CN100586632C - 颗粒床辊磨机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磨辊(1)，其可以安装到一辊磨机、特别是颗粒床辊磨机中，所述辊磨机具有两个被逆向驱动的磨辊(1)并且在这两个磨辊之间构成一研磨材料间隙，所述磨辊包含一由钢制成的磨辊主体(2)和一通过等离子粉末堆焊涂覆于其上的硬质材料壳，其特征在于，磨辊主体(2)由低碳低合金的表面硬化钢制成，硬质材料壳(3)由低碳高合金钢制成。

Description

颗粒床辊磨机
技术领域
本发明涉及一种磨辊，其可以安装到一辊磨机、特别是颗粒床辊磨机(particle bed roller mill)中，所述辊磨机具有两个被逆向驱动的磨辊并且在这两个磨辊之间构成一研磨材料间隙，所述磨辊包含一由钢制成的磨辊主体和一通过等离子粉末堆焊涂覆于其上的硬质材料壳。
此外，本发明还涉及制造磨辊的方法、辊磨机及磨辊的应用以及制造二氧化钛颜料的方法。
背景技术
研磨在原材料产业中属于最耗费能量的生产步骤。为减少能量消耗，开发了所谓的颗粒床辊磨机。这种颗粒床辊磨机具有两个逆向转动的磨辊，在它们中间构成为一研磨间隙，研磨物被置入其中，并在高压下被碾碎。碾碎的物体以所谓的“夹砂”的形式离开研磨间隙，其随后必须进行分解。两个磨辊中的一个固定设置在一支架中，而另一个可液压移动地设置在磨辊支架中，因此通过移动所谓的松动的磨辊(loswalze)可调节磨辊间隙，因此碾碎工作施加的压力也是可以变化的。为碾碎坚硬的、使得磨辊负载很大且使其磨损的材料，需要使用具有光滑表面的所谓轧光辊。此外还可能的是，通过堆焊把硬质材料焊在磨辊主体上，所述硬质材料构成一包围磨辊主体的硬质材料壳。
这种辊磨机的问题是，所使用的磨辊在一侧上要经受高压力负荷、特别是线性压力负荷，并且尤其在研磨坚硬的材料时还会出现很高的研磨磨损。这两项要求决定磨辊的工作性能，并依赖于磨辊主体和硬质材料壳的材料之间的最佳协调。如果它们彼此没有实现最佳协调，则有这样的危险，即硬质材料壳在使用过程中会从磨辊主体上剥落，或对磨损现象的阻止令人不满意，因此磨辊的使用寿命太小。对于目前已知的材料组合和磨辊，其磨损性能和工作性能都是令人不满意的。
由DE 38 14 433 A1已知一种具有磨辊的辊磨机，所述磨辊具有一由钢制成的磨辊主体和一被涂覆的硬质材料壳。在这种磨辊中，磨辊主体由碳钢或合金钢制成，硬质材料壳或磨损层由含有合金元素的低碳钢制成。
在由EP 0728523 B1中已知的磨辊中，磨辊主体由低碳合金钢制成，硬质材料由含有混入的碳化钨的金属矩阵组成。
用于磨辊的表面处理的等离子粉末堆焊可从EP 0 634 217 A1中得知。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种解决方案，使此类磨辊获得更好的耐磨性能和工作性能。
在前面所述类型的磨辊中，此目的按本发明这样得以解决，即磨辊主体由低碳低合金的表面硬化钢制成，硬质材料壳由低碳高合金钢材制成，其中表面硬化钢和钢材中碳含量的重量百分比小于等于0.3％。因此可以达到最佳的耐磨性能和工作性能。因为这两种材料都是低碳的，因此可避免所谓焊道下裂纹的危险以及与之相关的借助于等离子粉末堆焊涂覆的硬质材料壳的剥落。在等离子粉末堆焊时会导致磨辊主体表面的熔化，还会导致磨辊主体材料与待涂覆的通过等离子弧变成熔流的粉末的混合。这在这种情况下是无害的，因为两种材料都是低碳的，因此在冷却时可在这个范围(混合范围)内形成一体接合。硬质材料由于其合金元素的含量朝外构成为坚硬且耐磨的。而相对“软”的低合金表面硬化钢尽管外涂层很坚硬，还是使得可以利用本发明的磨辊施加很高的线性压力，因为磨辊主体由于其低合金构造而相对较软地构成。
