EP0916407B1 - Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze - Google Patents

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EP0916407B1
EP0916407B1 EP98120943A EP98120943A EP0916407B1 EP 0916407 B1 EP0916407 B1 EP 0916407B1 EP 98120943 A EP98120943 A EP 98120943A EP 98120943 A EP98120943 A EP 98120943A EP 0916407 B1 EP0916407 B1 EP 0916407B1
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hard
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welding
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Heinz Dipl.-Ing. Schröder
Helmut Dipl.-Ing. Lücke
Ludger Dr.-Ing. Rübbelke
Jürgen KRÜGER
Thomas Volk
Horst Herbst
Rainhard Dr. Laag
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Krupp Polysius AG
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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

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a grinding roller for the comminution of brittle regrinds in a material bed roller mill, according to the Preamble of claim 1.
  • roller surfaces are straight very much with the brittle and abrasive grinding materials mentioned high demands both with regard to abrasion (Wear) and exposed to the pressures the roller shell will be used here every Grinding roller made of accordingly resistant and especially made of wear-resistant material.
  • roller materials mainly include chilled cast iron as well Alloyed hard materials by cladding be applied to the base material. At this Crushing in a material bed roller mill causes this occurring on the roll surfaces or roll shells high pressures that after appropriate running or Operating times of the roller material, especially those of today mostly used surfaced roll shells tired especially near the surface, apart from the sometimes considerable wear. This material fatigue leads to the The service lives of these grinding rollers are limited; leave with it the roller shells also no longer regenerate sensibly.
  • EP-B-563 564 there is therefore a material bed roller mill proposed to be used in the grinding rollers which according to the preamble of claim 1 are manufactured, i.e. which in particular a roller shell from a wear-resistant chilled cast iron, at which is among others from a highly wear-resistant bainitic Cast material can act.
  • the special thing about this known grinding rollers is that on the Surface of the chill roll shell of each grinding roller Profiles in the form of welding beads made of wear-resistant Cladding material applied are. It has been shown that by this production the milling castors made of chilled cast iron with build-up welding a significantly higher compressive strength and thus longer life in terms of wear than with the above-mentioned weld-welded grinding rollers can be achieved.
  • the chilled cast iron or the chilled cast iron material is a relative has brittle behavior.
  • the latter can especially in the case of relatively intermittent or striking Shredding work or stress on the grinding rollers, as is especially the case with very brittle and large pieces Regrind is often the case, cause the hard cast material breaks spontaneously.
  • it can already undesirable during the manufacture of the grinding rollers Breaks come; this can already happen with oneshrinking the roll cover onto the roll base due to shrinkage stresses happen.
  • the invention is therefore based on the object Method of the prerequisite in the preamble of claim 1 Way to further improve in such a way that still relatively high wear and pressure resistance particularly high operational reliability of the roll shell (and thus the entire grinding roller) against breakage can be achieved.
  • the roll shell consists of a ductile bainitic nodular cast iron with an elongation at break of 0.1 to 2.5% and a compressive strength of 1,000 to 1,800 MPa is produced, with a preferred maximum value of the aforementioned elongation at break is 2.0%.
  • an elongation at break of the cast material and thus the roll shell of at least 0.5% i.e. an elongation at break from 0.5 to 2.5%, particularly preferably from 0.5 to 2.0%, and a compressive strength of 1,200 to 1,600 MPa selected.
  • roller jacket has a hardness of 42 to 55 HRc, preferably 45 to 50 HRc, i.e. Rockwell hardness.
  • a grinding roller are examples of typical below Called compositions.
  • the roll shell i.e. for the real one Sheath body
  • the hard overlay welding material is preferably one highly wear-resistant chrome-carbon alloy used, in addition to chrome carbides there are also special carbides form.
  • the hard material can also thanks to highly wear-resistant tungsten carbide surfacing be formed.
  • the roll shell can affect the material properties of ductile bainitic ductile iron by controlled cooling and / or heat treatment of the roll shell in the desired or required Way to be set.
  • the invention manufactured grinding roller in a constructive or structural In terms of general terms and shape can be carried out in the same way as it is with Gutbett roll mills well known and also essentially is described in the mentioned EP-B 563 564.
