CN114206504A - 粉碎设备用耐磨元件 - Google Patents

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Abstract

本发明包括用于部分插入粉碎装置(10)的磨损区(12、14)的表面中的凹部(26)中的耐磨元件(16)，其中，耐磨元件(16)具有紧固区域(24)和磨损区域(22)，紧固区域(24)能够连接到磨损区(12、14)的表面中的凹部(26)，磨损区域(22)至少部分地从磨损区(12、14)的表面突起，并且其中，紧固区域(24)由金属形成，其中，磨损区域(22)具有壳体(18)和布置在壳体(18)内的芯部(20)，其中，芯部(20)由金属形成，并且壳体(18)由陶瓷(20)形成，并且其中，壳体的材料包括含有钇稳定的四方多晶氧化锆(TPZ)的陶瓷，其中，TPZ包括的陶瓷的比例为按体积计至少60％，优选至少80％，特别是95％至100％。

Description

粉碎设备用耐磨元件
技术领域
本发明涉及用于部分插入粉碎装置的磨损区的表面中的凹部中的耐磨元件以及具有这种耐磨元件的粉碎装置。
背景技术
在特别是用于例如硬质矿石的料床粉碎的粉碎装置(比如研磨辊)中，在粉碎装置的运行期间发生磨损区的表面(比如研磨辊表面)的高度磨损。为了抵消这种磨损，例如由DE 2006 010 042A1已知，在研磨辊的表面上施加附加的耐磨元件。考虑到一定程度的磨损，例如为了保证有效的研磨，需要更换或翻新研磨辊的耐磨元件。磨损的耐磨元件的更换特别是在陶瓷耐磨元件的情况下是有问题的。通常，当耐磨元件损坏时，基体与耐磨元件之间的连接(例如粘合剂)通过加热受到破坏，并且通过在加热期间产生的气体从基体(例如辊体)中的切口排出或抽出。然而，在陶瓷材料的情况下，气体通过材料中的裂纹逸出。陶瓷耐磨元件的机械移除也是复杂的，因为例如不可能为了抽出磨损保护元件而在金属上焊接。因此，耐磨元件的更换经常需要辊磨机的长期停机时间和高昂维护成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有高耐磨性的耐磨元件，以便增加用于更换耐磨元件的维护间隔，其中，耐磨元件可以同时成本有效地更换。
该目的通过具有独立装置权利要求1的特征的耐磨元件来实现。有利的发展从从属权利要求中变得明显。
根据第一方面，本发明包括用于部分插入粉碎装置的磨损区的表面中的凹部中的耐磨元件，其中，耐磨元件具有紧固区域和磨损区域，紧固区域能够连接到磨损区的表面中的凹部，磨损区域至少部分地从磨损区的表面突起。紧固区域由金属形成。磨损区域具有壳体和至少部分地布置在壳体内部的芯部，其中，芯部由金属形成，并且壳体由陶瓷形成。特别地，芯部完全布置在壳体内。壳体的材料包括含有钇稳定的四方多晶氧化锆(TPZ)的陶瓷，其中，TPZ包括的陶瓷的比例为按体积计至少60％，优选至少80％，特别是95％至100％。
粉碎装置例如是辊磨机、辊破碎机、锤磨机或立式辊磨机，其中，磨损区特别是研磨辊、锤工具的在粉碎装置运行期间暴露于高度磨损的表面和锤磨机的研磨轨道的表面或立式辊磨机的辊和研磨台的表面。
耐磨元件例如具有圆柱形的形状或方形横截面。特别地，耐磨元件的一端以这样的方式形成，即耐磨元件可以紧固到磨损区的表面，特别是紧固在磨损区的表面中的凹部中。
紧固区域优选以这样的方式布置，即在粉碎装置运行期间，紧固区域不受磨损或仅受到非常小的磨损。特别地，紧固区域用于将耐磨元件紧固到磨损区的表面。磨损区域布置在紧固区域上并且优选地与耐磨元件水平地延伸越过紧固区域，从而磨损区域受到作用在耐磨元件上的大部分磨损。磨损区域优选地完全附接在磨损区的表面之外，其中，仅紧固区域布置在磨损区中的凹部中。紧固区域和磨损区域的芯部例如完全由金属(比如钢)或硬金属(比如碳化钨)形成。壳体优选地完全由陶瓷形成。
芯部例如具有圆柱形的形状，并且特别是从紧固区域延伸穿过整个磨损区域。同样可以想到的是，芯部具有正方形或多边形横截面。芯部优选地沿着耐磨元件的中心轴线在轴向方向上延伸穿过耐磨区域。同样可以想到的是，芯部在轴向方向上沿着磨损元件的外部区域延伸。
