辊体的两端上并通过螺栓或液体胶与辊体相固定;
D.制作一碳套,套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。
在步骤A中,所述的辊体制作包括以下步骤:
A1.采用全稳定或者部分稳定的ZrO2、Al2O3、SiO2陶瓷粉末相混合,并添加无机填料,经研磨后形成辊体制作材料;
A2.用橡胶或塑料作包套模具材料,使用混合粉末,并使用混合粉末,并采用高压冷等静压成型方式,静压力为300~700MPa,制作出辊体坯体;
A3.采用高温烧结炉,在高温1300~1450℃的烧结温度下成型,并保温达3~5h以上,再进行空冷冷却;
A4.将烧结后的辊体经粗磨、精磨,抛光后成型,并根据碳套孔尺寸,加工出与碳套相连接的键槽。
在步骤A1中,所述的Al2O3粉末为主要组分,占总质量的50~70%之间,ZrO2粉末占总质量的4~5%之间,SiO2粉末占总质量的20~40%之间。
在步骤A1中,所述的无机填料为Y2O3,所述的研磨时间在8h以上,最终混合粉末颗粒直径为10~100μm。
在步骤A4中,所述的辊体抛光后要求表面粗糙度在2μm以下,直径公差在±0.005mm。
在上述技术方案中,本发明的用于退火炉的炉辊及其制备方法,该炉辊包括钢质辊芯、陶瓷材料的辊体、金属材料的轴头和碳套,辊体内部开孔,辊芯穿置于辊体内孔中,轴头分别套置于辊体两端且相固定,碳套套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。由于该辊体和连接键均为陶瓷材料,其膨胀系数低,具有耐高温、耐磨、不发生高温变形的特点,能够在高温状态下持续稳定,使用寿命较长,完全能够满足高温热处理等生产使用需求。
附图说明
图1是本发明的炉辊的剖视图;
图2是图1中的A-A向剖视图;
图3是本发明的轴头的结构示意图;
图4是本发明的陶瓷连接键的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1~图4所示,本发明的用于退火炉的炉辊包括钢质辊芯1、陶瓷材料的辊体2、金属材料的轴头3和碳套4,辊体2内部开孔,辊芯1穿置于辊体2内孔中,轴头3分别套置于辊体2两端且相固定,碳套4套置于辊体2上,并通过陶瓷连接键5与辊体2相固定。所述的辊芯1与辊体2之间留有一定间隙。所述的轴头3与辊体2端部通过螺栓6或液体胶相连接固定,且与辊体2之间留有间隙。上述间隙可确保高温、升降温过程中的热胀冷缩时,无异常裂开现象。
本发明的用于退火炉的炉辊制备方法,主要包括以下步骤:
A.制作一陶瓷材料且内部开孔的辊体2;
B.制作一钢质辊芯1,并将辊芯1穿置于辊体2内孔中,且与辊体2之间留有间隙。该辊芯1的材质可采用Cr28Ni48W5,空心结构,辊芯1壁厚为4~8mm,具有耐1100℃高温,不易变形的特点。
C.制作两个金属材料的轴头3,该轴头3可采用材质Cr25Ni20,根据轴端使用温度的不同要求,轴头3与辊体2端部可采用螺栓6或液体胶连接,并留有一定间隙,确保高温、升降温过程热胀冷缩时,无异常裂开现象。
D.制作一碳套4,套置于辊体2上,并通过陶瓷连接键5与辊体2相固定。该陶瓷连接键5的材质和制作方法与辊体2相同,具有耐高温变形,弱脆性,韧性好的特点。该连接键5可有效确保碳套4与辊体2的牢固连接,消除键槽与键之间的膨胀,可防止金属键发生的热胀冷缩将碳套4裂开。
在步骤A中,所述的辊体2制作包括以下步骤:
A1.采用全稳定或者部分稳定的ZrO2、Al2O3、SiO2陶瓷粉末相混合,并可添加如Y2O3的无机填料,经研磨后形成辊体2制作材料;填加无机填料可起到强化组织,增韧基体的作用。在混合陶瓷粉末中,所述的Al2O3粉末为主要组分,占总质量的50~70%之间,ZrO2粉末占总质量的4~5%之间,SiO2粉末占总质量的20~40%之间。而研磨的时间在8h以上,最终研磨后的混合粉末颗粒直径为10-100μm。