  • this grinding roller generally in two parts from the roller body (sometimes also as roller shaft referred to) and firmly attached to it Roll jacket exists.
  • the roller body can manufactured in the usual way as a forged component be on which the roller shell, for example, by a removable shrink fit firmly and reliably attached becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in einer Gutbett-Walzenmühle, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es ist bereits allgemein bekannt, daß relativ spröde Mahlgüter, wie z.B. Zementrohmaterialien, Zementklinker, Erzmaterial, Kohle u.dgl. besonders wirtschaftlich bzw. energiesparend in einer sogenannten Gutbett-Walzenmühle zerkleinert werden können, in der zwei gegenläufig rotierend antreibbare Mahlwalzen mit verhältnismäßig hohem Druck gegeneinandergedrückt werden (vgl. z.B. Walter Duda, Cement-Data-Book, Bd.1, 3.Aufl., 1985, S.255 bis 261).
Da die Walzenoberflächen (Außenumfangsflächen) gerade bei den erwähnten spröden und abrasiven Mahlgütern sehr hohen Beanspruchungen sowohl hinsichtlich des Abriebs (Verschleißes) als auch hinsichtlich der Drücke ausgesetzt sind, wird der Walzenmantel jeder hier verwendeten Mahlwalze aus entsprechend widerstandsfähigem und insbesondere verschleißfestem Werkstoff hergestellt. Zu diesen Walzenwerkstoffen zählen vor allem Hartguß sowie legierte Hartwerkstoffe, die durch Auftragsschweißungen auf das Grundmaterial aufgebracht werden. Bei dieser Zerkleinerung in einer Gutbett-Walzenmühle bewirken die an den Walzenoberflächen bzw. Walzenmänteln auftretenden hohen Drücke, daß nach entsprechenden Lauf- bzw. Betriebszeiten der Walzenwerkstoff vor allem der heutzutage meistens verwendeten auftragsgeschweißten Walzenmäntel insbesondere im oberflächennahen Bereich ermüdet, abgesehen von dem zum Teil erheblichen Verschleiß. Diese Werkstoffermüdung führt dazu, daß die Standzeiten dieser Mahlwalzen begrenzt sind; dabei lassen sich die Walzenmäntel auch nicht mehr sinnvoll regenerieren.
In der EP-B-563 564 ist daher eine Gutbett-Walzenmühle vorgeschlagen worden, in der Mahlwalzen verwendet werden, die entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 hergestellt sind, d.h. die insbesondere einen Walzenmantel aus einem verschleißfesten Hartguß besitzen, bei dem es sich u.a. aus einem hochverschleißfesten bainitischen Gußwerkstoff handeln kann. Das Besondere bei diesen bekannten Mahlwalzen besteht darin, daß auf die Oberfläche des Hartguß-Walzenmantels jeder Mahlwalze Profilierungen in Form von Schweißraupen aus verschleißfestem Auftragsschweißwerkstoff aufgebracht sind. Es hat sich zwar gezeigt, daß durch diese Herstellung der Mahlwalzen aus Hartguß mit Auftragsschweißungen eine deutlich höhere Druckfestigkeit und damit höhere Lebensdauer hinsichtlich Verschleiß als bei den weiter oben genannten auftragsgeschweißten Mahlwalzen erzielt werden kann. Bei diesen bekannten Mahlwalzen mit einem Walzenmantel aus Hartguß ist jedoch zu beachten, daß der Hartguß bzw. der Hartgußwerkstoff ein verhältnismäßig sprödes Verhalten besitzt. Letzteres kann vor allem bei verhältnismäßig stoßweiser bzw. schlagender Zerkleinerungsarbeit bzw. Beanspruchung der Mahlwalzen, wie es vor allem bei sehr spröden und grobstükkigen Mahlgütern häufig der Fall ist, dazu führen, daß der Hartgußwerkstoff spontan bricht. Außerdem kann es bereits bei der Herstellung der Mahlwalzen zu unerwünschten Brüchen kommen; dies kann bereits bei einem Aufschrumpfen des Walzenmantels auf den Walzengrundkörper durch dabei entstehende Schrumpfspannungen geschehen.
