JP5926259B2 - セメント工業チューブミル用新型パッチ構造及び作製方法 - Google Patents

セメント工業チューブミル用新型パッチ構造及び作製方法 Download PDF

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Description

本発明は機械分野に属し、工業チューブミルに関わり、特にセメント工業チューブミルに用いる新型パッチ構造及び作製方法に関わる。
既存のセメント工業チューブミル(粉砕機)におけるパッチの作動条件は、中低圧、中低衝撃である。往復力受け失効頻度は10の7乗を下回り、低循環疲労に属する。摩耗類型は中低応力スクラッチ式研磨顆粒磨耗である。当該作業条件は「小パワー、多回重複衝撃」と総称する作業条件である。
今までに、国内外セメント工業に用いるチューブミルのパッチともアーク炉や、工業用周波炉など製鋼設備を利用して、原料配合、製錬を経ると同時に、パッチを砂金型または金属金型に作製してから、鋳造、離型、熱処理により鋳造鋼鉄耐摩擦材料パッチ基材となる。その機械的物理性能指標はロックウェルHRC硬さが55〜60程度であり、衝撃値αkが4〜8J/cm2であり、ミクロ組織がマルエージング鋼に炭化物である。その炭化物の亜ミクロ形態が連続網状であり、鋼鉄材料内部で微小亀裂という破壊働きをかけている。網状炭化物は網が破れる場合のみ、パッチ材料の機械物理性能が大幅な改善及び高められる。これも科学技術者の長期における努力目標であり、残念ながら今までに理想的な効果があまりない。これも鋼鉄耐摩擦材料において耐用年数不良のキーポイント技術である。
よって、既存セメント工業チューブミル用パッチは、大鋳造とその厚みにより、理想的なメンテナンス周期と適当な耐用年数を保証している。
例えば、Φ3.8×13mチューブミル用パッチの厚みが65mm以上であり、ライニング装置の総重量が105Tに達する。パッチ厚さ、大重量の原因で、チューブミル筒における固定方法としてはボルトによる連続固定しかできず、筒本体における穴開けの総数が1632個ほどに達し、筒本体の硬度と強度を深刻に弱めてしまう。経済的なメンテナンス周期(耐用年数)の必要により、パッチ厚みは65mm程度であるべきであり、パッチごとの寸法が約250×350×60mmで、重量が約44kgとなる。このような条件で、ある人が他の方式により固定するという提案を提出したが、例えば、前世紀60年代で接着剤と貼りつけにより固定する試験を行った。但し、取り付ける場合、少しの不注意で崩壊すると重大な人身事故を発生する懸念があり、また、パッチを移転する場合、チューブミル中で崩壊すれば、重大な設備の損害を発生する可能性がある。
寸法縮小により重量軽減方法は、パッチ厚みを薄くしなければ、実現できない。チューブミルの大型化に伴い、そのパッチ寸法もますます大きくなり、更に接着剤で貼り付けるのは無理である。
従来から長い間、セメント工業チューブミルに用いる鋳造鋼鉄耐摩擦材料パッチの耐用年数には、大きな進歩がなく、ずっと7000〜10000時間付近である。中国大陸セメント工業では、毎年の消耗するチューブミルパッチ総量が30万トン以上に達した。パッチの耐用年数を大幅に延長し、鋼鉄の消耗を節約することは省エネにしても、エコにしても十分に重大な経済的意義がある。
どうすればパッチの厚みと重量を軽減し、研磨体の充填量を増加し、チューブミルの生産高を大幅に向上させ、パッチの固定方式を改革し、チューブミル筒内に孔を無くす、又は孔を少なくすることを実現させて、筒の硬度と強度を増加させ、設備稼動が信頼できることを保証すること等は、科学技術者が夢に見るほど切実に欲しがる成果である。然し、今までに、効果がほんの少しである。
