CN103386476B - 一种复合双金属立式磨磨辊及制作工艺 - Google Patents
一种复合双金属立式磨磨辊及制作工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于立式磨领域，涉及一种双金属立式磨磨辊及制作工艺，制作工艺包含以下步骤：用水玻璃砂制造铸件砂型，型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；熔炼高铬铸铁和球墨铸铁；将高铬铸铁熔液定量的浇注到铸件砂型中，浇注温度为1350℃‑1370℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂；冷却20‑30分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1300℃‑1330℃时，再浇注球铁铁水，铁水浇注温度为1360℃‑1380℃；铸件清理后进行热处理；然后加工至成品。本发明耐磨层的洛氏硬度达HRC65，复合试样冲击韧性达18J，使用寿命提高20％，加工周期短，克服了磨辊易脆断和脱层现象；改善了劳动条件，提高了生产量，在水泥、矿山等行业非常实用。
Description
技术领域
本发明属于立式磨技术领域，更具体地说，涉及到一种双金属立式磨磨辊及磨辊的制作工艺。
背景技术
立式磨作为将固体物料细化制粉的重要设备，属于是典型的挤压粉磨设备，由于其具有产量高、运行稳定、可靠性高等特点，广泛应用于建筑、水泥、冶金、化工、陶瓷、电力、医药以及国防工业等部门，它是将大块状石头或矿渣进行粉碎而制作水泥的关键设备，立式磨是应用高压料层粉碎原理完成对物料的加工，即物料在磨辊的高压作用下相互聚集，彼此接触形成料床，应力在颗粒间相互传递，物料在研磨体的挤压、碾压以及颗粒间相互作用下产生裂缝，断裂而粉碎，磨辊在挤压、碾压物料时，对磨辊形成了冲击和磨损，磨辊在碾压破碎时受物料反复多次切削，磨辊在自重和外加力作用下，还要承受巨大的周期性交变应力和冲击负荷，从而使磨辊容易造成磨损，有的断裂有的脱层从而会造成生产厂家停线，影响生产效率，增加劳动强度，也会造成较大的经济损失。为此，研究开发具有良好的综合性能的复合材料，减少金属磨损延长磨机使用寿命是首要课题，也是目前国内外学者研究新材料的主要方向。随着国家对环保要求的不断提高，立式磨机替代原来的球磨机已成大势所趋，这对立式磨磨辊质量的要求越来越高，为此只有通过研究新材料和新工艺来满足要求。目前，国内外研究和开发的立式磨磨辊的主要材料有：1、低合金白口铸铁，成分为普通白口铸铁加4％-6％的锰与2.5％-3.5％的镍其纤维组织为共晶碳化物马氏体基体和残余奥氏体，碳化物是断续网状分布，其硬度为HRC55-65，使用寿命是普通白口铸铁的10倍，此种材料韧性较低而脆性较大，适合在载荷较低、磨损不强烈的工况下使用。2、中低合金耐磨钢，含铬4.5％-5.5％.钼：0.3％-0.7％，并用RE孕育处理，其耐磨性为高锰钢的7.8倍。3、镍硬铸铁，其硬度与冲击韧性较高，但由于我国镍资源稀少，镍的价格较高，所以镍硬铸铁在我国应用并不广泛。4、高铬铸铁：一、亚共晶或共晶高铬铸铁KMTBCr15Mo3和KMTBCr26，其特点是：共晶碳化物为MTC3.呈孤立条状，断网状分布，显微硬度达HV1300-1800，这种铸铁当用于磨损强度较大的工况时，寿命较短。二、过共晶高铬铸铁：主要用于生产形状简单，应用在低应力磨损下的铸件。5、双金属复合材料：通过工艺手段使易损件不同部位具有不同的性能，以获得具有两种材质特性的整体复合件。常用的是抗磨部位用白口铸铁，非抗磨部位用碳钢都保持自己的性能。6、复合耐磨堆焊材料：将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔敷在材料表面，以赋予母体材料特殊性能或使零件恢复原有形状的尺寸的工艺研制的复合金属。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合双金属立式磨磨辊及制作工艺，以解决现有技术中的磨辊在自重和外加力作用下，要承受巨大的周期性交变应力和冲击负荷，使磨辊容易造成磨损，影响生产效率，增加劳动强度，同时会造成较大经济损失和寿命较短等问题。
本发明所述的双金属包括高铬铸铁和球磨铸铁，解决其技术问题所采用的技术方案是制作工艺包含以下步骤：
(1)、用水玻璃砂制造复合双金属磨辊所需的铸件砂型，砂型型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；
(2)、同时熔炼高铬铸铁BTMCr20和球墨铸铁QT450-10；
(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1350℃-1370℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化；
(4)、浇注后冷却20-30分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1300℃-1330℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1360℃-1380℃，使双金属液达到冶金结合的状态，可以从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液；
(5)、铸件清理后进行热处理，使之达到所需性能；
(6)、然后转入机械加工工序，加工至成品。
进一步地，步骤(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1360℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口向高铬铸铁铁水表面撒上0.5公斤的防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化。
进一步地，步骤(4)、浇注后冷却25分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1315℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1370℃，使双金属液达到冶金结合的状态，可以从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液。
更进一步地，所述磨辊分为上下两层，上层为工作层，下层为耐磨层。
优选地，所述的工作层为球磨铸铁层，耐磨层为高铬铸铁层。
优选地，所述磨辊的厚度为240毫米，长度为1000毫米，宽度为740毫米。
采用本发明的积极效果是：
