DE19750144A1 - Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Zerkleinerung von spröden Mahl­ gütern in einer Gutbett-Walzenmühle, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist bereits allgemein bekannt, daß relativ spröde Mahlgüter, wie z. B. Zementrohmaterialien, Zementklin­ ker, Erzmaterial, Kohle u. dgl. besonders wirtschaftlich bzw. energiesparend in einer sogenannten Gutbett-Wal­ zenmühle zerkleinert werden können, in der zwei gegen­ laufig rotierend antreibbare Mahlwalzen mit verhältnis­ mäßig 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 ausge­ setzt sind, wird der Walzenmantel jeder hier verwende­ ten 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 auftreten­ den hohen Drücke, daß nach entsprechenden Lauf- bzw. Betriebszeiten der Walzenwerkstoff vor allem der heut­ zutage meistens verwendeten auftragsgeschweißten Wal­ zenmäntel insbesondere im oberflächennahen Bereich er­ müdet, abgesehen von dem zum Teil erheblichen Ver­ schleiß. Diese Werkstoffermüdung führt dazu, daß die Standzeiten dieser Mahlwalzen begrenzt sind; dabei las­ sen sich die Walzenmäntel auch nicht mehr sinnvoll re­ generieren.

In der EP-B-563 564 ist daher eine Gutbett-Walzenmühle vorgeschlagen worden, in der Mahlwalzen verwendet wer­ den, die entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 hergestellt sind, d. h. die insbesondere einen Walzen­ mantel aus einem verschleißfesten Hartguß besitzen, bei dem es sich u. a. aus einem hochverschleißfesten baini­ tischen 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 ver­ schleißfestem Auftragsschweißwerkstoff aufgebracht sind. Es hat sich zwar gezeigt, daß durch diese Her­ stellung der Mahlwalzen aus Hartguß mit Auftragsschwei­ ßungen 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 beach­ ten, daß der Hartguß bzw. der Hartgußwerkstoff ein ver­ hältnismäßig sprödes Verhalten besitzt. Letzteres kann vor allem bei verhältnismäßig stoßweiser bzw. schlagen­ der Zerkleinerungsarbeit bzw. Beanspruchung der Mahl­ walzen, wie es vor allem bei sehr spröden und grobstüc­ kigen Mahlgütern häufig der Fall ist, dazu führen, daß der Hartgußwerkstoff spontan bricht. Außerdem kann es bereits bei der Herstellung der Mahlwalzen zu uner­ wünschten Brüchen kommen; dies kann bereits bei einem Aufschrumpfen des Walzenmantels auf den Walzen­ grundkörper durch dabei entstehende Schrumpfspannungen geschehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausge­ setzten Art in der Weise weiter zu verbessern, daß bei weiterhin relativ hoher Verschleiß- und Druckfestigkeit eine besonders hohe Betriebssicherheit des Walzenman­ tels (und damit der ganzen Mahlwalze) gegenüber Brüchen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzei­ chen 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 duk­ tilen bainitischen Sphäroguß mit einer Bruchdehnung von etwa 0,1 bis etwa 2,0% und einer Druckfestigkeit von etwa 1.000 bis 1.800 MPa hergestellt wird. Im Vergleich zu den weiter oben beschriebenen bekannten Mahlwalzen (aus EP-B-563 564), bei denen der Walzenmantel aus re­ lativ 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 re­ lativ große Zähigkeit auszeichnet, wodurch dieser Werk­ stoff und somit der daraus hergestellte Walzenmantel eine besonders hohe Sicherheit gegenüber Brüchen des Walzenmantels gewährleistet. Bei den der Erfindung zu­ grundeliegenden umfangreichen Versuchen konnte diese hohe Sicherheit gegenüber Brüchen sowie eine relativ hohe Druckfestigkeit des Werkstoffes nachgewiesen wer­ den, d. h. bei diesem Walzenmantelwerkstoff treten auch bei relativ großen und ungleichmäßigen Belastungen wäh­ rend 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 Wal­ zenmantels von wenigstens etwa 0,5%, also eine Bruch­ dehnung von etwa 0,5 bis 2%, und eine Druckfestigkeit von etwa 1.200 bis 1.600 MPa gewählt.

Für besonders vorteilhaft wird es ferner angesehen, wenn hierbei der Walzenmantel mit einer Härte von etwa 45 bis 50 HRc, d. h. Härte nach Rockwell, hergestellt wird.

Um bei der Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in ei­ ner Gutbett-Walzenmühle stets ein zuverlässiges Einzie­ hen 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 be­ kannte Oberflächenprofilierung angebracht. Obwohl diese Oberflächenprofilierung generell bereits beim Gießen der Walzenmantels hergestellt bzw. ausgebildet werden kann, wird es im allgemeinen vorgezogen, diese Oberflä­ chenprofilierung durch eine Auftragsschweißung von Hartwerkstoff auf die Außenumfangsfläche des Walzenman­ tels auszubilden.

Gemäß einer vielfach zweckmäßigen Ausführungsvariante besteht ferner die Möglichkeit, auf die Außenumfangs­ fläche des Walzenmantels zunächst mehrere komplette Zu­ satzschichten 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 be­ stätigt werden, daß der erfindungsgemäß für den Walzen­ mantel verwendete Gußwerkstoff die zuvor erwähnten Auf­ tragsschweißungen ausgezeichnet verträgt. Da bei diesem Gußwerkstoff - wie oben erwähnt - keine Werkstoffermü­ dung 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 erfin­ dungsgemäß verwendeten Gußwerkstoff ergibt sich ein äu­ ßerst verschleißfester Walzenmantel, der somit eine im Vergleich zu den bekannten Ausführungen besonders lange Lebensdauer besitzt. Letzteres wird noch dadurch unter­ stützt, daß - wie die Versuche ebenfalls gezeigt haben- der durch Auftragsschweißung aufgebrachte Hartwerk­ stoff noch härter ist als bei den oben erwähnten be­ kannten Ausführungen. Selbst wenn sich beim Erkalten des Hartauftragsschweißwerkstoffes Risse bilden soll­ ten, 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 typi­ sche Zusammensetzungen genannt.