优选的是，磨辊主体由低碳低合金的表面硬化钢构成，硬质材料壳由低碳高合金钢材构成，其中表面硬化钢和钢材中碳含量的重量百分比小于等于0.3％。
一种特别有利的用于形成磨辊的材料组合使得磨辊除了高压力负荷外还具有特别高的耐研磨磨损能力，按本发明所述材料组合的特征在于，磨辊主体由一合金钢制成，所述合金钢包含重量百分比小于25％的、优选为0.15％至0.21％的C；重量百分比小于0.4％、优选为0.25％至0.35％的Mo；重量百分比小于2％、优选为1.5％至1.8％的Cr；重量百分比小于2％、优选为1.4％至1.7％的Ni；以及重量百分比小于1％、优选为0.5％至0.9％的Mn，并且硬质材料壳(3)由镍-硅-铬-硼的矩阵构成，混合入所述矩阵中的碳化钨的重量百分比为40至80％，优选是45至75％，特别是60％。
这种特别组合的特征在于，相对于已知的利用高耐磨的硬质材料的磨辊明显增长了其使用寿命，因为具有硬度2400 HV 0.4(维氏硬度)的高耐磨碳化钨均匀地分布在具有硬度约为60Hrc(洛氏硬度)的镍-硅-铬-硼的矩阵中。
如果通过堆焊涂上的硬质材料壳的厚度是2至8mm、优选是4至6mm、特别是5.5mm，则对此磨辊的机械特性、耐磨性能和工作性能都有好处。
由于表面特别耐磨，磨辊表面的纹理是没有必要的，因此本发明的另一特征在于磨辊光滑的上表面。
此外，上面所述目的通过一制造磨辊的方法得以解决。本发明因此规定了一种用来制造上述磨辊的方法，其特征在于，磨辊主体被加热到200℃，然后通过等离子粉末堆焊涂覆硬质材料壳的材料。
在此特别符合目的的是，硬质材料壳的材料要涂成两层，这在本发明中进一步规定。
为防止硬质材料壳的材料从磨辊主体上剥落，本发明构造的特征还在于，在涂覆硬质材料壳的材料后，把磨辊包裹在一绝缘材料、优选石棉中慢慢冷却。
此磨辊特别适合用在辊磨机上，因此为解决上述目的，本发明还规定了一种辊磨机、特别是颗粒床辊磨机，其特征在于，它具有上述的磨辊。
如果本发明的磨辊用于研磨二氧化钛，则它是特别有利的并且其特征在于特别合适的耐磨性能和工作性能。此外，本发明的特征此外在于，将上述的磨辊用在一辊磨机上以便研磨二氧化钛，其中二氧化钛的莫氏硬度为6至7、特别为7。在此有利的且是特别符合目的的是，将磨辊应用在辊磨机上，其中二氧化钛的颗粒大小进入辊磨机前是0.1至5mm，离开辊磨机后是0.1μm至0.3μm、优选为0.15至0.25μm。
最后本发明的特征还在于制造二氧化钛颜料的方法，其中具有莫氏硬度为6至8、特别为7的二氧化钛在一辊磨机中经过两个磨辊之间构成的间隙后从0.1至5mm的颗粒大小研磨成0.1至0.3μm、优选为0.15至0.25μm的颗粒大小，其中辊磨机具有上述的磨辊。
附图说明
下面借助一附图示例性地详细描述了本发明。
具体实施方式
唯一的附图示出了总称为1的磨辊的一剖视图。磨辊1具有一磨辊主体2和一通过等离子粉末堆焊涂覆在磨辊主体2外表面上的硬质材料壳3。此硬质材料壳3的厚度为5.5mm。它由一种可在市场上买到的名称为“
Figure C20058002049500081
