KR20160145594A - 증가된 매시브니스의 인서트들을 포함하는 그라인딩 롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파운드리 캐스팅에 의해 제조되는 수직축 크러셔들을 위한 그라인딩 롤러에 관한 것이고, 상기 롤러는 3 내지 5 cm, 바람직하게 3.2 내지 4.5 cm 인 매시브니스 모듈러스 V/S 를 갖는 인서트들을 포함하고, 상기 인서트들은 연성의 철 또는 스틸로 이루어진 금속 매트릭스에 매립된다.

Description

증가된 크기의 인서트들을 포함하는 그라인딩 롤러{GRINDING ROLLER COMPRISING INSERTS OF AN INCREASED SIZE}

본 발명은 파운드리 (foundry) 의 기술 분야에서 캐스팅에 의해 제조되는 그라인딩 롤러들에 관한 것이다. 이들 롤러들은 석탄, 시멘트 원재료 (cement raw meal), 클링커 (clinker) 또는 슬래그를 포함하는 다양한 재료들을 그라인딩하기 위한 수직축 그러셔들에서 사용된다. 본 발명은 보다 구체적으로 캐스팅 중에 침투될 수 있는 세라믹 그레인 응집체들로 선택적으로 강화된, 종래 기술 분야의 것보다 높은 매시브니스 모듈러스들을 갖는 인서트를 포함하는 그라인딩 롤러들에 관한 것이다.

특허 출원 EP 1 570 905 A1 은 낮은 매시브니스 모듈러스 (<2.5) 를 갖는 인서트들을 포함하는 수직축 크러셔를 위한 그라인딩 롤러를 개시한다. 이러한 문서는 연성의 주철의 금속 매트릭스에 매립된 높은 크롬 함량을 갖는 주철에서 경질 인서트를 포함하는 바이메탈 그라인딩 롤러들과 작동 중에 조우하는 다양한 문제점들을 강조한다. 이러한 문서에서, 인서트들은 서로에 대해 이격된다. 이러한 공간은 서로에 대해 인서트를 블로킹하는 탭을 생성하는 그라인딩 롤러의 캐스팅 중에 연성의 주철로 충전된다. 작동 중에, 상당한 내마모성을 갖지 않는 이들 탭들은 리세스를 형성하게 되어 인서트들 사이에 그루브들을 형성하고, 이는 그라인딩 롤러의 센터에 접근할수록 점진적으로 폭넓어진다 (도 3 을 참조).

특허 문서 US 5,238,046 은 동일한 단점들을 갖는다. 실제로, 각각의 인서트는 두개의 병치된 인서트들 사이에서 공간을 형성하도록 돌출하는 리브들을 그 종방향 플랭크들의 적어도 하나에서 포함한다. 롤러의 작동 중에, 공간에 포함된 연성의 합금의 우선적인 마모가 달성되어, 인서트들 사이에 그루브의 형성을 발생시킨다.

파운드리 산업에서, 매시브니스 모듈러스는 표면에 대한 체적의 비에 의해 측정된다. 그것은 V/S 로 나타낸다. 파운드리 산업에서 보편적으로 사용되는 이러한 값은 무엇보다도 견고한 파트 (sound part) 를 얻도록, 피더가 캐스팅될 파트보다 큰 V/S 비를 가져야만 하기 때문에 캐스트 파트들 (cast parts) 의 피딩의 연산에 고려된다.

모듈러스 V/S 의 값은 채용된 길이 단위의 선택에 종속된다.

연산은 큐브의 변“a”의 단순한 예로써 예시될 수 있다.

이러한 경우에, V/S = a³/(6a²), 즉 a/6 이다.

V/S 가 일미터의 변을 갖는 큐브에 대해 미터들로 표현된다면: a/6 는 1/6 = 0.166 m 이다.

V/S 가 센티미터로 표현된다면: a/6 는 100/6 = 16.6 cm 이다.

본 발명의 설명에서, 모듈러스 V/S 는 항상 센티미터로 표현될 것이다.

