DE102019218219A1

DE102019218219A1 - Wear protection element for a shredding device

Info

Publication number: DE102019218219A1
Application number: DE102019218219.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Tigges; Baris Irmak
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-05-27

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verschleißschutzelement (16) zum teilweisen Einsetzen in eine Ausnehmung (26) in der Oberfläche einer Verschleißfläche (12, 14) einer Zerkleinerungseinrichtung (10), wobei das Verschleißschutzelement (16) einen Befestigungsbereich (24), der mit der Ausnehmung (26) in der Oberfläche der Verschleißfläche (12, 14) verbindbar ist und einen Verschleißbereich (22) aufweist, der zumindest teilweise aus der Oberfläche der Verschleißfläche (12, 14) hervorsteht, und wobei der Befestigungsbereich (24) aus einem Metall ausgebildet ist, wobei der Verschleißbereich (22) einen Mantel (18) und einen innerhalb des Mantels (18) angeordneten Kern (20) aufweist, wobei der Kern (20) aus einem Metall und der Mantel (18) aus einer Keramik (20) ausgebildet ist.The invention comprises a wear protection element (16) for partial insertion into a recess (26) in the surface of a wear surface (12, 14) of a comminution device (10), the wear protection element (16) having a fastening area (24) which is connected to the recess ( 26) is connectable in the surface of the wear surface (12, 14) and has a wear area (22) which at least partially protrudes from the surface of the wear surface (12, 14), and wherein the fastening area (24) is formed from a metal, wherein the wear area (22) has a jacket (18) and a core (20) arranged within the jacket (18), the core (20) being made of a metal and the jacket (18) being made of a ceramic (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verschleißschutzelement zum teilweisen Einsetzen in eine Ausnehmung an der Oberfläche einer Verschleißfläche einer Zerkleinerungseinrichtung sowie eine Zerkleinerungseinrichtung mit einem solchen Verschleißschutzelement.The invention relates to a wear protection element for partial insertion into a recess on the surface of a wear surface of a comminution device and a comminution device with such a wear protection element.

Bei Zerkleinerungseinrichtungen, wie Mahlwalzen, die insbesondere bei Gutbettzerkleinerung von beispielsweise hartem Erz zum Einsatz kommen, findet im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung ein hoher Verschleiß der Oberfläche einer Verschleißfläche, wie beispielsweise der Mahlwalzenoberfläche statt. Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, ist es beispielsweise aus der DE 2006 010 042 A1 bekannt, zusätzliche Verschleißschutzelemente auf die Oberfläche der Mahlwalze aufzubringen. Bei einem bestimmten Verschleißgrad ist es notwendig, die Verschleißschutzelemente der Mahlwalze beispielsweise auszutauschen oder zu erneuern, um eine effiziente Mahlung zu garantieren. Insbesondere bei keramischen Verschleißschutzelementen ist der Austausch eines verschlissenen Verschleißschutzelements problematisch. Üblicherweise wird bei einem beschädigten Verschleißschutzelement durch Erhitzen die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Verschleißschutzelement, wie beispielsweise Kleber, zerstört und mittels der bei der Erhitzung entstehenden Gase aus der Aussparung in dem Grundkörper, beispielsweise einem Walzenkörper, ausgetrieben oder gezogen. Bei einem keramischen Werkstoff entweichen die Gase allerdings über Risse in dem Werkstoff. Auch eine mechanische Entfernung des keramischen Verschleißschutzelements ist aufwändig, da beispielsweise das Anlöten eines Metalls zum Herausziehen des Verschleißschutzelements nicht möglich ist. Der Austausch der Verschleißschutzelemente bedingt daher häufig lange Stillstandzeiten der Walzenmühle, sowie hohe Wartungskosten.In the case of comminution devices, such as grinding rollers, which are used in particular in the comminution of material beds of hard ore, for example, the surface of a wear surface, such as the grinding roller surface, is subject to high wear during operation of the comminution device. To counteract this wear, it is, for example, from the DE 2006 010 042 A1 known to apply additional wear protection elements to the surface of the grinding roller. If there is a certain degree of wear, it is necessary to replace or renew the wear protection elements of the grinding roller, for example, in order to guarantee efficient grinding. Replacing a worn-out wear protection element is problematic, particularly in the case of ceramic wear protection elements. In the case of a damaged wear protection element, the connection between the base body and the wear protection element, such as adhesive, is usually destroyed by heating and expelled or pulled out of the recess in the base body, for example a roller body, by means of the gases produced during heating. In the case of a ceramic material, however, the gases escape through cracks in the material. Mechanical removal of the ceramic wear protection element is also complex since, for example, it is not possible to solder on a metal to pull out the wear protection element. The replacement of the wear protection elements therefore often results in long downtimes of the roller mill and high maintenance costs.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verschleißschutzelement bereitzustellen, das eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist, um die Wartungsintervalle zum Austausch der Verschleißschutzelemente zu erhöhen, wobei das Verschleißschutzelement gleichzeitig kostengünstig austauschbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a wear protection element which has high wear resistance in order to increase the maintenance intervals for replacing the wear protection elements, the wear protection element at the same time being inexpensive to replace.

Diese Aufgabe wird durch ein Verschleißschutzelement mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a wear protection element with the features of the independent device claim 1. Advantageous developments result from the dependent claims.

