NO131071B - - Google Patents

Description

Valser for høytemperaturdrift.

Foreliggende oppfinnelse angår en valse som kan arbeide ved høye temperaturer uten å smelte, sprekke, bli deformert eller slitt i en slik grad at arbeidsdiameteren vesentlig reduseres under bruk. Et spesielt felt for bruk av slike valser er trekking av arkglass fra en smelte,, hvor glasset føres gjennom en serie valsepar under avkjølingsprosessen. En spesiell gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å frembringe en valse med et forbedret overflatesjikt. Slike overflatesjikt for dette formål vil heretter kalles skall i den følgende beskrivelse og i kravene.

Valser for dette formål er tidligere fremstil-

let med et arbeidsskall av sementbundet asbest. Imidlertid har disse valser den mangel at slitasjen er utilfredsstillende stor, noe

som nødvendiggjør en hyppig erstatning, og noe som også forårsaker en helseskadelig støvmengde. Forsøk er gjort på å forbedre disse valser ved f.eks. delvis å erstatte asbestfibre med såkalte "Fiberfax" eller "Kaowool",.se US patent nr. 3«515«531« Selv om dette har gitt en viss forbedring, er heller ikke disse valser helt tilfredsstil-lende da de fremdeles underligger en betydelig slitasje og forårsaker vesentlige støvmengder.

Det er tatt i betraktning hvorvidt det er mulig å erstatte stoffer som danner skallet med et annet stoff som eli-minerer manglene i en betydelig mengde. Således ble det tatt i betraktning at grunnen til slitasjen og støvdannelsen i en stor grad må skyldes at mesteparten av stoffet som.benyttes inneholder krystallvann som fordamper ved de høye driftstemperaturer, noe som forårsaker en reduksjon i stoffstyrken, og som igjen resulterer i slitasje og støvdannelse.

Med henblikk på denne antagelse ble det gjort forsøk på å fremstille keramiske skall for valsene av uorganiske

fibre som ikke inneholder krystallvann, og å binde disse fibre med et uorganisk bindemiddel som-også er- fritt for krystallvann. Ek-sperimenter har vist at denne tankebane var riktig, og at den gir en løsning på problemene.

Fibermaterialene som foreslås ifølge oppfinnelsen er mineralfibre slik som kaolinull, glassull, basaltull, steinull og slaggull. Kaolin, som er et aluminiumsilikat med den teoretiske formel A^O^ • 2 SiC^, kan smeltes og overføres til lange, tynne fibre ved å separere en strøm av det smeltede materiale ved hjelp av en gasstråle. Fibre med en lengde på minst 5 cm, helst minst 20 cm, og en tykkelse på 2 til 5 mikron er foretrukket. Eksempler på flytende .bindemidler som er hensiktsmessige for bruk ifølge oppfinnelsen er kolloidal kieselsyre og oppløsninger av sili-kater og fosfater, hovedsakelig monoaluminiumfosfat. Bindemidlet bør helst være en vandig oppløsning eller en kolloidal oppløsning av en av de nevnte forbindelser.

Det keramiske skall for valsene kan fremstilles på følgende måte: En strimmel av et fibermateriale vindes opp på en kjerne, hvis overflate helst er belagt med et skillemiddel, ' f. eks. et plast, til hvilket bindemidlet ikke adherer. Tykkelsen av valsen er begrenset eksternt av et metallhus, hensiktsmessig i to halvdeler holdt sammen av et hengsel, slik at det lett kan fjernes .etter forming, men før tørking av det fremstilte skall. Bindemidlet helles deretter mellom kjernen og metallhuset, og det impregnerte fibermaterial presses sammen til den ønskede tetthet ved hjelp av et stempel som trykkes inn fra en ende av huset. Diameteren av huset er tilstrekkelig meget større enn den ønskede endelige dimensjon på valsen, slik at denne etter tørking og avbinding av skallet kan dreies og/eller slipes til den ønskede endelige dimensjon. Det ytre metallhus fjernes umiddelbart etter sammentrykningsprosessen mens kjernen helst forblir i skallet under tørking og avbindings-prosessene. Kjernen fjernes nå fra skallet, og skallet monteres på en stålaksling som utgjør skaftet på den ferdige valse. Alternativt kan kjernen utgjøre skaftet på den ferdige valse.

