CN111112583B - 一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，包括：将陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；将预处理后的陶瓷颗粒与粘结剂均匀混合；在混合物中加陶瓷粉末并混合均匀，得颗粒混合物；将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中干燥，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液得到复合辊皮衬板；将辊皮衬板热处理后进行机加工；将机加工后的辊皮衬板小头通过卡槽进行装配得陶瓷合金复合磨辊。本发明磨辊后期磨损后，无需更换辊芯，可以进行现场拆卸端面法兰，将磨损严重的辊皮衬板拆掉，安装更换新的辊皮衬板即可，可实现陶瓷磨辊的可修复，大大降低磨辊的采购成本。

Description

一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法
技术领域
本发明涉及一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，可适用于火力发电、水泥、冶金、矿山等行业的磨辊。
背景技术
在电力、水泥、冶金、矿山等行业，磨辊在制粉系统中被广泛使用，它作为主要的耐磨件，磨辊的耐磨性能直接影响到制粉的作业率、煤粉质量、磨辊消耗和生产成本。由于任何磨辊材料，在制粉工况条件下，都有较为严重的磨损，当磨辊磨损出现较严重的凹坑、沟槽后，会导致磨煤机煤粉效率下降，磨煤机出力不足。
目前火力发电厂所用的磨辊大部分为高铬铸铁整体铸造而成，运行磨损后在其上面反复堆焊耐磨合金层可以提高磨辊的使用寿命，但次数有限，且成本较高，容易出现堆焊层脱落的现象，同时电厂频繁的停机检修造成了极大的经济损失。采用高铬合金材料浇铸耐磨陶瓷网格体制备出陶瓷合金复合衬板，然后再对陶瓷合金复合衬板进行二次浇铸制备出复合磨辊，该工艺解决了整体高铬合金磨辊寿命短、价格高难题，但整个辊面每块衬板与衬板之间存在球磨铸铁不耐磨缺陷，一旦磨损严重将会加速陶瓷合金衬板磨损，此外，整个磨辊报废后将不能修复，直接报废，给电厂增加了大量的维修费用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法。
技术方案：本发明所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；
（2）将预处理后的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例均匀混合，其中，粘结剂的加入量是陶瓷质量的1%-6% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例陶瓷粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1%-8% ；
（4）将步骤（3）颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工；
（7）熔炼母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和金属陶瓷辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊。
进一步的，所述的陶瓷颗粒金属化预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基或钴基低熔点合金材料。
进一步的，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述的粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述的陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的组合。
进一步的，步骤（5）所述的耐磨合金材料为高铬铸铁或高锰钢。
进一步的，步骤（7）所述的母体金属材料为球墨铸铁、低碳钢或中碳钢中的一种。
进一步的，所述陶瓷预制件表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件表面为曲面。
进一步的，所述辊芯小头卡槽结构为圆弧状或倒角，角度小于90°。
进一步的，所述金属陶瓷辊皮衬板内弧面设有凹槽，所述凹槽的面积占该内弧面面积的50-70%。
有益效果：本发明的有益效果如下：
（1）辊皮衬板内弧安装面采用凹槽状结构，和辊芯装配时可以减少打磨面积，降低生产成本；
（2）辊芯采用普通金属材料，硬度低，容易加工，大大降低机加工成本；
（3）磨辊后期磨损后，无需更换辊芯，可以进行现场拆卸端面法兰，将磨损严重的辊皮衬板拆掉，安装更换新的辊皮衬板即可，可实现陶瓷磨辊的可修复，大大降低磨辊的采购成本；
（4）磨辊工作面由耐磨合金和金属陶瓷复合材料交错构成，呈蜂窝状，具有双重耐磨性能，较高铬铸铁磨辊寿命提高至2倍以上。
附图说明
图1为本发明复合磨辊的结构剖视图；
图2为本发明复合磨辊的立体结构示意图；
图3为本发明蜂窝状陶瓷预制件的结构示意图；
图4为图3的结构剖视图；
图5为本发明辊皮衬板的结构示意图；
图6为图5的结构剖视图；
图7为本发明辊芯的结构示意图；
图8为图7的结构剖视图；
图9为本发明端面法兰的结构示意图；
图10为图9的结构剖视图；
图11为本发明卡箍的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
（1）将粒径为8-30目的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，将氧化铝颗粒表面包覆铁基合金材料；
（2）将预处理的氧化铝颗粒与硅溶胶按一定比例均匀混合，其中，硅溶胶的加入量是陶瓷质量的1% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硼粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硼粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中50℃干燥24小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注高铬铸铁金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
（6）将辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽结构的辊芯小头，使用圆周卡箍将辊皮衬板固定在辊芯表面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式金属陶瓷复合磨辊。
实施例2
（1）将粒径为8-30目的氧化锆颗粒进行表面金属化预处理，氧化锆颗粒表面包覆镍基合金材料；
（2）将预处理的氧化锆颗粒与水玻璃按一定比例均匀混合，其中，水玻璃的加入量是陶瓷质量的2% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的3% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中100℃干燥36小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注高锰钢金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
（6）将辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工，使其符合装配要求；