1、本发明基于立式磨磨辊的使用条件，失效机理，参照国内外研究应用现状存在的问题，选用适应范围广和耐磨材料硬度高，使用寿命长和一定冲击韧性和抗腐蚀的Cr20MoCu为抗磨材料，并在抗磨材料中还加入钼、钨、钒、钛、镍等，确定多元素的成分的配比，并研究与之相适应的铸造工艺、热处理工艺、加工工艺，使所研制的立式磨辊具有优良的综合性能，耐磨层洛氏硬度可达HRC65，复合试样冲击韧性(20℃冲击吸收能量)可达18J，使用寿命可以提高20％，使用专用的数控曲面加工机床对双金属复合进行加工，保证了生产的双金属磨辊曲面精度及准确度，并使其耐磨性得到大幅提高，且加工周期短，克服了磨辊易脆断和脱层现象，确保了磨辊质量可靠，延长了使用寿命。
2、本发明不仅保证了磨辊质量，降低了使用成本，保证了生产线的有效运行，同时改善了劳动条件，缩短了加工时间，提高了生产量，在水泥、电力、矿山行业将会带来良好的经济效益和巨大的社会效益。
附图说明
图1是本发明的双金属磨辊铸造工艺简图；
图中：1溢流包、2工作层、3高铬铸铁浇注系统、4冒口、5球磨铸铁浇注系统、6耐磨层、a长度、h厚度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步更详细的说明，具体参照图1：
实施例1
一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，所述的双金属包括高铬铸铁和球磨铸铁，具体的制作工艺包含以下步骤：
(1)、用水玻璃砂制造复合双金属磨辊所需的铸件砂型，砂型型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；
(2)、同时熔炼高铬铸铁BTMCr20和球墨铸铁QT450-10；
(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1350℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化；
(4)、浇注后冷却20分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1300℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统5浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1360℃，使双金属液达到冶金结合的状态，可以从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液；
(5)、铸件清理后进行热处理，使之达到所需性能；
(6)、然后转入机械加工工序，加工至成品。
进一步地，步骤(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1350℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上0.5公斤的防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化。
更进一步地，所述磨辊分为上下两层，上层为工作层2，下层为耐磨层6。
优选地，所述的工作层2为球磨铸铁层，耐磨层6为高铬铸铁层。
优选地，所述磨辊的厚度h为240毫米，长度a为1000毫米，宽度为740毫米。
实施例2
一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，所述的双金属包括高铬铸铁和球磨铸铁，具体的制作工艺包含以下步骤：
(1)、用水玻璃砂制造复合双金属磨辊所需的铸件砂型，砂型型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；
(2)、同时熔炼高铬铸铁BTMCr20和球墨铸铁QT450-10；
(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1360℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化；
(4)、浇注后冷却25分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1315℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统5浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1370℃，使双金属液达到冶金结合的状态，可以从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液；
(5)、铸件清理后进行热处理，使之达到所需性能；
(6)、然后转入机械加工工序，加工至成品。
进一步地，步骤(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1360℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上0.5公斤的防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化。
更进一步地，所述磨辊分为上下两层，上层为工作层2，下层为耐磨层6。
优选地，所述的工作层2为球磨铸铁层，耐磨层6为高铬铸铁层。
优选地，所述磨辊的厚度h为240毫米，长度a为1000毫米，宽度为740毫米。
实施例3
一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，所述的双金属包括高铬铸铁和球磨铸铁，具体的制作工艺包含以下步骤：
(1)、用水玻璃砂制造复合双金属磨辊所需的铸件砂型，砂型型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；
(2)、同时熔炼高铬铸铁BTMCr20和球墨铸铁QT450-10；
(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1370℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化；
(4)、浇注后冷却30分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1330℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统5浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1380℃，使双金属液达到冶金结合的状态，可以从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液；
(5)、铸件清理后进行热处理，使之达到所需性能；
(6)、然后转入机械加工工序，加工至成品。
进一步地，步骤(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统3定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1370℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，可以通过铸件砂型上端的冒口4向高铬铸铁铁水表面撒上0.5公斤的防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化。