I stedet for å vikle en strimmel rundt kjernen, kan ringformede skiver, stanset ut av et ark eller en plate benyttes, slik at flere skiver settes sammen på kjernen før impregnering og sammentrykning. Forholdet mellom bindemiddeloppløsning og mengde fibermateriale har i dette tilfelle vist seg å være hensiktsmessig når det ligger på 3 : 1 til 4:1.

En fiberplate fremstilles på i og for seg kjent måte hvor fibrene i det vesentlige orienteres i platens plan. En plate har foretrukket en tykkelse på 20 til 30 mm og en tetthet på 100 - 150 kg/m . Sirkulære skiver med et senterhull skjæres eller stanses ut av denne plate. Skivene bør ha en noe større diameter enn den ønskede valsediameter. Skivene impregneres med en kolloidal oppløsning av kieselsyre, helst inneholdende minst 30 - 50 vekt$ kieselsyre. Et egnet produkt har vist seg å være det som selges under handelsnavnet "Ludox HS-40", inneholdende 40 vekt% kieselsyre. En vektdel kaolinfibre impregneres hensiktsmessig med 1-5 vektdeler kolloidal kieselsyreoppløsning. De våte skiver på-føres deretter en metallstav eller et metallrør som danner skaftet i den ferdige valse. Plater legges på endene av skaftet for å presse sammen skivene. Valsen anbringes i et tørkekammer og tørkes ved 90 - 100°C. Under tørkeprosessen forandres valsenes stilling fra tid til annen eller kontinuerlig slik at den kolloidale oppløsning fordeles jevnt i valsen. Når alt vann er fordampet, vanligvis etter 24 timer, heves temperaturen til omkring 110°C og tørkeprosessen fortsetter i ytterligere 24 timer.

Valsene dreies deretter til den ønskede diameter. Hvis det ønskes en valse med spesielt lav porøsitet, av-brytes dreiingen før den ønskede diameter av valsen er oppnådd. Denne valse impregneres igjen med den kolloidale kieselsyreoppløsning, tørkes på den beskrevne måte og dreies til slutt til den ønskede dia-

meter.

Valsene ifølge oppfinnelsen kan alternativt

settes sammen av flere korte enheter. De impregnerte plater påføres i dette tilfelle på den tidligere beskrevne måte på en kjerne, pres-

- ses sammen fra sidene og tørkes slik at det dannes en enhet på 20 cm

lengde f.eks., hvoretter denne fjernes fra kjernen. Flere slike en-

heter anbringes på et skaft og føyes sammen med hjelp av et temperaturmotstandsdyktig bindemiddel,feksempel en blanding av brent,"

pulverformig kaolin og en kolloidalkieselsyreoppløsning eller en aluminiumfosfatoppløsning av vannglass som bindemiddel. Valsen dreies deretter til den ønskede diameter. Sluttproduktet kan be-

traktes enten som et bundet fiberskall eller som et fastgjort binde-

middel forsterket med fibre. Sylindrene kan hensiktsmessig lages på

en slik måte at fibrene primært er radialt rettet. Dette kan skje ved å skjære et filtet ark av fibre i strimler og å vinde disse strimler rundt en kjerne slik det vil beskrives med henvisning til tegningen.

MengdBn bindemiddel i skallet til valsene

avhenger av s.trukturen i fiberstoffet. Grove fibre, slik som basalt-

fibre, krever en mindre bindemiddelmengde enn finere fibre. Imidler-

tid er det mulig å benytte en høyere prosentandel bindemiddel også

for de grovere fibre, da fibrene mere virker som forsterkning av sjktet som dannes av bindemidlet.

