专利名称：复合轧辊外环材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高温纤维复合轧辊外环材料及其制备方法，具体涉及一种适用于对诸如不锈钢、硅钢片、镀锌板等进行热处理炉中使用的纤维复 合的耐高温长寿命复合轧辊外环材料及其该材料制备方法。
背景技术：
冶金行业硅钢、不锈钢、镀锌板连续热处理炉炉底辊，是在80(Tl20(rC的高温下，在还原气氛下或弱氧化气氛中长期使用。因此，不仅要求炉底辊具有较高的高温强度，而且还要求其在还原气氛或弱氧化气氛中具备良好的化学稳定性、耐磨性、表面不发生结瘤，以保障硅钢片、不锈钢、镀锌板的产品质量。为此，目前辊底式高温炉采用的炉辊有4种类型耐热钢炉辊，陶瓷炉辊，碳套炉辊和纤维辊。炉温超过100(TC后，耐热钢炉辊和陶瓷炉辊均会对钢板表面产生划痕，碳套辊的高温耐磨性差,使用寿命短,并且高温易于结瘤对钢板表面产生压痕。申请人:注意到了中国专利公开号为CN101812580A的“辊底加热炉炉辊的辊环”，它是包括外环、内环，外环的材料是高温陶瓷材料，内环的材料为耐热钢，内环和外环之间通过键连接。所述的外环高温陶瓷材料含有45%三氧化铝(重量)、1%氧化铬、36%氧化锆、17% 二氧化硅、1%氧化钙，采用震动浇注成型，并在1200°C下进行烧成。由于上述材料存在问题；外环材料密度高，增加炉辊的承重，并且需要高温烧结，造价偏高，影响使用，最主要的是其加工成本高，且容易划伤钢坯，影响产品质量，所以也未能广泛应用。另外，申请人还注意到了中国专利公开号为CN1172172A所介绍的“硅钢连续退火炉陶瓷复合涂层炉底辊”，它是在炉底辊辊套上喷涂陶瓷复合涂层，该复合涂层分成一次喷涂在炉底辊辊套(一般为耐热合金钢)表面的底层、再喷涂在底层过渡层、最后喷涂在过渡层上的表面层。底层材料采用粉末粒度为18(Γ240μπι的镍合金(NiCr)粉末，过渡层采用粉末粒度为16(Γ20 μ m的部分稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷粉末同镍合金(NiCr)粉末的混合粉末，表面层采用粉末粒度为12(Γ 0μπι的全稳定氧化锆(ZrO2)陶瓷粉末。尽管对氧化锆(ZrO2)稳定剂作了优选的选择，如选用CaO、MgO、Y2O3、CeO2或Y2O3-CeO2复合稳定剂，且对稳定剂的组分进行了安排。但上述材料选择也存在问题；其耐磨性、抗热震性、抗结瘤性都表现的十分脆弱。因此，这种炉底辊的耐温范围在950°C 1050°C，存在着对某些热处理要求高于该温度值的高牌号产品的制约；其次，由于用喷涂制备方法，层与层之间材料不同，层间结合力差，使用过程中易剥落，故也未能实际应用。目前石棉复合辊在太钢和宝钢使用效果尚可，不会对钢板表面产生划痕，同时兼有好的隔热效果，减少辊体弯曲。但众所周知，石棉纤维被认为是致癌物质，它会引起间皮瘤和肺癌，已被国际工业上明令禁止使用。并且目前使用的石棉纤维辊在高温(1100°c以上)条件下易于磨损和开裂，使用寿命较短(小于3个月)，给生产带来频繁换辊的麻烦，成为高温炉生产的瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种使用寿命大于6个月，不含石棉纤维、耐120(TC 150(TC高温、抗氧化、耐磨性好、抗热震性好和抗结瘤优异的复合轧辊外环材料。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种复合轧辊外环材料，该材料由以下重量份数的各组分原料制备
