CN111811282A - 水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热炉装备技术领域，公开了一种水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身和套置在金属辊身上的若干个辊环，金属辊身上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层、耐火纤维层和浇注料层，金属辊身上设有若干个辊身Y形金属锚固件，辊环的圆周面沿金属辊身的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面，辊环凹面上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件，辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件上均涂有二氧化硅气凝胶层，辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件均在浇注料层内。本发明还公开了一种水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法。本发明水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法，隔热性能优良，制备方便，高温使用性能好，使用寿命长，且拆卸方便。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉装备技术领域，具体涉及一种水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法。
背景技术
水冷炉辊是辊底式加热炉完成板坯运送的承载、运转设备，在1100～1250℃高温烟气中长期24h连续重负荷运转，因此，水冷炉辊对绝热结构和材料有着较高的要求，其性能的好坏直接影响到水冷炉辊的使用寿命和节能效果。
目前国内外水冷炉辊绝热层根据材质的不同可以分为两种：
第一种采用内附耐热合金钢丝的耐火纤维绳包扎加耐火纤维涂料喷涂的方法制作，如包钢薄板坯连铸连轧辊底式加热炉所使用的德国RHI公司生产的炉辊(参考文献：李京文，杨君璇，陶瓷纤维在包钢CSP加热炉上的应用，包钢科技，2004(2)，16-17&41)。这种炉辊具有导热系数低、隔热性能优良、容重轻和动力消耗少的优点，但其对耐火纤维绳、耐火纤维喷涂料和耐热合金钢丝等原材料的质量要求很高，制作工艺复杂，致使成本较高；此外制作出的炉辊隔热层与辊身的结合强度低，抗机械振动性能差，不耐高温烟气的冲刷，同时高温条件下喷涂纤维与纤维绳收缩比例不同以及纤维自身的结晶粉化会导致隔热层开裂、分层和脱落；高温烟气环境中耐火纤维自身结晶粉化以及氧化铁皮导致的化学侵蚀，进一步加速了纤维隔热层的破损，导致炉辊实际使用寿命远低于设计水平。
针对上述问题，中国发明专利申请(公开日：2007年03月07日、公开号：CN1924031)公开了一种具有抗热震性能的加热炉炉辊绝热保护层，提供了一种以耐火纤维制品为绝热层的复合隔热保护结构，通过焊接在辊身上的钢钉、高温胶与耐热合金丝的三重加固，增强复合隔热保护结构的整体性。
中国发明专利申请(公开日：2007年02月14日、公开号：CN1299847C)公开了一种炉辊隔热保护工艺，提供了一种以特制陶瓷纤维块为绝热层的复合保护结构，通过专用高温结合剂的粘接、陶瓷纤维块表面喷涂的高温红外复合液乳料层的保护和耐热钢紧固扣的加固，实现炉辊隔热保护结构的完整性。
中国发明专利申请(公开日：2007年10月20日、公开号：CN101157976)公开了一种提高辊底式加热炉炉辊保温材料寿命的方法，提供了一种以耐热钢钉为加固件、耐火胶泥粘结纤维绳的复合隔热保护结构。
虽然上述专利结构，通过一系列加固措施，改善了以纤维制品为隔热层的炉辊隔热保护结构的综合整体性，但仍未有效解决耐火纤维炉辊在高温烟气中材料自身性能劣化的问题。
第二种采用耐火纤维保温层和重质耐火浇注料层的复合结构，如马钢和武钢薄板坯连铸连轧辊底式加热炉最初所使用的意大利德兴公司生产的炉辊。其制备方法是先在辊身包裹耐火纤维垫，纤维垫沿周向均匀分布数排与炉辊轴向平行的穿孔，通过纤维垫穿孔在辊身上焊接金属锚固件，再在辊环凹面内采用含锆耐火纤维棉进行填充，并用夹板对辊环凹面进行封挡，防止浇注料进入辊环内部通孔，然后在炉辊需要保护的部位套上模具，将重质浇注料倒入模具中，水平振动成型，待其凝结成形后，将炉辊放入烘烤炉烘干后即可使用。相对于第一种形式的炉辊而言，这种炉辊制作工艺简单，抗机械振动能力和抗烟气冲刷能力较强，但隔热性能较差，容重大，造成炉辊热负荷增大、热损失严重、水冷壁面结垢、冷却强度下降，致使炉辊平均工作温度升高。此外水冷炉辊在高温入炉后，辊环凹面与浇注料之间夹板被烧失，导致留下3mm左右的缝隙，在长期的使用过程中，高温烟气会通过缝隙串入辊环内部，导致辊环内部的含锆耐火纤维棉和辊身的耐火纤维保温层发生高温收缩、结晶粉化和化学侵蚀，不仅降低了耐火纤维的隔热性能，还影响了炉辊隔热结构的综合整体性，最终导致重质耐火浇注料层的破损，降低了炉辊的使用寿命。
针对上述问题，中国发明专利申请(公开日：2007年05月09日、公开号：CN1958519A)公开了一种用于辊底炉炉辊的耐火浇注料，由电熔莫来石、焦宝石、莫来石、堇青石、蓝晶石、氧化硅微粉、氧化铝微粉、高铝水泥、不锈钢纤维、防爆纤维、三聚磷酸钠、水组成的重质耐火浇注料，通过提高炉辊耐火浇注料的热震稳定性，一定程度上达到了改善浇注层开裂与剥落的效果，但仍存在重质耐火浇注料容重大、导热系数较高、隔热性能差等不足。
