EP4065281A1 - VERSCHLEIßSCHUTZELEMENT FÜR EINE ZERKLEINERUNGSEINRICHTUNG - Google Patents

VERSCHLEIßSCHUTZELEMENT FÜR EINE ZERKLEINERUNGSEINRICHTUNG

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EP4065281A1
EP4065281A1 EP20808486.3A EP20808486A EP4065281A1 EP 4065281 A1 EP4065281 A1 EP 4065281A1 EP 20808486 A EP20808486 A EP 20808486A EP 4065281 A1 EP4065281 A1 EP 4065281A1
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EP
European Patent Office
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wear
protection element
wear protection
ceramic
less
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Application number
EP20808486.3A
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EP4065281B1 (de
Inventor
Baris Irmak
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FLSmidth AS
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Publication date
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Priority claimed from DE102019218217.8A external-priority patent/DE102019218217A1/de
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP4065281A1 publication Critical patent/EP4065281A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/30—Shape or construction of rollers
    • B02C4/305—Wear resistant rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C15/004—Shape or construction of rollers or balls
    • B02C15/005—Rollers or balls of composite construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2210/00—Codes relating to different types of disintegrating devices
    • B02C2210/02—Features for generally used wear parts on beaters, knives, rollers, anvils, linings and the like

Definitions

  • 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.
  • the invention comprises a wear protection element for attachment to a comminution device or a silo, the wear protection element being made entirely of a ceramic comprising 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.
  • the wear protection element is, for example, cylindrical or has a polygonal cross section.
  • 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.
  • 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.
  • the wear protection element is designed, for example, in the form of a plate and is attached to the inner wall of a store, in particular a silo for mineral rocks.
  • the wear protection element is made entirely from the ceramic. It is also conceivable that only part of the wear protection element, such as, for example, the area protruding from the surface of the comminution device, is formed from the ceramic. For example, the wear protection element has a fastening area which is attached partially or completely in the recess in the surface of the comminution device and a wear area which is completely or partially formed from the ceramic.
  • a wear protection element made from yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide (TPZ) exhibits very favorable wear behavior together with high toughness. This is particularly advantageous when using such wear protection elements in shredding devices.
  • 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%.
  • 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.
  • 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.
  • the ceramic has an Al 2 O 3 (corundum) content of 10%. This leads to improved wear resistance and, at the same time, less reduction in the toughness of the ceramic.
  • 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%.
  • 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.
  • the yttrium-stabilized zirconium oxide of the ceramic has a grain size D50 of less than 1.5 ⁇ m, preferably less than 1 ⁇ m, in particular less than 0.8 ⁇ m.
  • the D50 grain size of the ceramic is preferably at least 0.2 ⁇ m.
  • the D50 value means the grain size of 50% of the grains of the ceramic.
  • 50% of the grains of the yttrium stabilized zirconia have a Grain size diameter of less than 1.5 ⁇ m, preferably less than 1 ⁇ m, in particular less than 0.8 ⁇ m.
  • the D90 value of the grain size is preferably less than 3 pm, in particular less than 2 pm, preferably less than 1.5 pm. 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.
  • the ceramic has an yttrium content of 2-4 mol% Y203. 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.
  • the ceramic has, for example, Ce-TZP with a content of 10-12 mol% of Ce02.
  • the ceramic has a content of 8-10 mol% of Mg-PSZ. It is also conceivable that the ceramic has a content of 5-10 mol% of MgO as a stabilizer.
  • the ceramic has a number of pores with a size of more than 200 ⁇ m of less than 0.1 per mm 2 .
  • the number of pores per surface also provides an indication of the wear resistance.
  • a small number of pores of a relatively large size, such as more than 200 ⁇ m, ensures high wear resistance, since local breakouts from the ceramic material are avoided.
  • the ceramic preferably has a number of pores with a size of more than 150 ⁇ m of less than 0.4 per mm 2 .
  • the ceramic has a number of pores with a size of more than 100 ⁇ m of less than 2 per mm 2 . Such a number of pores increases the service life of the wear protection element considerably.
  • the invention also comprises a comminution device with 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.
  • this is Wear protection element materially connected to the wear surface, in particular welded, glued or soldered.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a comminution device in a front view according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a grinding roller of the comminution device according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows schematic representations of an exemplary embodiment of the wear protection element in a sectional view.
  • FIG. 4 shows schematic representations of a further exemplary embodiment of the wear protection element in a sectional view.
