輥棒系列之一 陶瓷輥棒及其應用

摘要:本文主要介紹了陶瓷輥棒的物理性能、成形工藝與應用領域等，使廣大陶瓷行業工作者對輥棒有一個更加深刻的認識。

關鍵詞:輥棒;性能;應用

1引 言

陶瓷輥棒是指以粘土質耐火原料與天然礦物原料經過精選、粉碎、成形、煅燒等過程而制成的耐火制品。陶瓷輥棒作為一種耐火窯具，在輥道燒成窯和輥道干燥窯中起支承、傳送陶瓷坯體和產品的作用，是輥道窯的核心部件，它為輥道窯的節能、縮短燒成周期與自動化運作作出了重要貢獻，在建筑衛生陶瓷、日用陶瓷、電子陶瓷、磁性材料、玻璃熱處理、耐磨器件等領域得到廣泛應用。

2陶瓷輥棒的分類

陶瓷輥棒按材質可分為以下幾類:

堇青石-莫來石輥棒:抗熱震性能優異，但由于其荷重軟化溫度低，最高使用溫度在1300℃以下，主要應用在低溫發熱管的載體上。

熔融石英質輥棒:熱膨脹系數低、抗熱震性能很好，由于使用溫度較低，多用于玻璃退火爐等。

剛玉-莫來石輥棒:這種輥棒是由剛玉(Al2O3)和莫來石(3Al2O3·2SiO2)組成的復相陶瓷材料，具有高溫性能好、耐火性好等特點，與單一的剛玉或莫來石材料相比，具有更加優異的抗急冷急熱性能。由于其硬度較大，耐磨性和抗氧化性都較好，基本能滿足現代建筑衛生陶瓷和日用陶瓷燒成的要求;其使用溫度可達1400℃甚至更高，價格低廉，為目前生產用量最大的一種輥棒。

碳化硅輥棒:碳化硅輥棒強度高、抗熱震性好，有良好的抗高溫蠕變性能。常見的碳化硅輥棒有重結晶碳化硅輥棒和反應燒結碳化硅輥棒，重結晶碳化硅棒，氧化氣氛下使用溫度可達1600℃，但價格昂貴;價格稍低的反應燒結碳化硅輥棒，可用于1300～1350℃，多用于衛生陶瓷、電瓷、日用陶瓷的燒成。碳化硅陶瓷輥棒的缺點是:容易被腐蝕，去污能力差、價格昂貴、熱傳導率高，從而限制了它的使用推廣。

陶瓷輥棒按使用溫度可分為高溫瓷輥、中高溫瓷輥、中溫瓷輥、中低溫瓷輥、急冷帶抗彎瓷輥等，其對應的使用溫度見表1。

3陶瓷輥棒的性能指標

陶瓷輥棒的主要性能指標如下(表2為佛山市陶瓷研究所主要輥棒產品的性能):

(1) 熱穩定性:主要反映輥棒的耐急冷急熱性能，好的熱穩定性可提高輥棒的使用壽命，從而降低企業的生產成本;

(2) 彎曲強度:由于陶瓷輥棒主要起承重與傳輸作用，一般都是在高溫、負荷作用下工作，彎曲強度是陶瓷輥棒的一個重要指標，從一定程度上來說，彎曲強度越高越好。

(3) 吸水率:吸水率與輥棒的致密度緊密相連，越是用于高溫下的輥棒，要求其吸水率越小。

(4) 耐火度:是指在無荷重時抵抗高溫作用而不熔融和軟化的性能，耐火度高說明選用原材料純度好，雜質含量低，但耐火度并不代表輥棒的最高使用溫度，輥棒的使用溫度要低于其耐火度。

