JP3707070B2

JP3707070B2 - 複合耐磨耗部材の充填率の設定方法及び複合耐磨耗部材

Info

Publication number: JP3707070B2
Application number: JP34637099A
Authority: JP
Inventors: 真司寺岡
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001165146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐摩耗部材を組み込んだ粉砕、破砕装置の機能向上に係る。
【０００２】
【従来の技術】
耐摩耗部材は広範囲の産業分野の機器、装置に使用されるが、破砕機、粉砕機などの分野を主体に、摩耗作用の直撃を受けた部材だけを取り替え、装置としての機能、主に破砕効率を一定レベル以上に維持する作業体制が慣用化している。言うまでもなく、この取り替え作業中は装置全体を休止せざるを得ないから、取り替えピッチの少ないほど装置としての稼働率は高く、生産コストに有利な要因となる。従って耐摩耗部材の耐摩耗性向上は、生産コストの向上に重要な要件となり、そのために多数の従来技術が開発され実施されてきた。
【０００３】
耐摩耗性向上に直結するのは、部材自体の材質を高硬度のより高耐摩耗材に置き換える方式であり、たとえば１２％高マンガン鋳鋼から２７％高クロム鋳鉄に置換することが典型例である。しかし破砕機の中でも衝撃力の伴う機種では、高い脆性が災いして破断、脱落する危険が高いから、高耐摩耗材の適用には限界がある。このため比較的高い靭性を具えた材質で母材を形成し、摩耗面のみを部分的に高耐摩耗性の材質で置換する複合材料の思想が発達し、多くの製品開発に結び付いた。
【０００４】
実開昭５５−６５１４８号の従来技術では、高硬度の高耐摩耗材よりなる刃部材と、靭性のある補強材とをテーパー合わせで嵌合し、一体的に接着した複合材のジョークラッシャ用歯板を示し、実公平６−３４８２４号では図９のように嵌合材１０１と母材１０２との接合が外れて嵌合材が脱落するのを防ぐ構成を提示した。このように複合材の離脱を防止するための改良を示した従来技術は、特開昭６０−８４１５３号、実開昭５５−１４７８３２号、実開昭５３−３５７５１号、実開昭４８−１０１２６０号、実開昭５３−８８８７５号など多数に上る。
【０００５】
図９に示した歯板は揺動運動で被砕物を噛み込み、圧潰するジョークラッシャ個有の部材であるが、むしろ破砕機としては例外的な形式であり、破砕機、粉砕機には回転する破砕面間に被砕物を挟み込んで圧壊する方式が圧倒的に多く、ダブルロールクラッシャー、レイモンドミル、竪型ミル、コーンクラッシャーなど多岐に亘る。これらの耐摩耗部材は断面が円形であり、回転する摩耗面を具えるから、歯板と同じ発想で、より高度の材質を摩耗面に全面均等に嵌合し、全体としての耐摩耗性向上を図った従来技術に特開平１１−９０２５１号がある。たとえば図１０のダブルロールクラッシャーのロールや、図１１のコーンクラッシャーのマントルコアなどはその好例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図９のように歯板の全面へ均等に嵌合材を配列して複合化した場合は、全体としての耐摩耗性の向上に貢献できるとしても、下部と中央部の摩耗量を比べると装置の機構上、摩耗作用自体の局部的な強弱は不可避であるから、依然として偏摩耗の発生は克服できず、破砕した製品の品質や生産効率に重大な影響を及ぼすという課題はそのまま残る。
【０００７】
歯板についてはこの課題の解決を目指して特開平７−３２３２３８号があり、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、プレート本体２０２へ嵌合するブロック材を中央付近の２０１Ａと、上方、下方の２０１Ｂとに分別し、ブロック材２０１Ａより２０１Ｂの方が高い硬度となるように材質的に差別化したものである。上方、下方の耐摩耗性を中央よりもレベルアップしたから、全体としての摩耗の進行が均等化し、歯板間へ噛み込む初期角度が急速に変動するのを防いで上下反転使用することを要旨とする。
