包括增大的尺寸的插入件的磨輥的制作方法

本發明涉及在熔鑄的技術領域中通過鑄造制成的磨輥(grinding roller)。這些輥被用在用于碾磨各種材料(包括煤、水泥生料、熔塊或熔渣)的立軸式(vertical axis)磨床中。更具體地，本發明涉及包括插入件的磨輥，該插入件具有比現有技術的插入件高的塊體模數(massiveness moduli)，該插入件可選地用可在鑄造期間被滲透的陶粒團塊(ceramic grain agglomerates)加強。

背景技術：

申請EP 1 570 905 A1公開了包括具有低塊體模數(<2.5)的插入件的用于立軸式磨床的磨輥。該文獻強調利用雙金屬磨輥在工作期間遇到的多種問題，所述雙金屬磨輥包括硬質插入件，硬質插入件為具有高含鉻量的鑄鐵的形式、嵌入到延性鑄鐵(ductile cast iron，球墨鑄鐵，韌性鑄鐵，)的金屬基體中。在該文獻中，插入件相對于彼此間隔開。該間隔在磨輥的鑄造期間用延性鑄鐵填充，這產生阻止插入件抵靠的突出部(tab)。在工作期間，不是非常耐磨的這些突出部變得凹入，在插入件之間形成凹槽，所述凹槽隨著接近磨輥的中心而逐漸地變寬(參見圖3)。

文獻US 5,238,046具有相同的缺陷。事實上，每個插入件在其縱向側翼中的至少一個上包括突出肋，使得在兩個并置的插入件之間形成一間隔。在輥的工作期間，實現了包含在所述間隔中的延性合金的優先磨損，導致插入件之間的凹槽的形成。

定義

在熔鑄工業中，塊體模數通過體積與表面的比來測量。它由V/S來表示。該值(普遍地用在熔鑄工業中)尤其被考慮到鑄造部件的供料的計算中，原因是：為了獲得合格的部件，供料器應具有比待鑄造的部件的V/S大的V/S比。

模數V/S的值取決于所采用的長度單位的選擇。

計算可通過邊長為“a”的立方體的簡單實例來說明。

在這種情況下，V/S＝a³/(6a²)，即a/6。

對于邊長為一米的立方體來說，如果以米為單位表示V/S，則a/6變成1/6＝0.166m。

如果以厘米為單位表示V/S，則a/6變成100/6＝16.6cm。

在本發明的描述中，將始終以厘米表示模數V/S。

本發明的目的

本發明的目的是通過盡可能地減少由磨輥的插入件之間的空隙形成的凹槽的存在來限制現有技術的缺陷。為了減少凹槽的數量，這些插入件的大小和細度模數必須增大。通過更大塊的插入件，在鑄造期間可用的潛熱將因此更高、并且將允許更厚的可被滲透的陶瓷加強件的更容易的滲透。作為必然結果，本發明因此可增加插入件的陶瓷加強件的厚度。通過改進加強件被鑄造金屬滲透的滲透條件，可使用更厚的加強件，所述更厚的加強件進而提高組件的耐磨性。

本發明的特征

本發明公開了一種用于立軸式磨床的磨輥，其由熔鑄鑄造制成，所述輥包括插入件，插入件具有在3至5cm之間、優選地在3.2至4.5cm之間的塊體模數V/S，所述插入件嵌入到由延性鑄鐵或延性鑄鋼組成的金屬基體中。

根據優選實施方式，本發明包括以下特征中的至少一個或一個組合：

-磨輥包括具有包括在3.4至4cm之間的塊體模數V/S的插入件。

-插入件彼此抵靠地放置，僅在兩個插入件之間保留有間斷凹部(intermittent recesses)，并且使得可在鑄造期間產生螺栓類型的粘合元件(binding element)，提高了所述插入件在所述金屬基體中的固定。

-螺栓類型的粘合元件包括底切部。

-插入件未平行于所述輥的轉動軸線放置，而是與該軸線形成小于45°的角。

-插入件沿它們的縱向軸線具有彎曲部。

-插入件沿它們的縱向軸線具有“S”形。

-插入件包括可被鑄造金屬滲透的一個或多個陶瓷加強件。

-所述加強件陶瓷從以下選擇：氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁-氧化鋯、金屬氮化物、金屬碳化物和硼化物或它們的混合物。

