陶瓷爐底輥輥套材料及其用該材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法
2023-09-24 03:16:30 1
專利名稱：陶瓷爐底輥輥套材料及其用該材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷爐底輥輥套材料及其用該材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法，更具體地說是一種用於對諸如矽鋼片、不鏽鋼、鍍鋅板等進行連續熱處理爐中所使用的陶瓷爐底輥輥套的材料選擇及其用所選擇的材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法。
背景技術：
冶金行業矽鋼、不鏽鋼、鍍鋅板連續熱處理爐爐底輥，是在800～1100℃高溫下，在還原氣氛或弱氧化氣氛中長期使用，因此不僅要求爐底輥具有較高的高溫強度，而且還要求其在還原氣氛或弱氧化氣氛中具備良好的化學性質的穩定性、耐磨性、表面不發生結瘤，否則無法保障矽鋼片、不鏽鋼、鍍鋅板的產品質量。為此，目前一般採用石墨爐底輥，也有的使用石英陶瓷爐底輥以及陶瓷塗層爐底輥。
就石墨爐底輥而言，它是由耐熱合金鋼輥基和套在輥基上的石墨套組成，這種爐底輥具有良好的抗衝擊性和潤滑性，但是由於受製作石墨爐底輥的材料的限制，使石墨爐底輥在空氣中500℃左右時便產生氧化，並能溶於許多金屬之中，如能生成鐵碳固溶體，結集於輥套的表面，對板材表面造成劃痕。因此在實際生產使用中，石墨爐底輥集中地暴露出如下問題一是耐高溫程度相對較差，用它作爐底輥的套輥，對熱處理高於900℃的高牌號矽鋼片的生產受到制約；二是當爐內通溼氣，在弱氧化氣氛下，石墨爐底輥則加速損壞，壽命僅能維持一個月左右，頻繁更換會影響生產，增大成本；三是高溫耐磨性差，使用壽命短；四是高溫易結瘤，影響產品質量。
就石英陶瓷爐底輥而言，石英陶瓷熱膨脹係數低，抗熱震性好，但其機械強度不高，室溫抗壓強度約為44MPa，而且石英陶瓷隨著溫度的升高會發生軟化，因此其使用溫度受到限制。
就陶瓷塗層爐底輥而言，它是由爐底輥輥基及其表面上的底層、底層上的過渡層和過渡層上的表面層組成，由於層與層之間的材質不同，層間結合力較小，只有30-40MPa，使用過程中易出現剝落現象，因此使用壽命甚短。
申請人還切實地注意到了中國專利公開號為CN1172172A所介紹的「矽鋼連續退火爐陶瓷複合塗層爐底輥」，它是在爐底輥輥基上噴塗陶瓷複合塗層，該複合塗層分成依次噴塗在爐底輥輥基(一般為耐熱合金鋼)表面上的底層、進而噴塗在底層上的過渡層、最後噴塗在過渡層上的表面層。三層的厚度分別為0.1～0.2mm、0.1～0.2mm、0.1～0.5mm；底層材料採用粉末粒度為180～240μm的鎳合金(NiCr)粉末，過渡層採用粉末粒度為160～20μm的部分穩定氧化鋯(ZrO2)陶瓷粉末同鎳合金(NiCr)粉末的混合粉未，表面層採用粉末粒度為120～10μm的全穩定或部分穩定氧化鋯(ZrO2)陶瓷粉末。儘管其對氧化鋯(ZrO2)穩定劑作了優選的選擇，如選用CaO、MgO、Y2O3、CeO2或Y2O3-CeO2複合穗定劑，且對穩定劑的組分進行了安排。由於上述材料選擇存在問題，其耐磨性、抗熱震性、抗結瘤性都表現的十分脆弱，因此這種爐底輥的耐溫範圍僅在950℃～1050℃，存在著對某些熱處理要求高於該溫度值的高牌號產品的制約。還有，其製備方法採用的是多次噴塗法，同樣因層與層之間的材料不同，層間結合力差，使用過程中易剝落的問題。申請人了解到由該方法所製作的陶瓷複合塗層爐底輥，僅僅在武漢鋼鐵廠試用過但因存在前述問題而未能實際應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種耐1200℃～1400℃高溫、抗氧化、硬度高、耐磨性好、抗熱震性好和抗結瘤性優異的陶瓷爐底輥輥套材料。
本發明的目的還在於提供一種保障整體結合力理想的、在使用過程中不會出現剝落現象、使用壽命長的陶瓷爐底輥輥套的製作方法。
本發明提供的陶瓷爐底輥輥套材料的特徵在於，其是以Si粉、β相Si3N4粉、SiC粉作為主原料，以AL2O3、SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、PVA作為添加到主原料中的輔料，主原料組分為Si粉70％～80％、β相Si3N4粉10％～15％、SiC粉5％～10％；輔料組分為AL2O3和SiO2以及MgO各1％～2％、CaO和Fe2O3各0.5％～1％、外加PVA1％～3％。
