ИЗМЕЛЬЧАЮЩИЕ ВАЛКИ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ДРОБИЛКИ Российский патент 2009 года по МПК B02C4/30 

Предмет изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к усовершенствованию измельчающих валков как для дробилок в общем случае, так и для дробилок с вертикальной осью в частности.

Уровень техники

[0002] Так называемые вертикальные дробилки используют, например, для измельчения угля или клинкера. По существу они состоят из вращающейся дорожки, поддерживающей валки, приводимые в движение в результате вращения дорожки вдоль вертикальной оси. Подлежащий измельчению материал поступает в центральный подводящий канал и попадает на дорожку, где он перемалывается и измельчается между этой дорожкой и валком. Затем измельченный материал отбирают с внешнего края дорожки.

[0003] Существуют самые разнообразные формы валков, например, в виде усеченного конуса или тора. В документе DE 4400797 А1 описаны валки подобной формы, причем их изнашиваемые части механически закреплены с помощью механических средств крепления.

[0004] В документе JP 2001129418 описана механическая дробилка, имеющая изнашиваемые детали, находящиеся на внешней поверхности валков, что обеспечивает возможность их легкой замены при обнаружении износа их шлицев. Эти изнашиваемые детали вставлены в сердечник, имеющий форму перевернутой буквы Т, таким образом, чтобы они полностью облегали всю поверхность выступов.

[0005] В технологиях, описанных в указанных немецком и японском документах, не используют технологию литья выступов валков и технологию литья с заливкой более мягкого материала вокруг вставок, позволяющую закреплять их в теле валка.

[0006] Конкретные виды дробилок с вертикальной осью показаны на фиг.1 и 2. Более детально эта тема раскрыта в патенте ЕР 0476496 В1.

[0007] В этом патенте, среди прочего, раскрыта особая форма измельчающих валков, отличительным признаком которых является то, что изнашиваемая поверхность, по существу, изготовлена из периферийных вставок из очень прочного материала с высокой износостойкостью (такого как чугун с высоким содержанием хрома), которые механически закреплены в матрице из более мягкого материала.

[0008] В соответствии с рассмотренным вариантом, изначально вставки изготовлены с выступающим ребром, находящимся по меньшей мере на одной продольной стороне, и затем помещены последовательно в форму, таким образом, чтобы между ними сохранялось расстояние, определяемое толщиной их ребер. Валок изготовлен в виде биметаллической детали путем заливки более мягкого материала, который обеспечивает механическое соединение вставок в теле валка, образованном из более мягкого материала.

[0009] Таким образом, благодаря тому, что периферийные вставки разделены ребрами относительно друг друга, при изготовлении валка методом литья, более мягкий материал имеет возможность растекаться между вставками вплоть до самой периферийной изнашиваемой поверхности, что гарантирует надежное закрепление вставок в валках. Таким образом, конструкция представляет собой ряд прочных вставок, разделенных, по существу, прослойкой из более мягкого материала (за исключением разделяющих ребер).

[0010] Для обеспечения непрерывного растекания более мягкого материала между вставками необходимо, чтобы паз, образующийся между вставками, когда они установлены в форме, постепенно увеличивался в направлении от периферии к центру, так чтобы расплавленный металл не застывал при соприкосновении с холодными вставками, что могло бы помешать полному заполнению этого паза более мягким материалом. Однако вследствие износа детали в процессе эксплуатации эта конструкция изменяется, что приводит к образованию на периферии все большей поверхности из более мягкого материала по причине скоса боковых сторон этого паза. Это вызывает негативное явление, заключающееся в уменьшении площади прочной периферийной поверхности вставок и, следовательно, в увеличении темпов износа детали.

[0011] Кроме того, в случае использования измельчающих валков наблюдается преимущественно локальный износ, как правило, на внешних краях валка. Этот износ влияет на срок службы валков, а также на качество измельчаемой продукции, в той же мере, как и на скорость измельчения, поскольку происходит уменьшение поверхности, которой валок опирается на дорожку, причем тем интенсивнее, чем больше изнашивается сама эта дорожка во время работы.

[0012] В случае, когда, в соответствии с последними техническими разработками, вставки имеют внутреннее армирование из керамического материала, в целях уменьшения износа, наличие между вставками незащищенного зазора, в процессе эксплуатации ведет к образованию между ними канавки, таким образом, приводящему к разлому керамического армирования и выкрашиванию его краев. Это явление в значительной степени снижает эффективность применения керамического армирования, так как в дальнейшем оно создает чрезвычайно абразивные материалы в дополнение к тому, что его потенциальная износостойкость уменьшается с соответствующим уменьшением площади.

