JP2019531888A - 粉砕ローラー - Google Patents

Abstract

本発明は、岩、石炭、及びセメントクリンカーなどの材料を粉砕するための垂直軸破砕機のための粉砕ローラーに関する。【選択図】 図４

Description

発明の主題
本発明は、岩、石炭、セメントクリンカー、又はいかなる他の関連材料（スラグなど）の材料を粉砕するための垂直軸破砕機のための粉砕ローラーに関する。これらのローラーは特に、ローラーの作用表面の近くに配置された特別な形状の強化インサートのおかげで耐摩耗性であり、全作用表面にわたる一定で均一な摩耗を可能にし、従って長い寿命を可能にする。

発明の背景
垂直軸破砕機のための粉砕ローラーは、当業者には周知である。これらのローラーは一般的に、比較的延性の鋳鉄から作られており、その中に、極めて耐摩耗性の材料（一般的には、クロム鋳鉄であり、これは時にはセラミック粒子を含む）から作られたインサートが、粉砕中に最も応力を受ける表面を強化するために含まれている。

ＥＰ１５７０９０５Ａ１は、複数の周囲インサートを含む粉砕ローラーを開示する。これらのインサートは、高い耐摩耗性及び高い硬度を有する材料から作られており、延性材料から作られた鋳造マトリックス中に機械的に封止されており、高い摩耗応力を受ける第１領域及び低い摩耗応力を受ける第２領域を有する。第１領域において、ローラーは、隣接部分を含むインサートをその周囲面に有し、第２領域において、ローラーは非隣接部分を有する。

ＷＯ９６０５００５は、垂直軸破砕機のローラーのハブの上に設置されたバイメタル鋳物部分を開示する。それは、延性の鋳鉄から作られたコアを含む。このコアは、ボルトの形の機械的接続要素を与えられている。これらの要素は、高いクロム含有量を有する非延性の摩耗材料から作られたエンベロープを鋳造することによって一緒に接合される。

ＷＯ２０１５／１６２０４７Ａ１は、延性の鋳鉄及び鋳鋼からなる金属マトリックス中に埋め込まれた、増大した量感を有するインサートを有する粉砕ローラーであって、前記インサートが、３〜５ｃｍの量感率Ｖ／Ｓを有する粉砕ローラーを開示する。

発明の目的
本発明は、インサートによって強化されたローラーであって、その輪郭が特定の設計から利益を得ており、局所的で断続的な摩耗を回避しながら、ローラーの全作用表面の一定の摩耗を生じさせるローラーを提案する。これらのローラーは、故障の危険性を最小化して製造コストを低下させながらも、長期間の間、破砕機の満足できる性能を維持することを可能にする。

発明の特徴
本発明は、金属マトリックスの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であって、前記粉砕ローラーは、その周囲に複数の強化インサートを含み、同じインサートの周囲表面の複数の部分は、摩耗応力に基づいて作用表面（ｗｏｒｋ ｓｕｒｆａｃｅ）から距離ｄ１又はｄ２に配置されており、前記粉砕ローラーは、
− 高い摩耗応力を受ける少なくとも一つの領域Ｚ１であって、前記粉砕ローラーの作用表面の近くに距離ｄ１で配置されているインサートの少なくとも一つの部分を有する領域と；
− 低い摩耗応力を受ける領域Ｚ２であって、前記粉砕ローラーの前記作用表面に対して引っ込ませられた（ｓｅｔ ｂａｃｋ）距離ｄ２で配置されているインサートの部分を有する領域
とを含み、ｄ１＜ｄ２であることを特徴とする粉砕ローラーを開示する。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記粉砕ローラーは、以下の特徴のうちの少なくとも一つ、又はそれらの好適な組み合わせを含む：
− 前記粉砕ローラーが、領域Ｚ１と領域Ｚ２を接続する少なくとも一つの中間領域Ｚ３を含む；
− ｄ１が１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満であり、ｄ２が１０ｍｍより大きいか又は１０ｍｍに等しく、好ましくは２０ｍｍより大きい；
− ｄ１＝０である；
− 前記粉砕ローラーが、対称的に使用されることを意図されるローラーのために、低い摩耗応力を受ける領域Ｚ２の両側に配置された二つの高い摩耗応力を受ける領域Ｚ１を含む；
− インサートが、作用表面に向かって配向された面の上にセラミック強化材を含む；
− インサートが、６０体積％までのセラミック粒子を含む；
− セラミック粒子が、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、及び／又は金属炭化物を含む；
− 前記粉砕ローラーが、切頭円錐形である。