本發明所述的陶瓷爐底輥輥套材料，所述Si粉的顆粒級配為過200～800目篩，β相Si3N4粉平均粒度為0.5～1μm，SiC粉平均粒度為3～8μm。
本發明所述的陶瓷爐底輥輥套材料，所述的AL2O3、SiO2、MgO、CaO、Fe2O3均為化學純。
本發明提供的用上述陶瓷爐底輥輥套材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法是把按組分稱量後的主原料和輔料加水球磨成料漿，然後過篩；接著噴霧造粒；接著，將造粒後的粉料裝入模具，經250～280MPa壓力進行冷等靜壓成型；接著，出模、修坯；爾後，將修坯後的坯件置於爐中反應燒結，在反應燒結過程中室溫～500℃升溫速率為30℃～50℃/h，500℃時抽真空充N2，此時的升溫速率為40℃～60℃/h，1100℃～1450℃升溫速率為40℃～50℃/h，爐壓為0.01～0.04MPa；最後，出爐，經磨加工得到陶瓷爐底輥輥套。
本發明所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，加水球磨時，料與水的比例為1∶9～11。
本發明所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，在所述的噴霧造粒中顆粒中的含水率為1～3％。
本發明所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，所述的模具為軟模。
本發明所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，所述的軟模的材質為聚氨酯、矽橡膠、天然橡膠中的任意一種。
本發明所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，在反應燃燒過程中，通入N2的流量為0.3m3～0.6m3/h，H2的流量為0.2L～0.5L/min，N2與H2之比為95∶5。
本發明所提供的陶瓷爐底輥輥套材料及其由該材料製作陶瓷爐底輥輥套的方法與已有技術的區別點在於1、能耐受1200℃～1400℃高溫抗氧化，表面不會結瘤；2、Si3N4硬度高、耐磨性好、抗熱震性優異；3、經過最終1450℃的高溫反應燒結，整體結合力理想，使用中不會出現剝落；4、在還原氣氛和弱氧化氣氛下可以長期使用。
附圖
及圖面說明附圖為本發明的方法所獲得的陶瓷爐底輥輥套示意圖。
圖中1.陶瓷爐底輥輥套；2.鍵槽。
具體實施例方式
實施例1按配比準確稱取過400目篩的Si粉80％、平均粒度為0.6μm的β相Si3N4粉為10％、平均粒度為5μm的SiC粉為5％、化學純級的AL2O3為2％、SiO2為1％、MgO為1％、CaO為0.5％、化學純級的Fe2O3為0.5％、外加PVA(聚乙烯醇)為1％，放入振動球磨機中並加入10倍的水混合球磨成料漿，時間為4小時左右，直至料漿感觀具有較好的流動性和手感上的良好分散性時停止球磨，然後過100目篩。
將上述過100目篩的料漿在噴霧造粒機上進行噴霧造粒，要求造粒後的顆粒近球形，而且水分保持均勻，含水率控制在1～3％之間。關於造粒後的粒料近球形及含水率拉制在1～3％之間的拉制要求，主要是通過噴霧造粒機設備本身的工藝參數選擇來保證。
將噴霧造粒後的粉料裝進具有彈性的如以材質為聚氨脂或矽橡膠或天然橡膠或用等效於該類材質的其它材料所製作的軟模內，然後放到冷等靜壓機的乳化液液體介質中，在施加250MPa壓力下進行冷等靜壓成型，在該施加的壓力下，壓力便以相等的力向各個方向傳遞，使粉料的各個方向均受到擠壓，被壓實成輥套坯體，輥套坯體與模型的形狀相似，只是尺寸按比例縮小，其縮小程度隨配料的組分及坯體尺寸大小和所用壓強大小而別。例如靜壓力在250MPa～280MPa時，徑向收縮在1.1～1.5之間。因此採用這種方法製得的坯體具有相當高的緻密度和優異的強度。
冷等靜壓成型後出模，對出模後的坯體或稱素坯用金加工用的車床進行修坯，使其形成陶瓷輥套坯件。