Die Erfindung umfasst nach einem ersten Aspekt ein Verschleißschutzelement zum teilweisen Einsetzen in eine Ausnehmung an der Oberfläche einer Verschleißfläche einer Zerkleinerungseinrichtung, wobei das Verschleißschutzelement einen Befestigungsbereich, der mit der Ausnehmung in der Oberfläche der Verschleißfläche verbindbar ist und einen Verschleißbereich aufweist, der zumindest teilweise aus der Oberfläche der Verschleißfläche hervorsteht. Der Befestigungsbereich ist aus einem Metall ausgebildet. Der Verschleißbereich weist einen Mantel und einen zumindest teilweise innerhalb des Mantels angeordneten Kern auf, wobei der Kern aus einem Metall und der Mantel aus einer Keramik ausgebildet ist. Insbesondere ist der Kern vollständig innerhalb des Mantels angeordnet.According to a first aspect, the invention comprises a wear protection element for partial insertion into a recess on the surface of a wear surface of a comminution device, the wear protection element having a fastening area which can be connected to the recess in the surface of the wear area and a wear area which is at least partially from the Surface of the wear surface protrudes. The fastening area is made of a metal. The wear area has a jacket and a core arranged at least partially within the jacket, the core being made from a metal and the jacket being made from a ceramic. In particular, the core is arranged completely within the jacket.

Bei der Zerkleinerungseinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Walzenmühle, einen Walzenbrecher, eine Hammermühle oder eine Vertikalrollenmühle, wobei die Verschleißfläche insbesondere die im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung einem hohen Verschleiß ausgesetzte Oberfläche einer Mahlwalze, die Hammerwerkzeuge und die Oberfläche der Mahlbahn einer Hammermühle oder die Oberfläche der Rollen und des Mahltellers einer Vertikalrollenmühle ist.The crushing device is, for example, a roller mill, a roller crusher, a hammer mill or a vertical roller mill, the wear surface in particular the surface of a grinding roller exposed to high wear during operation of the crushing device, the hammer tools and the surface of the grinding track of a hammer mill or the surface of the Rolls and the grinding table of a vertical roller mill is.

Das Verschleißschutzelement ist beispielsweise zylinderförmig ausgebildet oder weist einen vieleckigen Querschnitt auf. Insbesondere ist ein Ende des Verschleißschutzelements derart ausgebildet, dass es an der Oberfläche der Verschleißfläche, insbesondere in einer Ausnehmung in der Oberfläche der Verschleißfläche, befestigbar ist.The wear protection element is, for example, cylindrical or has a polygonal cross section. In particular, one end of the wear protection element is designed in such a way that it can be fastened to the surface of the wear surface, in particular in a recess in the surface of the wear surface.

Der Befestigungsbereich ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung keinem oder nur einem sehr geringen Verschleiß ausgesetzt ist. Insbesondere dient der Befestigungsbereich der Befestigung des Verschleißschutzelementes an der Oberfläche der Verschleißfläche. Der Verschleißbereich ist an dem Befestigungsbereich angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in der Höhe des Verschleißschutzelements über den Befestigungsbereich hinaus, sodass der Verschleißbereich dem Großteil des auf das Verschleißschutzelement wirkenden Verschleiß ausgesetzt ist. Der Verschleißbereich ist vorzugsweise vollständig außerhalb der Oberfläche der Verschleißfläche angebracht, wobei ausschließlich der Befestigungsbereich in der Ausnehmung der Verschleißfläche angeordnet ist. Der Befestigungsbereich und der Kern des Verschleißbereichs sind beispielsweise vollständig aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl oder Hartmetall, wie beispielsweise Wolframcarbid, ausgebildet. Vorzugsweise ist der Mantel vollständig aus einer Keramik ausgebildet.The fastening area is preferably arranged in such a way that it is exposed to no or only very little wear when the comminuting device is in operation. In particular, the fastening area is used to fasten the wear protection element to the surface of the wear surface. The wear area is arranged on the fastening area and preferably extends at the level of the wear protection element beyond the fastening area, so that the wear area is exposed to the majority of the wear acting on the wear protection element. The wear area is preferably attached completely outside the surface of the wear surface, with only the fastening area being arranged in the recess of the wear surface. The fastening area and the core of the wear area are, for example, completely made of a metal such as steel or hard metal such as tungsten carbide. The jacket is preferably made entirely of a ceramic.

Der Kern ist beispielsweise zylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich insbesondere von dem Befestigungsbereich durch den gesamten Verschleißbereich hindurch. Es ist ebenfalls denkbar, dass der Kern einen vier- oder mehreckigen Querschnitt aufweist. Vorzugsweise erstreckt sich der Kern in axialer Richtung entlang der Mittelachse des Verschleißschutzelements durch den Verschleißbereich. Es ist ebenfalls denkbar, dass sich der Kern entlang einer Außenfläche des Verschleißelements in axialer Richtung erstreckt.The core is, for example, cylindrical and extends in particular from the fastening area through the entire wear area. It is also conceivable for the core to be square or polygonal Has cross section. The core preferably extends in the axial direction along the central axis of the wear protection element through the wear area. It is also conceivable that the core extends along an outer surface of the wear element in the axial direction.

