CN103736549B - 一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有由高铬合金衬板和金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成的辊套，金属基陶瓷增强体料由10-40%刚玉和60-90%铁粉组成，高铬合金衬板与陶瓷衬板、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体；磨辊的制备方法包括：上述刚玉和铁粉混合烧至铁粉完全熔化时，将其放入模具中制得陶瓷衬板，将陶瓷衬板置于高铬合金衬板的凹槽中，浇铸钢水制成辊套，将辊套套设在磨辊基体上后浇铸钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。本发明中，钢水可浸润到陶瓷衬板中的陶瓷颗粒之间，将陶瓷颗粒包裹其中，能够使陶瓷相和金属相均匀分布，降低烧制后残留的孔隙度，具有高耐磨性。

Description

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法

技术领域

本发明涉及水泥立磨机技术领域，具体的说一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法。

背景技术

在煤炭、冶金、矿山、电力、建材、耐火材料、能源等行业，特别是水泥等粉体加工领域制粉系统需要用到磨机，磨机的磨辊作为主要的磨损件，其运行的好坏在一定程度上决定了企业的经济效益，而水泥行业中，大量使用的一般是立磨机。现有立磨机中磨辊上的耐磨块大多是采用高锰钢、高铬铸铁等金属制成，韧性较好，当其磨损后，在其上面反复堆焊耐磨合金层来提高其使用寿命，但由于采用的是堆焊工艺制作，堆焊设备昂贵，堆焊一次，其寿命增加不大，同时立磨机中更换耐磨块需要频繁地停机，每次更换耐磨块所需的时间较长，严重影响生产效率，造成了极大的经济损失。

现有技术中也有采用耐磨陶瓷块来替代金属磨体的，其耐磨陶瓷块主要是以刚玉为陶瓷相的材料制成，刚玉的化学成份为Al₂O₃，一般含有微量杂质元素Cr、Ti、Fe、V等，刚玉具备了陶瓷材料所具备的基本性能，氧化铝陶瓷的弹性模量和硬度高，化学稳定性好，具有耐热、耐腐蚀、耐磨损和质量小等特点，但氧化铝陶瓷本身还存在烧结残留孔隙度大及脆性大等缺陷，从而限制了它的应用。现有也有将金属基复合陶瓷衬板应用于承受磨损的机械设备上，该金属基复合陶瓷衬板由锆刚玉、高铬铁粉和铁粉经电熔后注入具有多个贯通浇注孔的金属基陶瓷增强体形成，其制备工艺复杂，需要多步烧结过程，烧结温度高，时间长，成本高；而且，复合陶瓷衬板中的主要成分为锆刚玉，锆刚玉中含有SiO₂、Na₂O等氧化物，在其烧成过程中会形成非晶态的玻璃相，玻璃相虽然能够起到粘结的作用，但玻璃相的结构疏松，强度较陶瓷相或金属相低，容易在晶界处聚集，在断裂时，裂纹易沿晶界穿过，造成衬板的强度下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的立磨机中采用耐磨陶瓷块，制备工艺复杂，成品存在的烧结残留孔隙度大、脆性大、裂纹敏感性强及使用寿命短等问题，提供一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板和金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量百分比是：刚玉10-40%，铁粉60-90%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.25-0.35cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体，磨辊的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，取颗粒粒径为0.25-0.35cm的刚玉10-40%、铁粉60-90%，混合均匀后将混合物料送入窑炉中进行烧制，烧制的温度为1050-1450℃，烧至铁粉完全熔化时为止；

步骤二、将步骤一熔化的铁水与刚玉颗粒的混合物放入事先制好的模具中，冷却后脱模，制得陶瓷衬板；

步骤三、将步骤二制得的陶瓷衬板置于事先制好的高铬合金衬板的凹槽中，且使陶瓷衬板的上端面与高铬合金衬板的上端面平齐后，向陶瓷衬板与高铬合金衬板的连接处浇铸事先熔化好的钢水，制成辊套，将制成的辊套套设在磨辊基体上，然后浇铸事先熔化好的钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。

优选的，步骤一的烧制的温度为1260-1450℃。

优选的，步骤一的烧制的温度为1050-1190℃。

本发明中，磨辊基体与辊套之间通过钢液浇铸固结为一体，无需使用螺栓将衬板与立磨机的磨辊进行固定，从而避免了传统立磨机的跑料和漏料现象；而且辊套中各衬板之间的接合部位由于钢液的作用，冷却后，辊套形成一个完整的整体，钢液可以通过陶瓷衬板与高铬合金衬板之间的接合部位浸润到陶瓷衬板的陶瓷颗粒之间，将陶瓷颗粒包裹起来，使陶瓷相与金属相均匀分布，大大提高了磨辊基体上陶瓷衬板的耐磨性，延长了其使用寿命。