中国发明专利申请(公开日：2011年08月24日、公开号：CN102161593A)公开了一种CSP炉辊隔热用轻质耐火浇注料，其组分按重量百分数计为：轻质莫来石骨料40～50％；粒度为0.1～1mm的焦宝石5～8％；蓝晶石粉5～7％；粒度≤180目的一级高铝矾土熟料粉6～9％；硅微粉7～9％；α-Al2O3微粉5～8％；高铝水泥10～18％；耐火纤维1～4％；锂辉石1～1.5％；六偏磷酸钠0.05～0.154％；有机减水剂0.05～0.15％；有机硅烷偶联剂0.04～0.07％；消泡剂0.03～0.06％。该耐火浇注料具有容重轻、耐高温性能强、力学性能好以及隔热性能与热震稳定性能优良的特点，但与耐火纤维材质隔热炉辊相比，隔热性能还有较大的差距。
中国发明专利申请(公开日：2010年03月03日、公开号：CN101660038A)公开了一种炉辊新型隔热保护层结构及其制备方法，它包括辊身、有机缓冲涂层、异形金属锚固件、浇注料层、辊环凹面、辊环、冷却水导管构成，所述异形金属锚固件由V形金属锚固件、双V形金属锚固件和辊环凹面小V形金属锚固件构成，所有V形夹角为60°；其中，V形金属锚固件的V形平面与炉辊轴向垂直，小V形金属锚固件的V形平面与炉辊轴向成30°夹角；双V形金属锚固件是将两个V形金属锚固件尖角部位焊接一起组成，使两个V形面成60°夹角。轴身和异形金属锚固件采用有机涂料涂刷形成，浇注料层采用耐热钢纤维增强的轻质莫来石浇注料整体浇注成型制备。该结构具有结构简单、制备方便、隔热性能优、成本低与使用寿命长的优点。相对重质浇注料而言，隔热性能有了较大改善，但是与耐火纤维材质炉辊相比，隔热性能依然还有较大的差距。同时在实际使用中发现，当炉辊发生破损需要下线重新制作隔热层的时候，由于该结构将轻质莫来石浇注料直接浇注进入辊环，并与辊环和金属辊身直接接触，浇注料与辊环和辊身结合非常牢固，给耐材的拆卸造成了很大的困难，强力的机械破拆还有可能造成炉辊金属构件的损坏。
因此需要开发一种隔热性能优良、制作方便、更换拆卸便捷和使用寿命长的水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法，隔热性能优良，制备方便，高温使用性能好，使用寿命长，且拆卸方便。
为实现上述目的，本发明所设计的水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身和套置在所述金属辊身上的若干个辊环，所述金属辊身内部设有冷却水导管，所述金属辊身上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层、耐火纤维层和浇注料层，所述金属辊身上设有若干个辊身Y形金属锚固件，所述辊身Y形金属锚固件的Y形平面与所述金属辊身的中心轴垂直，所述辊环的圆周面沿所述金属辊身的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面，所述辊环凹面上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件，所述辊环凹面Y形金属锚固件的Y形平面与所述金属辊身的中心轴成40～60°夹角，且所述辊环凹面Y形金属锚固件Y形平面的远端远离所述金属辊身，所述辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件上均涂有二氧化硅气凝胶层，所述辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件均在所述浇注料层内。
优选地，所述辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件的Y形夹角为70～110°。
优选地，相邻两个所述辊身Y形金属锚固件之间的Y形平面相互垂直。
优选地，所述辊身Y形金属锚固件的高度为所述浇注料层厚度的50～70％。
优选地，所述辊环凹面Y形金属锚固件Y形平面的远端离所述金属辊身的距离为所述浇注料层厚度的40～60％。
优选地，所述二氧化硅气凝胶层由纳米二氧化硅气凝胶涂料、偶氮二甲酸钡发泡剂与P-19水性分散剂搅拌混合制备，重量百分比为：纳米二氧化硅气凝胶涂料90～98.5，偶氮二甲酸钡1～8，P-19水性分散剂0.5～2。
优选地，所述耐火纤维层由硅酸铝耐火纤维、高铝耐火纤维或氧化铝耐火纤维中的一种组成，厚度为3～8mm。
优选地，所述浇注料层采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料浇注而成，其体积密度为1.4～1.7g/cm3。
一种水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理所述金属辊身与辊环凹面表面浮锈，吹扫干净；
B)将所述金属辊身浇注段上辊身Y形金属锚固件和所述辊环凹面表面上辊环凹面Y形金属锚固件的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层，并阴干；
C)将所述金属辊身浇注段采用耐火纤维层包裹，并在所述辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照所述金属辊身轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接所述辊身Y形金属锚固件，所述辊环凹面中下部沿周向焊接所述辊环凹面Y形金属锚固件；
E)将所述辊身Y形金属锚固件和辊环凹面Y形金属锚固件涂刷二氧化硅气凝胶层，并阴干；
F)在所述金属辊身浇注段套上模具并固定；
G)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿所述金属辊身浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
H)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至240～280℃，保温2～6小时后继续以15℃/h升温速度升温至280～300℃，保温5～10小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、具有隔热性能优良；