본 발명의 목적은 그라인딩 롤러의 인서트들 사이의 공극들에 의해 형성된 그루브들의 존재를 가능한 한 많이 감소시킴으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다. 이러한 그루브들의 수를 감소시키도록, 이들 인서트들의 사이즈 및 매시브니스 모듈러스는 증가되어야만 한다. 보다 큰 규모 인서트들에 있어서, 캐스팅 중에 유용한 잠열은 따라서 보다 높아질 것이고 침투될 수 있는 보다 두꺼운 세라믹 보강부들의 보다 용이한 침투들을 허용할 것이다. 당연한 귀결로서, 본 발명은 따라서 인서트의 세라믹 보강부의 두께를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 캐스팅 금속에 의한 보강부의 침투 조건들을 개선시킴으로써, 차례로 조립체의 내마모성을 개선시키는 보다 두꺼운 보강부들을 사용하는 것이 가능하다.

본 발명은 파운드리 캐스팅에 의해 제조된 수직축 크러셔들을 위한 그라인딩 롤러를 개시하고, 상기 롤러는 3 내지 5 cm, 바람직하게 3.2 내지 4.5 cm 의 매시브니스 모듈러스 V/S 를 갖는 인서트들을 포함하고, 상기 인서트들은 연성의 주철 또는 스틸로 이루어지는 금속 매트릭스에 매립된다.

바람직한 실시형태들에 따르면, 본 발명은 다음의 특징들의 적어도 하나 또는 하나의 조합을 포함한다:

- 그라인딩 롤러는 3.4 내지 4 cm 인 매시브니스 모듈러스 V/S 를 갖는 인서트들을 포함한다;

- 인서트들은 단지 두개의 인서트들 사이에 간헐적 리세스들만을 남기고 캐스팅 중에 금속 매트릭스에서 인서트의 고정을 개선시키는 볼트 타입의 바인딩 요소를 생성하는 것을 가능하게 하도록 서로에 대해 위치된다;

- 볼트 타입의 바인딩 요소는 언더컷들을 포함한다;

- 인서트들은 상기 롤러의 회전 축선에 평행하게 위치되지 않고, 이러한 축선과 45°미만의 각도를 형성한다;

- 인서트들은 그들의 종축을 따라 곡률을 갖는다;

- 인서트들은 종축을 따라“S” 형상을 갖는다;

- 인서트는 캐스팅 금속에 의해 침투될 수 있는 하나의 또는 몇개의 세라믹 보강부들을 포함한다;

- 상기 보강부 세라믹은 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아, 금속 질화물들, 금속 탄화물들 및 붕화물들 또는 그 혼합물들 중에서 선택된다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 그라인딩 롤러를 포함하는 수직축 크러셔를 개시한다.