[0013] В вышеуказанном патенте также находится описание (в отношении фиг.5-9) осуществления обода, который компенсирует профиль износа в соответствии с образующей поверхности.

[0014] Для этого вставки располагаются в продольном направлении не по всей длине образующей поверхности, а таким образом, чтобы на внешнем краю валков оставался периферийный зазор, принадлежащий опоре из более мягкого чугуна, составляющей оставшуюся часть валка.

[0015] Таким образом, в этой зоне валка специально создают ускоренный износ с целью компенсации того, что обычно эта зона изнашивается медленнее. Однако этот метод имеет недостаток, заключающийся в том, что износ зазора из более мягкого чугуна подвергает торец вставки выкрашиванию, также как и в вышеописанном методе, применительно к продольным краям вставки, с такими же негативными последствиями.

Цель изобретения

[0016] Целью изобретения является получение вставок новой формы для устранения недостатков уровня техники.

Сущность изобретения

[0017] В соответствии с изобретением, предложен составной измельчающий валок, изготовленный литьем и имеющий периферийные вставки из материала с высокой износостойкостью и прочностью, закрепленные в процессе указанного литья в более мягкую матрицу, причем указанная более мягкая матрица растекается вокруг или внутри периферийной вставки в процессе литья таким образом, чтобы образовывать плотный контакт на границе раздела между указанными периферийными вставками и указанной более мягкой матрицей, а указанный валок имеет первые зоны, подверженные сильному износу, и вторые зоны, подверженные слабому износу, где указанная первая зона имеет на своей периферийной поверхности вставки, имеющие прилегающий участок, а указанная вторая зона имеет неприлегающий участок, причем зазор во втором указанном неприлегающем участке заполнен указанным более мягким материалом в процессе литья, обеспечивая надежное механическое крепление вставок.

[0018] В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, прилегающие поверхности, соприкасающиеся с соседними поверхностями в последовательных вставках, имеют линию прилегания, соответствующую радиусам круга, образованного валком.

[0019] В соответствии с изобретением, отношение длин прилегающих поверхностей к длинам зон, в которых поверхности не прилегают, больше или равно 0,2.

[0020] В общем случае, в соответствии с изобретением, отношение длин зон, в которых поверхности прилегают, к длинам зон, в которых поверхности не прилегают, находится в пределах от 0,2 до 20.

[0021] В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления, износостойкость вставок, в особенности на прилегающих участках, повышена благодаря керамическому армированию, выбранному из группы оксидов, карбидов, нитридов или боридов.

[0022] Согласно изобретению, указанная вставка снабжена по меньшей мере одним вспомогательным вырезом, обеспечивающим ее закрепление в указанной матрице, отлитой из более мягкого материала.

Краткое описание чертежей

[0023] На фиг.1 приведено схематическое изображение дробилки с вертикальной осью.

[0024] На фиг.2 показан процесс измельчения, происходящий между дорожкой и валком 1, с зонами 2 и 4 большего износа и зонами 3 меньшего износа. Также здесь показан износ, который может возникать на самой дорожке.

[0025] На фиг.3 приведено схематическое изображение в аксонометрии валка, согласно уровню техники, для которого показано некоторое количество вставок, отделенных друг от друга в продольном направлении по всей длине образующей плоскости валка.

[0026] На фиг.4 показана вставка согласно уровню техники, демонстрирующая разделяющие ребра 20, которые на фиг.3 не показаны.

[0027] На фиг.5 приведен пример профилей износа, наблюдаемых в валках двух типов а и b, согласно уровню техники.

[0028] На фиг.6 иллюстрируется образование канавок 16, обусловленное износом, во вставках согласно уровню техники.

[0029] На фиг.7 иллюстрируется крошение краев керамического армирования 17 и 18 вставок вследствие образования канавок, показанных на фиг.6.

[0030] На фиг.8 приведен общий вид ряда вставок, расположенных согласно изобретению.

[0031] На фиг.9 приведен вид вставки в разрезе в зоне 14, показанной на фиг.8.

[0032] На фиг.10 приведен вид сбоку расположения трех частично прилегающих вставок, согласно изобретению.

[0033] На фиг.11 приведен вид в разрезе вставки, как на фиг.10.

[0034] Фиг.10 и 11 совпадают, соответственно, с фиг.8 и 9 в том случае, когда вставки имеют керамическое армирование (показано точками).