2、高温使用性能好；
3、使用寿命长；
4、制备方便且拆卸方便。
附图说明
图1为本发明水冷炉辊绝热防护层结构的结构示意图；
图2为图1中A区域的放大图。
图中各部件标号如下：
金属辊身1、辊环2、冷却水导管3、二氧化硅气凝胶层4、耐火纤维层5、浇注料层6、辊身Y形金属锚固件7、辊环凹面8、辊环凹面Y形金属锚固件9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1及图2所示，本发明水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身1和套置在金属辊身1上的若干个辊环2，金属辊身1内部设有冷却水导管3，金属辊身1上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层4、耐火纤维层5和浇注料层6，金属辊身1上设有若干个辊身Y形金属锚固件7，辊身Y形金属锚固件7的Y形平面与金属辊身1的中心轴垂直，辊环2的圆周面沿金属辊身1的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面8，辊环凹面8上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件9，辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形平面与金属辊身1的中心轴成45°夹角，且辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端远离金属辊身1，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9上均涂有二氧化硅气凝胶层4，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9均在浇注料层6内。
其中，辊身Y形金属锚固件7采用直径为5mm的普通碳钢盘条制备，辊环凹面Y形金属锚固件9采用直径为3mm的0Cr18Ni9不锈钢盘条制备，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形夹角均为90°，相邻两个辊身Y形金属锚固件7之间的Y形平面相互垂直，辊身Y形金属锚固件7的高度为浇注料层6厚度的60％，辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端离金属辊身1的距离为浇注料层6厚度的50％。
本实施例中，二氧化硅气凝胶层4由纳米二氧化硅气凝胶涂料、偶氮二甲酸钡发泡剂与P-19水性分散剂搅拌混合制备，重量百分比为：纳米二氧化硅气凝胶涂料98.5，偶氮二甲酸钡1，P-19水性分散剂0.5，耐火纤维层5由硅酸铝耐火纤维组成，厚度为5mm，浇注料层6采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料浇注而成，其体积密度为1.7g/cm3。
本实施例水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理金属辊身1与辊环凹面8表面浮锈，吹扫干净；
B)将金属辊身1浇注段上辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面8表面上辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
C)将金属辊身1浇注段采用耐火纤维层5包裹，并在辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照金属辊身1轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接辊身Y形金属锚固件7，辊环凹面8中下部沿周向焊接辊环凹面Y形金属锚固件9；
E)将辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
F)在金属辊身1浇注段套上模具并固定；
G)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿金属辊身1浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
H)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至240℃，保温2小时后继续以15℃/h升温速度升温至280℃，保温5小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
实施例2
如图1及图2所示，本发明水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身1和套置在金属辊身1上的若干个辊环2，金属辊身1内部设有冷却水导管3，金属辊身1上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层4、耐火纤维层5和浇注料层6，金属辊身1上设有若干个辊身Y形金属锚固件7，辊身Y形金属锚固件7的Y形平面与金属辊身1的中心轴垂直，辊环2的圆周面沿金属辊身1的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面8，辊环凹面8上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件9，辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形平面与金属辊身1的中心轴成40°夹角，且辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端远离金属辊身1，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9上均涂有二氧化硅气凝胶层4，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9均在浇注料层6内。