도 1 은 종래 기술 분야에 따른, 몇개의 그라인딩 롤러들을 포함하는 작동시에 수직 크러셔의 섹션을 예시한다.
도 2a 는 낮은 매시브니스 모듈러스를 갖는 인서트들 및 인서트들 사이에 공간들을 갖는 롤러 종래 기술 분야에 따른 그라인딩 롤러의 3차원도를 예시한다.
도 2b 는 종래 기술 분야에 따른 스페이싱 돌출부들을 포함하는 낮은 매시브니스 모듈러스를 구비한 인서트의 3차원도를 도시한다.
도 3 은 종래 기술 분야에 따른 두개의 인접한 인서트들 사이에 남겨진 공간 및 그루브들이 점점 더 깊어질 때에 인서트들 사이에 점점 폭넓은 그루브들을 형성할 가능성을 단면도로써 도시한다.
도 4 는 종래 기술 분야에 따른 스페이서들을 포함하고 세라믹 보강부를 구비한 낮은 매시브니스 모듈러스를 갖는 인서트의 3차원도를 예시한다.
도 5 는 종래 기술 분야에 따른 인서트들 (V/S < 2.8 cm, 그래프에서 정사각형) 및 본 발명에 따른 인서트들 (V/S > 3 cm, 그래프에서 마름모) 의 경우에 인서트들의 수의 비교 커브들을 도시한다. 인서트들의 수는 본 발명에 따른 그라인딩 롤러들에서 감소된다.
도 6a 는 두개의 인서트들 사이에 최소 거리를 유지하는 것을 가능하는 스페이싱 돌출부들과 나란히 배열되는 본 발명에 따른 두개의 인서트들의 단면도를 도시한다. 본 발명에 따르면, 그루브들의 수는 인서트의 규모에서 증가에 의해 제한된다.
도 6b 는 도 6a 에 예시된 인서트의 3차원도를 예시한다.
도 7a 는 간헐적 리세스로 서로에 대해 위치된 본 발명에 따른 세락믹 보강부를 갖는 두개의 인서트들의 단면도를 도시한다.
도 7b 는 간헐적 리세스가 관찰될 수 있는 도 7a 에서 두개의 인서트들의 하나의 3차원도를 예시한다. 이러한 리세스는 캐스팅 중에 금속 매트릭스에서 인서트의 고정을 개선시킬 수 있는, 언더컷들을 갖는 볼트와 유사한 바인딩 요소의 형성을 허용한다. 인서트는 또한 내마모성을 증가시키는 캐스팅 금속에 의해 침투될 수 있는 세라믹 보강부의 위치 설정을 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 도 7a 및 도 7b 에서의 인서트와 동일한 본 발명의 실시형태를 예시하고, 그러나 인서트는 그 종축의 방향으로 만곡되어 ≪ S ≫ 를 형성한다. 이러한 ≪ S-형상의 ≫ 대안예는 인서트들 사이에 그루브가 그라인딩 중에 조우하지 않도록 허용하고, 재료가 90°미만의 각도에 따라 그리고 전방으로 그라인딩되도록 허용한다.
도 9 는 도 2a 의 것과 동일하지만 본 발명에 따른 보다 높은 매시브니스 모듈러스를 갖는 인서트들을 구비한 롤러를 예시한다.
도 10a 는 LM46/4 Loesche® 크러셔용의 롤러에서 사용되는 것과 같은 종래 기술 분야에 따른 인서트를 도시하고, 그 비교 테스트 결과들은 표 1 에 예시된다.
도 10b 는 B-B 를 따른 섹션을 예시한다.
도 11a 및 도 12a 는 LM46/4 Loesche® 크러셔용의 롤러에서 사용되는 것과 같은 본 발명에 따른 인서트들을 도시하고, 그 테스트 결과들은 또한 표 1 에 예시된다.
도 11b 및 도 12b 는 B-B 를 따른 섹션들을 각각 예시한다.
도 13a 는 본 발명의 바람직한 실시형태들의 하나에 따른 인서트의 3차원도를 도시한다. 도 13b 에서, 이들 인서트들의 두개는 단지 그라인딩 롤러에서 방사상 방향을 따라 가변적인 직경을 갖는 간헐적 리세스에 남겨지도록 서로 위치된다. 리세스는 캐스팅 중에 언더컷들을 갖는 볼트 타입의 바인딩 요소의 형성을 허용할 것이다. 여기서, 인서트는 또한 캐스팅 금속에 의해 침투될 수 있는 세락믹 보강부를 포함한다.
도 14 는 본 발명에 따른 롤러에서 사용될 수 있는 인서트의 대안예의 3차원도를 예시하고, 리세스는 인서트의 축방향으로 측방향 면에 위치된다. 이러한 리세스는 캐스팅 중에 그라인딩 롤러의 축방향 방향으로 바인딩 요소를 생성하는 것을 가능하게 할 것이다. 캐스팅 금속에 의해 침투될 수 있는 세라믹 보강부는 또한 이러한 실시형태에 존재한다.
도 15 및 도 16 은 본 발명의 실시형태를 예시하고 인서트들은 그라인딩 롤러의 회전 축선에 평행하게 위치되는 것이 아니라 이러한 축선과 45°미만의 각도를 형성한다. 이러한 타입의 배열은 인서트들 사이에 그루브가 그라인딩될 재료의 그라인딩 중에 경사지게 제공되어 그라인딩 롤러의 표면을 덜 열화시키고 따라서 그라인딩 롤러의 수명을 연장시킨다는 이점을 갖는다.

