辊棒系列之一 陶瓷辊棒及其应用

辊棒系列之一陶瓷辊棒及其应用
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摘要:本文主要介绍了陶瓷辊棒的物理性能、成形工艺与应用领域等,使广大陶瓷行业工作者对辊棒有一个更加深刻的认识。

关键词:辊棒;性能;应用
1引言
陶瓷辊棒是指以粘土质耐火原料与天然矿物原料经过精选、粉碎、成形、煅烧等过程而制成的耐火制品。

陶瓷辊棒作为一种耐火窑具,在辊道烧成窑和辊道干燥窑中起支承、传送陶瓷坯体和产品的作用,是辊道窑的核心部件,它为辊道窑的节能、缩短烧成周期与自动化运作作出了重要贡献,在建筑卫生陶瓷、日用陶瓷、电子陶瓷、磁性材料、玻璃热处理、耐磨器件等领域得到广泛应用。

2陶瓷辊棒的分类
陶瓷辊棒按材质可分为以下几类:
堇青石-莫来石辊棒:抗热震性能优异,但由于其荷重软化温度低,最高使用温度在1300℃以下,主要应用在低温发热管的载体上。

熔融石英质辊棒:热膨胀系数低、抗热震性能很好,由于使用温度较低,多用于玻璃退火炉等。

刚玉-莫来石辊棒:这种辊棒是由刚玉(Al2O3)和莫来石(3Al2O3·2SiO2)组成的复相陶瓷材料,具有高温性能好、耐火性好等特点,与单一的刚玉或莫来石材料相比,具有更加优异的抗急冷急热性能。

由于其硬度较大,耐磨性和抗氧化性都较好,基本能满足现代建筑卫生陶瓷和日用陶瓷烧成的要求;其使用温度可达1400℃甚至更高,价格低廉,为目前生产用量最大的一种辊棒。

碳化硅辊棒:碳化硅辊棒强度高、抗热震性好,有良好的抗高温蠕变性能。

常见的碳化硅辊棒有重结晶碳化硅辊棒和反应烧结碳化硅辊棒,重结晶碳化硅棒,氧化气氛下使用温度可
达1600℃,但价格昂贵;价格稍低的反应烧结碳化硅辊棒,可用于1300～1350℃,多用于卫生陶瓷、电瓷、日用陶瓷的烧成。

碳化硅陶瓷辊棒的缺点是:容易被腐蚀,去污能力差、价格昂贵、热传导率高,从而限制了它的使用推广。

陶瓷辊棒按使用温度可分为高温瓷辊、中高温瓷辊、中温瓷辊、中低温瓷辊、急冷带抗弯瓷辊等,其对应的使用温度见表1。

3陶瓷辊棒的性能指标
陶瓷辊棒的主要性能指标如下(表2为佛山市陶瓷研究所主要辊棒产品的性能):
(1) 热稳定性:主要反映辊棒的耐急冷急热性能,好的热稳定性可提高辊棒的使用寿命,从而降低企业的生产成本;
(2) 弯曲强度:由于陶瓷辊棒主要起承重与传输作用,一般都是在高温、负荷作用下工作,弯曲强度是陶瓷辊棒的一个重要指标,从一定程度上来说,弯曲强度越高越好。

(3) 吸水率:吸水率与辊棒的致密度紧密相连,越是用于高温下的辊棒,要求其吸水率越小。

(4) 耐火度:是指在无荷重时抵抗高温作用而不熔融和软化的性能,耐火度高说明选用原材料纯度好,杂质含量低,但耐火度并不代表辊棒的最高使用温度,辊棒的使用温度要低于其耐火度。

(5) 直线度:直线度反应辊棒的平直程度,它是辊棒质量的重要体现,直线度不合格的辊棒容易导致产品变形。

(6) 热膨胀系数:对于陶瓷辊棒而言,希望其热膨胀系数小,从而在温度变化较大时不易弯曲,保障生产的顺利进行。

4陶瓷辊棒的应用领域
中低温陶瓷辊棒主要使用于窑炉的低温区(<1000℃),通常在窑炉整线工程中运用较多,可以在一定程度上节约窑炉建造成本;中温陶瓷辊棒主要用于生产釉面砖及其它低温材料,
适合于1200℃以下使用,由于其具备优良的热稳定性能,既满足了经常清理辊棒的需要,同时可以满足釉面砖生产中对辊棒强度的需求,从而得到广泛应用;中高温及高温陶瓷辊棒在辊棒的强度方面逐渐提高,中高温辊棒在普通瓷质砖、低温日用瓷等产品的生产中广泛应用;高温辊棒在生产高温瓷质砖、高温日用瓷、高负载产品及磁性材料及超宽窑炉等领域中的应用越来越多;急冷带抗弯陶瓷辊棒主要使用于窑炉的急冷区域,由于辊棒采用了独特的外观结构(外齿轮形),在一定程度上增大了辊棒的比表面积,从而增加辊棒的散热速度,在温差相对较大的急冷区域可以有效减轻辊棒由于受热不均匀而导致的弯曲,保障烧成制品能安全平稳地通过此区域,表3为不同辊棒的主要应用领域。

5辊棒的成形
目前,陶瓷辊棒的成形工艺主要有以下三种:
(1) 注浆成形法:注浆成形法主要通过石膏模具成形,曾在辊棒生产的初期使用,由于生产效率低,烧成后产品的外观质量及直线度、圆度等较差,辊棒强度低,目前已很少使用。

(2) 练泥挤管成形:由于该成形工艺可进行连续式生产,机械化程度高,大大降低了劳动强度,同时产品的外观质量、强度均比注浆成形有大幅度的提高,目前被国内外多数辊棒生产企业采用。

但由于不同企业工艺技术等的差异,产品质量相差较大。

(3) 冷等静压工艺成形:该工艺为佛山市陶瓷研究所持有的国家级发明专利技术,该生产工艺先进、可靠高效,很大程度上提高了辊棒的常温和高温强度,为辊道窑向宽体、产量超大及高负载方向发展提供了强有力的保障。

6陶瓷辊棒的检验
陶瓷辊棒的几种重要性能检测方法如下:
(1) 尺寸偏差的测量
瓷辊圆度、锥度、外径尺寸偏差的测量:在距瓷辊两端100mm处,分别用分度值为0.02 mm的游标卡尺测量瓷辊的最大外径及同截面上与之垂直方向上的外径,精确至0.02mm,取同一截面的两个测量值之差作为圆度值,以最大值作为测量结果;以两端的外径平均值之差
作为锥度;以所测四次外径的测量值与公称外径之差作为外径尺寸偏差,以最大值和最小值作为测量结果。

(2) 直线度的测量
1) 标准棒的选定
根据需要选定不同规格的瓷辊标准棒,采用直径与被选瓷辊相接近的金属标准棒(直线度等级不低于9级,长度大于被选瓷辊)平放于工作台上,使被选瓷辊紧贴金属棒,转动被选瓷辊360°,用塞尺测两者的最大间隙,小于0.2mm的才能用作标准棒。

2) 测量
根据被测产品的规格,选用与其直径相接近的瓷辊标准棒,把瓷辊标准棒平放于工作台,使样品紧贴瓷辊标准棒,转动样品360°,用塞尺测量两者之间的最大间隙,即为直线度公差,以管长的百分数表示。

(3) 急冷急热性试验
截取约650mm长的瓷辊,烘干后冷却,迅速插入规定温度的电炉中,插入深度约为400m m;将瓷辊两端支起,且沿长度方向温差不大于±5℃,保温10min后迅速取出,平放在耐火材料支架上,在空气中冷却至室温,检验有无裂纹及断裂。