Ein solches Verschleißschutzelement ist wesentlich kostengünstiger herstellbar, da auf die Ausbildung des gesamten Verschleißschutzelements aus dem teureren verschleißfesteren Material, wie Keramik, verzichtet werden kann. Der Bereich des Verschleißschutzelements, der keinem oder nur einem sehr geringen Verschleiß ausgesetzt ist, weist ein weniger verschleißfestes Material auf, das geringere Materialkosten bedingt. Ein Kern aus Metall in dem Verschleißbereich bietet den Vorteil, dass das verschlissene Verschleißschutzelement an diesem aus der Aussparung in der Oberfläche der Mahlwalze entfernbar ist. Zum Entfernen des Verschleißschutzelements wird dieses beispielsweise erhitzt, um eine Verbindung zwischen dem Befestigungsbereich und der Verschleißfläche der Zerkleinerungseinrichtung zu lösen. Anschließend wird das Verschleißschutzelement an dem Metallkern herausgezogen. Bei einem starken Verschleiß ist es ebenfalls denkbar, einen metallischen Werkstoff an den Metallkern durch beispielsweise Löten zu befestigen und daran das Verschleißschutzelement aus der Aussparung in der Verschleißfläche herauszuziehen. Such a wear protection element can be produced much more economically, since it is possible to dispense with the formation of the entire wear protection element from the more expensive, more wear-resistant material, such as ceramic. The area of the wear protection element that is exposed to no or only very little wear has a less wear-resistant material, which results in lower material costs. A core made of metal in the wear area offers the advantage that the worn wear protection element can be removed from the recess in the surface of the grinding roller. To remove the wear protection element, it is heated, for example, in order to release a connection between the fastening area and the wear surface of the comminution device. The wear protection element is then pulled out on the metal core. In the event of heavy wear, it is also conceivable to fasten a metallic material to the metal core by, for example, soldering, and to pull the wear protection element out of the recess in the wear surface.

Gemäß einer ersten Ausführungsform erstreckt sich der Kern durch den gesamten Verschleißbereich. Dadurch ist ein Entfernen des Verschleißschutzelements unabhängig von der Stärke des Verschleißes auf einfache Weise möglich.According to a first embodiment, the core extends through the entire wear area. This enables the wear protection element to be removed in a simple manner regardless of the degree of wear.

Der Kern ist gemäß einer weiteren Ausführungsform mit dem Befestigungsbereich fest verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. Beispielsweise ist der Befestigungsbereich mit dem Kern durch Gießen oder spanabhebendes Bearbeiten, wie Drehen oder Fräsen, hergestellt. Dadurch wird ein Entfernen des Befestigungsbereichs zusammen mit dem Verschleißbereich sichergestellt. Der Kern ist beispielsweise stoffschlüssig mit dem Befestigungsbereich verbunden, insbesondere an diesen gelötet, geklebt oder geschweißt.According to a further embodiment, the core is firmly connected to the fastening area or is formed in one piece with it. For example, the fastening area with the core is produced by casting or machining, such as turning or milling. This ensures that the fastening area is removed together with the wear area. The core is, for example, materially connected to the fastening area, in particular soldered, glued or welded to it.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel hülsenförmig ausgebildet. Unter hülsenförmig ist insbesondere zu verstehen, dass der Mantel zylinderförmig mit einer zentralen Aussparung ausgebildet ist, wobei der Kern innerhalb der Aussparung angeordnet ist. Der Befestigungsbereich ist vorzugsweise zylinderförmigen ausgebildet und der Verschleißbereich liegt an diesem an.According to a further embodiment, the jacket is sleeve-shaped. By sleeve-shaped is to be understood in particular that the jacket is designed in the shape of a cylinder with a central recess, the core being arranged within the recess. The fastening area is preferably cylindrical and the wear area rests against it.

Beispielsweise umfasst das Material des Mantels einen keramischen Werkstoff, wie beispielsweise Wolframcarbid WC, Titancarbid TiC, Titancarbonitrid TiCN, Vanadiumcarbid VC, Chromcarbid CrC, Tantalcarbid TaC, Borcarbid BC, Niobcarbid NbC, Molybdäncarbid Mo2C, Aluminiumoxid Al2O3, Zirkonoxid ZrO2, und/ oder Siiliziumcarbid SiC oder eine Kombination der genannten Werkstoffe. Des Weiteren sind in dem Verschleißbereich vorzugsweise Partikel aus Industrie-Diamanten, insbesondere hochfeste Keramiken, in eine keramische oder metallische Matrix eingebettet.For example, the material of the jacket comprises a ceramic material, such as, for example, tungsten carbide WC, titanium carbide TiC, titanium carbonitride TiCN, vanadium carbide VC, chromium carbide CrC, tantalum carbide TaC, boron carbide BC, niobium carbide NbC, molybdenum carbide Mo2C, aluminum oxide Al2O3 or SiO2, zirconium oxide or a combination of the materials mentioned. Furthermore, particles of industrial diamonds, in particular high-strength ceramics, are preferably embedded in a ceramic or metallic matrix in the wear area.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Material des Mantels eine Keramik, die Yttrium-stabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ) aufweist, wobei das TPZ einen Volumenanteil von mindestens 60%, vorzugswiese mindestens 80%, insbesondere 95% bis 100% an der Keramik aufweist. Dies hat den Vorteil einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit des Materials, insbesondere bei der Nassmahlung.According to a further embodiment, the material of the jacket comprises a ceramic which has yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide (TPZ), the TPZ having a volume fraction of at least 60%, preferably at least 80%, in particular 95% to 100% of the ceramic . This has the advantage of increased corrosion resistance of the material, especially when wet grinding.