図１は、垂直軸破砕機の一例を示す。

図２は、従来技術による、周囲インサート、及びこれらのインサート中に含まれるセラミック強化材を作用表面側に含むローラーを示す。

図３は、回転テーブル及び破砕されるべき材料の層を有する垂直軸破砕機中の破砕メカニズムを模式的に示す。

図４は、様々なローラー形状に応じた本発明の実施形態の様々な例を示す。

図５は、異なる応力領域を有する非対称的なローラーの断面図を示す。距離ｄ１及びｄ２は、作用表面とインサートの間の非強化厚さを示す。図示を明確にするために、距離ｄ１は実際のものより誇張されている。

図６は、異なる応力領域を有する対称的なローラーの断面図を示す。距離ｄ１及びｄ２は、作用表面とインサートの間の非強化厚さを示す。ここでも、図示を明確にするために、距離ｄ１は実際のものより誇張されている。

図７は、高い摩耗応力を有する領域Ｚ１と低い摩耗応力を有する領域Ｚ２の間に移行領域を有さないインサートを含む粉砕ローラーを示す。

図８は、図６と同じタイプの対称的な粉砕ローラーであるが、一方の側のみにおいて強化されており、それ故、一方の側のみにおいて使用されることを意図されるローラーを示す。

発明の詳細な記述
垂直軸破砕機は、当業者には公知である。様々なタイプのものがあるが、それらは一般的に、粉砕させるべき材料が供給される垂直軸の周りに回転するテーブルを含む。破砕機は、複数の極めて重い大歯車を備えている。これらは一般的に、円筒形であるか又は切頭円錐形であり、「ローラー」と称され、テーブルの上に配置される。テーブルが回転すると、粉砕されるべき材料は、遠心力によってその外側に向かって駆動され、ローラーとテーブルの間を通過する。

本来的な重量、及びローラーに付加される垂直力は、ローラーの下を通過する材料のベッドの圧縮及び粉砕を作り出す。この材料自体は、テーブルとローラーの間の摩擦連結として作用し、これは、テーブルの回転を生じ、それがローラーの回転を生じるか、又はその逆を生じる。材料のベッドにおける粉砕は、材料の圧縮及び剪断によってなされる。

圧縮応力、及びローラーとテーブルの間の相対速度は、ローラーの幅（厚さ）にわたって変化する。圧縮応力のレベルは、材料のベッドの高さ、及びローラーの幅にわたるローラーとテーブルの間の間隔に依存する。

ローラー及びテーブルのライナーの摩耗は、粉砕工程の不可避的な結果である。垂直軸粉砕機の製造者は、粉砕されるべき材料に基づいてローラー及びテーブルの形状を最適化する。これは、粉砕設備が新しいときに最適な粉砕出力を得ることを可能にする。

材料、及び従って粉砕設備に供されるべき応力に差があると仮定すると、摩耗レベルは、ローラーの幅にわたって一定ではない。時間が経過するにつれて、一層著しい摩耗領域が、ローラーの母面に沿って形成される。これは、粉砕出力の低下を生じ、最終的には、ローラーの交換を要求する。

この問題は、材料の最適なベッド、及び従ってローラーとテーブルの間の距離が所定の粉砕及び材料条件について小さい場合にさらに顕著であり、特に、セメントや粉末化スラグのような微粉砕されることが望まれる材料の場合にそうである。かかる状況下では、ローラー上のたった２０ｍｍの局所的摩耗の後に１０％の出力低下があり、約３５ｍｍの摩耗の後に４０％の出力低下があることが既に観察されている。