本发明仅采用刚玉和纯铁粉混合烧制成陶瓷衬板，一方面降低了原料成本；另一方面，衬板的制备工艺较为简单，烧制温度低，其制备过程便于控制。本发明通过步骤一和步骤二制备的陶瓷衬板，为陶瓷和金属的复合体，其一，具有陶瓷材料的硬度，高耐磨性，其耐磨性能是金属材料的四倍以上；其二，具有金属材料的韧性，由于陶瓷衬板是采用金属基陶瓷增强体料制作而成的，具有较高的金属韧性和耐冲击性，可达其余种类耐磨陶瓷的数十倍；其三，比传统使用的耐磨钢重量轻，易于施工安装，节约劳动强度；其四，使用寿命长，减少了停产维修次数，节约投资，降低劳动强度，提高了生产效率。

本发明的有益效果：

（1）本发明的磨辊基体上套设有由高铬合金衬板和陶瓷衬板组成的辊套，该辊套兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能；

（2）钢水将辊套与磨辊基体固结为一体，同时可以通过相邻两块高铬合金衬板之间的缺口浸润到陶瓷衬板中的陶瓷颗粒之间，将陶瓷颗粒包裹其中，能够使陶瓷相和金属相均匀分布，陶瓷相和金属相的界面结合性能优异，还能够降低烧制后残留的孔隙度，在苛刻的工况条件下耐冲刷性能优于一般的陶瓷材料，具有高耐磨性；

（3）本发明采用10-40%的刚玉以及60-90%的铁粉，混合烧制制成陶瓷衬板，无需添加任何外加剂，铁粉作为韧性金属材料，能够作为粘接剂用于增韧刚玉材料，烧制时通过金属的塑性吸收外加负荷，能够增强陶瓷相和金属相之间的相互作用，还能够使陶瓷相产生的裂纹移位或者使裂纹在陶瓷颗粒处发生偏转，消耗裂纹尖端的能量，降低烧制后残留孔隙度；避免了因采用锆刚玉带来的玻璃相对于陶瓷衬板整体强度的影响，玻璃相的存在，对其制备工艺步骤及参数要求较为严格，增加了其工艺难度和成本。

附图说明

图1为本发明中辊套的结构示意图；

图2为本发明中磨辊的结构示意图。

附图标记：1、辊套，2、高铬合金衬板，3、陶瓷衬板，4、缺口，401、第一缺口，402、第二缺口，5、磨辊基体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板和金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量百分比是：刚玉10-40%，铁粉60-90%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.25-0.35cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体。

实施例1

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板以及由金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量比是：刚玉10%，铁粉90%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.35cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体，磨辊的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，取颗粒粒径为0.35cm的刚玉10%，铁粉90%，混合均匀后将混合物料送入窑炉中进行烧制，烧制的温度为1050-1190℃，烧至铁粉完全熔化时为止；

步骤二、将步骤一熔化的铁水与刚玉颗粒的混合物放入事先制好的模具中，冷却后脱模，制得陶瓷衬板；

步骤三、将步骤二制得的陶瓷衬板置于事先制好的高铬合金衬板的凹槽中，且使陶瓷衬板的上端面与高铬合金衬板的上端面平齐后，向陶瓷衬板与高铬合金衬板的连接处浇铸事先熔化好的钢水，制成辊套，将制成的辊套套设在磨辊基体上，然后浇铸事先熔化好的钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。无需添加任何外加剂，铁粉作为韧性金属材料，能够作为粘接剂用于增韧刚玉材料。

实施例2

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板和金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量比是：刚玉40%，铁粉60%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.30cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体，磨辊的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，取颗粒粒径为0.30cm的刚玉40%，铁粉60%，混合均匀后将混合物料送入窑炉中进行烧制，烧制的温度为1260-1450℃，烧至铁粉完全熔化时为止；

步骤二、将步骤一熔化的铁水与刚玉颗粒的混合物放入事先制好的模具中，冷却后脱模，制得陶瓷衬板；

步骤三、将步骤二制得的陶瓷衬板置于事先制好的高铬合金衬板的凹槽中，且使陶瓷衬板的上端面与高铬合金衬板的上端面平齐后，向陶瓷衬板与高铬合金衬板的连接处浇铸事先熔化好的钢水，制成辊套，将制成的辊套套设在磨辊基体上，然后浇铸事先熔化好的钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。