61 PTA”的物质构成。这是一种镍基粉末，其熔化在硬质材料壳3上，构成为一镍(Ni)-硅(Si)-铬(Cr)-硼(B)的矩阵，混合在所述矩阵中的碳化钨的重量百分比为60％。硬度为2400 HV 0.4(维氏硬度)的高耐磨碳化钨均匀分布在硬度约为60HRc(洛氏硬度)的矩阵中。硬质材料壳3由低碳高合金钢材构成，其中碳合量的重量百分比小于等于0.3％。
磨辊主体2由材料代号为1.6587(17CrNiMo 6)的钢材制成。这种材料包括重量百分比为0.15％至0.21％的碳(C)、重量百分比为至多4％的硅(Si)、重量百分比为0.5％至0.9％的锰(Mn)、重量百分比为0.025％的磷(P)、重量百分比至多为0.015％的硫(S)、重量百分比为1.5％至1.8％的铬(Cr)、重量百分比为0.25％至0.35％的钼(Mo)、重量百分比为1.4％至1.7％的镍(Ni)、重量百分比低于0.05％的铝(Al)、重量百分比为0.3％的铜(Cu)。磨辊主体2由低碳低合金的表面硬化钢构成，其中碳合量的重量百分比小于等于0.3％。
磨辊1在硬质材料壳的上表面处具有光滑的表面。磨辊1在轴向上设置有一开口4，磨辊1借助开口4可固定在一驱动轴上。磨辊主体2和硬质材料壳3都是由低碳钢或低碳合金构成。此处的低碳应理解为碳合量的重量百分比小于等于0.3％、尤其等于小于0.25％。磨辊主体2的材料是低碳低合金的表面硬化钢。硬质材料壳的材料是低碳合金钢，尤其为低碳高合金钢。
磨辊主体2的材料是指一种足够耐压、高屈服点的合金钢。
为制造磨辊1，主体2在待借助于等离子粉末堆焊加工的表面上以非常小的余量进行粗车，因为堆焊物质是非常难加工的。为限定利用硬质材料涂覆的磨辊主体2的表面，设置了一铣槽5，其充当借助于等离子粉末堆焊流动地涂覆的硬质材料的焊池垫(Badsicherung)。在焊接前，磨辊主体2预加热到200℃，然后通过等离子粉末堆焊在构成300安培电弧的情况下在氩氦混合保护气体条件下涂覆硬质材料。硬质材料壳3是涂成两层的。在这种工艺中，熔化功率可达到每小时约5至6千克硬质材料。为避免堆焊后产生很大的应力裂纹，随后将磨辊1包裹在石棉中，并慢慢冷却。当所选择的硬质材料中硬质碳化钨的重量百分比为60％并且矩阵硬度约为60HRc时，在焊接时可能在硬质材料壳中产生的在微米范围内的淬火裂纹(微裂纹)是不可避免的。这甚至是所期望的，以便消除三向应力状态，所述应力状态可能会导致堆焊的硬质材料壳3从磨辊主体2上脱落。
磨辊1特别应用于所谓的颗粒床辊磨机上，其中两个被逆向驱动的磨辊1相互对置，在它们中间构成一研磨间隙。用这种具有磨辊1的辊磨机特别适合研磨莫氏硬度为7的二氧化钛，其颗粒大小从进入辊磨机之前的0.1至5mm，在经过辊磨机后可研磨成0.2μm颗粒大小的二氧化钛。然后这种二氧化钛进一步加工成颜料。

Claims (27)

1.磨辊(1)，其能够安装到一辊磨机中，所述辊磨机具有两个被逆向驱动的所述磨辊(1)并且在这两个磨辊之间构成一研磨材料间隙，所述磨辊包含一由钢制成的磨辊主体(2)和一通过等离子粉末堆焊涂覆于所述磨辊主体上的硬质材料壳，其特征在于，磨辊主体(2)由低碳的低合金的表面硬化钢制成，硬质材料壳(3)由低碳的高合金钢材制成，其中所述表面硬化钢和所述钢材中碳含量的重量百分比小于等于0.3％。
2.按权利要求1所述的磨辊，其特征在于，磨辊主体(2)由一合金钢制成，所述合金钢包含重量百分比小于0.4％的Mo；重量百分比小于2％的Cr；重量百分比小于2％的Ni；以及重量百分比小于1％的Mn，并且硬质材料壳(3)由镍-硅-铬-硼的矩阵构成，混合在所述矩阵中的碳化钨的重量百分比为40％至80％。
3.按权利要求1或2所述的磨辊，其特征在于，通过堆焊涂覆的硬质材料壳(3)的厚度是2至8mm。