Når det benyttes kaolinfibre og kolloidal

kieselsyre som bindemiddel er det funnet at det kjeramiske skall har en kjemisk sammensetning som tilsvarer omtrent JH% Si02 og om-

kring 2k% kl^ O^ ved en total porøsitet på 68% hvis det fremstilles ved impregnering av fiberstoffet og sammenpressing av dette til en tetthet på omkring 0,75 g/cirr^ (i sluttproduktet). Denne type dekke for valsen kan benyttes ved temperaturer på opp til 1100°C når det trekkes glassark.

Foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives

med henblikk til de ledsagende tegninger. Fig. 1 er et skjematisk riss av en apparatur for fremstilling av arkglass ved bruk av valser ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en første utførelsesform av vals-

en ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser en andre utførelsesform av valsen ifølge oppfinnelsen. Figurene 4 og 5 viser fremstillingen av valsen ifølge fig. 3.

Apparaturen i fig. 1 omfatter en glass-smelteovn 1 og en glasstrekkeapparatur 2. Et ark 4 av glass trekkes oppover fra legemet 3 av smeltet glass i ovnen 1 gjennom tre etter-hverandre følgende par 5 - 7 av støttevalser og gjennom et par trekkvalser 8. Valsene består av et skaft 9 og et skall eller over-flates j ikt 10 som består av fibre og et bindemiddel. Skallene i de lavere valser 5> som er utsatt for en meget høy temperatur, bør helst inneholde kaolinfibre, mens skallene av de øvre valser 8 kan inneholde fibre av basalt f.eks., hvilke kan motstå en moderat temperatur.

Valsen som er vist i fig. 2 består av et stålskaft 11, og på nevnte stålskaft av et skall eller oyerflate-sjikt som består av tre deler 12 - 14. Hver del er fremstillet ved å sette sammen flere ringformede skiver 15 på en kjerne, impregnering av de fiberholdige skiver med et bindemiddel slik som nevnt ovenfor, sammenpressing av skivene i aksial retning og tørking av de sammenpressede skiver. De nærliggende endeflater av to ved siden av hverandre liggende deler er utstyrt med fordypninger 16 henholdsvis fremragende deler 17 som passer til hverandre. Ved sammensetning av delene 12 - 14 på skaftet 11 påføres et bindemiddel mellom ved siden -.av_. hv.erandre^JLiggende deler f or å gi et skall med en monolittisk struktur, og også mellom delene 12 - 14 og skaftet 11. Endeveggene 19 og boltene 18 er anbragt ved de ytterste ender av skallet.

Valsen som er vist i fig. 3 er fremstillet ved å vikle strimler på en kjerne. Strimlene 23 skjæres fra en fiberplate 21, vist i fig. 4. Fibrene 22 i platen er hovedsakelig orientert langs platens lengde. En slik plate kan fremstilles ved å tillate fibre å falle ned på en mobil endeløs transportør. Beveg-elsen av transportøren forårsaker at fibrene hovedsakelig orienteres parallelt med bevegelsesretningen, dvs. langs platens lengde. Strimmelen 23 skjæres i en retning på tvers av platens lengderetning. Derav vil skjæreflåtene 23a inneholde de avskårne ender av fibrene. Strimlene 23 vikles opp på en rørformet vertikal kjerne 27, se fig. 51 slik at en av de skårne flater 23a ligger nær kjerneveggen 27. Derav følger at fibrene i strimlene hovedsakelig vil orienteres radialt i forhold til kjernen 27. Kjernen 27 har en ringformet del 28 festet til bunnenden, og nevnte del 28 støtter en ringformet endevegg 29 med en tykkere del 29a nærliggende kjernen 27. En sylinder 24 omgir kjernen 27. Sylinderen består av to halvdeler festet til hverandre ved hjelp av flenser 25 og skruer 26. Når en strimmel