本發明還公開了根據本發明的包括磨輥的立軸式磨床。

附圖的簡要說明

圖1示出了根據現有技術的處于操作中的包括多個磨輥的立式磨床的截面。

圖2a示出了根據現有技術的磨輥的三維視圖，該磨輥具有低塊體模數的插入件、并且在插入件之間具有間隔。

圖2b示出了根據現有技術的包括間隔凸出部的具有低塊體模數的插入件的三維視圖。

圖3通過截面圖示出了根據現有技術的保留在相鄰兩個插入件之間的間隔、以及隨著凹槽變得更深而在插入件之間形成越來越寬的凹槽的可能性。

圖4示出了根據現有技術的具有陶瓷加強件的且包括間隔件的具有低塊體模數的插入件的三維視圖。

圖5示出了在根據現有技術的插入件(V/S<2.8cm，圖表中的正方形)和根據本發明的插入件(V/S>3cm，圖表中的菱形)的情況下插入件的數量的比較曲線。根據本發明，在磨輥中插入件的數量減少。

圖6a示出了根據本發明的并排布置的兩個插入件的截面圖，其中間隔凸出部使得可保持兩個插入件之間的最小距離。根據本發明，凹槽的數量受限于插入件的塊體的增大。

圖6b示出了圖6a中所示的插入件的三維視圖。

圖7a示出了根據本發明的具有陶瓷加強件的兩個插入件的截面圖，所述兩個插入件彼此抵靠地放置并具有間斷凹部。

圖7b示出了圖7a中的兩個插入件的三維視圖，其中可觀看到間斷凹部。此凹部將允許在鑄造期間具有底切部(undercuts)的類似于螺栓的粘合元件的形成，使得可提高插入件在金屬基體中的固定。插入件還示出了可被鑄造金屬滲透的、增加耐磨性的陶瓷加強件的定位。

圖8a和8b示出了本發明的與圖7a和7b中相同的實施方式，但是插入件在其縱向軸線的方向上被彎曲、形成“S”。該“S形的”替換實施方式允許插入件之間的凹槽在碾磨期間不會正面地碰到待碾磨的材料、而是根據小于90度的角碰到。

圖9示出了與圖2a中相同的輥，但是其具有根據本發明的具有更高塊體模數的插入件。

圖10a示出了根據現有技術的被用在用于LM46/4磨床的輥中的插入件，所述插入件的對比試驗結果示出在表1中。圖10b示出了沿B-B的截面。

圖11a和12a示出了用在用于LM46/4磨床的輥中的插入件，所述插入件的試驗結果也示出在表1中。圖11b和12b分別示出了沿B-B的截面。

圖13a示出了根據本發明的優選實施方式中的一個的插入件的三維視圖。在圖13b中，這些插入件中的兩個彼此抵靠地放置，僅在磨輥上保留有沿徑向方向具有可變直徑的間斷凹部。凹部將允許在鑄造期間具有底切部的螺栓類型的粘合元件的形成。這里，插入件還包括可被鑄造金屬滲透的陶瓷加強件。

圖14示出了根據本發明的可被用在輥中的插入件的替換實施方式的三維視圖，其中，凹部定位于沿插入件的軸向方向的側面上。該凹部將使得可在鑄造期間在磨輥的軸向方向上產生粘合元件。在該實施方式中，也存在可被鑄造金屬滲透的陶瓷加強件。

圖15和16示出了本發明的一個實施方式，其中，插入件未平行于磨輥的旋轉軸線定位，而是與該軸線形成小于45°的角。該類型的布置具有的優點是：在待碾磨的材料的碾磨期間，插入件之間的凹槽傾斜地呈現，這更少地損壞磨輥的表面、并因此延長了磨輥的壽命。

標號說明

1.磨輥。

2.插入件，由高度耐磨的合成元件或金屬元件構成，放置在磨輥的周邊上。

3.凹部，保留在插入件之間，使得可產生由鑄造金屬制成的粘合元件。粘合元件將包括一種可包括底切部的“螺栓”。

4.金屬基體，由包括鑄鐵或鑄鋼的鑄造金屬形成，并且構成輥的結構。

5.陶瓷加強件或由陶粒團塊制成的加強件，位于插入件中，也被稱為“塊狀物(cake)”、“填料”或“片狀體(wafer)”。

6.立軸式磨床，其包括磨輥；這是壓碎位于磨床的工作臺上的材料的輪。

本發明的詳細說明

磨輥1的插入件2之間的凹槽形成優先磨損位置，該優先磨損位置不僅不利于磨輥1的壽命，而且不利于碾磨效率、且不利于碾磨產品的質量。這些凹槽還可能是在磨床6的工作期間的不令人期望的振動源。對于由可被滲透的陶瓷加強的插入件，磨損進一步增強，因為當磨損產生時，凹槽削弱了插入件2的邊緣，于是插入件的可選的陶瓷加強件5易于碎裂并且更快速地磨盡。

