一种用于退火炉的炉辊及其制备方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种用于退火炉的炉辊及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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°C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°C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，炉棍棍芯使用温度低，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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]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。
[0008]所述的辊芯与辊体之间留有间隙。
[0009]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。
[0010]另一方面，一种用于退火炉的炉辊制备方法，包括以下步骤:
[0011]A.制作一陶瓷材料且内部开孔的辊体；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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。[0015]在步骤A中，所述的辊体制作包括以下步骤:
[0016]Al.采用全稳定或者部分稳定的Zr02、Al203、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；
[0017]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；
[0018]A3.采用高温烧结炉，在高温1300~1450°C的烧结温度下成型，并保温达3~5h以上，再进行空冷冷却；
[0019]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。
[0020]在步骤Al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。
[0021]在步骤Al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10~100 μ m。
[0022]在步骤A4中，所述的辊体抛光后要求表面粗糙度在2μπι以下，直径公差在±0.005mm。 [0023]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的炉辊的剖视图；
[0025]图2是图1中的A-A向剖视图；
[0026]图3是本发明的轴头的结构示意图；
[0027]图4是本发明的陶瓷连接键的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0029]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I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I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。
[0030]本发明的用于退火炉的炉辊制备方法，主要包括以下步骤:
[0031]A.制作一陶瓷材料且内部开孔的辊体2;
[0032]B.制作一钢质辊芯1，并将辊芯I穿置于辊体2内孔中，且与辊体2之间留有间隙。该辊芯I的材质可采用Cr28Ni48W5，空心结构，辊芯I壁厚为4~8mm，具有耐1100°C高温，不易变形的特点。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]在步骤A中，所述的辊体2制作包括以下步骤:
[0036]Al.采用全稳定或者部分稳定的Zr02、Al203、Si02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，21<)2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10-100 μ mo
[0037]Α2.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。
[0038]A3.采用高温烧结炉，使坯体在高温1300~1450°C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；
[0039]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2μπι以下，直径公差在±0.005mm。
[0040]采用本发明的炉辊具有以下几个优点:
[0041]1、炉辊整体耐温可达1200°C及以上，具有耐高温不变形、寿命长可达8-12个月的特点；
[0042]2、采用了金属辊芯1，可支撑整个炉辊受力；
[0043]3，陶瓷辊体2可起到隔热作用，确保内部金属辊芯I不变形；
[0044]4、金属轴头3可用于固定金属辊芯I及陶瓷辊体2，确保炉辊运转顺行；
[0045]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。[0046]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。
[0047]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。
【权利要求】
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: Al.采用全稳定或者部分稳定的Zr02、A1203、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°C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Al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Al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10~100 μ m。
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2 μ m以下，直径公差在±0.005mm。
【文档编号】C04B35/64GK103937934SQ201310023652
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2013年1月22日
【发明者】陆永强, 吕春国, 袁峰, 曹世宙, 王志成, 陈彬, 张军, 陈晨 申请人:宝山钢铁股份有限公司