[0035] Одинаковые номера позиций используются на разных чертежах, для одинаковых или практически сходных составляющих элементов как для раскрытия уровня техники, так и для вариантов осуществления данного изобретения,

[0036] На фиг.3 и 4, где иллюстрируются варианты осуществления согласно уровню техники, общей позицией 1 показан валок, имеющий вставки 5, которые благодаря наличию ребер 20 в процессе изготовления валка методом литья разделены в продольном направлении, причем указанные ребра 20 выполняют функцию разделительных элементов.

[0037] Как показано выше, для того чтобы обеспечить прохождение более мягкого металла 19, предназначенного для полного формирования оставшейся части валка 1 между вставками вплоть до собственно изнашиваемых поверхностей в процессе литья валка, между этими вставками предусмотрено расширяющееся пространство, расходящееся под углом α от периферии к оси валка (см. фиг.3).

[0038] В процессе эксплуатации можно заметить, что по причине неравномерного износа, зазор между валком и столом в продольном направлении уже не остается постоянным, вследствие чего резко снижается эффективность измельчения, тем более что сам стол также может подвергаться износу. Это проиллюстрировано на фиг.2. Кроме того, износ валков оказывается тем большим, чем больше уменьшается периферийная поверхность вставки из-за наличия канавок с увеличивающейся шириной, которые образуются в процессе эксплуатации между прочными вставками.

[0039] В зависимости от формы вставки, а именно от того, имеет ли она форму усеченного конуса или тора, а также от типа дробилки, может наблюдаться профиль износа 4, как показано на фиг.5, изменяющийся, например, между одной или двумя зонами 2, 4 сильного износа и зоной 3 меньшего износа.

[0040] Для повышения износостойкости вставок 5, в частности на их внешних участках 14, может быть предусмотрено армирование, посредством пропитки пористого керамического сердечника из оксидов, карбидов, нитридов, боридов или других веществ, как описано, например, в патенте ЕР 0930948 В1, или же путем создания керамической структуры непосредственно на месте.

[0041] В случае использования композита с керамическим армированием, образование канавок 16, с растущей, вследствие износа в процессе эксплуатации, глубиной, будет являться очень большим недостатком, поскольку эти канавки оголяют керамику, находящуюся во вставке (фиг.6), которая под действием ударов и давления выкрашивается по краям (фиг.7). Это значительно увеличивает износ и, в значительной степени, сводит к нулю смысл применения керамического армирования.

[0042] На фиг.6 продемонстрировано образование канавок 16 в соответствии со стандартным техническим решением, в котором используются вставки 5 без керамического армирования.

[0043] На фиг.7 можно видеть, что происходит в процессе эксплуатации в случае включения во вставки 5 керамического армирования 18. Обнаружено, что после образования канавок 16 в более мягком металле кромки 17 пропитанной керамической массы 18 крошатся, создавая чрезвычайно абразивный материал и способствуя ускоренному формированию неравномерного профиля износа.

[0044] С учетом экспериментальных данных, вставки сконструированы, согласно изобретению, таким образом, чтобы создать неравномерную износостойкость между участками 2 и 4 с сильным износом и участками 3 с меньшим износом.

[0045] В соответствии с изобретением, эта цель достигается благодаря использованию вставок 5 (см. фиг.8 и далее), которые прилегают на упомянутом выше участке 2, подверженном сильному износу, но имеют зазоры 12 на участке 3, подверженном меньшему износу, которые заполнены залитым более мягким металлом 19. В результате получают зону 14 с высокой износостойкостью и зону 13 с меньшей износостойкостью. Поверхности 6 и 7 соприкасаются с соседними поверхностями в последовательных вставках (см. фиг.8 и 10) и обращены к центру валка, то есть в разрезе линия их соприкосновения соответствует радиусам круга, образованного валком. Это обеспечивает отличный контакт между вставками 5 в процессе их последовательной укладки, в то время как утопленные поверхности 10 и 11 задают зазор между вставками, таким образом, создавая зону 13 с меньшей износостойкостью на внутреннем участке валка, в то время как наиболее нагруженная поверхность 14 оказывается монолитной, что исключает риск возникновения канавок и, следовательно, риск снижения износостойкости.

[0046] Положение зоны (зон), подверженной сильному износу относительно положения одной из зон, подверженной слабому износу, будет зависеть от типа дробилки и типа валка, а конкретнее - от его геометрической формы.

[0047] Отношение ширины зоны (зон), более подверженной износу к ширине зоны (зон), менее подверженной износу, как правило, равно или превышает 1. Отношение соответствующих значений ширины этих зон от 1 до 1,5 позволяет обеспечить одновременно достаточную площадь поверхности измельчения и соответствующее закрепление вставок в матрице.