这样的耐磨元件可以成本有效得多地产生，因为可以免于由更昂贵、更耐磨的材料(例如陶瓷)形成整个耐磨元件。耐磨元件的不受磨损或仅受非常小磨损的区域包括抗磨损性较低的材料，从而导致材料成本较低。在磨损区域中的金属芯提供的优点是，磨损的耐磨元件可在其上从研磨辊的表面中的切口移除。为了移除耐磨元件，加热耐磨元件，例如以便释放紧固区域和粉碎装置的磨损区之间的连接。然后在金属芯部上抽出耐磨元件。在严重磨损的情况下，同样可以想到例如通过焊接将金属材料紧固到金属芯部上，并且将耐磨元件从磨损区中的切口抽出到金属芯部上。
根据第一实施例，芯部延伸穿过整个磨损区域。这使得不论磨损的严重程度如何都可以以简单的方式移除耐磨元件。
根据另一实施例，芯部固定地连接到紧固区域或与紧固区域形成为一体。例如，具有芯部的紧固区域通过铸造或机加工(比如车削或铣削)来产生。这确保了紧固区域与磨损区域一起被移除。芯部例如是物质-物质结合的，特别是熔接、粘接或焊接到紧固区域。
根据另一实施例，壳体具有套筒形的形状。“套筒形”应特别理解为指壳体具有带有中心切口的圆柱形的形状，芯部布置在切口内。紧固区域优选地具有圆柱形的形状，并且磨损区域抵靠在其上。
例如，壳体的材料包括陶瓷材料，比如碳化钨WC、碳化钛TiC、碳氮化钛TiCN、碳化钒VC、碳化铬CrC、碳化钽TaC、碳化硼BC、碳化铌NbC、碳化钼Mo2C、氧化铝Al2O3、氧化锆ZrO2和/或碳化硅SiC，或所述材料的组合。此外，优选地，工业金刚石粒子、特别是高强度陶瓷嵌入在磨损区域中的陶瓷或金属基体中。
壳体的材料包括含有钇稳定的四方多晶氧化锆(TPZ)的陶瓷，其中，TPZ包括的陶瓷的比例为按体积计至少60％，优选至少80％，特别是95％至100％。这具有的优点是，特别是在湿法研磨的情况下，材料具有增加的耐腐蚀性。
特别地，陶瓷具有小于5％、优选小于4％、特别是小于3％的孔隙率。陶瓷优选具有至少1％的孔隙率。
小于5％、优选小于4％、特别是小于3％的孔隙率导致改进的磨损特性。上述孔隙度规格优选为总孔隙度，其对应于材料孔隙尺寸的平均值。孔优选基本上均匀地分布在陶瓷材料上。
例如，陶瓷具有1.5至5g/cm3、优选2至4g/cm3、特别是2.7至3g/cm3的密度。陶瓷包括例如10％的Al2O3(刚玉)比例。这导致了耐磨性的改进以及陶瓷韧性的轻微降低。
特别地，陶瓷具有小于40％、特别地小于30％、优选小于20％的单斜氧化锆与四方氧化锆的比率。单斜氧化锆与四方氧化锆的比率优选为至少2％。例如，掺入陶瓷中的氧化锆包括小于40％、特别是小于30％、优选少于20％的单斜氧化锆，其余的氧化锆是四方氧化锆。单斜氧化锆与四方氧化锆的比率例如根据ISO 13356通过X射线衍射测定。在大于40％、优选大于30％、特别是大于20％单斜向四方和/或立方氧化锆的比率下，会出现负面影响，例如亚稳态氧化锆过快地转化为稳定的单斜相，体积增加。如果转换太快，则会产生表面张力，从而产生例如局部裂纹。
特别地，陶瓷的钇稳定氧化锆具有小于1.5μm、优选小于1μm、特别是小于0.8μm的颗粒尺寸D50。陶瓷的D50颗粒尺寸优选为至少0.2μm。D50值应但理解为指陶瓷颗粒的50％的颗粒尺寸。在示例性D50颗粒尺寸值的情况下，50％的钇稳定氧化锆颗粒具有小于1.5μm、优选小于1μm、特别是小于0.8μm的颗粒尺寸直径。
颗粒尺寸的D90值优选小于3μm，特别是小于2μm，优选小于1.5μm。粉碎装置的耐磨元件暴露于局部载荷。因此应当避免宽的颗粒尺寸分布，以防止裂纹或破裂的形成。
特别地，陶瓷具有2至4mol％Y2O3的钇含量。这种钇含量的优点是在甚至更低的烧结温度下具有更好的烧结特性，以及更精细的晶体结构，这又导致更高的抗疲劳性和改进的断裂韧性。此外，陶瓷包括例如CeO2含量为10至12mol％的Ce-TZP。特别地，该陶瓷具有8至10mol％的Mg-PSZ含量。同样可以想到，陶瓷具有5至10mol％的MgO含量作为稳定剂。