高铝纤维或多晶莫来石纤维10~80份 CA-50或CA-70铝酸盐水泥5~40份 粘土或高岭土5~40份
氧化硅或氧化铝微粉0~9份
硅微粉0.5 5份
蓝晶石0.5 5份
絮凝剂0.2-5.0份
水1000 4000份。所述高铝纤维或多晶莫来石纤维为直径在2 10 μ m,长度l(T60mm的纤维。所述的CA-50或CA-70铝酸盐水泥的平均粒度为3 20 μ m。所述的粘土或高岭土的平均粒度为O. 5^10 μ m。所述的氧化硅微粉或氧化铝微粉、硅微粉、蓝晶石等的颗粒级配均为过20(Γ800目筛，即粒度均为200 800目ο本发明所述的絮凝剂为阳离子、阴离子或两性型聚丙烯酰胺中的一种或一种以上任意比例混合。本发明要解决的另一个技术问题，提供一种能保障整体结合力理想的、在使用过程中不会出现龟裂、剥落等现象、使用寿命长的复合轧辊外环材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种复合轧辊外环材料的制备方法，制备步骤包括a)配料按照上述复合轧辊外环材料的原料配方比例，将高铝纤维或多晶莫来石纤维放入盛好水的料桶中，然后依次加入粘土或高岭土、氧化硅或氧化铝、微硅粉、蓝晶石、CA-50或CA-70铝酸盐水泥以及絮凝剂；b)搅拌常温常压下，将步骤(a)的混合料搅拌，搅拌转速10(Tl200rpm，搅拌时间5^60分钟；c)成型将步骤(b)搅拌所得混合料进行压滤成型或抽滤后用机压成型；d)养护阴干；将步骤(C)成型后的物料在室温下，放置8 72小时；e)烘干将步骤(d)养护阴干后的物料在8(T16(TC范围内，烘干2 48小时得到复合轧辊外环材料。本发明所述的复合轧辊外环材料的制备方法，在步骤a)中的高铝纤维或多晶莫来石纤维为经湿法除渣(湿法除渣为行业常规技术，本领域技术人员均可操作，在此不再赘述)后的原料，或直接购买经湿法除渣后的高铝纤维或多晶莫来石纤维使用。
本发明所述的复合轧辊外环材料的制备方法，在步骤c)成型过程中的压滤成型或者抽滤后用机压成型时，其压力为O. Γ5. OMPa，保压时间为15 120S。本发明所述的复合轧辊外环材料的制备方法，在经过压滤或抽滤后的制品中含水率为5°/Γ50% (重量百分比)。本发明所述的复合轧辊外环材料的制备方法，在经过压滤或抽滤后的制品，阴干养护时间优选为24小时。本发明所述的复合轧辊(炉辊)包括外环、内环。外环为纤维复合材料(即由本发明发明制备出的复合轧辊外环材料构成)，内环(耐热钢辊芯)的材料为耐热钢O。本发明上述复合轧辊外环材料的制备方法后，还包括将烘干后的外环材料进行加工包装步骤，即为行业常规技术烘干后所得复合轧辊外环材料为坯体，将胚体在冲床上冲压成环，然后套在耐热钢辊芯上，用金属加工用的车床进行修坯，即制备成为耐高温长寿命的复合轧辊。
本发明的优点和有益效果本发明所述的纤维复合的耐高温长寿命复合轧辊外环材料及其制备方法，与现有技术的区别点在于I.本发明提供的耐高温长寿命复合轧辊能耐受1200°C 1500°C高温抗氧化性，表面不会结瘤；2.本发明提供的耐高温长寿命复合轧辊的制备工艺简单，不需要高温烧结，节约成本；3.本发明提供的耐高温长寿命复合轧辊，经过烘干后，挤压回弹性好，可加工性优良，车加工后表面光滑，在使用过程中不会对钢板造成划伤；4.本发明提供的耐高温长寿命复合轧辊，在还原气氛和弱氧化气氛下不和钢板发生反应，在1200°C下可以长期使用；5.本发明提供的耐高温长寿命复合轧辊，在使用过程中，材料整体结合力理想，使用过程中不会出现龟裂、剥落现象，使用寿命长(六个月及以上)；6.本发明制备的耐高温长寿命复合轧辊的密度达O. 8^1. 3克/厘米3，在1200°C加热24小时条件下收缩小，径向收缩< 2. 5%，生产成本低。7.本发明可用作特钢辊底式固溶热处理炉用炉底辊及其他高温炉用炉底辊，替代现有石棉辊轮及进口的炉底辊。