【０００８】
しかしながら破砕機、粉砕機の主体を占める回転式の装置では、軸線方向の長い回転空間内へ被砕物を噛み込む原理に基づくから、図３のダブルロールクラッシャーのロールで代表されるように、最初は直線である摩耗面は中央へ寄るにつれて激しい摩耗を受けて図示するような独特の摩耗曲線Ｍを辿って退入していく。これは全体が同一材質で形成されていても、図１０のように高耐摩耗材で強化した複合材であっても、摩耗作用の相対的な強弱は同じように進行するから、時間的な差はあっても不均等な偏摩耗によって破砕製品の品質が損なわれ、作業効率の絶え間ない低下が続く点については同様の課題を残す。
【０００９】
図１０の場合に図１２の発想を適用しようとしても、このなだらかな摩耗曲線Ｍに追随するように硬度の異なる嵌合材を多種類準備することは事実上困難であり、摩耗面の位置毎に適切な耐摩耗材を間違いなく選択して嵌合する作業管理も極めて煩瑣に失する。また使用中に長い軸線方向では硬度の異なる嵌合材毎に鮮明な段差が生じる可能性が高く、全体として均等に退入していく狙いは現実的には製造上も作業上も負担が大き過ぎると指摘せざるを得ない。
【００１０】
本発明は以上に述べた課題を解決するために、回転する摩耗面で被砕物を破砕、粉砕する耐摩耗性部材において、全面がほぼ単一直線として均等に退入し、該部材の取り付け当初から最終取り替え時に至る全期間、破砕製品の均等な品質とムラのない破砕効率を維持する複合耐摩耗部材の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る複合耐磨耗部材の充填率の設定方法は、材質Ａよりなる母材１の摩耗面へ、該材質Ａより高耐摩耗性の別の材質Ｂよりなる充填材２を充填して耐摩耗性を強化する方法であって、特に装置別、操業条件別、被砕物別に、材質Ａのみよりなる耐摩耗部材の回転を伴い相互に対向する摩耗面が耐用限度に達したとき、前記回転の回転軸方向に対して直角に分割した磨耗面毎に取付け当初から退入した摩耗量Ｍ ₁ ，Ｍ ₂ ．．．Ｍ _n をそれぞれ測定し、材質Ａに対してＲ倍の耐摩耗性を有する材質Ｂを充填するとき、前記磨耗面毎の磨耗量Ｈ ₁ ，Ｈ ₂ ，．．．Ｈ _n が、
Ｈ _ｎ＝Ｍ _ｎ／〔１−Ｖ _ｎ（１−Ｒ）〕
により表され、常に一定となるように各磨耗面における材質Ｂの目標充填率Ｖ ₁ ，Ｖ ₂ ．．．Ｖ _n を設定して充填することによって前記の課題を解決した。
【００１３】
本発明は前記の構成よりなるから、材質Ａよりなる耐摩耗部材の描く摩耗曲線Ｍに基づいて設定した材質Ｂの充填率で調整して充填材２を充填したため、摩耗面各点における摩耗量は全線すべて同一となり、使用中は常に単一の摩耗直線Ｈを形成しながら均等に退入していく。すなわち摩耗量に見合うだけ軸線間の距離を縮める調整さえ怠らなければ、常に摩耗面〜摩耗面間の噛み込み空間は上下それぞれ単一の磨耗直線で区画された帯状空隙で一定し、均等な破砕粒度、粒形の製品をほぼ同一の粉砕効率の下に終始製造し続ける。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は図３のダブルロールクラッシャーに本発明を適用した場合の実施形態であり、円筒形外周面よりなる摩耗面の正面展開図を示す。母材１、充填材２の材質は公知の材料の中から選択すること、充填材２の形状も自由に変更できることは言うまでもない。また、図中の測定位置１〜２０は母材１に対する充填材２の充填率を算出するために軸線方向に対して直角に分割した摩耗面の中心線を表しており、ここでは２０等分としているがこの分割についても自由に変更できることは言うまでもない。
【００１５】