插入件2越厚，在工作中耐磨性將越好，并且它的可選的可被滲透的陶瓷加強件5可越厚。然而，厚的陶瓷加強件5將更難以在鑄造期間用液態金屬滲透。

滲透深度取決于可用的潛熱，并且因此取決于可用于實現滲透的液體金屬的量。在具有低塊體模數的現有技術的插入件中，可用于給定體積的插入件的金屬的量不足以適當地滲透陶瓷加強件超出大約50mm的厚度。

可被滲透的陶瓷加強件5有時被稱為片狀體、或還可被稱為“填料”或“塊狀物”，并且通常包括保留有空隙的陶粒團塊，以便讓鑄造金屬穿透到其中。對于本領域技術人員來說，這是眾所周知的。就組分而言，在并非旨在窮舉的情況下，通常使用氧化物(例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁-氧化鋯、二氧化硅)或另外的金屬氮化物、金屬碳化物(諸如碳化鈦或碳化鎢)、硼化物、或這些不同成分的混合物。

因此，插入件的塊體模數與插入件2的可被鑄造金屬4滲透的陶瓷加強件5的滲透能力直接相關。插入件的總表面積相對于插入件的體積越大，則鑄造金屬越易于與該表面接觸而冷卻。因此，體積/表面之比越大，則金屬保持熱越長，并且陶瓷加強件5的滲透越容易。

在根據現有技術的用于由熔鑄鑄造制成的立式磨床6的磨輥1的設計中，放置在磨輥1的周邊上的插入件的數量通常按照插入件的尺寸根據經驗確定，以便獲得操作輥的足夠的機械強度(見圖5)。

在根據現有技術的插入件中，陶瓷加強件5的厚度被設定為小于大約50mm的值，以便在鑄造期間確保良好的滲透。插入件2和陶瓷加強件5的長度大約等于磨輥1的寬度。陶瓷加強件5的寬度一般大約對應于插入件的寬度(見圖4)。

根據這些要求，基于輥的外徑的插入件的數量由圖5的上曲線給出。在該設計中，放置在磨輥中的插入件具有包括在1至2.8cm之間的V/S比(參見圖2a)。

為了滿足本發明的目標，插入件的V/S比應當包括在3至5cm之間，優選地包括在3.2至4.5cm之間，并且更優選地包括在3.4至4cm之間。

不同的實施方式可落在本發明的范圍內。這些附圖示出了本發明的用于相同直徑的輥的一系列實施方式，并且其中，插入件的尺寸對應于在3至5cm之間的塊體模數V/S。

圖13a示出了根據本發明的一個優選實施方式所設計的插入件2。它在側面上具有圓柱形凹部3，在該凹部處凹入部分和凸出部分交替。在構成輥1的結構的金屬的鑄造期間，凹部3被填充有金屬，并且凹部3的形狀交替使得可產生具有底切部的螺栓類型的粘合元件，允許插入件2在它們的金屬基體4中的永久固定。它們將插入件2與輥1的結構固定。

插入件2一般包括位于下表面上的小厚度的突起，從而抑制在輥1的徑向方向上滑動的風險。該小厚度的突起可尤其呈現為確保錨固的鴿尾榫，如顯著地在圖11b中所示的。

考慮到在工作期間遇到的應力的重要性，圖11和12示出了由于陶瓷加強件5的預期厚度而彼此不同的解決方案。

當必須增大插入件2中的陶瓷加強件5的厚度而超過50mm以便獲得增加的耐磨性時，本發明的根據圖13a和13b的實施方式被使用，但是它還提供了從上述所有優點受益的可能性。它特別適合于大直徑的輥。

插入件的某些波狀形式(例如圖8a和8b中所示的“S形”形式)在磨損期間在插入件之間產生相同形狀的凹槽，并且通過使該凹槽逐漸地碰到待碾磨的料層來提供減輕由凹槽產生的震動的可能性。這降低了振動的風險。本說明書中給出的形狀的實例是非限制性的；當然，其它幾何形狀也可被考慮并且構成本發明的一部分。

實例

在LM46/4 Loesche磨床上對包括三種類型的不同插入件的三種磨輥進行實驗測試。三種類型的插入件2被示出在圖10、11和12中。插入件以具有按重量計為3％的碳和按重量計為16％的鉻(U19)的類型的鑄鐵鑄造，以便然后結合于(嵌入于)磨輥中，磨輥的金屬基體由具有GGG40類型的球狀石墨的鑄鐵構成。碾磨材料是水泥生料。插入件2包括氧化鋁-氧化鋯類型的可被滲透的陶瓷加強件5。在這3種情況中，輥的直徑是2,000mm。操作小時數代表輥的壽命。

測試的結果在下面的表1中給出。

表1