Für die Herstellung des Walzenmantels, d. h. für den ei­ gentlichen Mantelkörper, kann ein duktiler bainitischer Sphäroguß aus einer Gußlegierung mit - in Gew.-% - 3,0-3,5% Kohlenstoff, 1,8-2,0% 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 wer­ den.

Als Hartauftragsschweißwerkstoff wird vorzugsweise eine hochverschleißfeste Chrom-Kohlenstoff-Legierung verwen­ det, in der sich neben Chromkarbiden noch Sonderkarbide ausbilden. Alternativ dazu kann der Hartwerkstoff auch durch hochverschleißfeste Wolframkarbid-Auftragsschwei­ ßungen gebildet werden.

Nach einem typischen Beispiel wird der Hartauftrags­ schweißwerkstoff durch eine Hartlegierung mit - in Gew.-% - etwa 5,0% Kohlenstoff, etwa 2,0% Mangan, etwa 1,5% Silizium, etwa 22,0% Chrom, etwa 7,2% Nio­ bium und etwa 0,5% Vanadium gebildet.

Bei dieser erfindungsgemäßen Herstellung der Mahlwalze und insbesondere des Walzenmantels können die Werk­ stoffeigenschaften des duktilen bainitischen Sphärogus­ ses durch gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels in der gewünschten bzw. erforderli­ chen 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 be­ deutet somit, daß diese Mahlwalze generell zweiteilig aus dem Walzengrundkörper (teilweise auch als Walzen­ welle 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 befe­ stigt wird.

Schließlich seien nochmals einige wesentliche Vorteile des aus duktilem, bainitischem Sphäroguß hergestellten Walzenmantels angeführt:

• - der erfindungsgemäße Walzenmantel besitzt eine ähn­ lich hohe Druckfestigkeit wie bekannte Walzen aus Hartgußwerkstoffen, ohne daß bei ihm jedoch Werk­ stoffermüdungen auftreten, mit der Folge einer be­ sonders hohen Standzeit;
• - die hohe Druckfestigkeit des duktilen bainitischen Sphärogusses erlaubt höhere Mahldrücke als bei auf­ tragsgeschweißten Mahlwalzen;
• - neben der ausgezeichneten Druckfestigkeit besitzt der aus dem duktilen bainitischen Sphäroguß herge­ stellte Walzenmantel besonders gute Zähigkeitseigen­ schaften, wodurch er besonders hohe Sicherheiten ge­ genüber einem spröden Versagen bzw. Sprödbrüchen aufweist;
• - durch sinnvolle Variationen in der chemischen Ana­ lyse des Gußwerkstoffes sowie durch eine gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels nach dem Guß können die Werkstoffeigenschaften opti­ mal den Beanspruchungen bei der Zerkleinerung in ei­ ner Gutbett-Walzenmühle angepaßt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung einer Mahlwalze für die Zerkleinerung von spröden Mahlgütern in einer Gut­ bett-Walzenmühle, in der zwei gegenläufig rotierende Mahlwalzen mit hohem Druck gegeneinandergedrückt werden, wobei auf einem Walzengrundkörper ein Wal­ zenmantel fest aufgebracht und dieser Walzenmantel aus einem hochverschleißfesten bainitischen Gußwerk­ stoff hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel aus einem duktilen bainitischen Sphäroguß mit einer Bruchdehnung von etwa 0,1 bis etwa 2,0% und einer Druckfestigkeit von etwa 1.000 bis etwa 1.800 MPa hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bruchdehnung des Walzenmantels von wenig­ stens etwa 0,5% und eine Druckfestigkeit von etwa 1.200 bis 1.600 MPa gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel mit einer Härte von etwa 45 bis 50 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 Auftrags­ schweißung von Hartwerkstoff auf die Außenumfangs­ fläche des Walzenmantels gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Außenumfangsfläche des Walzenmantels zunächst mehrere komplette Zusatzschichten aus Hart­ werkstoff durch Auftragsschweißung aufgebracht und auf die äußerste Zusatzschicht die Oberflächenprofi­ lierungen aus Hartwerkstoff ebenfalls durch Hartauf­ tragsschweißung gebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Hartauftragsschweißwerkstoff eine hochverschleißfeste Chrom-Kohlenstoff-Legierung ver­ wendet wird, in der sich neben Chromkarbiden noch Sonderkarbide ausbilden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartauftragswerkstoff durch eine Hartlegie­ rung mit - in Gew.-% - etwa 5,0% Kohlenstoff, etwa 3,0% Mangan, etwa 1,5% Silizium, etwa 22,0% Chrom, etwa 7,2% Niobium und etwa 0,5% Vanadium gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hartwerkstoff durch hochver­ schleißfeste Wolframkarbid-Auftragsschweißungen ge­ bildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung des Walzenmantels ein baini­ tischer Sphäroguß aus einer Gußlegierung mit - in Gew.-% - 3,0-3,5% Kohlenstoff, 1,8-2,0% Sili­ zium, 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 gekenn­ zeichnet, daß die Werkstoffeigenschaften des baini­ tischen Sphärogusses durch gesteuerte Abkühlung und/oder Wärmebehandlung des Walzenmantels einge­ stellt werden.