第四章辊道窑的传动系统与钢架结构

1第四章辊道窑的传动系统与钢架结构辊道窑由一系列平行排列且间距相同的辊子在窑内构成辊道，每根辊子均横穿窑墙支承在窑墙两侧支承上，由机械传动系统实现辊子的同向转动。制品放在辊道上，按预定的速度由预热带向烧成带、冷却带移动，完成烧成工艺。因此，辊道及其传动系统是辊道窑的关键组成部分。辊子及其传动系统相对窑体来说是独立的，又是互相联系的。这是因为辊道窑及其传动系统的运动机构是独立的，而辊道及其传动系统的设计布局则受到窑体结构的限制。其主要技术参数须根据烧成工艺来确定，辊道及其传动系统经钢架结构与窑体有机地联成一体。4.1辊子及其安装4.1.1辊子辊子是组成辊道窑的基本部分，辊子在辊道窑内不断转动，承受制品的重量，同时经受高温作用，其质量好坏影响到辊道窑的运行精度，从而直接影响到制品质量。因此辊子要求性能好，能满足使用要求，成本低。4.1.1.1对辊子的性能要求辊子由于某种原因不能正常工作时称为失效。辊子失效主要表现是：断裂，塑性变形，过大的弹性变形，工作表面的过度磨损或损伤，窑内高温环境下产生的蠕变及腐蚀气氛的影响。为了使辊子在预定的使用期限内可靠地工作，辊子应满足下列要求：（1）强度：强度是衡量辊子抵抗破坏的能力，是保证辊子的正常工作的最基本要求。当辊子强度不足时，就会发生塑性变形，甚至断裂。为了保证辊子有足够的强度，要求辊子的工作应力不得超过许用应力。一般国内的Al2O3陶瓷辊许用应力≥45MPa。（2）刚度：刚度是衡量辊子抵抗弹性变形的能力。辊子刚度不足时，会产生不允许的弹性变形，形成载荷集中，影响辊子的正常工作。（3）耐磨性：耐磨性是指辊子抵抗磨损的能力。连续运转的辊子依靠辊子与制品间的摩擦力推动制品沿辊道前进，由于辊子与制品不断摩擦，辊子表面物质不断损失，这种现象称为磨损。磨损会逐渐改变辊子的尺寸和表面形状，从而影响制品的质量，因此，要求辊子应具有良好的耐磨性。（4）耐热性：辊子的耐热性能指辊子抗氧化、抗热变形及抗蠕变的能力，是辊子使用寿命的主要指标之一。辊子在高温下工作时，强度将会削弱，同时出现蠕变，变形加大，而且窑内燃烧产物含有大量游离氧和一氧化碳，因而要求辊子在高温和燃烧产物作用时具有良好的抗氧化、抗热变形和抗蠕变能力，以适应烧成工艺的需要。辊子在窑内使用一段时间后因失效或沾上釉渣时必须更换。为适应高温下更换辊子的需要，辊子还必须具有良好的抗热振性能。（5）尺寸公差要求：辊子一般为管状，壁较薄。要求辊子直而圆，尺寸准确，辊子的直线度、圆度、圆柱度及辊子两端同轴度直接影响窑内坯体运行的平稳，如果它们的误差大，易引起窑内坯体走偏和叠坯现象，因此辊子的尺寸公差必须加以控制。（6）吸水性能：辊子应具有一定的吸水率，以便在辊子表面预涂一层涂层，既可提高2辊子的使用寿命，又较容易清除粘附的釉层。4.1.1.2辊子的材质、主要技术指标辊道窑从预热带到冷却带不同部位的温度与气氛不同，对辊子技术要求也不同。一条辊道窑有数百根甚至数千根辊子，可选用同一类材质，也可在不同部位选用不同类材质的辊子，使各部分要求分别得到满足。辊子的材质主要有两大类，一类是金属材料，另一类是非金属材料。选用金属材料制作辊子时，可直接选用管材，然后根据辊子联接要求对辊子两端进行加工，金属辊子的工作表面一般不加工，制作工艺简单。常用的金属辊子有电焊钢管、普通无缝钢管和耐热合金钢管等，其主要技术指标与规格见表4-1。选用金属辊子时，还应注意高温气体腐蚀、热膨胀、高温摩擦、变形及蠕变等问题。