Insbesondere weist die Keramik eine Porosität von weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 4%, insbesondere weniger als 3% auf. Vorzugsweise weist die Keramik eine Porosität von mindestens 1% auf.In particular, the ceramic has a porosity of less than 5%, preferably less than 4%, in particular less than 3%. The ceramic preferably has a porosity of at least 1%.

Eine Porosität von weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 4%, insbesondere weniger als 3% führt zu einem verbesserten Verschleißverhalten. Bei den voran genannten Angaben zur Porosität handelt es sich vorzugsweise um die Gesamtporosität, die einem Mittewert der Porengrößen des Materials entspricht. Vorzugsweise sind die Poren im Wesentlichen gleichmäßig über das Keramikmaterial verteilt.A porosity of less than 5%, preferably less than 4%, in particular less than 3%, leads to improved wear behavior. The aforementioned information on porosity is preferably the total porosity, which corresponds to an average value of the pore sizes of the material. The pores are preferably distributed essentially uniformly over the ceramic material.

Beispielsweise weist die Keramik eine Dichte von 1,5 bis 5 g/cm³, vorzugsweise 2 bis 4g/cm³, insbesondere 2,7 bis 3g/cm³ auf. Beispielsweise weist die Keramik einen Anteil an Al2O3 (Korund) von 10% auf. Dies führt zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig geringer Reduktion der Zähigkeit der Keramik.For example, the ceramic has a density of 1.5 to 5 g / cm ^3, preferably from 2 to 4 g / cm ^3, in particular 2.7 to 3g / cm ^3. For example, the ceramic has an Al2O3 (corundum) content of 10%. This leads to improved wear resistance and, at the same time, a slight reduction in the toughness of the ceramic.

Die Keramik weist insbesondere ein Verhältnis von monoklinem zu tetragonalem Zirconiumoxid von weniger als 40%, insbesondere weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20% auf. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von monoklinem zu tetragonalem Zirconiumoxid wenigstens 2.% Beispielsweise weist das in der Keramik enthaltene Zirconiumoxid weniger als 40%, insbesondere weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20% monoklines Zirconiumoxid auf, wobei das übrige Zirconiumoxid tetragonales Zirconiumoxid ist. Das Verhältnis von monoklinem zu tetragonalem Zirconiumoxid wird beispielsweise mittels Röntgendiffraktion entsprechend der ISO 13356 bestimmt. Bei einem Verhältnis von mehr als 40%, vorzugsweise mehr als 30%, insbesondere mehr als 20% monoklinem zu tetragonalem und/oder kubischen Zirconiumoxid treten negative Effekte, wie beispielsweise eine zu schnelle Umwandlung von metastabilem Zirconiumoxid in die stabile monokline Phase auf, wobei ein Volumenzuwachs erfolgt. Bei einer zu schnellen Umwandlung entstehen Oberflächenspannungen, die beispielsweise lokale Risse hervorrufen.In particular, the ceramic has a ratio of monoclinic to tetragonal zirconium oxide of less than 40%, in particular less than 30%, preferably less than 20%. The ratio of monoclinic to tetragonal zirconium oxide is preferably at least 2%. For example, the zirconium oxide contained in the ceramic has less than 40%, in particular less than 30%, preferably less than 20% monoclinic zirconium oxide, the remaining zirconium oxide being tetragonal zirconium oxide. The ratio of monoclinic to tetragonal zirconium oxide is determined, for example, by means of X-ray diffraction in accordance with ISO 13356. With a ratio of more than 40%, preferably more than 30%, in particular more than 20% monoclinic to tetragonal and / or cubic zirconium oxide, negative effects occur, such as, for example, too rapid a conversion of metastable zirconium oxide into the stable monoclinic phase, with an increase in volume. If the transformation is too rapid, surface tensions arise which, for example, cause local cracks.

Das Yttrium-stabilisierte Zirconiumoxid der Keramik weist insbesondere eine Korngröße D50 von weniger als 1,5 µm, vorzugsweise weniger als 1 µm, insbesondere weniger als 0,8 µm auf. Die D50 Korngröße der Keramik weist vorzugsweise mindestens 0,2 µm auf. Unter dem D50-Wert ist die Korngröße von 50% der Körner der Keramik zu verstehen. Bei dem beispielhaften D50 Korngrößenwert weisen 50% der Körner des Yttriumstabilisierten Zirconiumoxids einen Korngrößendurchmesser von weniger als 1,5 µm, vorzugsweise weniger als 1 µm, insbesondere weniger als 0,8 µm auf.The yttrium-stabilized zirconium oxide of the ceramic has, in particular, a grain size D50 of less than 1.5 μm, preferably less than 1 μm, in particular less than 0.8 μm. The D50 grain size of the ceramic is preferably at least 0.2 µm. The D50 value means the grain size of 50% of the grains of the ceramic. With the exemplary D50 grain size value, 50% of the grains of the yttrium-stabilized zirconium oxide have a grain size diameter of less than 1.5 μm, preferably less than 1 μm, in particular less than 0.8 μm.

