JP2017513695A - 増大した量感のインサートを含む粉砕ローラー - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳物鋳造によって製造された、垂直軸破砕機のための粉砕ローラーに関する。前記粉砕ローラーは、３〜５ｃｍ、好ましくは３．２〜４．５ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有するインサートを含み、前記インサートは、延性の鋳鉄又は鋳鋼からなる金属マトリックスに包囲されている。【選択図】 図１５

Description

本発明は、鋳物の技術分野における鋳造によって製造された粉砕ローラーに関する。これらの粉砕ローラーは、石炭、セメント原材料、クリンカー、又はスラグを含む様々な材料を粉砕するための垂直軸破砕機において使用される。特に、本発明は、従来技術のものより高い量感率を有するインサートであって、鋳造中に浸透されることができるセラミック粒子凝集物で任意選択的に強化されたインサートを含む粉砕ローラーに関する。

出願ＥＰ１５７０９０５Ａ１は、低い量感率（＜２．５）を有するインサートを含む、垂直軸破砕機用の粉砕ローラーを開示する。この文献は、延性の鋳鉄の金属マトリックス中に埋め込まれた、高いクロム含有量の鋳鉄中の硬いインサートを含む二元金属粉砕ローラーを使用した操作中に遭遇する様々な問題を強調している。この文献では、インサートがそれぞれ相互に対向して間隔を置かれている。この間隔の空間は、粉砕ローラーの鋳造中に延性の鋳鉄によって浸透され、それによって、インサートを相互に対してブロックするタブを生成する。操作中、これらのタブは、耐摩耗性があまり高くないので、くぼむようになり、インサートの間に溝を形成する。これらの溝は、粉砕ローラーの中心に近付くにつれて徐々に幅広になる（図３参照）。

文献ＵＳ５２３８０４６は、同じ欠点を有する。実際、各インサートは、その長手方向の側面のうちの少なくとも一つの上に突出するリブを含み、従って、二つの隣接するインサートの間に空間を形成する。ローラーの作動中、この空間に含まれる延性の合金が特に摩耗されやすく、インサートの間に溝を形成する。

定義
鋳物産業では、量感率（ｍａｓｓｉｖｅｎｅｓｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）は、表面積に対する体積の比率によって測定される。それは、Ｖ／Ｓによって表示される。この値は、鋳物産業において普遍的に使用されており、とりわけ、鋳造部品の供給の計算において考慮に入れられる。なぜなら、正常な部品を得るためには、供給機は、鋳造されるべき部品のＶ／Ｓ比率より大きいＶ／Ｓ比率を有するべきだからである。

量感率Ｖ／Ｓの値は、採用された長さ単位の選択に依存している。計算は、一辺の長さが「ａ」の立方体という単純な例によって示されることができる。この場合、Ｖ／Ｓ＝ａ^３／（６ａ^２）＝ａ／６である。もしＶ／Ｓが一辺の長さが１ｍの立方体についてメートルで表わされるのなら、ａ／６は１／６＝０．１６６ｍになる。もしＶ／Ｓがセンチメートルで表わされるのなら、ａ／６は１００／６＝１６．６ｃｍになる。本発明の記述では、量感率Ｖ／Ｓは、常にセンチメートルで表わされるだろう。

本発明の目的は、粉砕ローラーのインサートの間の隙間によって形成される溝の存在を可能な限り減少させることによって従来技術の欠点を制限することである。この溝の数を減少させるために、これらのインサートの寸法及び量感率は、増大されなければならない。インサートが大きくなるにつれて、鋳造中に利用可能な潜熱は、高くなり、浸透されることができる厚いセラミック強化材の容易な浸透を可能にするだろう。従って、結果として、本発明は、インサートのセラミック強化材の厚さを増大することを可能にする。鋳造金属による強化材の浸透条件を改良することによって、厚い強化材を使用することが可能になり、結果として、組立品の耐摩耗性が改良される。

本発明は、鋳物鋳造によって製造された、垂直軸破砕機のための粉砕ローラーを開示する。前記粉砕ローラーは、延性の鋳鉄又は鋳鋼からなる金属マトリックス中に埋め込まれたインサートを含み、前記インサートは、３〜５ｃｍ、好ましくは３．２〜４．５ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有する。

好ましい実施形態によれば、本発明は、以下の特徴の少なくとも一つ又はそれらの組み合わせを含む：
− 前記粉砕ローラーは、３．４〜４ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有するインサートを含む；
− 前記インサートがそれぞれ互いに対向して配置され、二つのインサートの間に断続的なくぼみのみを残しており、金属マトリックス中のインサートの固定を改良するボルト型の結合要素を鋳造中に生成することを可能にする；
− 前記ボルト型の結合要素は、切欠きを含む；
− 前記インサートは、前記粉砕ローラーの回転軸に対して平行に配置されておらず、前記軸に対して４５°未満の角度を形成する；
− 前記インサートは、それらの長手方向軸に沿って湾曲を有する；
− 前記インサートは、それらの長手方向軸に沿ってＳ字型形状を有する；
− 前記インサートは、鋳造金属によって浸透されることができる一つ又は複数のセラミック強化材を含む；
− 前記セラミック強化材は、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、金属窒化物、金属炭化物、及び金属硼化物、又はそれらの混合物から選択される。