特别地，具有大于200μm的尺寸的陶瓷中的孔的数量小于0.1每mm2。单位面积的孔的数量同样提供了耐磨性的指示。较小数量的相对较大尺寸的孔(例如大于200μm)确保了高耐磨性，因为避免了从陶瓷材料局部破裂的情况。
在陶瓷中具有大于150μm的尺寸的孔的数量优选地小于0.4每mm2。特别地，具有大于100μm的尺寸的陶瓷中的孔的数量小于2每mm2。这样的孔的数量显著地增加了耐磨元件的使用寿命。
根据另一实施例，紧固区域的材料包括钢，例如淬火和回火结构钢。根据另一实施例，壳体例如通过物质-物质结合(比如粘接或焊接)或通过形状配合固定地连接到紧固区域。
根据另一实施例，紧固区域包括小于50％，优选小于20％，最优选小于15％的耐磨元件。紧固区域例如包括至少10％的耐磨元件。
本发明还包括具有如上所述的磨损区和耐磨元件的粉碎装置，其中耐磨元件至少部分地附接在磨损区的表面中的凹部中，特别是附接在研磨辊的表面中。
关于耐磨元件所描述的优点也适用于具有这种耐磨元件的粉碎装置。
根据另一实施例，耐磨元件的紧固区域与研磨辊物质-物质结合，特别是熔接、粘接或焊接。紧固区域优选地焊接、粘接或熔接到磨损表面中的凹部。
粉碎装置例如是用于料床粉碎的研磨辊或立式辊磨机。
附图说明
在下面的文本中，参考附图基于几个示例性实施例更详细地解释本发明。
图1以前视图示出根据一个示例性实施例的粉碎装置的示意图。
图2示出根据图1的粉碎装置的研磨辊的示意图。
图3以侧视图和平面图示出耐磨元件的示例性实施例的示意图。
图4以截面图示出耐磨元件的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了粉碎装置10，特别是辊磨机。粉碎装置10包括两个研磨辊，研磨辊示意性地示出为圆形，其具有磨损区12、14，磨损区12、14具有相同的直径并且彼此并排布置。在研磨辊的磨损区12、14之间形成研磨间隙，该研磨间隙的尺寸例如可以设定。
在粉碎装置10运行期间，研磨辊在箭头所示的转动方向上以彼此相反的方向转动，其中，研磨料在下落方向上穿过研磨间隙并且被研磨。
图2示出了具有磨损区12的研磨辊的端部区域，耐磨元件16附接到磨损区12。耐磨元件16附接在研磨辊的表面的外周中。例如，在图2中彼此并排布置的相互间隔开的耐磨元件16具有圆形横截面。同样可以想到，耐磨元件16在尺寸、数量、横截面形状和在研磨辊的表面上相对于彼此的布置方面是不同的，以便例如补偿在粉碎装置10运行期间磨损的局部差异。
此外，研磨辊具有附接到其端部的耐磨角元件17，耐磨角元件17例如具有矩形横截面并且彼此并排布置成排，使得其围绕研磨辊的圆周形成环。此外，耐磨角元件17的与图2所示的横截面形状不同的其他横截面形状也是可以想到的。耐磨角元件17的相互间隔开的布置也是可能的。在图2中，作为示例，仅示出了具有磨损区12的研磨辊的左手端，其中没有示出的右手端有利地具有相同的结构。
图3以侧视图和平面图示出了耐磨元件16。耐磨元件16具有壳体18和芯部20，芯部20至少部分地由壳体径向包围。芯部20沿大致圆柱形的耐磨元件16的中心轴线轴向延伸到耐磨元件16的上端面。芯部20例如具有圆柱形的形状并且优选地固定地连接到壳体18。同样可以想到，多个芯部20，例如两个、四个或六个芯部20，优选地彼此平行地延伸穿过耐磨元件16。例如，芯部20的直径大约为耐磨元件16的直径的10％至30％。
图4示出了图3中的耐磨元件16的截面图。耐磨元件16具有紧固区域24和磨损区域22，其中，紧固区域24布置在研磨辊的磨损区12的表面中的凹部26中并且连接到研磨辊的磨损区12。例如，在紧固区域24上，耐磨元件16物质-物质结合，特别是熔接、焊接或粘接、或者通过形状配合连接，特别是螺纹连接或楔入到研磨辊的磨损区12的表面中的凹部26。耐磨元件16的磨损区域22至少部分地或完全地布置在磨损区12中的凹部26之外，从而所述磨损区域在研磨辊(未示出)的径向方向上从磨损区12的表面突起。在所示的示例性实施例中，紧固区域24包括整个耐磨元件16的大约三分之一，耐磨区域22包括大约另外三分之二。紧固区域24优选地由比如钢的金属形成。
