CN107866306B

CN107866306B - 一种柱钉式高压辊磨机辊面及其生产方法

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Publication number: CN107866306B
Application number: CN201711120029.3A
Authority: CN
Inventors: 何亚民; 魏勇; 徐智平
Original assignee: Chengdu Leejun Industrial Co Ltd
Current assignee: Chengdu Leejun Industrial Co Ltd
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: CN107866306A

Abstract

本发明公开了一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，包括以下步骤：对工作层材料和芯层材料分别进行钢水炼制、炉外精炼、变质处理或球化处理；离心浇注辊套；再对辊套毛坯进行粗加工，退火，淬火，回火，再精加工；再在辊套坯件的外圆表面加工盲孔；通过耐磨性测试，确定辊面中部一区柱钉材质,一区两侧对称分布的各区的柱钉材质硬度依次降低HRA0.5～HRA2；将各区柱钉以过渡配合和胶粘接的方式安装到辊面各区盲孔中。本发明优点：辊套热工阶段一次性处理完成，减少了加工后再热处理环节；通过辊套耐磨性测试进行柱钉耐磨性的匹配，选定各区柱钉材质，实现辊面均匀磨损；采用过渡配合和胶粘接的方式安装柱钉，使柱钉安装更换方便。

Description

一种柱钉式高压辊磨机辊面及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种柱钉式高压辊磨机辊面及其生产方法，具体涉及矿物加工中对物料进行中、细碎的辊压机（高压辊磨机）辊面及其生产方法，可用于冶金矿山、建材水泥、煤炭、化工等行业中物料的破磨，属于矿物加工领域。

背景技术

由于辊压机（高压辊磨机）高产节能的特点，在冶金矿山、建材水泥、煤炭、化工等行业中得到了广泛的应用,通常采用辊压机（高压辊磨机）对矿物进行破磨。辊压机（高压辊磨机）的关键部件是与物料直接作用的辊子，由于矿物的磨蚀性很强，现在大都采用柱钉式辊面的辊子。辊子是由轴芯和套装其上的辊套组成，辊套的辊面上安装有柱钉，柱钉通常是硬质合金材料制成，即WC粉+Co粉压制成形后，通过低压烧结而成。在常规的柱钉式辊面生产和使用过程中，发现了很多问题：

第一，辊压不同的物料，需要不同耐磨性能的辊面，现有生产技术没有给出选择；第二，在生产中，通常辊套基体材料是合金钢或耐磨铁合金,其生产方法是锻造或铸造，锻造或铸造出来的辊套基体进行性能热处理后，再加工安装柱钉的盲孔，这种辊套基体内外层材料一致，均是高合金，加工成本高，且内外层硬度一致，使用时容易出现爆裂；第三，柱钉材料和基体材料的耐磨性没进行匹配，可能会出现基体磨得快但柱钉磨得慢而出现柱钉露头高以至断裂从而影响辊面使用寿命的现象，或者柱钉磨得快但基体磨得慢而不能达到辊面镶嵌柱钉以提高辊面耐磨性实现提高其寿命的目的；第四，在使用中，由于辊面和柱钉材质一样，耐磨性一致，而辊压机（高压辊磨机）辊子的辊面是中部磨损快、边部磨损慢，所以辊面耐磨性一致的辊子在使用报废时，会出现中部已磨掉而边部磨损少的情况，造成浪费。

专利公告号为CN103757556U、发明名称为“一种用于粉碎矿石的高压辊磨机辊面材料及辊面制备方法”的中国专利文献，公开了的方法为：将具有高碳高钒的高合金高速钢原料熔炼成钢水，并采用离心铸造将高合金辊面一次浇注成型，待铸件冷却至室温后，对铸件采用热处理工艺，将辊面硬度调整到50HRC左右；采用错位排列的分布方式，在辊面上加工盲孔；最后在气氛保护下进行热处理；然后将烧结好的碳化钨硬质合金柱钉嵌入盲孔，获得高耐磨的复合辊面。这种方法最明显的缺点：一是整个辊套基体材料是一种材料，辊套内外硬度一致，在使用时容易出现爆套现象，内外层均是高合金材料，成本高；二是在盲孔加工后再进行热处理，会在孔内产生一层氧化皮，由于辊面上加工的盲孔有几万个，去除这些氧化皮是很困难的；三是辊面上采用一种材质的柱钉，不能实现辊面均匀磨损，会出现中部已磨掉而边部磨损还较少就报废的情况，造成浪费。