其中，辊身Y形金属锚固件7采用直径为5mm的普通碳钢盘条制备，辊环凹面Y形金属锚固件9采用直径为3mm的0Cr18Ni9不锈钢盘条制备，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形夹角均为70°，相邻两个辊身Y形金属锚固件7之间的Y形平面相互垂直，辊身Y形金属锚固件7的高度为浇注料层6厚度的50％，辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端离金属辊身1的距离为浇注料层6厚度的40％。
本实施例中，二氧化硅气凝胶层4由纳米二氧化硅气凝胶涂料、偶氮二甲酸钡发泡剂与P-19水性分散剂搅拌混合制备，重量百分比为：纳米二氧化硅气凝胶涂料95，偶氮二甲酸钡4，P-19水性分散剂1，耐火纤维层5由高铝耐火纤维组成，厚度为3mm，浇注料层6采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料浇注而成，其体积密度为1.5g/cm3。
本实施例水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理金属辊身1与辊环凹面8表面浮锈，吹扫干净；
B)将金属辊身1浇注段上辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面8表面上辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
C)将金属辊身1浇注段采用耐火纤维层5包裹，并在辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照金属辊身1轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接辊身Y形金属锚固件7，辊环凹面8中下部沿周向焊接辊环凹面Y形金属锚固件9；
E)将辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
F)在金属辊身1浇注段套上模具并固定；
G)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿金属辊身1浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
H)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至250℃，保温4小时后继续以15℃/h升温速度升温至280℃，保温9小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
实施例3
如图1及图2所示，本发明水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身1和套置在金属辊身1上的若干个辊环2，金属辊身1内部设有冷却水导管3，金属辊身1上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层4、耐火纤维层5和浇注料层6，金属辊身1上设有若干个辊身Y形金属锚固件7，辊身Y形金属锚固件7的Y形平面与金属辊身1的中心轴垂直，辊环2的圆周面沿金属辊身1的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面8，辊环凹面8上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件9，辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形平面与金属辊身1的中心轴成60°夹角，且辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端远离金属辊身1，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9上均涂有二氧化硅气凝胶层4，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9均在浇注料层6内。
其中，辊身Y形金属锚固件7采用直径为5mm的普通碳钢盘条制备，辊环凹面Y形金属锚固件9采用直径为3mm的0Cr18Ni9不锈钢盘条制备，辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的Y形夹角均为110°，相邻两个辊身Y形金属锚固件7之间的Y形平面相互垂直，辊身Y形金属锚固件7的高度为浇注料层6厚度的70％，辊环凹面Y形金属锚固件9Y形平面的远端离金属辊身1的距离为浇注料层6厚度的60％。
本实施例中，二氧化硅气凝胶层4由纳米二氧化硅气凝胶涂料、偶氮二甲酸钡发泡剂与P-19水性分散剂搅拌混合制备，重量百分比为：纳米二氧化硅气凝胶涂料90，偶氮二甲酸钡8，P-19水性分散剂2，耐火纤维层5由氧化铝耐火纤维组成，厚度为8mm，浇注料层6采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料浇注而成，其体积密度为1.4g/cm3。
本实施例水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理金属辊身1与辊环凹面8表面浮锈，吹扫干净；
B)将金属辊身1浇注段上辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面8表面上辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