4.按权利要求1或2所述的磨辊，其特征在于，磨辊具有一光滑的上表面。
5.按权利要求1所述的磨辊，其特征在于，所述辊磨机是颗粒床辊磨机。
6.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，所述合金钢包含重量百分比为0.15％至0.21％的C。
7.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，所述合金钢包含重量百分比为0.25％至0.35％的Mo。
8.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，所述合金钢包含重量百分比为1.5％至1.8％的Cr。
9.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，所述合金钢包含重量百分比为1.4％至1.7％的Ni。
10.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，所述合金钢包含重量百分比为0.5％至0.9％的Mn。
11.按权利要求2所述的磨辊，其特征在于，碳化钨的重量百分比为45％至75％。
12.按权利要求11所述的磨辊，其特征在于，碳化钨的重量百分比为60％。
13.按权利要求3所述的磨辊，其特征在于，所述硬质材料壳的厚度是4至6mm。
14.按权利要求13所述的磨辊，其特征在于，所述硬质材料壳的厚度是5.5mm。
15.制造按上述权利要求1至14之任一所述的磨辊(1)的方法，其特征在于，将磨辊主体(2)加热到200℃，然后通过等离子粉末堆焊涂覆硬质材料壳的材料。
16.按权利要求15所述的方法，其特征在于，将硬质材料壳的材料涂覆成两层。
17.按权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在涂覆硬质材料壳的材料后，将磨辊(1)包裹在一绝缘材料中并且慢慢冷却。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，所述绝缘材料是石棉。
19.辊磨机，其特征在于，它具有按权利要求1至14之任一所述的磨辊(1)。
20.按权利要求19所述的辊磨机，其特征在于，该辊磨机是颗粒床辊磨机。
21.将根据权利要求1至14之任一所述的磨辊(1)应用在辊磨机中以便研磨二氧化钛，所述二氧化钛的莫氏硬度为6至8。
22.按权利要求21所述的磨辊的应用，其特征在于，所述二氧化钛的莫氏硬度为7。
23.根据权利要求21或22所述的磨辊的应用，其特征在于，二氧化钛的颗粒大小在进入辊磨机之前是0.1至5mm，离开辊磨机后为0.1至0.3μm。
24.根据权利要求23所述的磨辊的应用，其特征在于，二氧化钛的颗粒大小在离开辊磨机后为0.15至0.25μm。
25.制造二氧化钛颜料的方法，其中具有莫氏硬度为6至8的二氧化钛在一辊磨机中经过两个磨辊(1)之间构成的间隙后从0.1至5mm的颗粒大小研磨成0.1至0.3μm的颗粒大小，其中辊磨机具有按权利要求1至14之任一所述的磨辊(1)。
26.按权利要求25所述的制造二氧化钛颜料的方法，其特征在于，二氧化钛的莫氏硬度为7。
27.按权利要求25所述的制造二氧化钛颜料的方法，其特征在于，将二氧化钛研磨成0.15至0.25μm的颗粒大小。
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