この出力低下は、垂直軸破砕機の作動によって説明されることができる。垂直軸破砕機は、粉砕ローラーの作用表面がテーブルと接触するようになることを防止するための機械的安全停止装置を含む。一般的に、この停止装置は、テーブルと粉砕ローラーの作用表面との間に約１０ｍｍの安全空間を与えるように調節されている。効率的な粉砕のために、特にセメント及びスラグの効率的な粉砕のために、材料のベッドの厚さをこの１０ｍｍを超えて最小化することが試みられている。もしローラーの摩耗が均一に（つまり、破砕されるべき材料のベッドを含む破砕機のテーブルに平行に）生じず、局所的に生じれば、ローラーを破砕機のテーブルに向かって低下させることは不可能であり、従って、機械的停止装置に接触することなしに粉砕されるべき層を減少させることは不可能である。従って、破砕されるべき材料のベッドの厚さに対して作用することを可能とすることなしに、局所的な摩耗位置において粉砕性能は大きく低下する。

この問題を最小化するために、様々な解決策が当業者によって現在使用されている：
・ 溶接によって再充填されることができる鋼鉄のローラーの使用。この解決策は、最大の摩耗を受けた場所においてローラーを再充填して、ローラーの元の輪郭を少なくとも部分的に再確立することを可能にする。この解決策の欠点は、作業に関連するコスト及び生産性の損失、及びローラーを再充填するための中断時間である。さらに、作業ごとに破壊の危険性が増大すると仮定すると、可能な再充填の数は、制限される。
・ セラミック粒子を埋め込まれた高クロム含有量の鋼鉄のローラーも、寿命を増大させるために使用されている。しかし、高クロム含有量の鋼鉄のローラーは、脆く、作動中に破損することがある。さらに、局所的な摩耗、及びそれに関連する出力損失の問題は、解決されないままである。
・ ＥＰ１５７０９０５Ａ１は、複数の周囲インサートを含む粉砕ローラーを開示する。これらのインサートは、高い耐摩耗性及び高い硬度を有する材料から作られており、延性材料から作られた鋳造マトリックス中に機械的に封止されており、高い摩耗応力を受ける第１領域及び低い摩耗応力を受ける第２領域を有する。第１領域において、ローラーは、隣接部分を含むインサートをその周囲面に有し、第２領域において、ローラーは、非隣接部分を有する。この提案は、特にセメント破砕機では、期待される結果をもたらさない。

垂直軸破砕機のローラー上の摩耗の強度は、主に、材料の磨耗性、局所的に付与される圧力、及びローラーの表面と粉砕されるべき材料の間の相対速度に依存する。破砕機が回転するにつれて、材料は、回転テーブルの外側に蓄積され、これは、粉砕ローラーの作用表面の外側部分にずっと大きな応力を生じる（図３参照）。従って、この部分は、インサートによって特に強化されなければならない。

本発明は、金属マトリックスが比較的延性の材料（例えば、ＧＳ鋳鉄又は軟鋼）である粉砕ローラーを開示する。これらのローラーは、ローラーの作用表面の近くの全周囲にわたって分配された高い耐摩耗性の複数のインサートを与えられている（図２参照）。

本発明による粉砕ローラーの独創性は、インサートの設計にある。即ち、インサートは、その一部分が、高い応力を受ける領域における（ローラーの新品の状態での）作用表面のすぐ近くにあるか又はこの作用表面と面一にあり、別の部分が、低い応力を受ける領域における（ローラーの新品の状態での）作用表面から引っ込ませられているような輪郭を有する。強化材のこの元の分布は、粉砕ローラーの作用表面の全幅にわたってさらに一定の摩耗を与えることを可能にする。

本願では、「新品の状態」は、ローラーがその元の輪郭を有する状態であって、従って、ローラーがまだ使用されていない状態を意味する。もちろん、インサートとローラーの作用表面との間の距離は、新品の状態でしか規定されることができない。なぜなら、これらの距離は、既にかなり摩耗したローラーではもはや測定されることができないからである。