专利公开号为CN105413804A、发明名称为“一种高压辊磨机辊面结构及制作方法”的中国专利文献，公开了一种高压辊磨机辊面结构及制作方法。该高压辊磨机辊面结构，包括辊套和柱钉，在辊套的外表面设有交错分布柱孔，柱钉以间隙配合形式并通过粘接剂设置在柱孔内，其特点是，所述的柱钉为非金属材料制作而成。由于辊套为合金材料制作而成，柱钉为非金属材料制作而成，两者的结合相对较差，且无法采用焊接的方式来增强柱钉的稳固性，带有螺纹槽的柱钉在粘接剂的作用下，与柱孔的粘结强度高。这种方法最明显的缺点：一是辊面上采用一种材质的柱钉，不能实现辊面均匀磨损，会出现中部已磨掉而边部磨损还较少就报废的情况，造成浪费；二是柱钉采用陶瓷材料（金属陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷）不适合高压辊磨机的工况，高压辊磨机辊面的工况是高应力下的磨料磨损，陶瓷材料的抗压强度和挠度比硬质合金差得多，几乎不到一半，硬质合金柱钉在使用时有时会出现断裂现象，陶瓷材料的柱钉更会出现严重断裂；三是陶瓷材料的柱钉断裂后无法更换，因为没有外力，断裂在孔内的陶瓷柱钉即使在粘接胶失效后不会自动脱出，陶瓷材料不能焊接，就不可能焊接一个加长杆将断裂柱钉拔出；四是生产时间长，由于柱钉是非金属材料，与孔通过粘接剂连接，还须放置24～48h，辊子是圆形的，每个方向都放这么长时间，所以装柱钉时间会很长。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种柱钉式高压辊磨机辊面及其生产方法，使其具有生产周期短、生产成本低、性能优异、使用时浪费少等优点。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，辊面由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体含工作层和芯层，包括以下步骤：

（1）对工作层材料和芯层材料分别进行钢水炼制；

（2）工作层材料钢水出炉后进行炉外精炼，在钢水终脱氧后加入变质剂；芯层材料钢水出炉后进行炉外精炼，在钢水终脱氧后加入球化剂，浇注时随流加入孕育剂；

（3）两种钢水出炉后离心浇注辊套，先浇工作层材料，待工作层成形后，再浇芯层材料，浇注完成后，离心机仍以调定的速度转动，直至辊套毛坯冷却；

（4）对辊套毛坯进行粗加工，退火，淬火，回火，所得辊套毛坯性能为：工作层表面硬度HRC45～60、抗压强度≥1500MPa、挠度≥2mm；芯层表面硬度HRC35～45、抗拉强度≥600MPa、延伸率≥2%；再精加工，达到所需坯件尺寸，同时加工辊套外层材料的磨损试样；

（5）在钻床上对辊套坯件的外圆表面加工安装柱钉用的盲孔，钻孔过程先用钻头，再用铰刀；

（6）按JB/T 7705 《松散磨粒磨料磨损试验方法橡胶轮法》测量磨损试样的磨损值，根据磨损值，确定辊面中部一区柱钉材质，一区两侧对称分布的各区的柱钉材质硬度依次降低HRA0.5～HRA2；

（7）将各区柱钉以过渡配合和胶粘接的方式安装到辊面各区盲孔中。

作为优选，步骤（1）中，对工作层材料和芯层材料进行钢水炼制的温度均为1400～1600℃，工作层材料的主要成份的质量百分比为C:1.4～1.7%、Cr:11.0～12.5%、Mo:0.4～0.6%、V:0.2～0.3%、Si：≤0.4%、Mn:≤0.4%、Ni:≤0.25%、Cu:≤0.3%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质；芯层材料的主要成份为C:1.0～1.5%、Si：2.2～2.6%、Mn:0.5～0.8%、Cr:≤0.5%、Ni:≤0.5%、Mo: ≤0.2%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质。

作为优选，步骤（2）中，所述变质剂为一种稀土镁硅铁合金，以细化晶粒和改善组织、提高材料性能；所述球化剂为一种硅铁镁合金。球化剂和孕育剂都可以使芯层材料进行球化处理，以提高芯部的韧性和抗裂能力。

作为优选，步骤（3）中，在浇工作层材料时，离心机转速为200rpm～800rpm，具体转速根据辊套外形尺寸进行调节，以保证辊套成型；在浇芯层材料时，离心机转速提高30rpm～100rpm，以保证内孔不出现缺陷；浇注完成后，离心机保持转速，直至辊套毛坯冷却至100℃以下才停机。

作为优选，步骤（4）中，对辊套毛坯的退火温度为600℃～950℃，淬火温度为950℃～1200℃且为炉外空冷，回火温度为500℃～800℃；选择不同的淬火和回火温度，达到不同的表面硬度从而实现不同的耐磨性。

作为优选，步骤（5）中，盲孔直径为φ10mm～φ30mm，孔深为20mm～60mm，采用的钻头直径比盲孔直径小0.2 mm～1mm，峰角为140°～160°，铰刀直径为盲孔直径，选定盲孔直径公差使柱钉与盲孔形成过度配合，盲孔头部形状为平头、半球头、小半球头或圆锥形。