粉砕技術の発展に伴い、前世紀80年代に予備粉砕技術の応用がエネルギーを大幅に節約することができると認識された。現在のセメント工業チューブミルの前方から、順に押出プレス、垂直ミル、小型ミルを取り付けるのは既に一般的な傾向となった。こうして、チューブミルに入った粉砕材料の粒度がもはや従来の25〜30mmから1mm以下に低下し、更にだんだん150〜200m2/kgの比表面積までに低下した。従って、チューブミルにおいて粉砕の機械性能は基本的な変化を発生した。一言でいえば、チューブミルパッチは粉砕作業において受ける衝撃力が大幅に降下した。
したがって、チューブミルパッチ材料に求められることは「衝撃力を食止めるため、断裂を発生しないのみならず、良好な抗衝撃靭性値αk(20〜30J/cm2)が必要であると同時に、一定な断面も必要であり、この断面はパッチの厚みである。」ということではなくなった。
鋼鉄耐摩擦材料の衝撃値αkとロックウェル硬さHRCの両者を同時に得ることはありえない。衝撃値αkを向上しようとすれば、ロックウェルHRC硬度の維持ができなくなり、ロックウェルHRC硬度を向上しようとすれば、衝撃値αkを降下しなければならない。衝撃値αkは20〜30J/cm2に達する時、そのロックウェルHRC硬度における最高レベルが40〜45にしか達しない。この場合、磨耗時間を延長するために、パッチは十分な厚みがあるからこそ、経済的メンテナンス周期(耐用年数)の必要を満たせる。
予備粉砕工程を備える条件において、後方のチューブミルは主に研磨機能により粉砕する。このとき、チューブミルパッチの材質は適当な衝撃値αk(4〜6J/cm2)があるという前提において、粉砕の磨耗を防御して十分な耐用年数を獲得するためには、ロックウェルHRC硬度(55〜60に達するのは望ましい)が高ければ高いほどよいことが必要となる。これは低αk値となる場合のみHRCを向上させる可能性がある。実際にパッチ既存技術の発展が大いに落ちている。これも本発明技術に発展空間とチャンスを提供した。
本発明はチューブミル用パッチ材料の機械物理性能を向上するために、新しい工業チューブミルを提供し、その重量比は既存のチューブミルより大幅に降下している。
本発明の高性能新型パッチの作製方法としては、三種類の技術案がある。
1) 金属パッチ
普通の中低炭素鋼板で冷熱モデルの加圧成型により必要な幾何形状のパッチ基材を作製し、その後パッチ基材の表面でビード溶接層を溶接し、チューブミル用パッチを作製し、前記パッチをチューブミル筒内に取り付け、高強度なセメントモルタル、エポキシ樹脂または各種無機接着剤などを採用して硬化物とし、パッチを接着し、貼り付け、及び局所溶接方式でチューブミル筒内の鋼板と連結する。
2) 陶磁パッチ
二種類型の陶磁パッチがある。
A.既存の陶磁工場の生産技術と設備を利用し、各種必要な寸法の棒状、片状、塊状と板状および表面幾何上の図柄(図面)を提供するだけで、陶磁工場は図柄に応じ、金型を作り、必要な陶磁パッチを製造する。
B.陶磁パッチの原料はコランダム陶磁の配合比率により調製し、その後、金属金型に入れ圧縮機により加圧成型後、高温炉内で焙り、高温炉から出してから冷却させ、直接、セメント工業チューブミル用耐摩耗性陶磁パッチに作製し、寸法の大きさはチューブミルのさまざまな仕様により具体的に確定する。
前記両種パッチがチューブミル筒内における取り付け、固定接着物としては、前記の硬化物で接着し、貼り付け、及び局所溶接方式でチューブミル筒内の鋼板と溶着する。施工が相変わらず便利で、チューブミル筒内にも孔が無く、又は少くない状態が可能である。
3) 組立式パッチ
前記金属パッチと筒本体とは結びつける凸凹空間に、棒状、片状、塊状など形状が不均一なコランダム陶磁パッチを敷き、組立式パッチに形成する。この新型組立式パッチの耐用年数は一層の強化と延長が得られ、これは既存のいずれの型式パッチができないことである。その後、本発明で作製した新型組立式パッチを前記の硬化物により接着し、貼り付け、及び局所溶接方式でチューブミル筒内の鋼板と溶着する。
本発明の利点としては下記の通りである。
1、同じ基準条件でセメント工業チューブミルの重量は現有ベースにおいて50%を軽減した。
2、同じ基準条件でセメント工業チューブミルの耐用年数は倍に向上し、15000〜20000時間に達した。