In der Fachzeitschrift "ZKG International", Nr. 7/1997, Seiten 348 bis 392, sind "Betriebserfahrungen mit dem Verschleißschutz bei Hochdruck-Rollenmühlen" (Gutbett-Walzenmühlen) beschrieben, wobei es insbesondere um die Ausbildung der dort verwendeten Walzen hinsichtlich der Verschleißfestigkeit verschiedener Werkstoffe für die zugehörigen Walzenmäntel und beim Einsatz dieser Walzenmühlen in der Zementindustrie geht. Im Hinblick auf den Verschleißschutz werden vor allem drei verschiedene Ausführungen hervorgehoben, nämlich die sogenannte Auftragsschweißung, die bandagierte oder segmentierte Gußpanzerung und die sogenannte Noppenpanzerung. Als eine besonders positive Entwicklung wird dabei der Einsatz von Bandagen aus legiertem Sphäroguß bezeichnet. Auf S.388, linke Sp., letzter Abs., ist erwähnt, daß Sphäroguß durch Zulegierung eine hohe Druckfestigkeit erreichen kann; er in bezug auf seine Härte jedoch unter dem Hartgußwerkstoff Ni-Hard 4 liegt. Seine Verschleißfestigkeit sei deshalb wesentlich geringer als bei anderen Hartgußwerkstoffen. Sphäroguß habe jedoch den Vorteil, schweißbar zu sein, so daß der Verschleißschutz über Hartlagenaufschweißung aufgebracht werden könne, wobei die Bruchdehnung beim Sphäroguß höher als bei anderen Gußwerkstoffen liege. Nähere Angaben für die Bruchdehnung, die Druckfestigkeit oder für die Legierungszusammensetzungen sind in dieser Veröffentlichung nicht enthalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art in der Weise weiter zu verbessern, daß bei weiterhin relativ hoher Verschleiß- und Druckfestigkeit eine besonders hohe Betriebssicherheit des Walzenmantels (und damit der ganzen Mahlwalze) gegenüber Brüchen erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, daß der Walzenmantel aus einem duktilen bainitischen Sphäroguß mit einer Bruchdehnung von 0,1 bis 2,5 % und einer Druckfestigkeit von 1.000 bis 1.800 MPa hergestellt wird, wobei ein bevorzugter Höchstwert der zuvor genannten Bruchdehnung bei 2,0 % liegt. Im Vergleich zu den weiter oben beschriebenen bekannten Mahlwalzen (aus EP-B-563 564), bei denen der Walzenmantel aus relativ sprödem Hartguß hergestellt ist, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Herstellung von Mahlwalzen ein Walzenmantel-Werkstoff, der sich neben seiner hohen Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit durch eine relativ große Zähigkeit auszeichnet, wodurch dieser Werkstoff und somit der daraus hergestellte Walzenmantel eine besonders hohe Sicherheit gegenüber Brüchen des Walzenmantels gewährleistet. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden umfangreichen Versuchen konnte diese hohe Sicherheit gegenüber Brüchen sowie eine relativ hohe Druckfestigkeit des Werkstoffes nachgewiesen werden, d.h. bei diesem Walzenmantelwerkstoff treten auch bei relativ großen und ungleichmäßigen Belastungen während der Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in einer Gutbettwalzenmühle keine Werkstoffermüdungen auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Bruchdehnung des Gußwerkstoffes und somit des Walzenmantels von wenigstens 0,5 %, also eine Bruchdehnung von 0,5 bis 2,5 %, besonders bevorzugt von 0,5 bis 2,0 %, und eine Druckfestigkeit von 1.200 bis 1.600 MPa gewählt.
Für besonders vorteilhaft wird es ferner angesehen, wenn hierbei der Walzenmantel mit einer Härte von 42 bis 55 HRc, bevorzugt von 45 bis 50 HRc, d.h. Härte nach Rockwell, hergestellt wird.
Um bei der Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in einer Gutbett-Walzenmühle stets ein zuverlässiges Einziehen von Mahlgut in den zwischen den beiden Mahlwalzen gebildeten Walzenspalt gewährleisten zu können, wird bei dieser erfindungsgemäßen Walzenherstellung auf der Außenumfangsfläche des Walzenmantels eine an sich bekannte Oberflächenprofilierung angebracht. Obwohl diese Oberflächenprofilierung generell bereits beim Gießen der Walzenmantels hergestellt bzw. ausgebildet werden kann, wird es im allgemeinen vorgezogen, diese Oberflächenprofilierung durch eine Auftragsschweißung von Hartwerkstoff auf die Außenumfangsfläche des Walzenmantels auszubilden.