A2.用橡胶或塑料作包套模具材料,使用上述混合粉末并采用高压冷等静压成型方式,静压力为300~700MPa,制作出辊体2坯体,该坯体具有密度均匀,适应不同长度的需求。
A3.采用高温烧结炉,使坯体在高温1300~1450℃的烧结温度下成型,并保温达3~5h以上,再采用空冷冷却的方式,进行冷却;
A4.将烧结后的辊体2经粗磨、精磨,抛光后成型,并根据碳套4孔尺寸,加工出与碳套4相连接的键槽,辊体2抛光后要求表面粗糙度在2μm以下,直径公差在±0.005mm。
采用本发明的炉辊具有以下几个优点:
1、炉辊整体耐温可达1200℃及以上,具有耐高温不变形、寿命长可达8-12个月的特点;
2、采用了金属辊芯1,可支撑整个炉辊受力;
3,陶瓷辊体2可起到隔热作用,确保内部金属辊芯1不变形;
4、金属轴头3可用于固定金属辊芯1及陶瓷辊体2,确保炉辊运转顺行;
5、通过四个陶瓷连接键5,可用于固定碳套4与陶瓷辊棒,确保连接牢固不掉落。
并且,经试用,本发明的炉辊可有效提高炉辊的使用寿命,从使用前的2~4个月延长至8个月以上,并有效提高带钢的表面质量。同时,还可消除异常换辊作业,减少异常换辊时间,提升机组产能。另外,由于陶瓷辊体2具有优良的耐高温变形,也有利于高温生产顶级高牌号电工钢产品的研发工作。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种用于退火炉的炉辊,其特征在于:
包括钢质辊芯、陶瓷材料的辊体、金属材料的轴头和碳套,辊体内部开孔,辊芯穿置于辊体内孔中,轴头分别套置于辊体两端且相固定,碳套套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。
2.如权利要求1所述的用于退火炉的炉辊,其特征在于:
所述的辊芯与辊体之间留有间隙。
3.如权利要求1所述的用于退火炉的炉辊,其特征在于:
所述的轴头与辊体端部通过螺栓或液体胶相连接固定,且与辊体之间留有间隙。
4.一种用于退火炉的炉辊制备方法,其特征在于,
包括以下步骤:
A.制作一陶瓷材料且内部开孔的辊体;
B.制作一钢质辊芯,并将辊芯穿置于辊体内孔中,且与辊体之间留有间隙;
C.制作两个金属材料的轴头,分别套置于辊体的两端上并通过螺栓或液体胶与辊体相固定;
D.制作一碳套,套置于辊体上,并通过陶瓷连接键与辊体相固定。
5.如权利要求4所述的用于退火炉的炉辊制备方法,其特征在于,
在步骤A中,所述的辊体制作包括以下步骤:
A1.采用全稳定或者部分稳定的ZrO2、Al2O3、SiO2陶瓷粉末相混合,并添加无机填料,经研磨后形成辊体制作材料;
A2.用橡胶或塑料作包套模具材料,使用混合粉末,并采用高压冷等静压成型方式,静压力为300~700MPa,制作出辊体坯体;
A3.采用高温烧结炉,在高温1300~1450℃的烧结温度下成型,并保温达3~5h以上,再进行空冷冷却;
A4.将烧结后的辊体经粗磨、精磨,抛光后成型,并根据碳套孔尺寸,加工出与碳套相连接的键槽。
6.如权利要求5所述的用于退火炉的炉辊制备方法,其特征在于,
在步骤A1中,所述的Al2O3粉末为主要组分,占总质量的50~70%之间,ZrO2粉末占总质量的4~5%之间,SiO2粉末占总质量的20~40%之间。
7.如权利要求5所述的用于退火炉的炉辊制备方法,其特征在于,
在步骤A1中,所述的无机填料为Y2O3,所述的研磨时间在8h以上,最终混合粉末颗粒直径为10~100μm。
8.如权利要求5所述的用于退火炉的炉辊制备方法,其特征在于,
在步骤A4中,所述的辊体抛光后要求表面粗糙度在2μm以下,直径公差在±0.005mm。
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