3、同じ基準条件でセメント工業チューブミルにおける鋼材消耗の節約は50%以上であり、中国大陸セメント工業チューブミルパッチにおいて、10万トン以上の消耗鋼材を節約することができる。
4、既存のチューブミルパッチの連結方式におけるボルト連結を、貼り付け、接着、及び局所溶接に変えた。そのためチューブミル筒内に孔が無く、又は少なくすることを実現させる。
5、耐摩擦陶磁が優れた性能(ロックウェルHRC硬度が85〜90以上に達成可能)があるため、加工性能も非常に素晴しく、材料をよく配合すれば、直接金型により成型して、チューブミルパッチに作製することができる。「鋼材の代わりに陶磁だ」という新しい技術方法を創出した。セメント工業チューブミルパッチの作製面で、鋼材消耗を節約しても、チューブミルの耐用年数を向上させても、いずれも重大な突破ができる可能性がある。
金属パッチの仕組みの概略図である。 非金属パッチをチューブミルに取り付ける概略図である。 組立式パッチをチューブミルに取り付ける概略図である。
1、ビード溶接層、2、パッチ基材、3、陶磁パッチ、4、チューブミル中の鋼板、5、硬化物
本発明は新しい工業チューブミルを提供し、その新型パッチの作製方法及び応用が三つの技術方案がある。
1)剛柔兼備でチューブミルパッチを組立作製する。
図1をご参照ください。本発明は普通の中低炭素鋼板δ=10〜12mmを利用し、1000〜2000T圧縮機により冷熱モデルで加圧成型であり、必要な幾何形状のパッチ基材を作製し、2、その後、成型パッチ基材表面2に5〜15mm厚みの高硬度金属または金属―非金属複合材料のビード溶接層を溶着する1. ビード溶接材料は国産のTN-65またはTM-65、ドイツのUM10-65-GまたはMF10-GF-60-G、或いはベルギーの高硬度ビード溶接用溶接棒を使用することができる。ビード溶接層1の硬度HRCは70〜80に達し、衝撃値αkは相変わらず4〜6J/cm2という要求に適応することができる。これは理想的な組合とマッチングである。同時に、セメント工業用チューブミル研磨機能が強化後一番理想的なパッチである。
厚みを薄くするため、筒本体表面における10×10cm=100cm2単位面積でのパッチ重量は既に5.07kgから2.1kgまで降下し、2.4倍を降下した。よって、本発明で作製したパッチは硬化物5により貼り付け、接着、及び局所溶接方式でチューブミル筒中の鋼板4に取り付ける。硬化物として、高強度なセメントモルタル、エポキシ樹脂または各種無機接着剤の使用が可能である。その内、高強度なセメントモルタル(525セメントと細砂との比率は1:1.5〜2.0であり、三日間折り曲げ強度は5.5kg/cm2以上達成可能)、E03、E06号エポキシ樹脂の不均一引張強度>30kg/cm2で、及び各種無機接着剤などを利用し、貼り付け、接着と局所溶接を行い、施工が非常に簡単、便利である。同時に、ボルト固定により必要な筒本体への穴開けが不要である。
2)非金属チューブミル耐摩擦陶磁パッチ
その内、陶磁パッチ3の加工作製は二種の方式が可能である。
一、既存の陶磁工場(例えば、宜興陶磁工場)の生産技術と設備を利用し、各種寸法の棒状、片状、塊状と板状および表面幾何上の図柄を提供することなく、陶磁工場が提供された図柄に応じ、われわれは必要な陶磁パッチ3を製造することができる。
二、原料はコランダム陶磁の配合成分により調製する。コランダム陶磁の成分は既存技術であり、その後、金属金型に入れ、1500〜2000T圧縮機により加圧成型後、1600〜1800℃温度の高温炉内で焙り、一時間後高温炉から出してから冷却し、直接、セメント工業チューブミル用耐摩耗性陶磁パッチ3に作製し、寸法は100×100×30mm,200×200×30mm, 300×300×30mmなどができ、表面幾何形状はわれわれより確定した寸法で作製する。
コランダム陶磁の衝撃値αkは10J/cm2以下にならず、且つコランダム陶磁が特有な硬度値はどのような鋼鉄耐摩擦材料が比べ物にならなく、その硬度値HRCが85〜95に達成可能である。シャープな鋼材の硬度HRCが75〜80しかない。