Vorzugsweise beträgt der D90-Wert der Korngröße weniger als 3 µm, insbesondere weniger als 2 µm, vorzugsweise weniger als 1,5 µm. Verschleißschutzelemente einer Zerkleinerungseinrichtung sind lokalen Beanspruchungen ausgesetzt. Daher sollte eine breite Korngrößenverteilung vermieden werden, um die Ausbildung von Rissen oder Ausbrüchen zu verhindern.The D90 value of the grain size is preferably less than 3 μm, in particular less than 2 μm, preferably less than 1.5 μm. Wear protection elements of a shredding device are exposed to local stresses. Therefore, a wide grain size distribution should be avoided in order to prevent the formation of cracks or breakouts.

Insbesondere weist die Keramik einen Gehalt an Yttrium von 2 bis 4 Mol % Y2O3 auf. Vorteile eines solchen Yttriumgehalts sind ein besseres Sinterverhalten bei noch niedrigere Sintertemperatur, außerdem eine feinere kristalline Struktur die wiederum zu höherer Ermüdungsresistenz und einer verbesserten Bruchzähigkeit führt. Des Weiteren weist die Keramik beispielsweise Ce-TZP mit einem Gehalt von 10 bis 12 Mol% an CeO2 auf. Insbesondere weist die Keramik einen Gehalt von 8 bis 10 mol% an Mg-PSZ auf. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Keramik einen Gehalt von 5 bis 10 Mol % an MgO als Stabilisator aufweist.In particular, the ceramic has a yttrium content of 2 to 4 mol% Y2O3. Advantages of such a yttrium content are better sintering behavior at an even lower sintering temperature, as well as a finer crystalline structure, which in turn leads to higher fatigue resistance and improved fracture toughness. Furthermore, the ceramic has, for example, Ce-TZP with a content of 10 to 12 mol% of CeO2. In particular, the ceramic has a content of 8 to 10 mol% of Mg-PSZ. It is also conceivable that the ceramic has a content of 5 to 10 mol% of MgO as a stabilizer.

Die Keramik weist insbesondere eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 200 µm von weniger als 0,1 pro mm² auf. Die Porenanzahl pro Fläche liefert ebenfalls einen Hinweis auf die Verschleißfestigkeit. Eine geringe Anzahl von Poren einer relativ großen Größe, wie mehr als 200 µm sorgt für eine hohe Verschleißfestigkeit, da lokale Ausbrüche aus dem Keramikmaterial vermieden werden.In particular, the ceramic has a number of pores with a size of more than 200 μm of less than 0.1 per mm ² . The number of pores per area also provides an indication of the wear resistance. A small number of pores of a relatively large size, such as more than 200 μm, ensures high wear resistance, since local breakouts from the ceramic material are avoided.

Vorzugsweise weist die Keramik eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 150 µm von weniger als 0,4 pro mm² auf. Insbesondere weist die Keramik eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 100 µm von weniger als 2 pro mm² aufweist. The ceramic preferably has a number of pores with a size of more than 150 μm of less than 0.4 per mm ² . In particular, the ceramic has a number of pores with a size of more than 100 μm of less than 2 per mm ² .

Eine solche Porenanzahl erhöht die Lebensdauer des Verschleißschutzelements erheblich.Such a number of pores increases the service life of the wear protection element considerably.

Das Material des Befestigungsbereichs umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Stahl, wie beispielsweise einen vergüteten Baustahl. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Mantel mit dem Befestigungsbereich fest verbunden, beispielsweise stoffschlüssig, wie Kleben oder Löten, oder formschlüssig.According to a further embodiment, the material of the fastening area comprises a steel, such as, for example, a tempered structural steel. According to a further embodiment, the jacket is firmly connected to the fastening area, for example with a material fit, such as gluing or soldering, or in a form-fitting manner.

Der Befestigungsbereich umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform weniger als 50%, vorzugweise weniger als 20%, höchstvorzugshalber weniger als 15% des Verschleißschutzelementes. Beispielswiese umfasst der Befestigungsbereich mindestens 10% des Verschleißschutzelements.According to a further embodiment, the fastening area comprises less than 50%, preferably less than 20%, most preferably less than 15% of the wear protection element. For example, the fastening area comprises at least 10% of the wear protection element.

Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Zerkleinerungseinrichtung aufweisend eine Verschleißfläche und ein Verschleißschutzelement wie voran beschrieben, wobei das Verschleißschutzelement zumindest teilweise in einer Ausnehmung in der Oberfläche Verschleißfläche, insbesondere einer Mahlwalze, angebracht ist.The invention further comprises a comminution device having a wear surface and a wear protection element as described above, the wear protection element being at least partially attached in a recess in the surface of the wear surface, in particular a grinding roller.

Die mit Bezug auf das Verschleißschutzelement beschriebenen Vorteile treffen auch auf die Zerkleinerungseinrichtung mit einem solchen Verschleißschutzelement zu.The advantages described with reference to the wear protection element also apply to the comminution device with such a wear protection element.