作为优选，步骤（6）中，根据辊宽不同将辊面分成三个区、五个区或七个区，其中，中部为一区，其对称的两边依次为二区、三区、四区；柱钉材质通过不同的Co含量和硬度确定，一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2。

作为优选，步骤（7）中，所述胶是主要成份为甲基丙烯酸双酯的厌氧胶。采用过渡配合和胶粘接的方式安装柱钉，使柱钉安装方便、牢固，柱钉更换也方便。

本发明还提供了一种柱钉式高压辊磨机辊面，由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体含工作层和芯层，所述工作层为高铬钢材料，表面硬度HRC45～60、抗压强度≥1500MPa、挠度≥2mm；所述芯层为石墨钢材料，表面硬度HRC35～45、抗拉强度≥600MPa、延伸率≥2%；辊面根据辊宽不同将分成三个区、五个区或七个区；中部为一区，其对称的两边依次为二区、三区、四区；一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2，所有柱钉的金相检测达到A02B00C00E00以上。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）辊套是含芯层和工作层的复合材料，使芯层具备韧性，工作层具备耐磨性。通过选择不同的淬火和回火温度，达到辊套不同的表面硬度，实现不同的耐磨性。辊套的耐磨性是根据所辊压物料的磨蚀性确定的，以满足不同工况的要求。

（2）辊套热工阶段为一次性处理完成，减少了加工后再热处理的环节，降低了生产成本和生产工期。

（3）通过辊套耐磨性测试，进行柱钉耐磨性的匹配，选定辊面中部一区柱钉的耐磨性，实现辊面柱钉与基体同步磨损。

（4）根据辊面一区柱钉材质，确定二区、三区、四区等区柱钉的材质，实现辊面均匀磨损。

（5）采用过渡配合和胶粘接的方式安装柱钉，使柱钉安装方便、牢固，柱钉更换方便。

（6）具有生产周期短、生产成本低、性能优异、使用时浪费少等优点。

附图说明

图1为辊面展开后各区划分示意图；

图2-1～图2-4为柱钉头部形状示意图；

图中所示：1-辊套基体，2-一区，3-二区，4-三区，5-四区，6-平头，7-半球头，8-小半球头，9-圆锥形。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：

一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，辊面由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体1含工作层和芯层，包括以下步骤：

（1）对工作层材料和芯层材料分别进行钢水炼制。步骤（1）中，对工作层材料和芯层材料进行钢水炼制的温度均为1400～1600℃，工作层材料的主要成份的质量百分比为C:1.5～1.7%、Cr:11.0～12.5%、Mo:0.4～0.6%、V:0.2～0.3%、Si：≤0.4%、Mn:≤0.4%、Ni:≤0.25%、Cu:≤0.3%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质；芯层材料的主要成份为C:1.0～1.5%、Si：2.2～2.6%、Mn: 0.5～0.8%、Cr:≤0.5%、Ni:≤0.5%、Mo: ≤0.2%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质。

（2）工作层材料钢水出炉后进行炉外精炼，在钢水终脱氧后加入变质剂；芯层材料钢水出炉后进行炉外精炼，在钢水终脱氧后加入球化剂，浇注时随流加入孕育剂。步骤（2）中，所述变质剂为一种稀土镁硅铁合金，所述球化剂为一种硅铁镁合金。

（3）两种钢水出炉后离心浇注辊套，先浇工作层材料，待工作层成形后，再浇芯层材料，浇注完成后，离心机仍以调定的速度转动，直至辊套毛坯冷却。步骤（3）中，在浇工作层材料时，离心机转速为200rpm～800rpm，在浇芯层材料时，离心机转速提高30rpm～100rpm；浇注完成后，离心机保持转速，直至辊套毛坯冷却至100℃以下才停机。

（4）对辊套毛坯进行粗加工，退火，淬火，回火，所得辊套毛坯性能为：工作层表面硬度HRC45～60、抗压强度≥1500MPa、挠度≥2mm；芯层表面硬度HRC35～45、抗拉强度≥600MPa、延伸率≥2%；再精加工，达到所需坯件尺寸，同时加工辊套外层材料的磨损试样。步骤（4）中，辊套毛坯的退火温度为600℃～950℃，淬火温度为950℃～1200℃且为炉外空冷，回火温度为500℃～800℃；选择不同的淬火和回火温度，达到不同的表面硬度从而实现不同的耐磨性。

（5）在钻床上对辊套坯件的外圆表面加工安装柱钉用的盲孔，钻孔过程先用钻头，再用铰刀。步骤（5）中，盲孔直径为φ10mm～φ30mm，孔深为20mm～60mm，采用的钻头直径比盲孔直径小0.2 mm～1mm，峰角为140°～160°，铰刀直径为盲孔直径，盲孔头部形状为平头6、半球头7、小半球头8或圆锥形9（如图2-1～图2-4所示）。