（7）熔炼高猛钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽结构的辊芯小头，使用圆周卡箍将辊皮衬板固定在辊芯表面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式金属陶瓷复合磨辊。
实施例3
（1）将粒径为8-30目的碳化硅颗粒进行表面金属化预处理，将碳化硅颗粒表面包覆钴基合金材料；
（2）将预处理的碳化硅颗粒与碳酸钠按一定比例均匀混合，其中，碳酸钠的加入量是陶瓷质量的4% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例氧化钇粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化钇粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的5% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中150℃干燥48小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注高铬铸铁金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
（6）将辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC。将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽结构的辊芯小头，使用圆周卡箍将辊皮衬板固定在辊芯表面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式金属陶瓷复合磨辊。
实施例4：
（1）将粒径为8-30目的碳化钨颗粒进行表面金属化预处理，将碳化钨颗粒表面包覆铁基合金材料；
（2）将预处理的碳化钨颗粒与聚乙烯醇按一定比例均匀混合，其中，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的6% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的8% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中200℃干燥72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注高锰钢金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
（6）将辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工，使其符合装配要求；
（7）熔炼高锰钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽结构的辊芯小头，使用圆周卡箍将辊皮衬板固定在辊芯表面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式金属陶瓷复合磨辊。
最终制成的陶瓷合金复合磨辊的其中一种实施例的结构如图1到图11所示，包括陶瓷预制件1、金属陶瓷复合辊皮衬板2、磨辊辊芯3、卡槽4、螺栓5、端面法兰6以及陶瓷盖7，金属陶瓷复合辊皮衬板2是由陶瓷预制件1与耐磨合金材料结合而成，将陶瓷预制件1固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料结合的金属陶瓷复合辊皮衬板2。
陶瓷预制件1的表面呈蜂窝状或网格状，陶瓷预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件底面为平面或曲面。
磨辊辊芯3是由母体金属材料浇铸而成，首先母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得磨辊辊芯3。
最后，将机加工后的金属陶瓷复合辊皮衬板2小头装配在设有卡槽4的辊芯小头，卡槽为圆弧状或倒角，角度小于90°。使用圆周卡箍（如图11所示）将金属陶瓷复合辊皮衬板2固定在磨辊辊芯3表面，用螺栓5将端面法兰6与磨辊辊芯3大头和金属陶瓷复合辊皮衬板2大头压紧固定，螺栓5为沉头螺栓。拆掉卡箍，螺栓5上方镶嵌陶瓷盖7得到金属陶瓷复合辊皮衬板2与磨辊辊芯复合的低成本、可修复式金属陶瓷复合磨辊。
该复合磨辊包括有母体金属材料浇注而成的辊芯，所述的辊芯表面安装金属陶瓷复合辊皮衬板，所述的辊皮衬板内弧面设有凹槽（如图5所示），凹槽面积占该曲面面积的50-70%，辊皮衬板凹槽呈“田”字状分布。所述的辊皮衬板和辊芯用端面法兰固定，所述的端面法兰上设有螺栓孔，所述的螺栓孔中装有与辊芯连接的螺栓，所述的金属陶瓷复合辊皮衬板是由耐磨合金材料与陶瓷预制件复合浇铸而成，所述陶瓷预制件是由陶瓷颗粒、粘结剂及陶瓷粉混合常压成型。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行表面金属化预处理，所述的陶瓷颗粒金属化预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基或钴基低熔点合金材料；
(2)将预处理后的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例均匀混合，其中，粘结剂的加入量是陶瓷质量的1％-6％；
(3)在步骤(2)混合物中加入一定比例陶瓷粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1％-8％；
(4)将步骤(3)颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
(5)将陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的金属陶瓷复合辊皮衬板；
(6)将步骤(5)金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工；
(7)熔炼母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤(6)加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，用螺栓将端面法兰与辊芯大头和金属陶瓷辊皮衬板大头压紧固定，拆掉卡箍，螺栓上方镶嵌陶瓷盖得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊。
2.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述的粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述的陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：步骤(5)所述的耐磨合金材料为高铬铸铁或高锰钢。
6.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：步骤(7)所述的母体金属材料为球墨铸铁、低碳钢或中碳钢中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述陶瓷预制件表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件表面为曲面。
8.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述辊芯小头卡槽结构为圆弧状或倒角，角度小于90°。
9.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复式陶瓷合金复合磨辊的制造方法，其特征在于：所述金属陶瓷辊皮衬板内弧面设有凹槽，所述凹槽的面积占该内弧面面积的50-70％。
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