[发明专利]复合碳套辊及其制作方法

说明书

本发明提供了一种复合碳套辊及其制作方法，该复合碳套辊包括左轴头、右轴头、辊身、陶瓷预制件、碳套和若干挡筋条，所述辊身嵌套于陶瓷预制件的外侧，所述左轴头和右轴头通过辊身的包覆分别固设于陶瓷预制件的两侧，所述碳套嵌套于辊身的外侧，若干所述挡筋条以均分的方式分别嵌设于陶瓷预制件的两端。该方法包括如下步骤：制作带有键槽的陶瓷预制件，并将在陶瓷预制件的每个所述键槽内各设置一个挡筋条；将带有挡筋条的陶瓷预制件水平插入辊身的空腔内，将所述挡筋条与辊身的内壁进行焊接；将碳套套接于辊身的外侧。本发明的碳套辊辊身，提高了碳套辊辊身在高温下地抗变性能力，延长了碳套辊辊身的在机使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种复合碳套辊及其制作方法，属于机械设备技术领域。

背景技术

板带在生产过程中需经退火炉热处理，为炉内传送板带需要，退火炉内安装了数量众多的碳套辊，板带与碳套相接触可防止金属辊表面积瘤，保证板带产品质量。现有技术的碳套辊如图1所示，由金属辊身和石墨质的碳套3两部分组成，金属辊身由辊身2和两侧的左轴头1和右轴头4组成，左轴头1和右轴头4采用过盈配合装入辊身2，并与辊身2焊接为一体，辊身2内部为空心。根据带钢产品工艺需要，有些产品要求退火温度在1100℃左右。碳套辊使用期间，辊身沿轴向逐渐发生弯曲，对下机弯曲辊身进行检测，冷态下变形最大部位达到10mm以上，导致碳套擦伤板带表面，被迫停炉更换碳套辊，影响机组产能。

经过分析，在高温环境下，碳套辊金属辊身材料性能急剧下降，虽然采用了性能较好的金属材料，但高温强度仅为几个MPa，在辊身自重和离心力的作用下，极易发生弯曲变形。

为了延长碳套辊的使用寿命，有研究提出过在辊身内部空腔灌注一种特殊高温高强度微膨胀的陶瓷浇注料(以下简称：陶瓷浇注料)的复合结构方案。如图2所示，辊身2内呈空腔结构，在辊身2内的空腔中填充有陶瓷浇注料7，且在辊身2与左轴头1和右轴头4相接触的两个端部各加设三个挡筋条6，左轴头1和右轴头4的中央均设有排气孔5。这样的设计是基于陶瓷浇注料在高温下的强度具有远高于金属材料强度的特点，进而复合结构碳套辊辊身充分发挥了陶瓷浇注料高温下强度高的特点，最终获得金属辊身和陶瓷浇注料的强度叠加效果，在高温条件下两者共同抵抗弯曲变形，如图3所示。

但是，由于金属热膨胀系数是陶瓷材料的10倍，常温下金属与陶瓷浇 注料之间无间隙，在高温烘烤过程中，金属膨胀极可能导致陶瓷浇注料产生裂纹而断裂，浇注体的质量难以受控，导致灌注式陶瓷浇注料复合辊寿命提高有限。

发明内容

本发明基于复合结构设计思想的基础上，开发一种质量稳定可靠的陶瓷、金属复合结构的碳套辊辊身。

复合结构碳套辊的核心技术是利用陶瓷材料的高温强度优于金属材料的特性来抵抗辊身弯曲，前提是必须保证辊身内部的陶瓷材料无裂纹等缺陷，而灌注式陶瓷浇注料复合辊的质量难以受控。在此提出了在辊身内部空腔插入一种达到陶瓷材料高温特性的陶瓷预制件的复合结构方案，陶瓷预制件采用模具浇注的方案进行制作，脱模后，则可方便地检测陶瓷预制件的浇注质量，能确保插入辊身空腔内的陶瓷预制件无裂纹等缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种复合碳套辊，其包括左轴头、右轴头、辊身、陶瓷预制件、碳套和若干挡筋条，所述辊身嵌套于陶瓷预制件的外侧，所述左轴头和右轴头通过辊身的包覆分别固设于陶瓷预制件的两侧，所述碳套嵌套于辊身的外侧，若干所述挡筋条以均分的方式分别嵌设于陶瓷预制件的两端，即在辊身两端的内壁分别均匀焊接数根挡筋条，相邻两根挡筋条的距离均相等。

作为优选方案，所述挡筋条的数量为六条。

本发明的基本原理为：目前的碳套辊辊身设计为空腔结构，将达到陶瓷材料高温特性的陶瓷预制件插入到辊身内部空腔。陶瓷预制件在高温下的强度具有远高于金属材料强度的特点，在此基础上设计的复合结构碳套辊辊身，充分发挥了陶瓷预制件高温下的强度高的特点。这样金属辊身和陶瓷预制件的强度叠加，在高温条件下两者共同抵抗弯曲变形。