그라인딩 롤러 (1) 의 인서트들 (2) 사이의 그루브들은 그라인딩 롤러 (1) 의 수명에 해로울 뿐만 아니라, 그라인딩 효율 및 그라인딩된 제품의 품질에 해로운 우선적인 마모 위치를 형성한다. 이들 그루브들은 또한 크러셔 (6) 의 작동 중 바람직하지 못한 진동들의 소스일 수 있다. 마모는 침투될 수 있는 세라믹들 (5) 에 의해 보강된 인서트들의 경우에 추가로 심해지는 데, 왜냐하면 마모의 발생 시에, 그루브는 인서트 (2) 의 에지들을 약화시키고, 인서트의 선택적인 세라믹 보강부 (5) 는 이때 바스러지고 보다 신속하게 마모되는 경향을 갖기 때문이다.

인서트 (2) 가 두꺼울수록, 작동에서 내마모성은 보다 양호해질 것이고 침투될 수 있는 그 선택적인 세라믹 보강부 (5) 는 보다 두꺼워질 수 있다. 그럼에도 불구하고 두꺼운 세라믹 보강부 (5) 는 캐스팅 중에 액체 금속에 의해 침투되는 것을 보다 어렵게 할 것이다.

침투 깊이는 유용한 잠열 및 따라서 침투를 달성시키는 데 유용한 액체 금속의 양에 따라 종속된다. 낮은 매시브니스 모듈러스를 갖는 종래 기술 분야의 인서트들에서, 인서트의 주어진 체적에 유용한 금속의 양은 약 50 mm 의 두께를 넘는 세라믹 보강부를 적절히 침투하는 데 불충분하다.

침투될 수 있는 세라믹 보강부 (5) 는 때때로 웨이퍼 또는 추가로 ≪ 패딩 ≫ 또는 ≪ 케이크 ≫ 로 불리우고 캐스팅 금속을 그 안으로 관통시키도록 공극들을 남겨 둔 세라믹 그레인들의 응집체로 이루어진다. 그것은 본 기술 분야의 당업자에게는 널리 공지되어 있다. 조성의 관점에서, 전체를 망라한 것은 아니지만, 산화물들, 예를 들면 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아, 실리카 또는 추가의 금속 질화물들, 금속 탄화물들, 예를 들면 티타늄 탄화물 또는 텅스텐 탄화물, 붕화물들 또는 이들 다양한 성분들의 혼합물들이 일반적으로 사용된다.

인서트의 매시브니스 모듈러스는 따라서 캐스팅 금속 (4) 의 인서트 (2) 의 침투될 수 있는 세라믹 보강부 (5) 의 침투 용량에 직접 관련된다. 인서트의 체적에 대한 인서트의 총 표면적이 크면 클수록, 보다 많은 캐스팅 금속이 이러한 표면과 접촉하여 냉각되는 경향을 갖는다. 따라서, 체적/표면 비가 높을수록, 금속이 보다 오랫동안 뜨겁게 유지되고 세라믹 보강부 (5) 의 침투가 보다 용이해진다.

종래 기술 분야에 따른 파운드리 캐스팅에 의해 제조된 수직 크러셔 (6) 에 대한 그라인딩 롤러 (1) 의 구성에서, 그라인딩 롤러 (1) 의 주위에 위치되는 인서트들의 수는 일반적으로 작동 롤러의 충분한 기계적 강도를 얻도록 인서트의 치수에 의해 경험적으로 결정된다 (도 5 를 참조).