本発明はまた、本発明による粉砕ローラーを含む垂直軸破砕機も開示する。

図１は、従来技術によるいくつかの粉砕ローラーを含む作動中の垂直軸破砕機の断面を示す。

図２ａは、低い量感率を有しかつインサート間に空間を有するインサートを有する従来技術の粉砕ローラーの三次元図を示す。

図２ｂは、従来技術による間隔突起を含む低い量感率のインサートの三次元図を示す。

図３は、従来技術の二つの隣接するインサート間に残る空間、及び溝が深くなるにつれてインサート間に幅が増大する溝が形成される可能性を断面図で示す。

図４は、低い量感率を有し、かつセラミック強化材を有し、かつスペーサーを含む、従来技術によるインサートの三次元図を示す。

図５は、従来技術のインサート（Ｖ／Ｓ＜２．８ｃｍ、グラフ中の四角形）の場合、及び本発明によるインサート（Ｖ／Ｓ＞３ｃｍ、グラフ中の菱形）の場合のインサートの数の比較曲線を示す。インサートの数は、本発明による粉砕ローラーにおいて減少される。

図６ａは、二つのインサート間に最小距離を維持することを可能にする間隔突起を有する、隣接して配置された本発明による二つのインサートの断面図を示す。本発明によれば、溝の数は、インサートの量感率の増大によって制限されている。

図６ｂは、図６ａのインサートの三次元図を示す。

図７ａは、断続的なくぼみを有する、互いに対向して配置された、本発明によるセラミック強化材を有する二つのインサートの断面図を示す。

図７ｂは、図７ａの二つのインサートのうちの一つの三次元図を示し、そこでは、断続的なくぼみを見ることができる。このくぼみは、切欠きを有するボルトと類似の結合要素の鋳造中の形成を可能にし、金属マトリックス中のインサートの固定を改良することを可能にする。インサートはまた、セラミック強化材の配置も示し、このセラミック強化材は、耐摩耗性を増大させる鋳造金属によって浸透されることができる。

図８ａ及び図８ｂは、インサートがその長手方向軸の方向に沿って湾曲されており、「Ｓ字型」を形成している以外は、図７ａ及び図７ｂと同じ本発明による実施形態を示す。この「Ｓ字型形状」の代替例は、インサート間の溝が、粉砕される材料に粉砕中に正面からそして９０°未満の角度で遭遇しないことを可能にする。

図９は、本発明による高い量感率を有するインサートを有する以外は、図２ａと同じ粉砕ローラーを示す。

図１０ａは、ＬＭ４６／４ Ｌｏｅｓｃｈｅ（登録商標）破砕機用の粉砕ローラーにおいて使用される従来技術のインサートを示す。その比較試験の結果は、表１に示されている。図１０ｂは、図１０ａのＢ−Ｂに沿った断面図を示す。

図１１ａは、ＬＭ４６／４ Ｌｏｅｓｃｈｅ（登録商標）破砕機用の粉砕ローラーにおいて使用される本発明によるインサートを示す。その比較試験の結果は、表１に示されている。図１１ｂは、図１１ａのＢ−Ｂに沿った断面図を示す。 図１２ａは、ＬＭ４６／４ Ｌｏｅｓｃｈｅ（登録商標）破砕機用の粉砕ローラーにおいて使用される本発明によるインサートを示す。その比較試験の結果は、表１に示されている。図１２ｂは、図１２ａのＢ−Ｂに沿った断面図を示す。

図１３ａは、本発明の好ましい実施形態の一つによるインサートの三次元図を示す。図１３ｂでは、これらのインサートの二つが、粉砕ローラーの半径方向に沿った可変直径を有する断続的なくぼみのみを残して、互いに対向して配置されている。このくぼみは、切欠きを有するボルト型の結合要素の鋳造中の形成を可能にする。ここで、インサートはまた、鋳造金属によって浸透されることができるセラミック強化材を含む。

図１４は、本発明による粉砕ローラーで使用されることができるインサートの代替例の三次元図を示し、そこでは、くぼみがインサートの軸方向の横方向面に配置されている。このくぼみは、粉砕ローラーの軸方向に結合要素を鋳造中に形成することを可能にする。鋳造金属によって浸透されることができるセラミック強化材も、この実施形態では示されている。