厳密に言うと高い応力を受ける領域（Ｚ１）における作用表面の近くのインサートの部分と作用表面との間の距離は、ｄ１で規定される。厳密に言うと低い応力を受ける領域（Ｚ２）における作用表面から引っ込ませられているインサートの部分と作用表面との間の距離は、ｄ２で規定される。高い応力を受ける領域（Ｚ１）における距離ｄ１は、低い応力を受ける領域（Ｚ２）における距離ｄ２よりも常に小さい。従来技術では、厳密に言うと新品状態の作用表面の近くのインサートの外部表面と作用表面との間の距離は、一定であり、ｄ１＝ｄ２である。

インサートの外部表面の部分が粉砕ローラーの作用表面と面一である場合、ｄ１＝０又は０に近い。しかし、「作用表面と面一である」という概念は、粉砕ローラーの寸法の透視画法的な知識の中に置かれなければならない。粉砕ローラーの直径は、ときには３メートルに近く、その重量は、１５トンにもなる。距離ｄ１は、一般的に、鋳造の実際の状況に依存して、１０ｍｍ未満、好ましくは８ｍｍ未満、又は５ｍｍ未満ですらある。

粉砕ローラーの作用表面から引っ込ませられているインサートの外部表面の部分は、一般的に、１０ｍｍより大きい、好ましくは１５ｍｍより大きい、特に好ましくは２０ｍｍより大きい距離ｄ２にある。

インサートはしばしば、隣接する部分と作用表面から引っ込ませられている部分とを接合する移行領域（Ｚ３）を有する。これらの部分は、新品の状態のローラーの作用表面から離れてインサートの外部表面が徐々に移動する領域（Ｚ３）に相当する。従って、インサートの外部表面とローラーの元の表面との間の空間を充填する延性材料は、ローラーの厚さにわたって変動する厚さを有する。

しかし、移行領域Ｚ３の存在は常に必要であるわけではない。ある場合には、高い摩耗応力を受ける領域Ｚ１は、移行領域なしに、低い摩耗応力を受ける領域Ｚ２に渡されることができる（図７参照）。

従って、最も単純な例では、ローラーは、高い応力にさらされる領域１（Ｚ１）（そこでは、インサートの外部表面は、ローラーの作用表面（元の輪郭）に近いか又はそれと面一である）と、低い応力にさらされる領域２（Ｚ２）（そこでは、インサートの外部表面はローラー（周囲表面）の作用表面（元の輪郭）からさらに離れており、しかもそこから引っ込ませられている）という二つの領域を、その作用幅にわたって含む。それにもかかわらず、ローラーは、しばしば距離ｄ１とｄ２が一緒になる中程度の応力強度に相当する移行領域３（Ｚ３）を含む。領域Ｚ１及びＺ２内において、距離ｄ１とｄ２は必ずしも完全に一定ではなく、鋳造準備中に型の中へのインサートの配置のために直面する困難性に応じてわずかに変動することができる。

従来技術の解決策と比べて、本発明は、領域２及び所望により領域３における正確な摩耗を要求する。その結果として、領域１とローラーの厚さの残りとの間の摩耗勾配は、それほど高くない。従って、ローラーは、元の輪郭に近い輪郭を維持し、そのために長い寿命を有する。ベッドの厚さ及び材料のタイプに応じて、観察される寿命の増大は、１０〜８０％、好ましくは３０〜７０％である。最も有意な改善は、切頭円錐形のローラーにおいて観察された。

回転の母面に関して軸対称性を有し、「円筒形」又は「タイヤ」型のローラー（図４参照）を生じる粉砕ローラーは、両方の外部周囲面で使用可能であり、ひっくり返されることができる（例えばＲＭタイプの破砕機のローラー）。このシナリオでは、本発明によれば、図６に示されるように二つの領域Ｚ１及び二つの領域Ｚ２、並びに二つの移行領域Ｚ３を有することが可能である（タイヤ形状のローラー）。