実施手順の第１ステップは母材１に対する充填材２の最密充填率Ｖｍａｘの設定から始めるのが合理的である。図２（Ａ）（Ｂ）は前述したように分割した摩耗面の中心線について短冊状に摩耗面を区分したうち最密充填部（中央）の縦断面図と側面展開図であり、材質Ａよりなる母材１の靭性と強度および充填材２のサイズや、摩耗面に負荷する装置個有の衝撃力、摩耗形態などを勘案して許容し得る最密充填率Ｖｍａｘを算出する。
【００１６】
材質Ａよりなる母材１に対する充填材２の耐摩耗比率をＲ倍とし、最密充填部（最も摩耗作用の激しい部分、図３の場合は中央測定位置１０）における材質Ａ単独での最大摩耗量をＭｍａｘとし、この摩耗面における本発明の複合化後最大耐摩耗比をＺｍａｘとすると、Ｚｍａｘは材質Ａ単独の摩耗比（指数：１）に比べて大幅に向上して、
Ｚｍａｘ＝Ｒ・Ｖｍａｘ＋１×（１−Ｖｍａｘ）
となるから、複合化後最大摩耗量Ｈｍａｘは材質Ａ単独での最大摩耗量Ｍｍａｘに対し
Ｈｍａｘ＝Ｍｍａｘ／１−Ｖｍａｘ（１−Ｒ）
にまで大幅に軽減する。
【００１７】
本発明の特徴は、図４に示すようにすべての摩耗面各点における複合化後の摩耗量（Ｈ₁、Ｈ₂、……Ｈｍａｘ）を複合化後最大摩耗量のＨｍａｘに揃えて同一値を維持した水平な摩耗直線Ｈを形成する点にあるから、常に
Ｈｎ＝Ｍｎ／１−Ｖｎ（１−Ｒ）＝Ｈｍａｘ
（ｎ＝１，２，３……）
が成立するように摩耗量Ｍｎに対応して目標充填率Ｖｎを定めることが要件である。
【００１８】
材質Ａよりなる母材１に１２％高マンガン鋳鋼を、材質Ｂよりなる充填材２に２７％高クロム鋳鉄の円柱系（φ＝１０Ａ）とした組み合わせについて、具体的な数値で例示すると、図１の実施形態では最密充填率Ｖｍａｘは０．５９と算出され計算のベースとなる。１２％高マンガン鋳鋼に対する２７％高クロム鋳鉄の耐摩耗比率は約３倍であるから、この測定位置における複合化後最大耐摩耗比Ｚｍａｘは、Ｚｍａｘ＝３×０．５９＋１×（１−０．５９）＝２．１８と倍増し、図３の中央測定位置１０における１２％高マンガン鋳鋼単独での最大摩耗量Ｍｍａｘは表１のように６０ｍｍ、また各位置における摩耗量Ｍ₁、Ｍ₂、……も表１から拾うこともできる。このＭ₁からＭｍａｘの数値は経験的に把握した若しくは実際に使用後の摩耗品を測定した数値である。
中央の最大摩耗量ＭｍａｘがＨｍａｘ＝６０／２．１８＝２７．５（ｍｍ）にまで低減し、かつこの値が全軸線方向について変わらぬように各位置におけるＭ₁、Ｍ₂、……から算出して目標充填率Ｖ₁、Ｖ₂、……を設定する。この手順を一覧表にまとめたのが表２であり、このダブルロールクラッシャーの過去の稼働結果から得られた摩耗曲線Ｍに対応して特有の複合配列（充填率の調整）を決定する。この複合化の構成が被砕物の材質、硬度、装置の破砕圧力など現地作動の条件に最適の特定配列となる。前述したように最適の特定配列とするために目標充填率Ｖｎを耐摩耗比率Ｒ、複合化後目標耐摩耗比Ｚｎから算出した数値と分割した摩耗面の面積で充填される充填材の総面積を割って算出した実施例で用いた充填材の形状（φ＝１０Ａ）についての充填率Ｖａと充填材個数Ｎの関係を、表３に示すように予め算出しておけば、各分割された摩耗面に充填する充填材の個数を即座に決定することができる。表３のような乱数表的なものを考えられる実施形態について、摩耗面の分割、充填材の形状などからマニュアルとして所持しておけば、単品としての充填材をあらかじめ量産して、実施に当たってコスト低減や作業の効率化を図る利点となる。なお、表２に充填率Ｖａと充填材個数Ｎを追加したものとしているが、これは目標充填率Ｖｎと充填率Ｖａの比較を行い易くして充填材個数を容易に決定できるようにしているためである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
複合材を構成する材質Ａよりなる母材１、材質Ｂよりなる充填材２の組み合わせは自由であり、被砕物の材質、硬度、破砕圧力に対応して決定する。ただし、母材と充填材の材質を選択する場合には、鋳造品若しくは鍛造品、例えば、普通鋳鋼、ねずみ鋳鉄、低合金鋼、高マンガン鋼、高クロム鋳鉄、高合金鋼などが選択される。また、充填材２としては前記するもの以外にＫＭ合金、セラミック、超硬チップなども用いることができる。しかし、前述するような材料から母材１と充填材２を組み合わせる場合、耐摩耗比が基本的には充填材＞母材となる組み合わせにする必要がある。