종래 기술 분야에 따른 인서트에서, 세라믹 보강부 (5) 의 두께는 캐스팅 중에 양호한 침투를 보장하도록 약 50 mm 미만의 값으로 설정된다. 인서트 (2) 및 세라믹 보강부 (5) 의 길이들은 그라인딩 롤러 (1) 의 폭과 대략 동일하다. 세라믹 보강부 (5) 의 폭은 일반적으로 약 인서트의 폭에 상응한다 (도 4 를 참조).

이들 요구조건들에 따르면, 롤러의 외부 직경에 기초한 인서트들의 수는 도 5 의 상부 커브에 의해 주어진다. 이러한 구성에서, 그라인딩 롤러들에 위치된 인서트들은 1 내지 2.8 cm 의 V/S 비를 갖는다 (도 2a 를 참조).

본 발명의 목적들을 충족하도록, 인서트들의 V/S 비는 3 내지 5 cm, 바람직하게 3.2 내지 4.5 cm 및 보다 바람직하게 3.4 내지 4 cm 이어야만 한다.

다양한 실시형태들은 가능한 한 본 발명의 범위에 있다. 도면들은 동일한 직경의 롤러에 대해 본 발명의 일련의 실시형태들을 도시하고 인서트의 치수들은 3 내지 5 cm 의 매시브니스 모듈러스 V/S 에 상응한다.

도 13a 는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 구성된 인서트 (2) 를 도시한다. 인서트는 오목한 부분들 및 볼록한 부분들이 교대하는 측방향 면들에서 원통형 리세스들 (3) 을 갖는다. 롤러 (1) 의 구조를 제조하는 금속의 캐스팅 중에, 리세스들 (3) 은 금속으로 충전되고 리세스 (3) 의 형상 교대부들은 언더컷들을 갖는 볼트 타입의 바인딩 요소들을 생성하는 것을 가능하게 하여 그들 금속 매트릭스 (4) 에서 인서트들 (2) 의 영구적인 고정을 허용한다. 그것들은 롤러 (1) 의 구조와 인서트들 (2) 을 고정한다.

인서트 (2) 는 일반적으로 하부 면에 작은 두께의 돌출부를 포함하고, 이로써 롤러 (1) 의 방사상 방향으로 슬라이딩될 위험을 억제한다. 작은 두께의 이러한 돌출부는 무엇보다도 도 11b 에 명백하게 예시된 바와 같이 앵커링을 보장하는 도브테일 (dovetail) 로서 보인다.

도 11 및 도 12 는 작동 중에 조우하는 스트레스들의 심각성을 고려하여 세라믹 보강부 (5) 의 의도된 두께 만큼 서로 상이한 해결책을 예시한다.

도 13a 및 도 13b 에 따른 본 발명의 실시형태는 증가된 내마모성을 얻도록 50 mm 를 넘는 인서트 (2) 에서 세라믹 보강부 (5) 의 두께를 증가시키는 것이 필수적일 때 사용되지만, 그것은 또한 상기 언급된 모든 이점들로부터 유리한 가능성을 부여한다. 그것은 큰 직경의 롤러에 특히 적합하다.

인서트들의 소정의 파형, 예를 들면 도 8a 및 도 8b 에 예시된 바와 같은 ≪ S-형상의 ≫ 형태들은 마모 중에 인서트들 사이에 동일한 형상의 그루브들을 생성하고 그라인딩될 재료의 베드와 인서트들의 점진적인 조우로써 이러한 그루브에 의해 생성된 쇼크를 완화시킬 가능성을 부여한다. 이는 진동들의 위험을 감소시킨다. 본 설명에 주어진 형상들의 예들은 비제한적이다; 다른 기하학적 형상들도 당연히 고려될 수 있고 본 발명의 일부이다.