Gemäß einer vielfach zweckmäßigen Ausführungsvariante besteht ferner die Möglichkeit, auf die Außenumfangsfläche des Walzenmantels zunächst mehrere komplette Zusatzschichten aus Hartwerkstoff durch Aufschweißung aufzubringen und auf die äußerste Zusatzschicht die Oberflächenprofilierungen aus Hartwerkstoff ebenfalls durch Hartauftragsschweißung zu bilden.
Bei den genannten Versuchen konnte festgestellt und bestätigt werden, daß der erfindungsgemäß für den Walzenmantel verwendete Gußwerkstoff die zuvor erwähnten Auftragsschweißungen ausgezeichnet verträgt. Da bei diesem Gußwerkstoff - wie oben erwähnt - keine Werkstoffermüdung auftritt, ergibt sich der weitere Vorteil, daß verschlissene Auftragsschweißungen beliebig wiederholt und somit die Verschleißoberfläche des Walzenmantels entsprechend leicht und oft regeneriert werden kann. Aufgrund dieser Auftragsschweißungen auf den erfindungsgemäß verwendeten Gußwerkstoff ergibt sich ein äuβerst verschleißfester Walzenmantel, der somit eine im Vergleich zu den bekannten Ausführungen besonders lange Lebensdauer besitzt. Letzteres wird noch dadurch unterstützt, daß - wie die Versuche ebenfalls gezeigt haben - der durch Auftragsschweißung aufgebrachte Hartwerkstoff noch härter ist als bei den oben erwähnten bekannten Ausführungen. Selbst wenn sich beim Erkalten des Hartauftragsschweißwerkstoffes Risse bilden sollten, dann handelt es sich doch nur um verhältnismäßig kurze Risse, die für die Verschleißfestigkeit und Druckfestigkeit und somit für die Lebensdauer des so hergestellten Walzenmantels unschädlich sind.
Für die erfindungsgemäße Herstellung des Walzenmantels einer Mahlwalze seien nachfolgend Beispiele für typische Zusammensetzungen genannt.
Für die Herstellung des Walzenmantels, d.h. für den eigentlichen Mantelkörper, kann ein duktiler bainitischer Sphäroguß aus einer Gußlegierung mit - in Gew-% - 3,0 - 3,5 % Kohlenstoff, 1,5 - 2,0 % Silizium, 0,3 - 0,4 % Mangan, 0,05 % Phosphor, 1,5 - 4,0 % Nickel, 0,7 - 1,0 % Molybdän und 0,04 - 0,07 % Magnesium ausgewählt werden, wobei bei einer bevorzugten Ausführung der Anteil an Silizium auch 1,8 bis 2,0 Gew.-% betragen kann.
Als Hartauftragsschweißwerkstoff wird vorzugsweise eine hochverschleißfeste Chrom-Kohlenstoff-Legierung verwendet, in der sich neben Chromkarbiden noch Sonderkarbide ausbilden. Alternativ dazu kann der Hartwerkstoff auch durch hochverschleißfeste Wolframkarbid-Auftragsschweißungen gebildet werden.
Nach einem typischen Beispiel wird der Hartauftragsschweißwerkstoff durch eine Hartlegierung mit - in Gew-% - 5,0 % Kohlenstoff, 2,0 % Mangan, 1,5 % Silizium, 22,0 % Chrom, 7,2 % Niobium und 0,5 % Vanadium gebildet.
