专利名称：用于炉的加强陶瓷辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚底式炉的陶瓷辊，滚底式炉是一种通道炉，其炉底由相互平行排列的陶瓷辊构成，这些陶瓷辊在驱动机构的带动下绕各自的轴线转动，所有的辊的转动方向相同且转动速度基本相同，带动要烧的物品通过炉。
这些炉主要用于烧制贴墙面和地板的瓷砖。要烧的瓷砖直接放在炉进口处的辊上，这种炉也可以用于烧制具有复杂形状的物品，例如餐具、卫生洁具、电子器件等。这时，要烧的产品放在构成底座的托盘上，而托盘放在辊上。
目前辊的长度在1200到4000毫米之间，其外径在25到55毫米之间，壁厚在5到6毫米之间。
辊承受着多种载荷机械应力自重和要烧的元件的重量；转动引起的动态疲劳；化学侵蚀烧制的物品挥发的碱性气体；氧化(材料为碳化硅时)；温度梯度辊位于炉中的部分和穿出炉壁的端部之间；
热冲击炉工作过程中更换失效辊，插入新辊时；在停产或停炉修理时。
目前市场上有三种陶瓷辊-氧化物基的低温(＜1500℃)烧制耐火材料构成的辊。如氧化铝-多铝红柱石-堇青石基材料(如意大利Nouva Sirma公司出产的产品Siroll LP)-高温(＞1500℃)烧制的氧化铝基、氧化铝-多铝红柱石基或多铝红柱石基材料辊；-碳化硅和/或氮化硅和/或氮氧化硅和/或硅铝化合物(以下称为含硅材料)基的耐火材料制成的辊，例如由碳化硅晶体和氮化硅连结剂组成的材料(如由Norton公司出产的材料Advencer)，再结晶碳化硅(如Norton的产品Crystar)，或者渗入硅的碳化硅材料。
低温烧制的氧化物基材料辊的缺点是承重小，最好的氧化铝-多铝红柱石-堇青石基材料辊在温度等于或小于1250℃时的最大承载能力为是由(自重+载荷)引起的弯曲应力应小于50千克/平方厘米，这使其在一些方面的应用受到很大的限制。
高温烧制的氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基材料辊在1300-1350℃时的最大弯曲应力可达80千克/平方厘米，但其价格比低温烧制材料贵很多。
相反，由含硅材料制成的辊在1600℃时可以承受200-500千克/平方厘米的弯曲应力，使用温度可达1600℃。但其价格是氧化物基材料辊的7到20倍。
因此，对工业界来说，提供性能比传统的氧化物基材料辊好，但价格比市场上的高温烧制的氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基或含硅材料辊便宜的辊是非常有意义的。
本发明就是为了达到这个目的。
更确切地说，本发明涉及一种用于滚底式炉的组合辊，它由一个中空外辊和一个加强元件组成，外辊用氧化物基陶瓷耐火材料制成，加强元件的材料的弹性模量在1200℃高于外辊材料的弹性模量，加强元件放在外辊中，加强元件横截面的最大尺寸小于外辊的内径。
加强元件材料在1200℃时的弹性模量应至少比外辊的材料大2倍，最好是在3倍以上。加强元件材料的弹性模量可以达到甚至超过外辊材料的20倍。
外辊可以和通常一样用便宜的氧化物基材料制成，例如前面说的低温烧制氧化铝-多铝红柱石-堇青石基材料。这种材料在1200℃时的弹性模量在10到25千兆帕之间，典型的外辊的壁厚可以为5-6毫米，但这个值不是必须的。
内部加强元件的形状可以是各种各样的，例如，可以是中空的圆柱形，或者是中空的棒，其断面可以是六角形，方形，三角形或X形。
从节约材料、机械强度和制造方便考虑，最好采用中空圆柱形，也就是管状，其壁厚1.5到4毫米加强元件可以用高温烧制氧化物基材料，如氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基材料制成，也可以用前面提到的含硅材料制成。高温烧制的氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基材料在1200℃时典型的弹性模量为50到200千兆帕，而含硅材料在1200℃时的典型弹性模量为150到400千兆帕。
内加强元件的长度应该小于或等于要加强的外辊的长度0.9倍。为了节约材料，我们希望加强元件的长度比外辊小的多，例如相当于外辊长度的0.15到0.65倍。例如外辊长度为3米，则加强元件的长度应为0.5到2米。
加强元件截面的最大尺寸比外辊的内径小一点，以便加强元件能装入外辊，并在外辊承载产生微小弯曲时就能起作用。间隙一般为0.1到0.5毫米就可以了。这个值不是必须的。
加强元件一般位于炉上支持外辊的轴承中间，或者相对于辊承受的载荷的中间位置，以使氧化物基材料的外辊在工作应力最大的部位得到加强。
试验证明，不必在外辊和加强元件之间放置瓷片，涂胶或水泥。只需在装配时用有机胶将加强元件固定在外辊中。在使用过程中，胶被烧掉，加强元件在外辊弯曲效应的作用下保持在确定位置。