Der Befestigungsbereich des Verschleißschutzelements ist gemäß einer weiteren Ausführungsform mit der Mahlwalze stoffschlüssig verbunden, insbesondere geschweißt, geklebt oder gelötet. Vorzugsweise ist der Befestigungsbereich mit der Ausnehmung in der Verschleißfläche gelötet geklebt oder verschweißt.According to a further embodiment, the fastening area of the wear protection element is materially connected to the grinding roller, in particular welded, glued or soldered. The fastening area is preferably soldered, glued or welded to the recess in the wear surface.

Die Zerkleinerungseinrichtung ist beispielsweise eine Mahlwalze zur Gutbettzerkleinerung oder eine Vertikalrollenmühle.The comminution device is, for example, a grinding roller for comminuting the bed of material or a vertical roller mill.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zerkleinerungseinrichtung in einer Frontansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Mahlwalze der Zerkleinerungseinrichtung gemäß 1.
3 zeigt schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des Verschleißschutzelements in einer Seitenansicht und einer Draufsicht.
4 zeigt schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des Verschleißschutzelements in einer Schnittansicht.

The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

1 shows a schematic representation of a comminution device in a front view according to an embodiment.
2 shows a schematic representation of a grinding roller of the comminuting device according to FIG 1 .
3rd shows schematic representations of an embodiment of the Wear protection element in a side view and a top view.
4th shows schematic representations of an embodiment of the wear protection element in a sectional view.

In 1 ist eine Zerkleinerungseinrichtung 10, insbesondere eine Walzenmühle schematisch dargestellt. Die Zerkleinerungseinrichtung 10 umfasst zwei schematisch als Kreise dargestellten Mahlwalzen mit Verschleißflächen 12, 14, die den gleichen Durchmesser aufweisen und nebeneinander angeordnet sind. Zwischen den Verschleißflächen 12, 14 der Mahlwalzen ist ein Mahlspalt ausgebildet, der beispielsweise in der Größe einstellbar ist.In 1 is a shredding device 10 , in particular a roller mill shown schematically. The shredding device 10 comprises two grinding rollers shown schematically as circles with wear surfaces 12th , 14th , which have the same diameter and are arranged side by side. Between the wear surfaces 12th , 14th the grinding rollers have a grinding gap which is adjustable in size, for example.

Im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung 10 rotieren die Mahlwalzen in durch die Pfeile dargestellte Rotationsrichtung gegenläufig zueinander, wobei Mahlgut in Fallrichtung den Mahlspalt durchläuft und gemahlen wird.In operation of the shredding device 10 the grinding rollers rotate in the opposite direction to one another in the direction of rotation shown by the arrows, with ground material running through the grinding gap in the direction of fall and being ground.

2 zeigt einen Endbereich einer Mahlwalze, die eine Verschleißfläche 12 aufweist, an der Verschleißschutzelemente 16 angebracht sind. Die Verschleißschutzelemente 16 sind in dem äußeren Umfang der Oberfläche der Mahlwalze angebracht. Beispielhaft weisen die zueinander beabstandeten, nebeneinander angeordneten Verschleißschutzelemente 16 der 2 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Verschleißschutzelemente 16 über die Oberfläche der Mahlwalze in der Größe, der Anzahl, der Querschnittsform und der Anordnung zueinander variieren, um beispielsweise lokale Unterschiede der Abnutzung im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung 10 auszugleichen. 2 Figure 10 shows an end portion of a grinding roller that has a wear surface 12th has, on the wear protection elements 16 are appropriate. The wear protection elements 16 are mounted in the outer periphery of the surface of the grinding roller. By way of example, the wear protection elements which are spaced apart from one another and arranged next to one another have 16 the 2 a circular cross-section. It is also conceivable that the wear protection elements 16 vary across the surface of the grinding roller in size, number, cross-sectional shape and arrangement to one another, for example to avoid local differences in wear during operation of the comminuting device 10 balance.

Ferner weist die Mahlwalze an ihrem Ende angebrachte Verschleißschutzeckelemente 17 auf, die beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und in Reihe derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie über den Umfang der Mahlwalze einen Ring ausbilden. Es sind außerdem weitere Querschnittsformen der Verschleißschutzeckelemente 17 denkbar, die von der in 2 gezeigten Querschnittsform abweichen. Auch eine zueinander beabstandete Anordnung der Verschleißschutzeckelement 17 ist möglich. In 2 ist beispielhaft nur das linke Ende der Mahlwalze mit der Verschleißfläche 12 gezeigt, wobei das nicht gezeigte rechte Ende vorteilhafterweise im Aufbau identisch ist.Furthermore, the grinding roller has wear protection corner elements attached to its end 17th which, for example, have a rectangular cross section and are arranged in a row next to one another in such a way that they form a ring over the circumference of the grinding roller. There are also further cross-sectional shapes of the wear protection corner elements 17th conceivable that the in 2 shown cross-sectional shape. Also a spaced-apart arrangement of the corner wear protection elements 17th is possible. In 2 is only the left end of the grinding roller with the wear surface as an example 12th shown, wherein the right end, not shown, is advantageously identical in structure.