図１５は、インサートが、粉砕ローラーの回転軸に対して平行に配置されておらず、前記軸に対して４５°未満の角度を形成する本発明の実施形態を示す。このタイプの配置は、インサート間の溝が、粉砕される材料の粉砕中に斜めに与えられ、これにより、粉砕ローラーの表面の劣化が少なくなり、粉砕ローラーの寿命が延びるという利点を有する。 図１６は、インサートが、粉砕ローラーの回転軸に対して平行に配置されておらず、前記軸に対して４５°未満の角度を形成する本発明の実施形態を示す。このタイプの配置は、インサート間の溝が、粉砕される材料の粉砕中に斜めに与えられ、これにより、粉砕ローラーの表面の劣化が少なくなり、粉砕ローラーの寿命が延びるという利点を有する。

符号の説明
１． 粉砕ローラー
２． 粉砕ローラーの周縁に配置されたインサート。このインサートは、高い耐摩耗性を有する複合又は金属要素からなる。
３． インサート間に残されたくぼみ。このくぼみは、鋳造金属によって作られた結合要素を生成することを可能にする。結合要素は、一種の「ボルト」を含み、このボルトは、切欠きを含むことができる。
４． 鋳鉄又は鋳鋼からなる鋳造金属によって形成された金属マトリックス。この金属マトリックスは、粉砕ローラーの構造を形成する。
５． インサート中に配置されたセラミック強化材又はセラミック粒子の凝集物から形成された強化材。この強化材は、「ケーク」、「詰物」、又は「ウェファー」とも称される。
６． 粉砕ローラーを含む垂直軸破砕機。これは、破砕機のテーブルの上の材料を破砕する車輪である。

粉砕ローラー１のインサート２の間の溝は、特に摩耗されやすい部位を形成し、これは、粉砕ローラー１の寿命にとって有害であるだけでなく、粉砕効率及び粉砕された製品の品質にとっても有害である。また、これらの溝は、破砕機６の作動中の望ましくない振動の源ともなりうる。摩耗は、浸透されることができるセラミック５によって強化されたインサートの場合、さらに増大される。なぜなら、その生成後、溝はインサート２の縁を弱化させ、次いでその任意選択的なセラミック強化材５が砕かれ、より迅速に摩耗する傾向を有するからである。

インサート２が厚いほど、作動時の耐摩耗性は良好となり、その任意選択的な浸透されることができるセラミック強化材５は厚くなりうる。それにもかかわらず、厚いセラミック強化材５は、鋳造中に液体金属で浸透されることがずっと困難である。

浸透深さは、利用可能な潜熱に依存し、従って、浸透を達成するために利用可能な液体金属の量に依存する。低い量感率を有する従来技術のインサートでは、インサートの所定の体積に対して利用可能な金属の量は、約５０ｍｍの厚さを超えてセラミック強化材を適切に浸透させるためには不十分である。

浸透されることができるセラミック強化材５は、「ウェファー」又は「詰物」又は「ケーク」と称されることもあり、鋳造金属が中に浸透できるように間隙を残したセラミック粒子の凝集体からなることが一般的である。それは当業者に周知である。組成の点からは、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、シリカ、又はさらなる金属窒化物、金属炭化物（例えば、炭化チタン、炭化タングステン）、金属硼化物、又はこれらの様々な構成成分の混合物が一般的に使用されるが、これらに限定されない。

従って、インサートの量感率は、鋳造金属４によって浸透されることができるインサート２のセラミック強化材５の浸透能力に直接関連する。インサートの体積に対するインサートの全表面積が大きいほど、より多量の鋳造金属がこの表面と接触して冷却される傾向を有する。従って、体積／表面積の比率が高いほど、金属は長い時間熱いままであり、セラミック強化材５の浸透が容易になる。

従来技術の鋳物鋳造によって製造された、垂直軸破砕機６のための粉砕ローラー１の設計において、粉砕ローラー１の周縁に配置されるインサートの数は一般的に、作動する粉砕ローラーの十分な機械的強度を得るためにインサートの寸法によって経験的に決定される（図５参照）。

従来技術によるインサートでは、セラミック強化材５の厚さは、鋳造中の良好な浸透を確実にするために、約５０ｍｍ未満の値に設定される。インサート２の長さ及びセラミック強化材５の長さは、粉砕ローラー１の幅とほぼ等しい。セラミック強化材５の幅は、一般的に、インサートの幅にほぼ相当する（図４参照）。

これらの要件に従って、粉砕ローラーの外部直径に基づくインサートの数が、図５の上方の曲線によって与えられている。この設計では、粉砕ローラー中に配置されたインサートは、１〜２．８ｃｍのＶ／Ｓ比率を有する（図２ａ参照）。