C)将金属辊身1浇注段采用耐火纤维层5包裹，并在辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照金属辊身1轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接辊身Y形金属锚固件7，辊环凹面8中下部沿周向焊接辊环凹面Y形金属锚固件9；
E)将辊身Y形金属锚固件7和辊环凹面Y形金属锚固件9涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
F)在金属辊身1浇注段套上模具并固定；
G)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿金属辊身1浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
H)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至280℃，保温6小时后继续以15℃/h升温速度升温至300℃，保温10小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
对照例1
水冷炉辊绝热防护层结构与实施例1相同，水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法步骤A)至G)与实施例1相同，步骤H)为：浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至240℃，保温7小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
对照例2
水冷炉辊绝热防护层结构与实施例2相比，取消了辊环凹面Y形金属锚固件9，浇注料层6采用体积密度为2.3g/cm3的钢纤维增强重质浇注料浇注而成，辊环凹面8采用硅酸铝纤维进行填充，浇注料不进入辊环凹面8内部，其他内容与实施例2相同。
水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理金属辊身1与辊环凹面8表面浮锈，吹扫干净；
B)将金属辊身1浇注段上辊身Y形金属锚固件7的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
C)将金属辊身1浇注段采用耐火纤维层5包裹，并在辊身Y形金属锚固件7的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照金属辊身1轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接辊身Y形金属锚固件7；
E)将辊身Y形金属锚固件7涂刷二氧化硅气凝胶层4，并阴干；
F)在辊环凹面8内填充硅酸铝纤维；
G)在金属辊身1浇注段套上模具并固定；
H)采用钢纤维增强重质浇注料加水搅拌均匀后，沿金属辊身1浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
I)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至250℃，保温4小时后继续以15℃/h升温速度升温至280℃，保温9小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
对照例3
水冷炉辊绝热防护层结构与实施例1相比，取消了二氧化硅气凝胶层4和耐火纤维层5，其他内容相同。
水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，包括如下步骤：
A)用钢刷清理金属辊身1与辊环凹面8表面浮锈，吹扫干净；
B)按照金属辊身1轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接辊身Y形金属锚固件7，辊环凹面8中下部沿周向焊接辊环凹面Y形金属锚固件9；
C)在金属辊身1浇注段套上模具并固定；
D)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿金属辊身1浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
E)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至240℃，保温7小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
上述实施例和对照例的水冷炉辊绝热防护层结构，分别用于制作水冷炉辊，并在CSP辊底式均热炉上进行了工业性试验和应用，试验对比结果如表1所示。
表1、水冷炉辊绝热防护层结构试验效果对比
由此可见，本发明水冷炉辊绝热防护层结构及其制备方法，制得的水冷炉辊绝热防护层结构具有隔热性能优良、制备方便、高温使用性能好、使用寿命长与拆卸方便的优点。其中，根据水冷炉辊绝热防护层中实际使用工作温度梯度的不同，设计了二氧化硅气凝胶层4、耐火纤维层5和浇注料层6三层复合式隔热结构，提高了炉辊绝热防护层结构的高温使用性能、隔热性能与抗破损能力。
通过最外层浇注料层6的制备，利用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料，容重较轻、导热系数适中、力学强度大、抗热震稳定性好的特点，提高了浇注料层6的强度、抗热震稳定性、抗机械破损能力、高温使用性能和抗烟气冲刷能力，降低了炉辊绝热防护层的重量和炉辊转动的动力消耗；通过中间层耐火纤维层5的制备，利用耐火纤维优良的隔热性能，提高了炉辊绝热防护层的隔热性能；通过最里层二氧化硅气凝胶层4的制备，利用纳米二氧化硅气凝胶中大量纳米多孔网格结构而使其具备的极低导热系数，进一步提高水冷炉辊的隔热性能，同时利用外部浇注料层6和耐火纤维层5的保护以及与水冷管壁的直接接触，使得二氧化硅气凝胶层4实际在较低温度下工作，保障水冷炉辊在高温烟气中长时间工作情况下，二氧化硅气凝胶层4自身纳米结构性状的保持和隔热性能的稳定发挥。