3 zeigt ein Verschleißschutzelement 16 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht. Das Verschleißschutzelement 16 weist einen Mantel 18 und eine Kern 20 auf, der von dem Mantel zumindest teilweise radial umgeben ist. Der Kern 20 erstreckt sich axial entlang der Mittelachse des im Wesentlichen zylinderförmigen Verschleißschutzelements 16 bis zur oberen Stirnfläche des Verschleißschutzelements 16. Der Kern 20 ist beispielhaft zylinderförmig ausgebildet und vorzugsweise fest mit dem Mantel 18 verbunden. Es ist ebenfalls denkbar, dass sich eine Mehrzahl von Kernen 20, beispielsweise zwei, vier oder sechs Kerne 20, durch das Verschleißschutzelement 16 vorzugsweise parallel zueinander erstrecken. Der Durchmesser des Kerns 20 beträgt beispielhaft etwa 10 bis 30% des Durchmessers des Verschleißschutzelements 16. 3rd shows a wear protection element 16 in a side view and a top view. The wear protection element 16 has a coat 18th and a core 20th on, which is at least partially surrounded radially by the jacket. The core 20th extends axially along the central axis of the essentially cylindrical wear protection element 16 up to the upper face of the wear protection element 16 . The core 20th is for example cylindrical and preferably fixed to the jacket 18th connected. It is also conceivable that a plurality of cores 20th , for example two, four or six cores 20th , through the wear protection element 16 preferably extend parallel to one another. The diameter of the core 20th is, for example, about 10 to 30% of the diameter of the wear protection element 16 .

4 zeigt eine Schnittansicht des Verschleißschutzelements 16 der 3. Das Verschleißschutzelement 16 weist einen Befestigungsbereich 24 und einen Verschleißbereich 22 auf, wobei der Befestigungsbereich 24 in der Ausnehmung 26 an der Oberfläche des Verschleißfläche 12 der Mahlwalze angeordnet ist und mit der Verschleißfläche 12 der Mahlwalze verbunden ist. Beispielsweise ist das Verschleißschutzelement 16 an dem Befestigungsbereich 24 mit der Ausnehmung 26 in der Oberfläche der Verschleißfläche 12 der Mahlwalze stoffschlüssig, insbesondere verschweißt, verlötet oder verklebt oder formschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt oder verkeilt. Der Verschleißbereich 22 des Verschleißschutzelements 16 ist zumindest teilweise oder vollständig außerhalb der Ausnehmung 26 in der Verschleißfläche 12 angeordnet, sodass dieser in radialer Richtung der nicht dargestellten Mahlwalze aus der Oberfläche der Verschleißfläche 12 hervorsteht. Der Befestigungsbereich 24 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa ein Drittel des gesamten Verschleißschutzelements 16, wobei der Verschleißbereich 22 in etwa die weiteren zwei Drittel umfasst. Der Befestigungsbereich 24 ist vorzugsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl ausgebildet. 4th shows a sectional view of the wear protection element 16 the 3rd . The wear protection element 16 has a fastening area 24 and a wear area 22nd on, with the attachment area 24 in the recess 26th on the surface of the wear surface 12th the grinding roller is arranged and with the wear surface 12th the grinding roller is connected. For example, the wear protection element 16 at the attachment area 24 with the recess 26th in the surface of the wear surface 12th the grinding roller cohesively, in particular welded, soldered or glued or positively connected, in particular screwed or wedged. The wear area 22nd of the wear protection element 16 is at least partially or completely outside the recess 26th in the wear surface 12th arranged so that this in the radial direction of the grinding roller, not shown, from the surface of the wear surface 12th protrudes. The attachment area 24 In the exemplary embodiment shown, it comprises approximately one third of the entire wear protection element 16 , where the wear area 22nd approximately comprises the other two thirds. The attachment area 24 is preferably formed from a metal such as steel.

Der Verschleißbereich 22 des Verschleißschutzelements 16 weist den Mantel 18 und den Kern 20 auf, wobei der Mantel 18 vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Wolframcarbid, Titancarbid, Titancarbonitrid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Tantalcarbid, Borcarbid, Niobcarbid, Molybdäncarbid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, und/ oder Siliziumcarbid oder einer Kombination der genannten Werkstoffe ausgebildet ist. Insbesondere umfasst die Keramik des Mantels Yttrium-stabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ), wobei das TPZ einen Volumenanteil von mindestens 60%, vorzugswiese mindestens 80%, insbesondere 95% bis 100% an der Keramik aufweist.The wear area 22nd of the wear protection element 16 assigns the coat 18th and the core 20th on, taking the coat 18th is preferably made of a ceramic material such as tungsten carbide, titanium carbide, titanium carbonitride, vanadium carbide, chromium carbide, tantalum carbide, boron carbide, niobium carbide, molybdenum carbide, aluminum oxide, zirconium oxide, and / or silicon carbide or a combination of the materials mentioned. In particular, the ceramic of the jacket comprises yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide (TPZ), the TPZ having a volume fraction of at least 60%, preferably at least 80%, in particular 95% to 100% of the ceramic.