(5) 直線度:直線度反應輥棒的平直程度，它是輥棒質量的重要體現，直線度不合格的輥棒容易導致產品變形。

(6) 熱膨脹系數:對于陶瓷輥棒而言，希望其熱膨脹系數小，從而在溫度變化較大時不易彎曲，保障生產的順利進行。

4陶瓷輥棒的應用領域

中低溫陶瓷輥棒主要使用于窯爐的低溫區(<1000℃)，通常在窯爐整線工程中運用較多，可以在一定程度上節約窯爐建造成本;中溫陶瓷輥棒主要用于生產釉面磚及其它低溫材料，適合于1200℃以下使用，由于其具備優良的熱穩定性能，既滿足了經常清理輥棒的需要，同時可以滿足釉面磚生產中對輥棒強度的需求，從而得到廣泛應用;中高溫及高溫陶瓷輥棒在輥棒的強度方面逐漸提高，中高溫輥棒在普通瓷質磚、低溫日用瓷等產品的生產中廣泛應用;高溫輥棒在生產高溫瓷質磚、高溫日用瓷、高負載產品及磁性材料及超寬窯爐等領域中的應用越來越多;急冷帶抗彎陶瓷輥棒主要使用于窯爐的急冷區域，由于輥棒采用了獨特的外觀結構(外齒輪形)，在一定程度上增大了輥棒的比表面積，從而增加輥棒的散熱速度，在溫差相對較大的急冷區域可以有效減輕輥棒由于受熱不均勻而導致的彎曲，保障燒成制品能安全平穩地通過此區域，表3為不同輥棒的主要應用領域。

5輥棒的成形

目前，陶瓷輥棒的成形工藝主要有以下三種:

(1) 注漿成形法:注漿成形法主要通過石膏模具成形，曾在輥棒生產的初期使用，由于生產效率低，燒成后產品的外觀質量及直線度、圓度等較差，輥棒強度低，目前已很少使用。

(2) 練泥擠管成形:由于該成形工藝可進行連續式生產，機械化程度高，大大降低了勞動強度，同時產品的外觀質量、強度均比注漿成形有大幅度的提高，目前被國內外多數輥棒生產企業采用。但由于不同企業工藝技術等的差異，產品質量相差較大。

(3) 冷等靜壓工藝成形:該工藝為佛山市陶瓷研究所持有的國家級發明專利技術，該生產工藝先進、可靠高效，很大程度上提高了輥棒的常溫和高溫強度，為輥道窯向寬體、產量超大及高負載方向發展提供了強有力的保障。

6陶瓷輥棒的檢驗

陶瓷輥棒的幾種重要性能檢測方法如下:

(1) 尺寸偏差的測量

瓷輥圓度、錐度、外徑尺寸偏差的測量:在距瓷輥兩端100mm處，分別用分度值為0.02mm的游標卡尺測量瓷輥的最大外徑及同截面上與之垂直方向上的外徑，精確至0.02mm，取同一截面的兩個測量值之差作為圓度值，以最大值作為測量結果;以兩端的外徑平均值之差作為錐度;以所測四次外徑的測量值與公稱外徑之差作為外徑尺寸偏差，以最大值和最小值作為測量結果。

(2) 直線度的測量

1) 標準棒的選定

根據需要選定不同規格的瓷輥標準棒，采用直徑與被選瓷輥相接近的金屬標準棒(直線度等級不低于9級，長度大于被選瓷輥)平放于工作臺上，使被選瓷輥緊貼金屬棒，轉動被選瓷輥360°，用塞尺測兩者的最大間隙，小于0.2mm的才能用作標準棒。

2) 測量

根據被測產品的規格，選用與其直徑相接近的瓷輥標準棒，把瓷輥標準棒平放于工作臺，使樣品緊貼瓷輥標準棒，轉動樣品360°，用塞尺測量兩者之間的最大間隙，即為直線度公差，以管長的百分數表示。

(3) 急冷急熱性試驗

截取約650mm長的瓷輥，烘干后冷卻，迅速插入規定溫度的電爐中，插入深度約為400mm;將瓷輥兩端支起，且沿長度方向溫差不大于±5℃，保溫10min后迅速取出，平放在耐火材料支架上，在空氣中冷卻至室溫，檢驗有無裂紋及斷裂。