唯一的图中示出了本发明组合辊的纵向剖视图。
在图中，标号1标记了氧化物基的外辊，标号2标记了管状的加强元件，其长度小于外辊。标号3为外辊工作时支持在轴承上的部位，标号4为辊伸出炉壁的部分，上面将装辊的驱动装置，如链轮(未示出)。
下面的非限制性的实施例将说明本发明。
图中示出的组合辊，其中外辊1是用Siroll LP材料(Nouva Sirma公司出产的氧化铝-多铝红柱石-堇青石基材料)制成，其技术指标为-外半径20毫米-内半径15毫米-长度 3米-1200℃时的杨氏模量22000兆帕-热膨胀系数52×10-6/开-比重 2360千克/立方米加强元件2是用ADVANCER材料制成(Norton公司出产的碳化硅晶体和氮化硅连结剂构成的材料)，其技术指标为-外半径14.5毫米-内半径12.5毫米
-长度0.5米-1200℃时的杨氏模量 225000兆帕-热膨胀系数 4.8×10-6/开-比重2820千克/立方米这样的辊用在烧制瓷砖的炉中，其工作温度大约为1200℃。
辊在炉轴承上的两个支点之间的距离为2.91米，承重部分的长度为1.83米。
第一个试验比较这个组合辊和没有加强元件的单独SIROLL LP辊的弯曲变形，以及比较与组合辊外形尺寸相同，壁厚为5-6毫米的ADVANCER辊的弯曲变形。
可以看到，在空载时，ADVANCER材料的加强元件使得组合辊的弯曲变形比单独的SIROLL LP辊的弯曲变形增加大约1毫米。但是当炉中有物品通过，相当于在辊中段1.83米部分上作用1.25千克均布载荷时，组合辊的弯曲变形比未加强的辊的弯曲变形小约3倍，它为3.4毫米而不是11.1毫米，而ADVANCER辊的弯曲变形为2毫米。
第二个试验在每个SIROLL LP辊的1.83米长一段上施加3千克的均布载荷，测得的弯曲变形是12毫米，而且在工作几个小时后，辊很快断裂。
相反，承受相同载荷的本发明组合辊的弯曲变形只有6毫米。
因此，本发明的辊的性能远好于通常的氧化物基材料辊，但比高温烧制材料辊便宜，并比含硅材料辊便宜许多。实际上，本发明中的加强元件的体积远小于完全用高性能材料制成的辊的体积，这是因为，其直径，壁厚和长度均小于高性能辊的尺寸。
本发明还使得能够利用高温烧制过烧的氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基材料的在高温下的良好刚性，而当组合辊在炉工作时插入炉时，不会有受到热冲击而断裂的危险。实际上，能够很好承受热冲击的外辊构成一个对热冲击敏感的加强元件的防热冲击外罩。
当然，上述的实施例只是一个例子，可以对其修改，特别是作一些等同技术的替换，这些都不超出本发明的范围。
权利要求
1.一种用于滚底式炉的组合辊，它由一个中空外辊和一个加强元件组成，外辊用氧化物基陶瓷耐火材料制成，加强元件的材料的弹性模量在1200℃高于外辊材料的弹性模量，加强元件放在外辊中，加强元件横截面的最大尺寸小于外辊的内径。
2.根据权利要求1所述的辊，其特征为内加强元件为管状。
3.根据权利要求2所述的辊，其特征为加强元件的壁厚在1.5到4毫米之间。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的辊，其特征为加强元件比外辊短。
5.根据权利要求4所述的辊，其特征为加强元件的长度等于外辊长度的0.15到0.65倍。
6.根据权利要求1、4和5中任意一项所述的辊，其特征为加强元件位于辊在炉轴承上的两个支点中间。
7.根据权利要求1、4和5中任意一项所述的辊，其特征为加强元件位于辊承受载荷位置的中间。
8.根据权利要求2至7所述的辊，其特征为加强元件材料在1200℃时的弹性模量至少高出外辊弹性模量的2倍。
9.根据权利要求2至7所述的辊，其特征为加强元件材料在1200℃时的弹性模量至少高出外辊弹性模量的3倍。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的辊，其特征为外辊为氧化铝-多铝红柱石-堇青石材料，加强元件材料可以是氧化铝、氧化铝-多铝红柱石或多铝红柱石基材料类材料中的一种制成，或者是碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅铝化合物中的至少一种含硅材料制成。
全文摘要
本发明涉及一种用于滚底式炉的组合辊，它由一个中空外辊和一个放在外辊(1)中的加强元件(2)组成，外辊用氧化物基耐火材料制成，加强元件的材料在高温下具有较高的弹性模量，加强元件横截面的最大尺寸比外辊的内径略小。本发明特别应用于烧制瓷砖的炉。
文档编号F27D3/00GK1150474SQ9519347
公开日1997年5月21日 申请日期1995年6月7日 优先权日1994年6月8日
发明者雅克·保罗·雷蒙·舍恩纳尔 申请人:诺瓦·西尔马股份公司