將坯件送臥式爐中反應燒結。在燒結過程中室溫～500℃溫度段的升溫速率為40℃/h，至500℃時抽真空充N2，升溫速率為50℃/h，在1100℃～1450℃溫度段的升溫速率為45℃/h，爐壓拉制在0.03MPa、N2流量為0.4m3/h，H2流量為0.35L/min、N2與h2之比為95∶5。前述燒結過程中，在400～500℃時進行排塑，1400℃～1450℃為最終氮化燒結溫度。不同溫度段的升溫速率對反應燒結效果起著重要的作用。因為矽的氮化反應是放熱反應(ΔHo＝-723KJ/mol)，如果反應速度控制欠缺，坯件內部瞬時反應溫度很可能超過矽的熔點1410℃。所以，如果坯內溫度超過矽的熔點，矽就會熔化，不僅會致使反應生成的Si3N4晶粒粗大，而且熔化的矽阻塞通孔，阻止N2進一步滲入，致使反應不完善，從而殘留較多的游離矽，造成製品性能差。所以申請人在反應燒結燒結Si3N4工序中所採用的升溫速率能避免前述不利因素。
將出爐後的坯件經磨床加工形成所需的形狀尺寸的且帶有供其與Ni20Cr25耐熱合金鋼輥基進行鍵結合的鍵槽2的陶瓷爐底輥輥套1。這種陶瓷爐底輥輥套1在矽鋼連續退火爐上曾經試用6個月以上，結果發現其抗結瘤性、抗高溫氧化性、耐磨性、抗熱震性均表現出了優異的效果，未發現有剝落現象，證明了它可以在還原氣氛和弱氧化氣氛下長期使用。而且經對其測試，體現出了用本發明所提供的陶瓷爐底輥輥套材料製作陶瓷爐底輥輥套所獲得的陶瓷爐底輥輥套產品所具備的理想的並由下表所示的諸性能指標。
實施例2僅主原料配比改為稱取800目Si粉75％、平均粒度為0.6μm的β相Si3N4粉為12％、平均粒度為5μm的SiC粉為8％，其餘同實施例1。
權利要求
1.一種陶瓷爐底輥輥套材料，特徵在於其是以Si粉、β相Si3N4粉、SiC粉作為主原料，以AL2O3、SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、PVA作為添加到主原料中的輔料，主原料組分為Si粉70％～80％、β相Si3N4粉10％～15％、SiC粉5％～10％；輔料組分為AL2O3和SiO2以及MgO各1％～2％、CaO和Fe2O3各0.5％～1％、外加PVA1％～3％。
2.根據權利要求1所述的陶瓷爐底輥輥套材料，特徵在於所述Si粉的顆粒級配為過200～800目篩，β相Si3N4粉平均粒度為0.5～1μm，SiC粉平均粒度為3～8μm。
3.根據權利要求1所述的陶瓷爐底輥輥套材料，特徵在於所述的AL2O3、SiO2、MgO、CaO、Fe2O3均為化學純。
4.一種製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於把按組分稱量後的主原料和輔料加水球磨成料漿，然後過篩；接著噴霧造粒；接著，將造粒後的粉料裝入模具，經250～280MPa壓力進行冷等靜壓成型；接著，出模、修坯；爾後，將修坯後的坯件置於爐中反應燒結，在反應燒結過程中室溫～500℃升溫速率為30℃～50℃/h，500℃時抽真空克N2，此時的升溫速率為40℃～60℃/h，1100℃～1450℃升溫速率為40℃～50℃/爐壓為0.01～0.04MPa；最後，出爐，經磨加工得到陶瓷爐底輥輥套。
5.根據權利要求4所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於加水球磨時，料與水的比例為1∶9～11。
6.根據權利要求4所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於在所述的噴霧造粒中顆粒中的含水率為1～3％。
7.根據權利要求4所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於所述的模具為軟模。
8.根據權利要求7所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於所述的軟模的材質為聚氨酯、矽橡膠、天然橡膠中的任意一種。
9.根據權利要求4所述的製作陶瓷爐底輥輥套的方法，其特徵在於在反應燃燒過程中，通入N2的流量為0.3m3～0.6m3/h，H2的流量為0.2L～0.5L/min，N2與H2之比為95∶5。
全文摘要
一種陶瓷爐底輥輥套材料，以Si粉、β相Si
文檔編號C04B35/626GK1513810SQ03132380
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月16日 優先權日2003年8月16日
發明者屈靜江, 嚴成, 曾晴光 申請人:江蘇天大亞舟高技術陶瓷有限責任公司