예들

세개의 타입들의 상이한 인서트들을 포함하는 세개의 그라인딩 롤러들이 LM46/4 Loesche 크러셔에서 실험적으로 테스트되었다. 세개의 타입들의 인서트들 (2) 이 도 10, 도 11 및 도 12 에 예시된다. 인서트들은 이때 그라인딩 롤러에 통합되도록 (매립되도록) 3 중량% 의 탄소 및 16 중량% 크롬을 갖는 주철 타입 (U19) 으로 캐스팅되고, 그 금속 매트릭스는 GGG40 타입의 구상 그래파이트를 갖는 주철로 이루어진다. 그라인딩된 재료는 시멘트 원재료 (raw meal) 이다. 인서트들 (2) 은 알루미나-지르코니아 타입의 침투될 수 있는 세라믹 보강부들 (5) 을 포함한다. 롤러들의 직경은 3 경우들에서 2,000 mm 이다. 작동 시간의 수는 롤러들의 수명을 나타낸다.

테스트들의 결과들은 아래의 표 1 에 주어진다.

1. 그라인딩 롤러.
2. 그라인딩 롤러의 주변에 위치된 높은 내마모성인 복합재 또는 금속 요소로 이루어지는 인서트.
3. 캐스팅 금속으로 제조된 바인딩 요소를 생성하는 것을 가능하게 하는 인서트 사이에 남겨진 리세스들. 바인딩 요소는 언더컷들을 포함할 수 있는 일종의 ≪ 볼트 ≫ 를 포함할 것이다.
4. 롤러의 구조를 구성하고 주철 또는 스틸로 이루어지는 캐스팅 금속에 의해 형성된 금속 매트릭스.
5. 인서트, 또한 소위 ≪ 케이크 ≫, ≪ 패딩 ≫ 또는 ≪ 웨이퍼 ≫ 에 위치된 세라믹 그레인들의 응집으로 제조된 세라믹 보강부 또는 보강부.
6. 그라인딩 롤러를 포함하는 수직축 크러셔; 이는 크러셔의 테이블에서 재료를 크러시하는 휠이다.

Claims (10)

1. 파운드리 (foundary) 캐스팅에 의해 제조되는 수직축 크러셔들 (6) 을 위한 그라인딩 롤러 (1) 로서,
   상기 롤러는 연성의 주철 또는 스틸로 이루어지는 금속 매트릭스 (4) 에 매립되는 인서트들 (2) 을 포함하고,
   상기 인서트들 (2) 은 3 내지 5 cm, 바람직하게 3.2 내지 4.5 cm 인 매시브니스 모듈러스 (massiveness modulus) V/S 를 갖는, 그라인딩 롤러 (1).
2. 제 1 항에 있어서,
   3.4 내지 4 cm 인 매시브니스 모듈러스 V/S 를 갖는 인서트들 (2) 을 포함하는, 그라인딩 롤러 (1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 인서트들 (2) 은, 단지 두개의 인서트들 (2) 사이에 간헐적 리세스들 (3) 만을 남기고서, 그리고 캐스팅 중에 상기 금속 매트릭스 (4) 에서의 상기 인서트 (2) 의 고정을 개선시키는 볼트 타입의 바인딩 요소를 생성하는 것을 가능하게 하도록 서로에 대해 위치되는, 그라인딩 롤러 (1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 볼트 타입의 상기 바인딩 요소는 언더컷들을 포함하는, 그라인딩 롤러 (1).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인서트들 (2) 은 상기 그라인딩 롤러들 (1) 의 회전 축선에 평행하게 위치되지 않고, 상기 회전 축선과 45°미만의 각도를 형성하는, 그라인딩 롤러 (1).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인서트들 (2) 은 상기 인서트들의 종축을 따라 곡률을 갖는, 그라인딩 롤러 (1).
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 인서트들은 상기 인서트들의 종축을 따라 “S” 형상을 갖는, 그라인딩 롤러 (1).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   인서트 (2) 는 캐스팅 금속에 의해 침투될 수 있는 하나의 또는 몇개의 세라믹 보강부 (5) 를 포함하는, 그라인딩 롤러 (1).
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 세라믹 보강부 (5) 는 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아, 금속 질화물들, 금속 탄화물들 및 붕화물들 또는 그 혼합물들 중에서 선택되는, 그라인딩 롤러 (1).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 그라인딩 롤러 (1) 를 포함하는 수직축 크러셔 (6).
    

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