表4-1常用金属辊子主要技术指标种类规格/mm（外径）外径允许偏差/mm常用材料特性应用范围普通级高级铝合金辊21～34±0.2LF耐腐蚀性好36～50±0.3电焊钢管普通电焊钢管21～40±0.5±0.25A3F具有一定机械性能，价格便宜，热稳定性较差，常用与窑头及窑尾输送段31～40±0.5±0.341～51±0.5±0.35低压液体输送用钢管17～48±0.5B3F普通无缝钢管冷轧无缝钢管≤30±0.4±0.210如20钢，使用温度450℃，非腐蚀介质气氛中，常用于预热带前段及冷却带后段30～50±0.45±0.320热轧无缝钢管159+1.25%-1%±1%45耐热合金管不锈钢无缝钢管冷轧钢管10～30±0.4±0.21Cr18Ni9Ti耐酸，在600℃以下耐热，在1000℃以下不起皮，常用于预热带后段及冷却带前段30～50±0.45±0.3热轧钢管≤140±1.5±1.25%0Cr18Ni9耐热钢管10～30±0.4±0.21Cr25Ni20Si2抗氧化温度可达1200℃，但价贵30～50±0.45±0.3GH1140GH3030GH3039850℃以下适用3常用的非金属辊子多采用瓷质空心棒，即陶瓷辊。陶瓷辊比较脆，在满足使用要求的同时，应充分考虑辊子制造工艺和经济性要求。常用陶瓷辊材质试验结果见表4-2。从表4-2可以看出，使用温度在1300℃以下时，选用Al2O3。我国最早研制成功高铝瓷辊棒的佛山市陶瓷研究所生产的陶瓷辊棒的理化性能指标见表4-3。烧成温度达1300℃以上一般采用结晶碳化硅材质制作辊子，如重结晶碳化硅辊子在氧化气氛中可用至1600℃，但价格昂贵。德国生产的渗硅碳化硅辊子可用于1300～1350℃，属于反应烧结的碳化硅，价格较低，碳化硅辊子的性能指标见表4-4。表4-2常用陶瓷材质试验结果材质名称规格/mm试验温度/℃试验时间/d试验结果碳化硅管直径35×1300壁厚4～51300～135030有氧化现象直径25×1300壁厚3～4碳化硅管（表面有涂层，涂料采用95%氧化锆和5%五氧化二钒）同上同上同上不好，涂层易掉，有掉皮现象刚玉管直径25×1200壁厚3同上同上无异常现象85%Al2O3瓷管直径35×1200壁厚3～51300以下同上良好，无弯曲现象1300～1360同上有变色和稍弯曲现象表4-3国产陶瓷辊棒的理化性能指标性能名称单位性能指标氧化铝含量%75～76规格尺寸mm长度3000±3，直径40±0.5变形%直线度≤0.1，圆度≤0.3吸水率mm10抗弯强度Mpa≥45抗热震性经1350℃至室温急冷急热循环5次不出现裂纹线膨胀系数℃-16.2×10-6（从25～1000℃）高温荷重软化温度℃≥1500耐火度℃≥1750表4-4碳化硅辊子的性能指标名称单位ICRA重结晶碳化硅NortonCrystar渗硅碳化硅SiC含量%9999Si8%～12%其余为SiC体积密度Kg·m-326002600≥30004吸水率%7～8开气孔率%18160抗弯强度Mpa100～12020℃1001250℃120≥300膨胀系数（20～1500℃）℃-14.6×10-64.8×10-64.5×10-6最高使用温度℃1600氧化1600氧化意大利辊棒制造厂家试用ODS型（氧化物弥散增强性）合金制作辊棒，这种材质在1250℃下工作时仍有很高强度，其保证工作寿命为2年，价格约为陶瓷辊子的10倍左右，而MORI公司则引用专利，利用金属和陶瓷两种材料的优点，以金属棒为外套，陶瓷棒为内管组成复合辊棒进行研制。4.1.1.3国产陶瓷辊的规格、检测与使用陶瓷辊的规格、尺寸须根据辊子的材质、生产工艺、辊子支撑的制品的质量与大小尺寸、制品的烧成工艺、窑体的结构等来确定。辊子一般制成空心管状，壁较薄。这样，辊子在承受高温时其温度应力差可减小，抗弯强度提高，但管壁薄，成型困难。因此，应当选择合理的壁厚，考虑综合因素影响，当辊子需承受较大的制品载荷时，应考虑选择直径较大的辊子。为适应辊道窑需要，陶瓷辊的规格尺寸日趋完善，可供直接选用，见表4-5。陶瓷辊两端结构则视辊子联接要求而定，最简单的是将购来的辊子直接与联接部分联接或切割到规定长度后与联接部分联接，但也有的设计必须对辊子两端进行磨削加工或钻孔加工，陶瓷辊的工作外表面一般不加工。