  • a comminution device 10 in particular a roller mill, is shown schematically.
  • the comminution device 10 comprises two grinding rollers, shown schematically as circles, with wear surfaces 12, 14, which have the same diameter and are arranged next to one another.
  • a grinding gap is formed between the wear surfaces 12, 14 of the grinding rollers, the size of which is adjustable, for example.
  • FIG. 2 shows an end region of a grinding roller which has a wear surface 12 to which wear protection elements 16 are attached.
  • the wear protection elements 16 are mounted in the outer periphery of the surface of the grinding roller.
  • the wear protection elements 16 of FIG. 2 which are spaced apart and arranged next to one another, have a circular cross section. It is also conceivable that the wear protection elements 16 vary over the surface of the grinding roller in terms of size, number, cross-sectional shape and arrangement in relation to one another, for example to compensate for local differences in wear during operation of the comminution device 10.
  • the grinding roller has wear protection corner elements 17 attached to its end 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.
  • Further cross-sectional shapes of the wear protection corner elements 17 are also conceivable, which differ from the cross-sectional shape shown in FIG. 2.
  • An arrangement of the wear protection corner elements 17 at a distance from one another is also possible.
  • FIG. 2 only the left end of the grinding roller with the wear surface 12 is shown by way of example, the right end (not shown) advantageously being identical in structure.
  • the wear protection element 16 is, for example, cylindrical and made entirely from a ceramic.
  • the ceramic is the 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.
  • TPZ yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide
  • the ceramic material offers the advantage of a particularly high level of wear resistance and, at the same time, a relatively inexpensive setting.
  • the wear protection element 16 having a jacket 18 and a core 20 which is at least partially radially surrounded by the jacket 18.
  • the core 20 extends axially along the central axis of the essentially cylindrical wear protection element 16 up to the upper end face of the wear protection element 16.
  • the core 20 is, for example, cylindrical and is preferably firmly connected to the jacket 18. It is also conceivable that a plurality of cores 20, for example two, four or six cores 20, extend through the wear protection element 16, preferably parallel to one another.
  • the diameter of the core 20 is, for example, approximately 10 to 30% of the diameter of the wear protection element 16.
  • the wear protection element 16 has a fastening area 24 and a wear area 22, the fastening area 24 being arranged in the recess 26 on the surface of the wear surface 12 of the grinding roller and with the wear surface 12 the grinding roller is connected.
  • the wear protection element 16 is cohesively connected to the fastening area 24 with the recess 26 in the surface of the wear surface 12 of the grinding roller, in particular welded, soldered or glued or positively connected, in particular screwed or wedged.
  • the wear area 22 of the wear protection element 16 is arranged at least partially or completely outside the recess 26 in the wear surface 12, so that it protrudes from the surface of the wear surface 12 in the radial direction of the grinding roller (not shown).
  • the fastening area 24 comprises approximately one third of the entire wear protection element 16, the wear area 22 approximately comprising the other two thirds.
  • the fastening area 24 is preferably formed from a metal such as steel.
  • the wear area 22 of the wear protection element 16 has the jacket 18 and the core 20, the jacket 18 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.
  • the ceramic comprises the yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide (TPZ).
  • TPZ yttrium-stabilized, tetragonal polycrystalline zirconium oxide
  • particles of industrial diamonds for example high-strength ceramics, can also be embedded in a ceramic or metallic matrix in the jacket 18.
  • the jacket 18 has a matrix material in which a plurality of particles are arranged.
  • the particles are in particular a 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.
  • the wear protection elements 16 are exposed to a high level of wear, in particular the wear area 22 of the wear protection elements 16 protruding from the surface of the wear surfaces 12, 14 of the grinding rollers wears.
  • the wear-resistant material of the wear area 22 considerably reduces the wear of the wear protection elements 16.
  • 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 to remove the wear protection element from the recess 26 in the roll surface even if the wear area 22 is already heavily worn by pulling the wear protection element 16 out of the metal core 20 with a suitable tool.
  • the fastening area 24 is preferably formed entirely from a metal and is firmly connected to the core 20.
  • the fastening area 24 is glued, soldered or welded to the core 20 or is formed in one piece therewith.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Crushing And Pulverization Processes (AREA)

Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verschleißschutzelement (16) zum Anbringen an eine Zerkleinerungseinrichtung oder ein Silo dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißschutzelement (16) aus einer Keramik ausgebildet ist, die Yttriumstabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ) umfasst, wobei das TPZ einen Volumenanteil von mindestens 60%, vorzugswiese mindestens 80%, insbesondere 95% bis 100% an der Keramik aufweist.