採用しているコランダムパッチの化学成分(重量比)が下記の通りである。
α酸化アルミニウム粉末 85〜95%
ジルコニア粉末 5〜15%
その性能が下記のようである。
圧縮強度: 700〜900kg/cm2
比 重: 3.7〜3.9
HRC 硬度: 85〜95
αk衝撃値: >10J/cm2
コランダムパッチ3の比重は軽くて、鋳造パッチ7.9の二分の一しかないから、筒本体表面の10×10cm=100cm2面積のパッチ重量が5.07kgから1.17kgに低下し、4.3倍に低下した。いわゆる壁が薄い、軽い、高性能といっても過言ではない。図2をご参照ください。チューブミル筒にある鋼板4における装着において、前記硬化物による貼り付け、接着、及び局所溶接方式の使用は、一切問題ない。施工が非常に便利で、チューブミル筒本体の孔が無く孔または少なくすることができる。
3)新型ビード溶接パッチの耐用年数において新規の延長方法
図3をご参照ください。本発明で作製した新型ビード溶接パッチはチューブミル筒の鋼板4における硬化物5による貼り付け、接着と局所溶接方式で取り付ける場合、チューブミル筒の鋼板4と結びつける凸凹空間で特別に棒状、片状、塊状など不均一の形状なパッチ3を敷くことができる。最適な案はコランダム陶磁パッチ3であり、この非金属耐摩擦材料の硬度HRCが85〜95以上に達することができる。たとえビード溶接パッチが、すべて磨耗しても、チューブミルが長期間稼動ができ、新型ビード溶接パッチの耐用年数が一層の強化と延長が得られた。既存のいずれかの型式では達成できないことである。
本発明に関連する説明
1)既存パッチと本発明との区別
今までに、国内外セメント工業に用いるチューブミルのパッチやアーク炉や、工業用周波炉など製鋼設備を利用して、原料配合、製錬を経ると同時に、パッチを砂金型または金属金型に作製してから、鋳造、離型、熱処理により鋳造鋼鉄耐摩擦材料パッチとなる。これは本発明の加圧成型、表面ビード溶接の作製工程と比べ本質的な区別があり、本発明における非金属耐摩擦陶磁パッチとは更に本質的な区別と差異がある。
2)本発明の重要な技術特徴
既存鋳造パッチは鋼鉄製錬と熱処理に制限されているため、更に重要なのは材料におけるHRC硬度とαk衝撃値の相乗作用の制約を受けたことである。よって、鋳造パッチの硬度が60のベースで一層の向上が困難である。鋳造厚みで不足を填補し、耐用年数を保証することしかできない。
本発明は鋼鉄材料における束縛を逃れ、外見は柔和で内面は強いことを実現させ、そのビード溶接硬度が70〜80に達することができ、耐摩擦の耐用年数を向上しようとすれば、材料硬度を向上させなければならない。コランダム陶磁の性能は特に素晴しい。従って、本発明がパッチ厚みを倍に降下させ、耐用年数を倍に向上させるのは最低限の効果である。
3)既存鋳造パッチの装着と本発明との区別
既存鋳造パッチの重量が重いから、特にチューブミルの大型化に伴い、鋳造パッチの重量は更に重くなる。重大事故の発生を防止するために、装着の場合、筒本体内部における装着は筒本体に孔を掘り、ボルトで固定する方法しか採用できず、筒本体での孔数は1600個ほどと多く、筒本体の硬度と強度を深刻に弱めた。
然し、本発明のビード溶接パッチと陶磁パッチが、筒本体の単位面積あたりの重量はそれぞれ2.4倍と4.3倍と降下したので、貼り付け、接着と局所溶接方法を問題無しに使用することができ、筒本体に孔が無く、または少ないことを実現させる。
4)国内外における鋳造パッチでは耐用年数の延長面で講じた措置が何の役にも立ててない。チューブミルは、粉砕作業過程におけるパッチの厚みが三分の一のみ残せれば、他に選択肢無しに全部取り外して交換する。この点について、本発明とは比べ物にならない。
5)Φ3.8×13mパッチを例とし、異なるパッチを経済的に応用することを調べる。
厚み,比重が異なり,装着の総重量も同じではなく、一回投資の差異があまり大きくないが、耐用年数の差は非常に大きい。
本発明が達成可能な効果は下記の通りである。