23 er viklet opp rundt den øvre del av kjernen 27 presses den ved

hjelp av et ikke vist verktøy ned i det ringformede rom mellom kjernen 27 og sylinderen 24 til den støtter mot den ringformede del 29 som danner bunnen av nevnte ringformede rom. En viss mengde

flytende bindemiddel helles nå ned i nevnte ringformede rom for å impregnere strimmelen. En ny strimmel vikles opp på kjernen 27, presses ned i det ringformede rom og impregneres med bindemidlet.';-Fremgangsmåten gjentas inntil det ringformede rom er fylt til den ønskede høyde. En ringformet del 30 anbringes nå på toppstrimmelen, presses nedover med et trykk nødvendig for å gi de sammensatte strimler den ønskede tetthet og fikseres i sluttstilling ved hjelp av en bolt gjennom åpningene 31 i veggen i kjernen 27. Den ytre sylinder 24 tas nå fra hverandre og fjernes. Hvis ønskelig kan en ekstra mengde flytende bindemiddel nå påføres på overflaten av strimlene. Kjernen med strimlene viklet opp på seg anbringes deretter i en ovn og tillates å tørke. Kjernen dreies deretter i en drei-

benk til den ønskede diameter. Det fiberholdige produkt, skallet,

fjernes deretter fra kjernen. ■ Dette trinn lettes hvis et skille-"middel er påført på overflaten av kjernen før strimlene vikles på

kjernen. Et ønsket antall skall 33 - 36 anbringes nå på et skaft 32 slik at de fordypede og fremragende endedeler 39 og 40, dannet

ved virkning av de ringformede deler 29 og 30 griper inn i hverandre. Nevnte fordypede og fremragende deler fjernes imidlertid fra de

ytre ender av de ytre skall 33 og 36. Et bindemiddel påføres mellom ved siden av hverandre liggende skall, og mellom skall og skaft. Endeveggene 37 og boltene 38 er anbragt på de ytterste ender av det ferdige skall. Valsen kan til slutt dreies i en dreiebenk for å gi overflaten av det fiberholdige skall den ønskede glatthet.

Nedenfor følger noen eksempler på fremgangs-måten til fremstilling av og sammensetning av skall for valser i-følge oppfinnelsen.

Eksempel 1:

Valser med skall som består av kaolinfibre

og kolloidal kieselsyre som bindemiddel.

Det fremstilles en plate av kaolinfibre og denne skjæres i strimler med en bredde på omkring 5 cm. Disse strimler vikles opp rundt en kjerne slik som vist i fig. 5, og impregneres med en kolloidal kieselsyreoppløsning med en SiC^-konsen-trasjon på omkring 4052 - Skallet oppvarmes først til 90 - 100°C i

24 timer og tørkes til slutt ved omkring 110°C. Til slutt slipes

eller dreies valsen til den ønskede dimensjon. Valsen kan benyttes ved en temperatur på opp til 1100°C.

Eksempel 2:

Valser med et skall av kaolinfibre med aluminium-fosfat som bindemiddel.

Skallet fremstilles på samme måte som i eksempel

1, bortsett fra at den kolloidale kieselsyreoppløsning er stattes med en oppløsning av monoaluminiumfosfat. I dette tilfelle gjennom-

føres den endelige tørking ved høy temperatur, omtrent 400°, og i et slikt tidsrom at krystallvannet i aluminiumfosfatet forsvinner.

Eksempel J> -

Basaltull og kolloidal kieselsyre som binde-

middel .

I dette tilfelle skjæres også strimler av ullen,

og disse vikles rundt kjernen som deretter mettes med bindemiddel'.

Forholdet mellom bindemiddel og fibre i skallet er fra 2:1 til 3"-l-Tørkingen, sammenpressingen og avbindingen gjennomføres slik som i eksempel 1,-og det fremstilles på denne måte et deramisk-S-toff som kan benyttes ved driftstemperaturer på opp til 600°C. Valser med skall fremstillet ifølge eksemplene som er gitt ovenfor, er prøvet ved fremstilling av arkglass, og det er funnet at de praktisk talt ikke utsettes for deformering eller slitasje, og spesielt ikke forårsaker helseskadelig dannelse av støv. Dette betyr også at valsene som er fremstillet ifølge oppfinnelsen kan benyttes i betraktelig lengre tidsrom enn valser som tidligere er fremstillet for samme formål.