表4-5常用陶瓷辊的主要规格直径（外径）/mm长度/mm251500，1600，1700，1800，1900，2275，2330271600，1800，2030，2100，2380，2400，2500，2630301800，1900，2000，2100，2200，2275，2320，2360，2400，2500，2600312030，2265，2400，263033.71150，1350，1450，1600，1800，2000，2230，2300，2360，2440，2460，2500，2600，2700352000，2339，2450401200，1500，1800，1960，2000，2100，2200，2320，2380，2400，2510，2600，2660，2740，2930，3000，3230422480，2600，2900，2930，3000，3240452680，2880，2980，3100，3250陶瓷辊的检测主要有两个方面即外形质量检测与内在性能质量检测。外形质量检测内容主要是辊子的尺寸公差和形位公差，根据目前辊子的生产和使用情况来看，辊子常用外径为25～45mm，尺寸公差控制范围±0.5；长度1200～3300mm；壁厚3～55mm；直线度误差规定为辊子长度的0.1％之内；圆度误差不大于0.3mm；辊子两端同轴度不超过0.5mm/m；圆锥度公差以前无要求，现控制在1mm范围内。辊子的尺寸公差和形位公差直接影响窑内坯体运行的平稳，如果误差大，不仅影响制品表面平整，还易引起坯体走偏或叠坯现象。因此，高质量的辊道窑对辊子的公差要求也愈来愈严格。辊子的内在质量的检测内容是抗高温蠕变性能和抗热震性能。常用的抗高温蠕变性能的测定方法是在特定长度的陶瓷辊上等距离安放若干等载荷重物，然后将载有重物的陶瓷辊安放在两个等高支座上，置入试验窑内，升至预定温度，保温5h，使辊子温度均匀并稳定，随窑自然冷却后卸下载荷，测量其直线度，用这样的方法比较各种陶瓷辊材质在该温度下的抗高温蠕变能力，然后逐渐改变载荷以测定该辊子抗高温蠕变极限应力，也可以用这种方法来测定不同材质、不同尺寸的陶瓷辊的实际载荷能力，选择合理的壁厚。实践证明，温度不同时，辊子的实际载荷能力不同，因此，不能用在常温下测定的辊子实际载荷能力作为辊子的承载能力进行设计计算。辊子的抗热震性的测定方法是将陶瓷辊3/4长度部分放入试验窑内，升至预定温度，保温20min，然后将其取出在冷空气中冷却，重复试验直到辊子断裂，其重复循环的次数则表示该辊子抗热震性的能力。德国陶瓷辊抗热震能力可达10～12次，国内陶瓷辊抗热震能力稍差，循环次数一般不超过6次。4.1.2辊子的联接形式辊子是易损件，为了不影响辊道窑的正常工作，辊子必须联接牢固、可靠，更换辊子必须方便、快捷，常用的联接形式主要有以下5种。1.螺母式联接螺母式联接如图4-1所示。辊子1插入接头3的内孔，接头3外表面加工成圆锥管螺纹，沿圆周均匀分布3至4条纵向槽，通过弹性销4与轴9联接，拧紧螺母2时，接头3的内径变小从而将辊子夹紧。为使夹紧灵敏可靠，接头纵向槽部分截面应尽量薄，使之具有弹性。这种联接形式结构简单，对中性好，但接头3内径调节范围小，对辊子外径尺寸要求较严格。图4-1螺母式接头1-辊子2-管螺母3-圆锥管螺纹接头4-弹性销5-轴承座6-紧固螺钉7-链轮8-紧固螺钉9-轴6图4-2螺母楔块式联接1-辊子2-螺母3-锥套4-接头5-链轮图4-2为加楔块的螺母式联接。联接螺纹为普通细牙螺纹，辊子1插入锥套3的内孔中，锥套3为外锥式轴套，沿纵向加工一条通槽，因此锥套具有弹性，接头4内表面锥度与锥套3相配合，拧紧螺母2时使锥套轴向移动，利用锥面变化半径作用使锥套弹性变形，从而将辊子夹紧。这种联接方式对辊子直径变化适应性较强，夹紧力大。螺母式联接虽具有联接牢固的优点，但更换辊子时须使辊子与接头分离，这给生产中更换辊子带来、了不便，因而目前大型建陶工业辊道窑中很少应用，一般只用于日用瓷烤花辊道窑、小型建陶工业辊道窑或辊道实验窑中。2.夹环式联接夹环式联接如图4-3所示。辊子1套入接头5内孔，接头与辊子联接的一端加工成一条纵向槽，拧紧螺