（6）按JB/T 7705 《松散磨粒磨料磨损试验方法橡胶轮法》测量磨损试样的磨损值，根据磨损值，确定辊面中部一区柱钉材质，一区两侧对称分布的各区的柱钉材质硬度依次降低HRA0.5～HRA2。步骤（6）中，根据辊宽不同将辊面分成三个区、五个区或七个区，其中，中部为一区2，其对称的两边依次为二区3、三区4、四区5（如图1所示）；柱钉材质通过不同Co含量和硬度确定，一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2。

（7）将各区柱钉以过渡配合和胶粘接的方式安装到辊面各区盲孔中。步骤（7）中，所用胶是主要成份为甲基丙烯酸双酯的厌氧胶。

实施例2：

一种柱钉式高压辊磨机辊面，由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体含工作层和芯层，所述工作层为高铬钢材料，表面硬度HRC45～60、抗压强度≥1500MPa、挠度≥2mm；所述芯层为石墨钢材料，表面硬度HRC35～45、抗拉强度≥600MPa、延伸率≥2%；辊面根据辊宽不同将分成三个区、五个区或七个区；中部为一区，其对称的两边依次为二区、三区、四区；一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2，所有柱钉的金相检测达到A02B00C00E00以上。

在对辊面进行改良的试验过程中，发现辊面中部磨损最严重，从中部到两端磨损程度逐渐减轻。因此，中部一区的硬度最高，从中部到两端的其余各区依次降低硬度，且硬度降低幅度越来越大，以尽量达到各区磨损一致的效果。比如：一区硬度为HRA88，二区硬度为HRA87.5（硬度降低HRA0.5），三区硬度为HRA86.5（硬度降低HRA1），四区硬度为HRA85（硬度降低HRA1.5）。

Claims

1.一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，辊面由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体含工作层和芯层，其特征在于包括以下步骤：

（1）对工作层材料和芯层材料分别进行钢水炼制；

2.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（1）中，对工作层材料和芯层材料进行钢水炼制的温度均为1400～1600℃，工作层材料的主要成份的质量百分比为C:1.4～1.7%、Cr:11.0～12.5%、Mo:0.4～0.6%、V:0.2～0.3%、Si：≤0.4%、Mn:≤0.4%、Ni:≤0.25%、Cu:≤0.3%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质；芯层材料的主要成份为C:1.0～1.5%、Si：2.2～2.6%、Mn: 0.5～0.8%、Cr:≤0.5%、Ni:≤0.5%、Mo: ≤0.2%、S:≤0.02%、P:≤0.02%、其余为Fe和需控制的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，所述变质剂为一种稀土镁硅铁合金，所述球化剂为一种硅铁镁合金。

4.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（3）中，在浇工作层材料时，离心机转速为200rpm～800rpm，在浇芯层材料时，离心机转速提高30rpm～100rpm；浇注完成后，离心机保持转速，直至辊套毛坯冷却至100℃以下才停机。

5.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（4）中，对辊套毛坯的退火温度为600℃～950℃，淬火温度为950℃～1200℃且为炉外空冷，回火温度为500℃～800℃；选择不同的淬火和回火温度，达到不同的表面硬度从而实现不同的耐磨性。

6.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（5）中，盲孔直径为φ10mm～φ30mm，孔深为20mm～60mm，采用的钻头直径比盲孔直径小0.2mm～1mm，峰角为140°～160°，铰刀直径为盲孔直径，盲孔头部形状为平头、半球头、小半球头或圆锥形。

7.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（6）中，根据辊宽不同将辊面分成三个区、五个区或七个区，其中，中部为一区，其对称的两边依次为二区、三区、四区；柱钉材质通过不同的Co含量和硬度确定，一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2。

8.根据权利要求1所述的一种柱钉式高压辊磨机辊面的生产方法，其特征在于：步骤（7）中，所述胶是主要成份为甲基丙烯酸双酯的厌氧胶。

9.一种柱钉式高压辊磨机辊面，由辊套基体及其表面镶嵌的柱钉组成，辊套基体含工作层和芯层，其特征在于：所述工作层为高铬钢材料，表面硬度HRC45～60、抗压强度≥1500MPa、挠度≥2mm；所述芯层为石墨钢材料，表面硬度HRC35～45、抗拉强度≥600MPa、延伸率≥2%；辊面根据辊宽不同将分成三个区、五个区或七个区；中部为一区，其对称的两边依次为二区、三区、四区；一区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度为HRA86～HRA88，其余各区的柱钉Co含量为8wt%～25wt%，硬度依次降低HRA0.5～HRA2，所有柱钉的金相检测达到A02B00C00E00以上。