1、チューブミルパッチの加工は熱加工鋳造から冷加工加圧成型後ビード溶接により製作する方法へ変更されて以降、制作方法を簡単化し、熱加工の苦い、汚い、疲れなど労働密集的生産条件を改善した。自動化作業が実現できる。
2、ビード溶接層が素晴しい機械物理性能があるので、高硬度表面と高靭性基材が「小パワー、複数回の重複衝撃」条件における作業において最高で最適なマッチングであり、耐用年数は現有の7000〜10000時間のベースで倍に向上し、15000〜20000時間のレベルに達する。
3、本発明のパッチ材料が優良で、その厚みが現有ベースで50%減少し、Φ3.8×13mチューブミルを例とし、パッチの厚みは65mmから30〜35mmへと薄くすることができ、重量の軽減は50トン以上に達し、鋼材の節約が50%以上で、消耗電力の節約が約300Kwであるのみならず、陶磁パッチの効果はこのデータより遥かに素晴しい。
4、パッチ重量の軽減、消耗電量が少ないので、ブラン(Blanc)公式により計算すれば、研磨本体の充填量は24トンの増加が可能で、チューブミルの生産高を10〜15%向上させることができる。
5、チューブミルパッチが軽量化されて以降、ボルトによる固定方法を完全に淘汰することができ、セメントにより貼り付け、接着と局所溶接方法を採用すると、研磨筒本体中に孔が無く、または少ないことが実現でき、筒本体の鋼性と強度の損害を避け、設備稼働の信頼性を向上させ、強度と剛性における20〜30%損害が避けられる。
6、パッチの装着は、単に貼り付け、接着、及び局所溶接が必要となるのみで、既存のボルトによる締め付ける方法と比べ、大幅に作業量を簡単化にしたと同時に、労働強度をも大幅に減少した。
7、コランダム陶磁パッチのセメント工業での普及は革命的であり、各種経済指標とも重大な突破がある。チューブミルパッチは10年の使用により破損しない時代がもはや来た。鋼材の節約量は軽視できない量である。「鋼材の代わりに陶磁である」ということはエコ意義にしても、経済的意義にしても計り知れないほどものである。特に今は全世界における鉄鉱石価格が持続的に高騰する時代である。

Claims (3)

  1. セメント工業チューブミル用新型パッチ構造の製造方法であって、
    その工程は、
    炭素鋼板により幾何形状のパッチ基材を作製し、
    その後、パッチ基材表面でビード溶接層を溶接し、
    原料をコランダム陶磁の配合比率により調製し、
    その後、金属金型に入れ、圧縮機により加圧成型後、高温炉内で焙り、高温炉から出してから冷却し、セメント工業チューブミル用の耐摩耗性の陶磁パッチを作製し、
    高強度なセメントモルタル、エポキシ樹脂または各種無機接着剤を採用して硬化物とし、
    前記パッチ基材の裏面とチューブミル筒内の鋼板の間に、前記陶磁パッチを間隔をあけて複数並べ、さらに、当該陶磁パッチ同士の間に前記硬化物を設けることで、
    当該硬化物の接着力により、前記パッチ基材をチューブミル筒内の鋼板に貼り付け、さらに、局所溶接方式でチューブミル筒内の鋼板と当該パッチ基材を連結することを特徴とする製造方法。
  2. 前記請求項1の方法において、成型されるパッチ基材表面に厚み5〜15mmの高硬度金属または金属―非金属複合材料を前記ビード溶接層にビード溶着することを特徴とする製造方法。
  3. 前記請求項1の方法において、前記コランダム陶磁原材料の重量比が酸化アルミニウム粉末85〜95%、ジルコニア粉末により、金属金型で1500〜2000T圧縮機によって加圧成型され、直接1600〜1800℃高温炉内で焙り、一時間後高温炉から出してから冷却させ、直接、セメント工業チューブミル用耐摩耗性陶磁パッチを作製し、厚みを30mm以内に抑え、その寸法は100×100×30mm,200×200×30mm, 300×300×30mmであり、コランダム陶磁の衝撃値がαk >10J/cm2、その硬度値HRCが85〜95に達することを特徴とする製造方法。
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