另外，通过烘烤中的热处理过程，利用偶氮二甲酸钡在240～280℃的化学分解发泡作用，在金属辊身1和锚固件表面形成牢固的多孔二氧化硅气凝胶层4，提高水冷炉辊隔热性能。通过辊身Y形金属锚固件7的设计和布置方式的优化，提高了浇注料层6的结合强度，避免了浇注料层6辊身轴向裂纹的形成与发展，同时，通过辊环凹面Y形金属锚固件9的设置，将浇注料层6引入辊环2内部，避免了辊环2与浇注料层6之间裂缝的形成和高温烟气的串入，有效保护了绝热层结构中耐火纤维层5和二氧化硅气凝胶层4，使其能够长期有效地保持优良的隔热性能。
通过二氧化硅气凝胶层4的设置，缓解了金属辊身1、辊身Y形金属锚固件7、辊环凹面Y形金属锚固件9和辊环凹面8三四个部位上金属材料与耐火浇注料之间热膨胀不匹配引起的浇注料层6裂纹破损。在炉辊耐材破损、下线修复时，由于二氧化硅气凝胶层4和耐火纤维层相5对浇注料层6而言，其力学强度要低很多，因此在对炉辊绝热防护层进行破损拆卸时，二氧化硅气凝胶层4优先与金属辊身1以及辊身Y形金属锚固件7、辊环凹面Y形金属锚固件9剥离，并在之间形成裂隙，从而利于绝热防护层的破拆，避免了单一浇注料层结构所导致的破拆困难问题，降低了施工难度。
Claims (9)
1.一种水冷炉辊绝热防护层结构，包括金属辊身(1)和套置在所述金属辊身(1)上的若干个辊环(2)，所述金属辊身(1)内部设有冷却水导管(3)，其特征在于：所述金属辊身(1)上由内之外依次为二氧化硅气凝胶层(4)、耐火纤维层(5)和浇注料层(6)，所述金属辊身(1)上设有若干个辊身Y形金属锚固件(7)，所述辊身Y形金属锚固件(7)的Y形平面与所述金属辊身(1)的中心轴垂直，所述辊环(2)的圆周面沿所述金属辊身(1)的长度方向向外延伸形成内凹的辊环凹面(8)，所述辊环凹面(8)上设有若干个辊环凹面Y形金属锚固件(9)，所述辊环凹面Y形金属锚固件(9)的Y形平面与所述金属辊身(1)的中心轴成40～60°夹角，且所述辊环凹面Y形金属锚固件(9)Y形平面的远端远离所述金属辊身(1)，所述辊身Y形金属锚固件(7)和辊环凹面Y形金属锚固件(9)上均涂有二氧化硅气凝胶层(4)，所述辊身Y形金属锚固件(7)和辊环凹面Y形金属锚固件(9)均在所述浇注料层(6)内。
2.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述辊身Y形金属锚固件(7)和辊环凹面Y形金属锚固件(9)的Y形夹角为70～110°。
3.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：相邻两个所述辊身Y形金属锚固件(7)之间的Y形平面相互垂直。
4.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述辊身Y形金属锚固件(7)的高度为所述浇注料层(6)厚度的50～70％。
5.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述辊环凹面Y形金属锚固件(9)Y形平面的远端离所述金属辊身(1)的距离为所述浇注料层(6)厚度的40～60％。
6.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述二氧化硅气凝胶层(4)由纳米二氧化硅气凝胶涂料、偶氮二甲酸钡发泡剂与P-19水性分散剂搅拌混合制备，重量百分比为：纳米二氧化硅气凝胶涂料90～98.5，偶氮二甲酸钡1～8，P-19水性分散剂0.5～2。
7.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述耐火纤维层(5)由硅酸铝耐火纤维、高铝耐火纤维或氧化铝耐火纤维中的一种组成，厚度为3～8mm。
8.根据权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构，其特征在于：所述浇注料层(6)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料浇注而成，其体积密度为1.4～1.7g/cm3。
9.一种如权利要求1所述水冷炉辊绝热防护层结构的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)用钢刷清理所述金属辊身(1)与辊环凹面(8)表面浮锈，吹扫干净；
B)将所述金属辊身(1)浇注段上辊身Y形金属锚固件(7)和所述辊环凹面(8)表面上辊环凹面Y形金属锚固件(9)的焊接位置留空，其他部位涂刷二氧化硅气凝胶层(4)，并阴干；
C)将所述金属辊身(1)浇注段采用耐火纤维层(5)包裹，并在所述辊身Y形金属锚固件(7)和辊环凹面Y形金属锚固件(9)的焊接位置预留孔洞方便下一步焊接；
D)按照所述金属辊身(1)轴向相邻列锚固件交错排布的方式焊接所述辊身Y形金属锚固件(7)，所述辊环凹面(8)中下部沿周向焊接所述辊环凹面Y形金属锚固件(9)；
E)将所述辊身Y形金属锚固件(7)和辊环凹面Y形金属锚固件(9)涂刷二氧化硅气凝胶层(4)，并阴干；
F)在所述金属辊身(1)浇注段套上模具并固定；
G)采用耐火纤维增强的轻质莫来石浇注料加水搅拌均匀后，沿所述金属辊身(1)浇注段中间处均匀加入，边加入边振动，当加入到模具一半左右时暂停加料，使浇注料内气体得到充分排出，再缓慢加料，达到规定高度后停止加料；
H)浇注成型24小时后脱模，自然养护一周，再放入烘烤炉内，以15℃/h升温速度缓慢升温至240～280℃，保温2～6小时后继续以15℃/h升温速度升温至280～300℃，保温5～10小时后自然冷却至室温，随后入库备用。
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