專利名稱：用于爐的加強陶瓷輥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種滾底式爐的陶瓷輥，滾底式爐是一種通道爐，其爐底由相互平行排列的陶瓷輥構成，這些陶瓷輥在驅動機構的帶動下繞各自的軸線轉動，所有的輥的轉動方向相同且轉動速度基本相同，帶動要燒的物品通過爐。
這些爐主要用于燒制貼墻面和地板的瓷磚。要燒的瓷磚直接放在爐進口處的輥上，這種爐也可以用于燒制具有復雜形狀的物品，例如餐具、衛生潔具、電子器件等。這時，要燒的產品放在構成底座的托盤上，而托盤放在輥上。
目前輥的長度在1200到4000毫米之間，其外徑在25到55毫米之間，壁厚在5到6毫米之間。
輥承受著多種載荷機械應力自重和要燒的元件的重量；轉動引起的動態疲勞；化學侵蝕燒制的物品揮發的堿性氣體；氧化(材料為碳化硅時)；溫度梯度輥位于爐中的部分和穿出爐壁的端部之間；
熱沖擊爐工作過程中更換失效輥，插入新輥時；在停產或停爐修理時。
目前市場上有三種陶瓷輥-氧化物基的低溫(＜1500℃)燒制耐火材料構成的輥。如氧化鋁-多鋁紅柱石-堇青石基材料(如意大利Nouva Sirma公司出產的產品Siroll LP)-高溫(＞1500℃)燒制的氧化鋁基、氧化鋁-多鋁紅柱石基或多鋁紅柱石基材料輥；-碳化硅和/或氮化硅和/或氮氧化硅和/或硅鋁化合物(以下稱為含硅材料)基的耐火材料制成的輥，例如由碳化硅晶體和氮化硅連結劑組成的材料(如由Norton公司出產的材料Advencer)，再結晶碳化硅(如Norton的產品Crystar)，或者滲入硅的碳化硅材料。
低溫燒制的氧化物基材料輥的缺點是承重小，最好的氧化鋁-多鋁紅柱石-堇青石基材料輥在溫度等于或小于1250℃時的最大承載能力為是由(自重+載荷)引起的彎曲應力應小于50千克/平方厘米，這使其在一些方面的應用受到很大的限制。
高溫燒制的氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基材料輥在1300-1350℃時的最大彎曲應力可達80千克/平方厘米，但其價格比低溫燒制材料貴很多。
相反，由含硅材料制成的輥在1600℃時可以承受200-500千克/平方厘米的彎曲應力，使用溫度可達1600℃。但其價格是氧化物基材料輥的7到20倍。
因此，對工業界來說，提供性能比傳統的氧化物基材料輥好，但價格比市場上的高溫燒制的氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基或含硅材料輥便宜的輥是非常有意義的。
本發明就是為了達到這個目的。
更確切地說，本發明涉及一種用于滾底式爐的組合輥，它由一個中空外輥和一個加強元件組成，外輥用氧化物基陶瓷耐火材料制成，加強元件的材料的彈性模量在1200℃高于外輥材料的彈性模量，加強元件放在外輥中，加強元件橫截面的最大尺寸小于外輥的內徑。
加強元件材料在1200℃時的彈性模量應至少比外輥的材料大2倍，最好是在3倍以上。加強元件材料的彈性模量可以達到甚至超過外輥材料的20倍。
外輥可以和通常一樣用便宜的氧化物基材料制成，例如前面說的低溫燒制氧化鋁-多鋁紅柱石-堇青石基材料。這種材料在1200℃時的彈性模量在10到25千兆帕之間，典型的外輥的壁厚可以為5-6毫米，但這個值不是必須的。
內部加強元件的形狀可以是各種各樣的，例如，可以是中空的圓柱形，或者是中空的棒，其斷面可以是六角形，方形，三角形或X形。
從節約材料、機械強度和制造方便考慮，最好采用中空圓柱形，也就是管狀，其壁厚1.5到4毫米加強元件可以用高溫燒制氧化物基材料，如氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基材料制成，也可以用前面提到的含硅材料制成。高溫燒制的氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基材料在1200℃時典型的彈性模量為50到200千兆帕，而含硅材料在1200℃時的典型彈性模量為150到400千兆帕。
內加強元件的長度應該小于或等于要加強的外輥的長度0.9倍。為了節約材料，我們希望加強元件的長度比外輥小的多，例如相當于外輥長度的0.15到0.65倍。例如外輥長度為3米，則加強元件的長度應為0.5到2米。
加強元件截面的最大尺寸比外輥的內徑小一點，以便加強元件能裝入外輥，并在外輥承載產生微小彎曲時就能起作用。間隙一般為0.1到0.5毫米就可以了。這個值不是必須的。
加強元件一般位于爐上支持外輥的軸承中間，或者相對于輥承受的載荷的中間位置，以使氧化物基材料的外輥在工作應力最大的部位得到加強。
試驗證明，不必在外輥和加強元件之間放置瓷片，涂膠或水泥。只需在裝配時用有機膠將加強元件固定在外輥中。在使用過程中，膠被燒掉，加強元件在外輥彎曲效應的作用下保持在確定位置。