耐磨元件16的磨损区域22包括壳体18和芯部20，壳体18优选地由陶瓷材料形成，例如碳化钨、碳化钛、碳氮化钛、碳化钒、碳化铬、碳化钽、碳化硼、碳化铌、碳化钼、氧化铝、氧化锆和/或碳化硅、或者所述材料的组合。特别地，壳体的陶瓷包括钇稳定的四方多晶氧化锆(TPZ)，其中，TPZ包括的陶瓷的比例为按体积计至少60％，优选至少80％，特别是95％至100％。
此外，还可以将工业金刚石或高强度陶瓷的粒子嵌入壳体18中的陶瓷或金属基质中。壳体18包括基体材料，例如，其中布置有多个粒子。所讨论的粒子特别是高耐磨材料，其包括例如金刚石、陶瓷或钛。基体材料包括例如碳化钨。粒子例如通过烧结结合到基体材料上，特别是通过物质对物质。
在粉碎装置10运行期间，耐磨元件16经受高度磨损，其中，特别是耐磨元件16的从研磨辊的磨损区12、14的表面突起的磨损区域22发生磨损。磨损区域22的耐磨材料显著地减少了耐磨元件16的磨损。此外，免于由更昂贵、更耐磨的材料形成不受磨损或仅受非常小磨损的紧固区域。通过使用合适的工具将耐磨元件16抽出到金属芯部20上，金属芯使得即使磨损区域22已经严重磨损，也可以将耐磨元件从辊表面中的凹部26移除。
紧固区域24优选完全由金属形成并且固定地连接到芯部20。例如，紧固区域24粘接、焊接或熔接到芯部20，或者与芯部20形成为一体。
附图标记表
10 粉碎装置/辊磨机
12 磨损区/研磨辊
14 磨损区/研磨辊
16 耐磨元件
17 耐磨角元件
18 壳体
20 芯部
22 磨损区域
24 紧固区域
26 凹部

Claims (9)

1.一种耐磨元件(16)，其用于部分插入粉碎装置(10)的磨损区(12、14)的表面中的凹部(26)中，
其中，所述耐磨元件(16)具有紧固区域(24)和磨损区域(22)，所述紧固区域(24)能够连接到所述磨损区(12、14)的表面中的所述凹部(26)，所述磨损区域(22)至少部分地从所述磨损区(12、14)的表面突起，并且
其中，所述紧固区域(24)由金属形成，
其特征在于，
所述磨损区域(22)具有壳体(18)和布置在所述壳体(18)内的芯部(20)，其中，所述芯部(20)由金属形成，并且所述壳体(18)由陶瓷(20)形成，并且其中，所述壳体的材料包括含有钇稳定的四方多晶氧化锆(TPZ)的陶瓷，其中，所述TPZ包括的陶瓷的比例为按体积计至少60％，优选至少80％，特别是95％至100％。
2.根据权利要求1所述的耐磨元件(16)，其中，所述芯部(20)延伸穿过整个所述磨损区域。
3.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述芯部(20)固定地连接到所述紧固区域(24)或者与所述紧固区域(24)形成为一体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述壳体(18)具有套筒形的形状。
5.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述紧固区域(24)的材料包括钢。
6.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述耐磨区域(22)的所述壳体固定地连接到所述紧固区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述紧固区域(24)包括小于50％，优选小于20％，最优选小于15％的所述耐磨元件(16)。
8.一种粉碎装置(10)，其具有磨损区(12、14)和根据权利要求1至9中任一项所述的耐磨元件(16)，其中，所述耐磨元件(16)至少部分地附接到所述磨损区(12、14)的表面中的凹部(26)中。
9.根据权利要求8所述的粉碎装置(10)，其中，所述耐磨元件(16)的紧固区域(24)与研磨辊(12、14)物质对物质地结合，特别是熔接、粘接或焊接结合。
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