图I本发明的耐高温长寿命复合轧辊结构示意图。如图所示1.耐热钢内环，2.耐高温纤维复合轧辊外环。图2本发明的复合轧辊的制备工艺流程图。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。本发明制备过程使用的设备均为行业通用的设备，制备的最终纤维复合的耐高温长寿命复合轧辊中不含有害物质石棉纤维。
实施例I准确称取如下配方比例的原料高铝纤维400克、CA-50铝酸盐水泥250克、高岭土 250克、氧化铝微粉60克、硅微粉20克、蓝晶石20克、外加絮凝剂(阳离子型聚丙烯酰胺)7. O克、水15000ml混合，用机械搅拌的方法混合30min左右，直至料浆感观具有较好的流动性和手感上良好的分散性时停止搅拌。将上述浆料在抽滤机上进行真空抽滤，要求上下表面平整，然后取出进行机压成型，压滤后制品含水率控制在2(Γ30%左右。出模后进行阴干养护24小时，然后在110°C的环境中烘8小时。如附图I所示将烘干后的坯体在冲床上冲压成环(即耐高温纤维复合轧辊外环2)，然后套在耐热钢辊芯(即耐热钢内环I)上，用金属加工用的车床进行修坯，即制备成为耐高温长寿命的复合轧辊(为行业常规技术，不在此赘述)。实施例2
准确称取如下配方比例的原料高铝纤维450克、CA-50铝酸盐水泥270克、粘土315克、氧化铝微粉45克、硅微粉22. 5克、蓝晶石22. 5克、外加絮凝剂(阳离子型聚丙烯酰胺)7. 5克、水16000ml混合，用机械搅拌的方法混合30min左右，直至料浆感观具有较好的流动性和手感上良好的分散性时停止搅拌。将上述浆料在压滤机上进行压滤，压力O. 6^1. OMPa，要求上下表面平整，压滤后制品含水率控制在2(Γ30%左右。出模后进行阴干养护24小时，然后在110°C的环境中烘8小时。将烘干后的坯体套在耐热钢辊芯上，用金属加工用的车床进行修坯，即制备成为耐高温长寿命的复合轧棍。实施例3 准确称取如下配方比例的原料多晶莫来石纤维374克、CA-70铝酸盐水泥225克、高岭土 225克、氧化铝微粉75克、氧化硅微粉18. 7克、蓝晶石18. 7克、外加絮凝剂(阳离子型聚丙烯酰胺)7. O克、水15000ml混合，用机械搅拌的方法混合30min左右，直至料浆感观具有较好的流动性和手感上良好的分散性时停止搅拌。将上述浆料在压滤机上进行压滤，压力O. 6^1. OMPa，要求上下表面平整，压滤后制品含水率控制在2(Γ30%左右。出模后进行阴干养护24小时，然后在110°C的环境中烘8小时。将烘干后的坯体套在耐热钢辊芯上，用金属加工用的车床进行修坯，即制备成为耐高温长寿命的复合轧棍。实施例4 准确称取如下配方比例的原料多晶莫来石纤维328克、CA-70铝酸盐水泥234克、高岭土 281克、氧化铝微粉65克、硅微粉14. O克、蓝晶石14. O克、外加絮凝剂(阳离子型聚丙烯酰胺)7. O克、水12000ml混合，用机械搅拌的方法混合30min左右，直至料浆感观具有较好的流动性和手感上良好的分散性时停止搅拌。将上述浆料在压滤机上进行压滤，压力O. 6^1. OMPa，要求上下表面平整，压滤后制品含水率控制在2(Γ30%左右。出模后进行阴干养护24小时，然后在110°C的环境中烘8小时。将烘干后的坯体套在耐热钢辊芯上，用金属加工用的车床进行修坯，即制备成为耐高温长寿命的复合轧棍。将烘干后的试样和目前某钢厂进口辊轮进行对比测试，数据如下表I所示