实施例3

一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板以及由金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量比是：刚玉35%，铁粉65%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.25cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体，磨辊的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，取颗粒粒径为0.25cm的刚玉35%，铁粉65%，混合均匀后将混合物料送入窑炉中进行烧制，烧制的温度为1050-1450℃，烧至铁粉完全熔化时为止；

步骤二、将步骤一熔化的铁水与刚玉颗粒的混合物放入事先制好的模具中，冷却后脱模，制得陶瓷衬板；

步骤三、将步骤二制得的陶瓷衬板置于事先制好的高铬合金衬板的凹槽中，且使陶瓷衬板的上端面与高铬合金衬板的上端面平齐后，向陶瓷衬板与高铬合金衬板的连接处浇铸事先熔化好的钢水，制成辊套，将制成的辊套套设在磨辊基体上，然后浇铸事先熔化好的钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。

本发明中，刚玉材料的理化指标为：Al₂O₃≥99.4%，Na₂O≤0.4%，SiO₂≤0.03%。

本发明中，磨辊基体5上套设有辊套1，辊套1由高铬合金衬板2以及由金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板3组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量比是：刚玉10-40%，铁粉60-90%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.25-0.35cm，高铬合金衬板2为扇形板体，在板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板3的凹槽，在板体的两个侧面上设有缺口4，缺口4由呈半圆形的第一缺口401以及呈弧形的第二缺口402组成，两两高铬合金衬板2通过其侧面相互对接，其中，两个呈弧形的第二缺口402对接后形成漏斗状的端面止口，在陶瓷衬板3与高铬合金衬板2的连接处浇铸事先熔化好的钢水，钢水沿漏斗状的端面止口汇聚并渗透到陶瓷衬板3与高铬合金衬板2之间、以及高铬合金衬板2与辊套1之间，使高铬合金衬板2、陶瓷衬板3与辊套1通过钢液浇铸固结为一体，当辊套1套设在磨辊基体5上后，通过钢液浇铸使辊套1与磨辊基体5固结为一体。金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，无需添加外加剂即可达到较高的强度和耐磨度，该辊套1兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能。钢水将辊套1与磨辊基体5固结为一体，同时可以通过相邻两块高铬合金衬板2之间的缺口4浸润到陶瓷衬板3中的陶瓷颗粒之间，将陶瓷颗粒包裹其中，能够使陶瓷相和金属相均匀分布，陶瓷相和金属相的界面结合性能优异，还能够降低烧制后残留的孔隙度，在苛刻的工况条件下耐冲刷性能优于一般的陶瓷材料，具有高耐磨性。

Claims (3)

1.一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，磨辊基体上套设有辊套，辊套由高铬合金衬板和金属基陶瓷增强体料制成的陶瓷衬板组成，所述的金属基陶瓷增强体料由刚玉和铁粉组成，刚玉与铁粉的重量百分比是：刚玉10-40%，铁粉60-90%，其中，刚玉的颗粒粒径是0.25-0.35cm，高铬合金衬板为扇形板体，在其板体的表面上设有用于夹持陶瓷衬板的凹槽，在其板体的两个侧面上设有缺口，高铬合金衬板与陶瓷衬板之间、辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸固结为一体，其特征在于：磨辊的制备方法包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，取颗粒粒径为0.25-0.35cm的刚玉10-40%、铁粉60-90%，混合均匀后将混合物料送入窑炉中进行烧制，烧制的温度为1050-1450℃，烧至铁粉完全熔化时为止；

步骤二、将步骤一熔化的铁水与刚玉颗粒的混合物放入事先制好的模具中，冷却后脱模，制得陶瓷衬板；

步骤三、将步骤二制得的陶瓷衬板置于事先制好的高铬合金衬板的凹槽中，且使陶瓷衬板的上端面与高铬合金衬板的上端面平齐后，向陶瓷衬板与高铬合金衬板的连接处浇铸事先熔化好的钢水，制成辊套，将制成的辊套套设在磨辊基体上，然后浇铸事先熔化好的钢水，使辊套与磨辊基体固结为一体。

2.根据权利要求1所述的一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，其特征在于：步骤一的烧制温度为1260-1450℃。

3.根据权利要求1所述的一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，其特征在于：步骤一的烧制温度为1050-1190℃。