Description

Verschleißschutzelement für eine Zerkleinerungseinrichtung
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.
Bei Zerkleinerungseinrichtungen, wie Mahlwalzen oder Brecher, die insbesondere bei Zerkleinerung 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. Ein solcher Austausch ist aufgrund der Häufigkeit und der Anzahl der Verschleißschutzelemente sehr kostenintensiv. Auch aus anderen technischen Gebieten, wie beispielsweise der Lagerung von abrasiven Materialien in einem Silo oder Bunker ist die oben genannte Problematik bekannt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verschleißschutzelement bereitzustellen, das eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verschleißschutzelement mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung umfasst nach einem ersten Aspekt ein Verschleißschutzelement zum Anbringen an eine Zerkleinerungseinrichtung oder ein Silo, wobei das Verschleißschutzelement vollständig aus einer Keramik ausgebildet ist, die Yttrium stabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ) umfasst, wobei das TPZ einen Volumenanteil von mindestens 60%, vorzugswiese mindestens 80%, insbesondere 95% bis 100% an der Keramik aufweist. 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.
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. Es ist ebenfalls denkbar, dass das Verschleißschutzelement beispielsweise plattenförmig ausgebildet ist und an der Innenwand eines Lagers, insbesondere eines Silos für mineralische Gesteine angebracht ist.
Das Verschleißschutzelement ist vollständig aus der Keramik ausgebildet. Es ist ebenfalls denkbar, dass lediglich ein Teil des Verschleißschutzelements, wie beispielsweise der aus der Oberfläche der Zerkleinerungseinrichtung hervorstehenden Bereich, aus der Keramik ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Verschleißschutzelement einen Befestigungsbereich auf, der teilweise oder vollständig in der Ausnehmung in der Oberfläche der Zerkleinerungseinrichtung angebracht ist und einen Verschleißbereich, der vollständig oder teilweise aus der Keramik ausgebildet ist.
Ein aus Yttrium-stabilisierten, tetragonalen polykristallinen Zirconiumoxid (TPZ) ausgebildetes Verschleißschutzelement weist ein sehr günstiges Verschleißverhalten zusammen mit einer hohen Zähigkeit auf. Dies ist insbesondere bei der Verwendung solcher Verschleißschutzelemente in Zerkleinerungseinrichtungen vorteilhaft.
Gemäß einer ersten Ausführungsform 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. 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.
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 AI203 (Korund) von 10% auf. Dies führt zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig geringer Reduktion der Zähigkeit der Keramik.
Die Keramik weist gemäß einer weiteren Ausführungsform 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.
Das Yttrium-stabilisierte Zirconiumoxid der Keramik weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Korngröße D50 von weniger als 1,5 pm, vorzugsweise weniger als 1pm, insbesondere weniger als 0,8pm auf. Die D50 Korngröße der Keramik weist vorzugsweise mindestens 0,2 pm 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 Yttrium-stabilisierten Zirconiumoxids einen Korngrößendurchmesser von weniger als 1,5 gm, vorzugsweise weniger als 1pm, insbesondere weniger als 0,8pm auf.
Vorzugsweise beträgt der D90-Wert der Korngröße weniger als 3pm, insbesondere weniger als 2pm, vorzugsweise weniger als 1,5pm. Verschleißschutzelemente einer Zerkleinerungseinrichtung sind lokalen Beanspruchungen ausgesetzt. Daher sollte eine breite Korngrößenverteilung vermieden werden, um die Ausbildung von Rissen oder Ausbrüchen zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Keramik einen Gehalt an Yttrium von 2- 4 Mol % Y203auf. 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 - 12 Mol% an Ce02 auf. Insbesondere weist die Keramik einen Gehalt von 8- 10 mol% an Mg-PSZ auf. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Keramik einen Gehalt von 5- 10 Mol % an MgO als Stabilisator aufweist.
Die Keramik weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 200pm 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 200pm sorgt für eine hohe Verschleißfestigkeit, da lokale Ausbrüche aus dem Keramikmaterial vermieden werden.
Vorzugsweise weist die Keramik eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 150pm von weniger als 0,4 pro mm2 auf. Insbesondere weist die Keramik eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 100pm von weniger als 2 pro mm2 aufweist. Eine solche Porenanzahl erhöht die Lebensdauer des Verschleißschutzelements erheblich.
Die Erfindung umfasst auch eine Zerkleinerungseinrichtung mit einer Verschleißfläche und einem Verschleißschutzelement wie vorangehend beschrieben, wobei das Verschleißschutzelement zumindest teilweise in einer Ausnehmung in der Oberfläche der Verschleißfläche angebracht ist. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verschleißschutzelement mit der Verschleißfläche stoffschlüssig verbunden, insbesondere geschweißt, geklebt oder gelötet.
Die mit Bezug auf das Verschleißschutzelement beschriebenen Vorteile treffen auch auf die Zerkleinerungseinrichtung mit einem solchen Verschleißschutzelement zu.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zerkleinerungseinrichtung in einer Frontansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Mahlwalze der Zerkleinerungseinrichtung gemäß Fig. 1.
Fig. 3 zeigt schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des Verschleißschutzelements in einer Schnittansicht.
Fig. 4 zeigt schematische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels des Verschleißschutzelements in einer Schnittansicht.
In Fig. 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.
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. Fig.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 Fig. 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.
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 Fig. 2 gezeigten Querschnittsform abweichen. Auch eine zueinander beabstandete Anordnung der Verschleißschutzeckelement 17 ist möglich. In Fig. 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.
Fig. 3 zeigt ein Verschleißschutzelement 16 in einer Schnittansicht. Das Verschleißschutzelement ist beispielhaft zylinderförmig ausgebildet und vollständig aus einer Keramik ausgebildet. Bei der Keramik handelt es sich um die 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. Das Keramikmaterial bietet den Vorteil einer besonders hohen Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig relativ kostengünstiger Fierstellung.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei das Verschleißschutzelement 16 einen Mantel 18 und eine Kern 20 aufweist, der von dem Mantel 18 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.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Verschleißschutzelements 16 der Fig. 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.
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 Yttrium-stabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ). Des Weiteren können in dem Mantel 18 auch Partikel aus Industrie-Diamanten, beispielsweise 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.
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.
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.
Bezugszeichenliste
10 Zerkleinerungseinrichtung / Walzenmühle 12 Verschleißfläche / Mahlwalze 14 Verschleißfläche / Mahlwalze
16 Verschleißschutzelement
17 Verschleißschutzeckelement
18 Mantel
20 Kern 22 Verschleißbereich
24 Befestigungsbereich 26 Ausnehmung