更进一步地，所述磨辊分为上下两层，上层为工作层2，下层为耐磨层6。
优选地，所述的工作层2为球磨铸铁层，耐磨层6为高铬铸铁层。
优选地，所述磨辊的厚度h为240毫米，长度a为1000毫米，宽度为740毫米。
本发明所述的复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，采用湿砂造型，砂型为CO2硬化水玻璃砂，砂箱尺寸为500mm×450mm，高铬铸铁浇口设置在砂型的左下方，球磨铸铁浇口设置在砂型的右上方，在砂型右下方开设溢流冒口，排除稍过量浇注的高铬铸铁液。复合浇注工艺的关键是掌握好两种液态金属的浇注温度，选择恰当的间隔时间，第二层球磨铸铁的浇注时间应该放在第一层高铬铸铁基本上半凝固时，因球磨铸铁铁水的冲刷，一薄层高铬铸铁既能均匀熔化，又能使球磨铸铁液在一定时间内保持液态，这样就能得到防止双金属结合部位铸铁层表面在高温下氧化，并实现冶金结合的良好效果，同时使用具有良好流动性和防氧化去锈能力，比重轻，表面张力小，熔点低且气化温度高的保护剂，以有效防止高温下钢层的氧化。
双液复合通过定量浇注，事先估算并借助溢流口来保证先浇入金属液的质量，高铬铸铁液浇注完毕并冷却至固相线温度附近时，浇入球磨铸铁液。在浇注时机控制得当的前提下实现两种金属间有效地冶金结合。高铬铸铁要争取高温出炉，低温快速浇注。高铬铸铁的出炉温度控制在1450-1470℃，高铬铸铁的浇注温度控制在1340-1360℃，浇注温度过低，铸件的结合面处容易产生冷隔、缩孔等缺陷。但是，如果浇注温度过高，容易产生热裂缺陷，凝固缓慢，碳化物生长较为粗大，共晶组织粗化，降低了高铬铸铁的抗磨能力和力学性能。球磨铸铁的浇注温度在1300-1350℃，在此温度范围内，半凝固态的高铬铸铁与球磨铸铁接触，凝固后实现了良好的冶金结合。
高铬铸铁需要强韧坚硬的基体组织，以提高零件的抗磨能力，铸件在铸型中的凝固过程与冷却速率受到许多因素的影响，如不均匀的壁厚、不同的散热条件、浇注后型内铁水温度的差异等，铸件各部分的铸造组织很难达到均匀一致。铸造残余应力常使铸件在使用过程中变形甚至断裂，形状复杂的铸件残留应力的水平往往很高，实行消除应力处理，可以使铸件的残留应力大大降低，改善使用性能。因此，需要通过热处理来改善这种状况，充分发挥材料的抗磨性与力学性能，从而改善零件的使用性能，提高了零件的可靠性。
由于高铬铸铁-球磨铸铁双金属复合材料加工为立式磨磨辊的加工量大，而铸态组织不均匀，残余应力大，因此首先将复合双金属铸件进行退火软化处理，降低硬度至HRC40-42，并消除残余应力，改善组织均匀性，所以在进行热处理时，升温速度不可过快，升温速度控制在50℃/h-60℃/h，保温1-2小时，以保证铸件受热均匀。
上面结合附图对本发明的实施方式作了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变换，这样的变换均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，所述的双金属包括高铬铸铁和球墨铸铁，其特征在于：其制作工艺包含以下步骤：
(1)、用水玻璃砂制造复合双金属磨辊所需的铸件砂型，砂型型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用；
(2)、同时熔炼高铬铸铁BTMCr20和球墨铸铁QT450-10；
(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1350℃-1370℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，通过铸件砂型上端的冒口向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化；
(4)、浇注后冷却20-30分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1300℃-1330℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1360℃-1380℃，使双金属液达到冶金结合的状态，从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液；
(5)、铸件清理后进行热处理，使之达到所需性能；
(6)、然后转入机械加工工序，加工至成品。
2.根据权利要求1所述的一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，其特征在于：步骤(3)、将熔炼好的高铬铸铁熔液利用高铬铸铁浇注系统定量的浇注到事先备好的铸件砂型中，浇注温度为1360℃，浇进1/3的高铬铸铁铁水后，通过铸件砂型上端的冒口向高铬铸铁铁水表面撒上0.5公斤的防氧化剂，用以保护高铬铸铁液面不被氧化。
3.根据权利要求1所述的一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺，其特征在于：步骤(4)、浇注后冷却25分钟，待铸件砂型内铁液温度达到1315℃时，再从另一浇口利用球磨铸铁浇注系统浇注球墨铸铁铁水，铁水浇注温度为1370℃，使双金属液达到冶金结合的状态，从冒口目测并结合用金属棒探触高铬铸铁金属表面，当呈熔融状态时，即可浇注球墨铸铁金属液。
4.根据权利要求1所述的一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺所生产出的磨辊，其特征在于：所述磨辊分为上下两层，上层为工作层，下层为耐磨层。
5.根据权利要求4所述的一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺所生产出的磨辊，其特征在于：所述的工作层为球磨铸铁层，耐磨层为高铬铸铁层。
6.根据权利要求4所述的一种复合双金属立式磨磨辊的制作工艺所生产出的磨辊，其特征在于：所述磨辊的厚度为240毫米，长度为1000毫米，宽度为740毫米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhu Peisen Inventor after: Shang Wei Inventor after: Liu Naiyun Inventor after: Wang Yong Inventor before: Zhu Peisen Inventor before: Shang Wei Inventor before: Liu Naiyun Inventor before: Wang Yong |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170630 Termination date: 20180604 |