本発明の目的を達成するためには、インサートのＶ／Ｓ比率は、３〜５ｃｍ、好ましくは３．２〜４．５ｃｍ、より好ましくは３．４〜４ｃｍであるべきである。

様々な実施形態が本発明の範囲内で可能である。図面は、同じ直径の粉砕ローラーについての本発明の一連の実施形態を示し、そこでは、インサートの寸法は、３〜５ｃｍの量感率Ｖ／Ｓに相当する。

図１３ａは、本発明の好ましい実施形態に従って設計されたインサート２を示す。それは、側面に円筒形のくぼみ３を有し、そこでは、凹部分と凸部分が交互になっている。粉砕ローラー１の構造を作るための金属の鋳造中に、くぼみ３は、金属で充填され、くぼみ３の交互形状は、切欠きを有するボルト型の結合要素の生成を可能にし、これにより、金属マトリックス４中へのインサート２の永続的な固定を可能にする。これらは、粉砕ローラー１の構造と共にインサート２を固定する。

一般的に、インサート２は、下面に小さな厚さの突起を含み、これにより、粉砕ローラー１の半径方向の滑りの危険を抑制する。小さな厚さのこの突起は、とりわけ、図１１ｂに示されるように固定を確実にする蟻継ぎとして形成されてもよい。

図１１及び図１２は、鋳造中に遭遇する応力の重要性を考慮して、セラミック強化材５の想定される厚さが相互に異なる解決策を示す。

図１３ａ及び図１３ｂによる本発明の実施形態は、増大した耐摩耗性を得るために、インサート２中のセラミック強化材５の厚さを５０ｍｍを超えて増大させることが必要である場合に使用されるが、上述の全ての利点から利益を得る可能性も与える。この実施形態は、大きな直径の粉砕ローラーのために特に好適である。

インサートの特定の波形形状、例えば図８ａ及び図８ｂに示されるような「Ｓ字型」形状は、摩耗中にインサート間に同じ形状の溝を生成し、粉砕される材料の床にこの溝が徐々に遭遇することによって、この溝によって生成された衝撃を緩和する可能性を与える。これは、振動の危険性を減少させる。本明細書において与えられた例示は、非限定的である。他の幾何学的形状も、もちろん想定されることができ、本発明の一部である。

三つの異なる種類のインサートを含む三つの粉砕ローラーが、ＬＭ４６／４ Ｌｏｅｓｃｈｅ破砕機で実験的に試験された。インサート２の三つの種類は、図１０、図１１、図１２に示されている。インサートは、３重量％の炭素及び１６重量％のクロムを有するタイプの鋳鉄（Ｕ１９）中に鋳造され、次に、粉砕ローラー中に一体化された（埋め込まれた）。その金属マトリックスは、ＧＧＧ４０型の球状黒鉛を有する鋳鉄からなっていた。粉砕される材料は、セメント原材料であった。インサート２は、アルミナ−ジルコニア型の浸透されることができるセラミック強化材５を含んでいた。粉砕ローラーの直径は、三つの場合において２０００ｍｍであった。作動時間の数は、粉砕ローラーの寿命を表わす。試験結果は、以下の表１に与えられている。

Claims (10)

1. 鋳物鋳造によって製造された、垂直軸破砕機（６）のための粉砕ローラー（１）であって、前記粉砕ローラーが、延性の鋳鉄又は鋳鋼からなる金属マトリックス（４）中に埋め込まれたインサート（２）を含むものにおいて、前記インサート（２）が、３〜５ｃｍ、好ましくは３．２〜４．５ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有することを特徴とする、粉砕ローラー（１）。
2. ３．４〜４ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有するインサート（２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の粉砕ローラー（１）。
3. 前記インサート（２）がそれぞれ互いに対向して配置され、二つのインサート（２）の間に断続的なくぼみ（３）のみを残しており、金属マトリックス（４）中のインサート（２）の固定を改良するボルト型の結合要素を鋳造中に生成することを可能にすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉砕ローラー（１）。
4. ボルト型の結合要素が、切欠きを含むことを特徴とする、請求項３に記載の粉砕ローラー（１）。
5. インサート（２）が、前記粉砕ローラー（１）の回転軸に対して平行に配置されておらず、前記軸に対して４５°未満の角度を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。
6. インサート（２）が、それらの長手方向軸に沿って湾曲を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。
7. インサート（２）が、それらの長手方向軸に沿ってＳ字型形状を有することを特徴とする、請求項６に記載の粉砕ローラー（１）。
8. インサート（２）が、鋳造金属によって浸透されることができる一つ又は複数のセラミック強化材（５）を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。
9. 前記セラミック強化材（５）が、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、金属窒化物、金属炭化物、及び金属硼化物、又はそれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の粉砕ローラー（１）。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）を含むことを特徴とする、垂直軸破砕機（６）。