【００２３】
図５（Ａ）（Ｂ）は本発明の他の実施形態を表すものであり、摩耗面が截頭円錐形の外周面で形成されるマントルコアに適用した場合である。マントルコアは逆截頭円錐形のコーンケーブ内で旋動回転を行ってコーンケーブ内周面とマントルコア外周面間に被砕物を挟み込んで回転しながら破砕するから、図６（Ａ）に示すように最大摩耗部は截頭円錐の軸線方向に対して傾斜している外周摩耗面上３の中央測定位置１０ではなく、下方の測定位置１５付近に現われ、偏った摩耗曲線Ｍを形成する。この位置における母材単独の摩耗量Ｍ₁₅が最密充填率Ｖｍａｘを決定し、各断面におけるそれぞれの目標充填率Ｖ₁、Ｖ₂、……を決定する手順は同様である。ただし、図６（Ｂ）のように截頭円錐形の摩耗面を展開すれば扇形となり、分割した各断面の形状、寸法は個々に異なるため、目標充填率に対し実際に配置する充填材の個数は形状的な係数を乗じて算出する要がある。また、同図に示すように充填材２の形状を六角形としているが、これは充填材の形状にこだわらないことを意味していることは言うまでもない。
【００２４】
図７（Ａ）（Ｂ）は本発明の思想を他の機種に準用した形態を表すもので、竪型ミルの回転テーブルの場合である。回転テーブルは図（Ｂ）に示すように母材１よりなる回転テーブル上に設けられた回動自在の回転ローラ４とによって被砕物を粉砕するから、回転テーブルと回転ローラが接触する箇所を最大摩耗部とした摩耗曲線Ｍを形成することになる。このため、摩耗面を軸線方向に対して同心円状に分割して最密充填率Ｖｍａｘ、目標充填率Ｖｎを決定することになるので、分割した各断面の形状、寸法が個々に異なるため、目標充填率に対し実際に配置する充填材の個数をマントルコアの場合と同様、形状的な係数を乗じて算出する要がある。また、テーブル面が単一円形で形成されず、放射状に分割された幾つかの円弧状部材を組合わせて円形を形成したテーブルライナであっても同様である。また、機構上は非駆動状態である回転ローラ４についても下面で回転する竪型ミルのテーブル又はテーブルライナーとの間で相対的な回転作用が形成されるので、摩耗面の分割を行い最密充填率Ｖｍａｘ、目標充填率Ｖｎを決定して形状的な係数を乗じて算出すれば取り扱うことができる。
【００２５】
図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は充填材の他の充填パターンを示したものである。図８（Ａ）は同じ径の充填材を、ある一方のピッチＰ_Yの間隔を他のピッチＰ’_Yよりも狭めた実施を示している。図８（Ｂ）は同じ径の充填材を、両方向のピッチＰ_X、Ｐ_Yを他のピッチＰ’_X、Ｐ’_Yよりも狭めた実施を示している。図８（Ｃ）は充填材の径を変えた実施を示している。また、同図で示した（Ａ）と（Ｃ）の組合わせたパターン、（Ｂ）と（Ｃ）の組合わせたパターンであったり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）それぞれの千鳥の充填パターン等も考えられる。図示では規則正しい充填材の配列となっているが、本発明のポイントとなる充填材の充填率は、母材の摩耗面に対しての面積比率のため、最終的に表２に示す目標充填率になればよいため配列にこだわる必要はない。結果的には摩耗面のすべての位置において摩耗量が均等となる充填率の設定が重要となる。また、充填材の断面形状を円形としているが、これも最終的に表２に示す目標充填率になればよいため形状にこだわる必要がないことは言うまでもない。
【００２６】