[0048] То обстоятельство, что на внутреннем участке 3 вставки сохраняется возможность образования канавок, является само по себе положительным в том смысле, что благодаря этому удается обеспечить лучшее движение валка путем снижения эффектов смещения или скольжения по измельчаемому материалу.

[0049] Крепление вставок в матрице обеспечивается механически, по существу, за счет формы нижней части 15 вставки, как показано на фиг.9.

[0050] Эту форму выбирают такой, чтобы получить надежный вырез типа ласточкиного хвоста, паза или другого средства крепления.

[0051] На фиг.10 и 11 иллюстрируется достигаемая в соответствии с изобретением непрерывность керамического армирования 18 по внешнему участку 14 поверхности износа вставок, образованных двумя участками 13 и 14, благодаря чему устраняются хрупкие кромки и, следовательно, потери материала, используемого для повышения износостойкости.

Позиции на чертежах

1 - Измельчающий валок со вставками

2 и 4 - Зона, подверженная сильному износу

3 - Зона, подверженная слабому износу

5 - Периферийные вставки

6 и 7 - Прилегающие поверхности в зоне с высокой износостойкостью

10 и 11 - Утопленные или неприлегающие поверхности в зоне с меньшей износостойкостью

12 - Зазоры на участке с меньшей износостойкостью

13 - Зона, подверженная наименьшему износу

14 - Внешний участок вставок, подверженный наибольшему износу

15 - Вырез в нижней части вставки

16 - Канавка, обусловленная износом в процессе эксплуатации

17 - Острые кромки керамического армирования

18 - Керамическое армирование вставки

19 - Более мягкий материал

20 - Разделительные ребра

Изобретение относится к усовершенствованию измельчающих валков как для дробилок в общем случае, так и для дробилок с вертикальной осью в частности. Составной измельчающий валок изготовлен литьем и имеет периферийные вставки из материала с высокой износостойкостью и прочностью, закрепленные в процессе указанного литья в более мягкую матрицу, причем указанная более мягкая матрица растекается вокруг или внутри периферийной вставки в процессе литья таким образом, что образует плотный контакт на границе раздела между указанными периферийными вставками и указанной более мягкой матрицей. Валок имеет первые зоны, подверженные сильному износу, и вторые зоны, подверженные слабому износу, где указанная первая зона имеет на своей периферийной поверхности вставки, имеющие прилегающий участок, а указанная вторая зона имеет неприлегающий участок. Зазор во втором указанном неприлегающем участке заполнен более мягким материалом в процессе литья. Изобретение позволяет повысить надежность крепления вставок. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Составной измельчающий валок (1), изготовленный литьем и имеющий периферийные вставки (5) из материала с высокой износостойкостью и прочностью, закрепленные в процессе указанного литья в более мягкую матрицу (19), причем указанная более мягкая матрица (19) растекается вокруг или внутри периферийной вставки (5) в процессе литья таким образом, что образует плотный контакт на границе раздела между указанными периферийными вставками (5) и указанной более мягкой матрицей (19), валок (1) имеет первые зоны (14), подверженные сильному износу, и вторые зоны (13), подверженные слабому износу, где указанная первая зона (14) имеет на своей периферийной поверхности вставки (5), имеющие прилегающий участок (6, 7), а указанная вторая зона (13) имеет неприлегающий участок, причем зазор (12) во втором указанном неприлегающем участке заполнен более мягким материалом (19) в процессе литья, что обеспечивает надежное механическое крепление вставок.

2. Валок по п.1, отличающийся тем, что поверхности прилегающих участков (6) и (7), соприкасающиеся с соседними поверхностями в последовательных вставках, имеют линию прилегания, соответствующую радиусам круга, образованного валком (1).

3. Валок по п.1, отличающийся тем, что отношение длин поверхностей прилегающих участков к длинам зон, в которых поверхности не прилегают, больше или равно 0,2.

4. Валок по п.3, отличающийся тем, что отношение длины зон, в которых поверхности прилегают, к длине зон, в которых поверхности не прилегают, находится в пределах от 0,2 до 20.

5. Валок по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что износостойкость вставок (5), в особенности на прилегающих участках, повышена, благодаря керамическому армированию, выбранному из группы оксидов, карбидов, нитридов или боридов.

6. Валок по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что вставка (5) снабжена, по меньшей мере, одним вырезом (15), обеспечивающим ее закрепление в указанной матрице, отлитой из более мягкого материала (19).