表I本发明实施例1-4样品与进口辊轮性能比较
权利要求
1.ー种复合轧辊外环材料，其特征在于该材料由以下重量份数的各组分原料制备 高铝纤维或多晶莫来石纤维10~80份 CA-50或CA-70铝酸盐水泥5~40份 粘土或高岭土5 40份氧化硅或氧化铝微粉0~9份 硅微粉0.5 5份 蓝晶石0.5 5份 絮凝剂0.2 5.0份 水1000 4000 份.，
2.根据权利要求I所述的复合轧辊外环材料，其特征在于所述的高铝纤维或多晶莫来石纤维的直径为2 IOii m，长度为l(T60mm。
3.根据权利要求I所述的复合轧辊外环材料，其特征在于所述的CA-50或CA-70铝酸盐水泥的平均粒度为3 20 u m。
4.根据权利要求I所述的复合轧辊外环材料，其特征在于所述的粘土或高岭土的平均粒度为0. 5 10 u m。
5.根据权利要求I所述的复合轧辊外环材料，其特征在于所述的氧化硅微粉或氧化铝微粉、硅微粉、藍晶石的颗粒级配均为过20(T800目筛。
6.根据权利要求I所述的复合轧辊外环材料，其特征在于所述的絮凝剂为阳离子、阴离子或两性型聚丙烯酰胺中的ー种或ー种以上任意比例混合。
7.—种权利要求I所述的复合轧辊外环材料的制备方法，其特征在于制备步骤包括 a)配料按照上述复合轧辊外环材料的原料配方比例，将高铝纤维或多晶莫来石纤维放入盛好水的料桶中，然后依次加入粘土或高岭土、氧化硅或氧化铝、微硅粉、蓝晶石、CA-50或CA-70铝酸盐水泥以及絮凝剂； b)搅拌常温常压下，将步骤(a)的混合料搅拌，搅拌转速10(Tl200rpm，搅拌时间5飞0分钟； c)成型将步骤(b)搅拌所得混合料进行压滤成型或抽滤后用机压成型； d)养护阴干；将步骤(c)成型后的物料在室温下，放置8 72小时； e)烘干将步骤(d)养护阴干后的物料在8(T16(TC范围内，烘干2 48小时得到复合轧辊外环材料。
8.根据权利要求7所述的复合轧辊外环材料的制备方法，其特征在于所述步骤c)成型过程中的压滤成型或者抽滤后用机压成型吋，压カ为0. r5. OMPa，保压时间为15 120S ；经过压滤或抽滤后的制品中含水率为59^50%。
9.根据权利要求7所述的复合轧辊外环材料的制备方法，其特征在于所述的阴干养护时间为24小时。
全文摘要
本发明公开一种复合轧辊外环材料，原料包括高铝纤维或多晶莫来石纤维10~80份，CA-50或CA-70铝酸盐水泥5~40份，粘土或高岭土5~40份，氧化硅或氧化铝微粉0~9份，硅微粉0.5~5份，蓝晶石0.5~5份，絮凝剂0.2~5.0份，水1000~4000份。本发明还公开一种上述材料的制备方法把高铝纤维或多晶莫来石纤维在水中分散，然后将剩余原料加入搅拌5-60分钟；经过压滤或者抽滤工艺成型，阴干养护8~72小时后放入80~160℃环境中焙烘2~48小时。本发明具有使用寿命大于6个月，不含石棉纤维、耐1200℃~1500℃高温、抗氧化、耐磨性好、抗热震性好和抗结瘤优异的优点。
文档编号C04B35/66GK102765952SQ20121027709
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者周渭良, 戚明杰, 杨勇辉, 王圈库, 邬国平 申请人:宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司