他のローラー（非対称形の輪郭）の場合、最も強化される領域（Ｚ１，ｄ１）は、垂直軸破砕機の回転テーブルの外側に配置されなければならない。この位置では、粉砕されるべき材料は、周囲に蓄積され、粉砕されるべき材料への圧力は、最高になる（図４参照）。

本発明によれば、インサートは、その耐摩耗性を向上させるために、セラミック粒子（金属酸化物、炭化物、窒化物、又はホウ化物、金属間化合物）を含むことができる。好ましくは、これらの粒子は、領域Ｚ１においてローラーの（元の）周囲表面に最も近いインサートの部分に配置される。好ましくは、セラミック粒子の配置は、鋳造からの鋳鉄によって浸透されることができるウェファーの形でなされる。これらのウェファーは、所望の場所に、鋳造前に型に配置されることで実行される。

従来技術と比べた本発明による強化されたローラーの利点は、以下の通りである。
− 少ない量の高クロム鋼（ＨｉＣｒ）しか必要でない。なぜなら、インサートの輪郭は今や、摩耗に徐々に対向する「有用な」輪郭に従って構成されているからである。これに対して、従来技術のローラーは、その全厚さにわたって不必要に強化されていた。従って、製造コストは低く、ローラーは破損に対して一層抵抗性である。
− 上述のように、その全幅にわたるローラーの均一な摩耗は、インサートにおける摩耗の開始が観察されるときにローラーをテーブルの近くにもってくることを可能にする。これは、粉砕出力を増大させる。

１．ローラー
２．インサート
３．ローラーの作用表面
Ｚ１：ローラーの使用開始時の最大摩耗応力領域
Ｚ２：ローラーの使用開始時の最小摩耗応力領域
Ｚ３：領域Ｚ１と領域Ｚ２の間の移行領域
ｄ１：元の強化表面（新しい、新品の未使用の状態におけるローラーの周囲表面）と領域Ｚ１における強化インサートとの間の距離
ｄ２：元の強化表面（新しい、新品の未使用の状態におけるローラーの周囲表面）と領域Ｚ２における強化インサートとの間の距離

Claims (9)

1. 金属マトリックスの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（１）であって、前記粉砕ローラー（１）は、その周囲に複数の強化インサート（２）を含み、同じインサートの周囲表面の複数の部分は、摩耗応力に基づいて作用表面（３）から距離ｄ１又はｄ２に配置されており、前記粉砕ローラー（１）は、
   − 高い摩耗応力を受ける少なくとも一つの領域Ｚ１であって、前記粉砕ローラーの作用表面（３）の近くに距離ｄ１で配置されているインサート（２）の少なくとも一つの部分を有する領域と；
   − 低い摩耗応力を受ける領域Ｚ２であって、前記粉砕ローラーの前記作用表面（３）に対して引っ込ませられた距離ｄ２で配置されているインサートの部分を有する領域
   とを含み、ｄ１＜ｄ２であることを特徴とする粉砕ローラー。
2. 領域Ｚ１と領域Ｚ２を接続する少なくとも一つの中間領域Ｚ３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. ｄ１が１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満であり、ｄ２が１０ｍｍより大きいか又は１０ｍｍに等しく、好ましくは２０ｍｍより大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉砕ローラー（１）。
4. ｄ１＝０であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。
5. 対称的に使用されることを意図されるローラーのために、低い摩耗応力を受ける領域Ｚ２の両側に配置された二つの高い摩耗応力を受ける領域Ｚ１を含むことを特徴とする、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、作用表面（３）に向かって配向された面の上にセラミック強化材を含むことを特徴とする、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、６０体積％までのセラミック粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。
8. セラミック粒子が、アルミナ、ジルコニア、アルミナ−ジルコニア、及び／又は金属炭化物を含むことを特徴とする、請求項７に記載の粉砕ローラー（１）。
9. 前記粉砕ローラーが、切頭円錐形であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の粉砕ローラー（１）。