Valget av material ifølge oppfinnelsen gjør det

også mulig å reparere skadede valser som tidligere måtte kastes. En pasta av spillet fra dreiingen eller slipingen av valsene til den endelige dimensjon og bindemidlet som benyttes ved fremstilling av valsene kan fremstilles for slike repareringsformål. Selvfølgelig kan nye fibre impregnert med bindemidlet som benyttes også benyttes til det samme formål.

Claims (12)

1. Valse for bruk ved høy temperatur, karakterisert ved at i det minste r alsens skall består av glassaktige fibre oz et uorganisk bindemiddel som er fritt for krystallvann.

2. Valse ifølge krav 1, karakterisert ved at fibrene består i cet vesentlige av kaolin.

3- Valse ifølge krav 1 eller karakterisert ved at bindemidlet er kolloidalt 3i02, eller et silikat, eller et fosfat slik som AlPO^.

4. Valse ifølge kravene 1 og 2, karakterisert ved' at skallet inneholder 30-70 vekt-% kaolinfibre og 30-70 vekt-$ bindemiddel, fortrinnsvis kolloidalt Si02.

5. Valse ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at fibrene i det'vesentlige er rettet radialt mot aksen av valsen.

6. Fremgangsmåte til fremstilling av valse ifølge et hvilket som helst av kravene 1- 5, karakterisert ved at et fibermateriale av glassaktige fibre anbringes på en kjerne, mettes med en vandig oppløsning av et uorganisk bindemiddel og presses sammen til den ønskede tetthet, hvoretter det på denne måte impregnerte material tørkes og oppvarmes til en temperatur ved hvilken vannet fordamper, og at den ferdige valse dreies til den ønskede diameter.

7. Fremgangsmåte til fremstilling av en valse ifølge kr av 6, k ja. r a k t„e. r i s e._r_.t _y._e._d... at .ringformede, .skiver skjæres eller stanses ut av en fiberplate, at skivene impregneres med en vandig oppløsning av et bindemiddel når de er satt sammen på en kjerne, at skivene presses sammen i aksial retning og at den på denne måte dannede enhet deretter tørkes, og at den tørkede enhet fjernes fra kjernen og at flere tørkede enheter settes sammen på et skaft som skal danne skaftet i den ferdige valse, og at enhetene føyes sammen og føyes.til skaftet med et temperaturmotstandsdyktig bindemiddel.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert ved at stillingen på enheten forandres under tørkeprosessen, slik at det flytende bindemiddel blir enhetlig fordelt i enheten.

9. Fremgangsmåte i nenhold til krav 1, karakterisert ved at de ringformede skiver påføres en kjerne som vil danne skaftet i den ferdige valse.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 6-10, karakterisert ved at den tørkede enhet dreies til en diameter noe større enn den ønskede diameter i den'ferdige valse, impregneres påny med flytende bindemiddel, tørkes og dreies til den ønskede diameter.

11. Fremgangsmåte Ifølge krav 6, karakterisert ved at fibermaterialet formes véd å vikle en strimmel av fibermaterialet rundt en kjerne, at fibermaterialet impregneres med et flytende bindemiddel, at det impregnerte fibermaterialet presses sammen i aksial retning og at det sammenpressede, impregnerte fibermaterialet tørkes.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det fremstilles en plate av glassaktige fibre, hvor nevnte fibre i det vesentlige strekker seg.langs lengderetningen av nevnte plate, at strimler skjæres fra nevnte plate i en retning i det vesentlige på-tvers av platens lengderetning, at nevnte strimler vikles på en sylindrisk kjerne mens en av skjæreflåtene av strimlene legges mot kjernens overflate, at nevnte strimler impregneres med en oppløsning av et uorganisk høytemperatur motstandsdyktig bindemiddel, at de impregnerte strimler presses sammen i aksial retning, at bindemidlet tørkes hvoretter det på denne måte fremstilte skall fjernes fra kjernen og at flere slike skall settes sammen på et stålskaft, slik at det dannes en valse.