Des Weiteren können in dem Mantel 18 auch Partikel aus Industrie-Diamanten bzw. hochfesten Keramiken in eine keramische oder metallische Matrix eingebettet sein. Beispielsweise weist der Mantel 18 ein Matrixmaterial auf, in dem eine Mehrzahl von Partikeln angeordnet sind. Bei den Partikeln handelt es sich insbesondere um ein hochverschleißfestes Material, das beispielsweise Diamant, Keramik oder Titan umfasst. Das Matrixmaterial umfasst beispielsweise Wolframcarbid. Die Partikel sind insbesondere stoffschlüssig beispielsweise durch Sintern mit dem Matrixmaterial verbunden.Furthermore, in the coat 18th particles from industrial diamonds or high-strength ceramics can also be embedded in a ceramic or metallic matrix. For example, the coat 18th a matrix material in which a plurality of particles are arranged. The particles are particularly highly wear-resistant Material that includes, for example, diamond, ceramic or titanium. The matrix material includes, for example, tungsten carbide. The particles are in particular materially bonded to the matrix material, for example by sintering.

Im Betrieb der Zerkleinerungseinrichtung 10 sind die Verschleißschutzelemente 16 einem hohen Verschleiß ausgesetzt, wobei insbesondere der aus der Oberfläche der Verschleißflächen 12, 14 der Mahlwalzen hervorstehende Verschleißbereich 22 der Verschleißschutzelemente 16 verschleißt. Das verschleißfeste Material des Verschleißbereichs 22 verringert den Verschleiß der Verschleißschutzelemente 16 erheblich. Des Weiteren wird auf eine Ausbildung des Befestigungsbereichs, der keinem oder nur einem sehr geringen Verschleiß ausgesetzt ist, aus dem teureren, verschleißfesteren Werkstoff verzichtet. Der Kern aus Metall ermöglicht es auch bei einem bereits stark verschlissenen Verschleißbereich 22, das Verschleißschutzelement aus der Ausnehmung 26 in der Walzenoberfläche zu entfernen, indem mit entsprechendem Werkzeug das Verschleißschutzelement 16 an dem Metallkern 20 herausgezogen wird.In operation of the shredding device 10 are the wear protection elements 16 exposed to high wear, in particular from the surface of the wear surfaces 12th , 14th wear area protruding from the grinding rollers 22nd the wear protection elements 16 wears out. The wear-resistant material of the wear area 22nd reduces the wear of the wear protection elements 16 considerably. Furthermore, the fastening area, which is exposed to no or only very little wear, is not made from the more expensive, more wear-resistant material. The metal core makes it possible even if the area of wear is already heavily worn 22nd , the wear protection element from the recess 26th in the roll surface by removing the wear protection element with an appropriate tool 16 on the metal core 20th is pulled out.

Der Befestigungsbereich 24 ist vorzugsweise vollständig aus einem Metall ausgebildet und fest mit dem Kern 20 verbunden. Beispielsweise ist der Befestigungsbereich 24 mit dem Kern 20 verklebt, verlötet oder verschweißt oder einstückig mit diesem ausgebildet.The attachment area 24 is preferably formed entirely from a metal and is fixed to the core 20th connected. For example, the attachment area 24 with the core 20th glued, soldered or welded or formed in one piece with this.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Zerkleinerungseinrichtung / WalzenmühleCrushing device / roller mill
1212th: Verschleißfläche / MahlwalzeWear surface / grinding roller
1414th: Verschleißfläche / MahlwalzeWear surface / grinding roller
1616: VerschleißschutzelementWear protection element
1717th: VerschleißschutzeckelementWear protection corner element
1818th: Mantelcoat
2020th: Kerncore
2222nd: VerschleißbereichWear area
2424: BefestigungsbereichAttachment area
2626th: AusnehmungRecess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 2006010042 A1 [0002]

Claims

Wear protection element (16) for partial insertion into a recess (26) in the surface of a wear surface (12, 14) of a comminution device (10), the wear protection element (16) having a fastening area (24) which is connected to the recess (26) in the Surface of the wear surface (12, 14) is connectable and has a wear area (22) which at least partially protrudes from the surface of the wear surface (12, 14), and wherein the fastening area (24) is formed from a metal, characterized in that the wear area (22) has a jacket (18) and a core (20) arranged within the jacket (18), the core (20) being made from a metal and the jacket (18) made from a ceramic (20).

Wear protection element (16) after Claim 1 wherein the core (20) extends through the entire wear area.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the core (20) is firmly connected to the fastening region (24) or is formed in one piece with it.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the jacket (18) is sleeve-shaped.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the material of the jacket comprises a ceramic which has yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide (TPZ), wherein the TPZ has a volume fraction of at least 60%, preferably at least 80%, in particular 95% has up to 100% of the ceramic.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the material of the fastening area (24) comprises a steel.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the jacket of the wear area (22) is firmly connected to the fastening area.

Wear protection element (16) according to one of the preceding claims, wherein the fastening area (24) comprises less than 50%, preferably less than 20%, most preferably less than 15% of the wear protection element (16).

Crushing device (10) having a wear surface (12, 14) and a wear protection element (16) according to one of the Claims 1 to 8th wherein the wear protection element (16) is at least partially attached in a recess (26) in the surface of the wear surface (12, 14).

Crushing device (10) according to Claim 9 wherein the fastening area (24) of the wear protection element (16) is connected to the grinding roller (12, 14) in a materially bonded manner, in particular welded, glued or soldered.