本実施形態ではダブルロールクラッシャー、コーンクラッシャーのマントルコアや、その技術思想を準用した竪型ミルの回転テーブル又はテーブルライナおよび回転ローラを例に挙げたが、摩耗曲線が相対的に回転面である限り機種を問わず適用できる。例えば遠心重錘式ミル（レイモンドミル）の機構上は非駆動状態である回転ローラにも適用できる。母材に充填される充填材の形状は実施形態で示したように円柱形、六角形、四角形以外に、長方形およびひょうたん形というように非対称な形状であっても良いことは論を待たない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上に述べた通り、各装置の部材毎に特定される耐摩耗部材の摩耗面を特定の摩耗曲線に対応して耐摩耗性を強化する充填材を配列したから、耐摩耗部材の取り付け後、摩耗廃却の最後の瞬間に至るまで破砕製品の粒形、粒径に変動がなく安定した品質を一貫して得られる。また破砕効率は常に一定に保たれ、作業性向上と品質安定の相乗効果によって現地作業の能率を最大限にまで昂進する。
【００２８】
複合耐摩耗部材は、製造工程が煩瑣に過ぎるとその効果を上回る不利な生産性のために頓挫することもあり得るが、本発明の場合は、母材を構成する材質Ａ個有の強度、靭性などから充填材を健全に抱持し得る限度の最密充填率を特定し、また材質Ａが描く摩耗曲線Ｍも装置別、操業条件、被砕物別にほぼ特定されるから、正確な標準化が容易となり、単品としての充填材をあらかじめ量産してコスト低減や作業の効率化を図る利点も看過出来ず、これらは従来技術に優越する効果として極めて貴重である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す円筒形外周面よりなる摩耗面の正面展開図である。
【図２】同じ実施形態の最密充填部における縦断面図（Ａ）と側面展開図（Ｂ）である。
【図３】摩耗曲線Ｍを示す正面断面図である。
【図４】摩耗直線Ｈを示す正面断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す平面図（Ａ）とＸ−Ｘ断面の矢視図（Ｂ）である。
【図６】図５における摩耗曲線Ｍを示す一部正面断面図（Ａ）と一部展開図（Ｂ）である。
【図７】本発明の参考例を示す平面図（Ａ）と断面Ｘ−Ｘの矢視図（Ｂ）である。
【図８】本発明の他の充填材の配列パターンを示す正面図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）である。
【図９】従来技術の断面斜視図である。
【図１０】別の従来技術の斜視図である。
【図１１】さらに別の従来技術の斜視図である。
【図１２】さらに別の従来技術の斜視図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１母材
２充填材
Ｍｎ摩耗曲線Ｍの各測定位置における摩耗量（単位：ｍｍ）
Ｒ材質Ｂ／材質Ａの耐摩耗比率（倍）
Ｖｎ各測定位置断面における目標充填率
Ｈｎ摩耗直線Ｈの各測定位置における摩耗量（単位：ｍｍ）

Claims

材質Ａよりなる母材１の摩耗面へ、該材質Ａより高耐摩耗性の別の材質Ｂよりなる充填材２を充填して耐摩耗性を強化した複合耐摩耗部材において、装置別、操業条件別、被砕物別に、材質Ａのみよりなる耐摩耗部材の回転を伴い相互に対向する摩耗面が耐用限度に達したとき、前記回転の回転軸方向に対して直角に分割した磨耗面毎に取付け当初から退入した摩耗量Ｍ ₁ ，Ｍ ₂ ．．．Ｍ _n をそれぞれ測定し、材質Ａに対してＲ倍の耐摩耗性を有する材質Ｂを充填するとき、前記磨耗面毎の磨耗量Ｈ ₁ ，Ｈ ₂ ，．．．Ｈ _n が
Ｈ _ｎ＝Ｍ _ｎ／〔１−Ｖ _ｎ（１−Ｒ）〕
により表され、常に一定となるように各断面における材質Ｂの目標充填率Ｖ ₁ ，Ｖ ₂ ．．．Ｖ _n を設定して充填することを特徴とする複合耐摩耗部材の充填率の設定方法。
請求項１の充填率の設定方法によって材質Ａの母材へ充填材Ｂを充填し、用役中、相互に対向する磨耗面がそれぞれ全面均等に退入することを特徴とする複合耐磨耗部材。
請求項２において、複合耐摩耗部材がダブルロールクラッシャーの一対のロ−ルであることを特徴とする複合耐摩耗部材。
請求項２において、複合耐摩耗部材がコーンクラッシャーのマントルコアであることを特徴とする複合耐摩耗部材。