唯一的圖中示出了本發明組合輥的縱向剖視圖。
在圖中，標號1標記了氧化物基的外輥，標號2標記了管狀的加強元件，其長度小于外輥。標號3為外輥工作時支持在軸承上的部位，標號4為輥伸出爐壁的部分，上面將裝輥的驅動裝置，如鏈輪(未示出)。
下面的非限制性的實施例將說明本發明。
圖中示出的組合輥，其中外輥1是用Siroll LP材料(Nouva Sirma公司出產的氧化鋁-多鋁紅柱石-堇青石基材料)制成，其技術指標為-外半徑20毫米-內半徑15毫米-長度 3米-1200℃時的楊氏模量22000兆帕-熱膨脹系數52×10-6/開-比重 2360千克/立方米加強元件2是用ADVANCER材料制成(Norton公司出產的碳化硅晶體和氮化硅連結劑構成的材料)，其技術指標為-外半徑14.5毫米-內半徑12.5毫米
-長度0.5米-1200℃時的楊氏模量 225000兆帕-熱膨脹系數 4.8×10-6/開-比重2820千克/立方米這樣的輥用在燒制瓷磚的爐中，其工作溫度大約為1200℃。
輥在爐軸承上的兩個支點之間的距離為2.91米，承重部分的長度為1.83米。
第一個試驗比較這個組合輥和沒有加強元件的單獨SIROLL LP輥的彎曲變形，以及比較與組合輥外形尺寸相同，壁厚為5-6毫米的ADVANCER輥的彎曲變形。
可以看到，在空載時，ADVANCER材料的加強元件使得組合輥的彎曲變形比單獨的SIROLL LP輥的彎曲變形增加大約1毫米。但是當爐中有物品通過，相當于在輥中段1.83米部分上作用1.25千克均布載荷時，組合輥的彎曲變形比未加強的輥的彎曲變形小約3倍，它為3.4毫米而不是11.1毫米，而ADVANCER輥的彎曲變形為2毫米。
第二個試驗在每個SIROLL LP輥的1.83米長一段上施加3千克的均布載荷，測得的彎曲變形是12毫米，而且在工作幾個小時后，輥很快斷裂。
相反，承受相同載荷的本發明組合輥的彎曲變形只有6毫米。
因此，本發明的輥的性能遠好于通常的氧化物基材料輥，但比高溫燒制材料輥便宜，并比含硅材料輥便宜許多。實際上，本發明中的加強元件的體積遠小于完全用高性能材料制成的輥的體積，這是因為，其直徑，壁厚和長度均小于高性能輥的尺寸。
本發明還使得能夠利用高溫燒制過燒的氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基材料的在高溫下的良好剛性，而當組合輥在爐工作時插入爐時，不會有受到熱沖擊而斷裂的危險。實際上，能夠很好承受熱沖擊的外輥構成一個對熱沖擊敏感的加強元件的防熱沖擊外罩。
當然，上述的實施例只是一個例子，可以對其修改，特別是作一些等同技術的替換，這些都不超出本發明的范圍。
權利要求
1.一種用于滾底式爐的組合輥，它由一個中空外輥和一個加強元件組成，外輥用氧化物基陶瓷耐火材料制成，加強元件的材料的彈性模量在1200℃高于外輥材料的彈性模量，加強元件放在外輥中，加強元件橫截面的最大尺寸小于外輥的內徑。
2.根據權利要求1所述的輥，其特征為內加強元件為管狀。
3.根據權利要求2所述的輥，其特征為加強元件的壁厚在1.5到4毫米之間。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的輥，其特征為加強元件比外輥短。
5.根據權利要求4所述的輥，其特征為加強元件的長度等于外輥長度的0.15到0.65倍。
6.根據權利要求1、4和5中任意一項所述的輥，其特征為加強元件位于輥在爐軸承上的兩個支點中間。
7.根據權利要求1、4和5中任意一項所述的輥，其特征為加強元件位于輥承受載荷位置的中間。
8.根據權利要求2至7所述的輥，其特征為加強元件材料在1200℃時的彈性模量至少高出外輥彈性模量的2倍。
9.根據權利要求2至7所述的輥，其特征為加強元件材料在1200℃時的彈性模量至少高出外輥彈性模量的3倍。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的輥，其特征為外輥為氧化鋁-多鋁紅柱石-堇青石材料，加強元件材料可以是氧化鋁、氧化鋁-多鋁紅柱石或多鋁紅柱石基材料類材料中的一種制成，或者是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅鋁化合物中的至少一種含硅材料制成。
全文摘要
本發明涉及一種用于滾底式爐的組合輥，它由一個中空外輥和一個放在外輥(1)中的加強元件(2)組成，外輥用氧化物基耐火材料制成，加強元件的材料在高溫下具有較高的彈性模量，加強元件橫截面的最大尺寸比外輥的內徑略小。本發明特別應用于燒制瓷磚的爐。
文檔編號F27D3/00GK1150474SQ9519347
公開日1997年5月21日 申請日期1995年6月7日 優先權日1994年6月8日
發明者雅克·保羅·雷蒙·舍恩納爾 申請人:諾瓦·西爾馬股份公司