Claims

Patentansprüche
1. Verschleißschutzelement (16) zum Anbringen an eine Zerkleinerungseinrichtung oder ein Silo dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißschutzelement (16) vollständig aus einer Keramik ausgebildet ist, die Yttrium-stabilisiertes, tetragonales polykristallines Zirconiumoxid (TPZ) umfasst, wobei das TPZ einen Volumenanteil von mindestens 60%, vorzugswiese mindestens 80%, insbesondere 95% bis 100% an der Keramik aufweist.
2. Verschleißschutzelement (16) nach Anspruch 1, wobei die Keramik eine Porosität von weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 4%, insbesondere weniger als 3% aufweist.
3. Verschleißschutzelement (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramik ein Verhältnis von monoklinem zu tetragonalem Zirconiumoxid von 10% bis 40%, insbesondere weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20% aufweist.
4. Verschleißschutzelement (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Yttrium-stabilisierte Zirconiumoxid der Keramik eine Korngröße D50 von weniger als 1,5 pm, vorzugsweise weniger als 1pm, insbesondere weniger als 0,8pm aufweist.
5. Verschleißschutzelement (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramik einen Gehalt an Yttrium von 2 bis 4 Mol % Y203 auf.
6. Verschleißschutzelement (16) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Keramik eine Porenanzahl mit einer Größe von mehr als 200pm von weniger als 0,1 pro mm2 aufweist.
7. Zerkleinerungseinrichtung (10) aufweisend eine Verschleißfläche (12, 14) und ein Verschleißschutzelement (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verschleißschutzelement (16) zumindest teilweise in einer Ausnehmung (26) in der Oberfläche der Verschleißfläche (12, 14) angebracht ist.
8. Zerkleinerungseinrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei das Verschleißschutzelement (16) mit der Verschleißfläche (12, 14) stoffschlüssig verbunden, insbesondere geschweißt, geklebt oder gelötet ist.
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