Bei dieser erfindungsgemäßen Herstellung der Mahlwalze und insbesondere des Walzenmantels können die Werkstoffeigenschaften des duktilen bainitischen Sphärogusses durch gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels in der gewünschten bzw. erforderlichen Weise eingestellt werden.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß hergestellte Mahlwalze in konstruktiver bzw. baulicher Hinsicht sowie in ihrer Formgebung ansonsten generell gleichartig ausgeführt sein kann, wie es bei Gutbett-Walzenmühlen allgemein bekannt und auch im wesentlichen in der erwähnten EP-B 563 564 beschrieben ist. Dies bedeutet somit, daß diese Mahlwalze generell zweiteilig aus dem Walzengrundkörper (teilweise auch als Walzenwelle bezeichnet) und dem darauf fest aufgebrachten Walzenmantel besteht. Der Walzengrundkörper kann dabei in üblicher Weise als geschmiedeter Bauteil hergestellt sein, auf den der Walzenmantel beispielsweise durch einen lösbaren Schrumpfsitz fest und zuverlässig befestigt wird.
Schließlich seien nochmals einige wesentliche Vorteile des aus duktilem, bainitischem Sphäroguß hergestellten Walzenmantels angeführt:
  • der erfindungsgemäße Walzenmantel besitzt eine ähnlich hohe Druckfestigkeit wie bekannte Walzen aus Hartgußwerkstoffen, ohne daß bei ihm jedoch Werkstoffermüdungen auftreten, mit der Folge einer besonders hohen Standzeit;
  • die hohe Druckfestigkeit des duktilen bainitischen Sphärogusses erlaubt höhere Mahldrücke als bei auftragsgeschweißten Mahlwalzen;
  • neben der ausgezeichneten Druckfestigkeit besitzt der aus dem duktilen bainitischen Sphäroguß hergestellte Walzenmantel besonders gute Zähigkeitseigenschaften, wodurch er besonders hohe Sicherheiten gegenüber einem spröden Versagen bzw. Sprödbrüchen aufweist;
  • durch sinnvolle Variationen in der chemischen Analyse des Gußwerkstoffes sowie durch eine gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels nach dem Guß können die Werkstoffeigenschaften optimal den Beanspruchungen bei der Zerkleinerung in einer Gutbett-Walzenmühle angepaßt werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in einer Gutbett-Walzenmühle, in der zwei gegenläufig rotierende Mahlwalzen mit hohem Druck gegeneinandergedrückt werden, wobei auf einem Walzengrundkörper ein Walzenmantel fest aufgebracht und dieser Walzenmantel aus einem hochverschleißfesten bainitischen Gußwerkstoff hergestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel aus einem duktilen bainitischen Sphäroguß mit einer Bruchdehnung von 0,1 bis 2,5 % und einer Druckfestigkeit von 1.000 bis 1.800 MPa hergestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bruchdehnung des Walzenmantels von wenigstens 0,5 % und eine Druckfestigkeit von 1.200 bis 1.600 MPa gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel mit einer Härte von 42 bis 55 HRc (Härte nach Rockwell) hergestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenumfangsfläche des Walzenmantels eine Oberflächenprofilierung aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenprofilierung durch eine Auftragsschweißung von Hartwerkstoff auf die Außenumfangsfläche des Walzenmantels gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenumfangsfläche des Walzenmantels zunächst mehrere komplette Zusatzschichten aus Hartwerkstoff durch Auftragsschweißung aufgebracht und auf die äußerste Zusatzschicht die Oberflächenprofilierungen aus Hartwerkstoff ebenfalls durch Hartauftragsschweißung gebildet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartauftragsschweißwerkstoff eine hochverschleißfeste Chrom-Kohlenstoff-Legierung verwendet wird, in der sich neben Chromkarbiden noch Sonderkarbide ausbilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartauftragswerkstoff durch eine Hartlegierung mit - in Gew-% - 5,0 % Kohlenstoff, 3,0 % Mangan, 1,5 % Silizium, 22,0 % Chrom, 7,2 % Niobium und 0,5 % Vanadium gebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartwerkstoff durch hochverschleißfeste Wolframkarbid-Auftragsschweißungen gebildet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung des Walzenmantels ein bainitischer Sphäroguß aus einer Gußlegierung mit - in Gew-% - 3,0 - 3,5 % Kohlenstoff, 1,5 - 2,0 % Silizium, 0,3 - 0,4 % Mangan, 0,05 % Phosphor, 1,5 - 4,0 % Nickel, 0,7 - 1,0 % Molybdän und 0,04 - 0,07 % Magnesium ausgewählt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffeigenschaften des bainitischen Sphärogusses durch gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels eingestellt werden.
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