KR100382575B1

KR100382575B1 - 미분기의 롤타이어 재생방법 및 재생롤타이어

Info

Publication number: KR100382575B1
Application number: KR10-2000-0056755A
Authority: KR
Inventors: 이영진
Original assignee: 이영진
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2003-05-01
Also published as: KR20010000408A

Abstract

본 발명은 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법에 있어서, 모재 및 인서트와 용착이 용이한 합금조성물을 선택하고 상기 합금조성물과의 결합이 우수한 내마모성 합금조성물에 의한 표면경화 육성 용접방법을 제공하는 것이며, 이에 따른 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법은 주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 외연 마모 롤타이어를 대상으로 모재로 이루어진 상부 외연상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 니켈 6.0-10.0 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 1합금조성물에 의한 제 1 버퍼층 용접단계, 상기 제 1 버퍼층상에 크롬 0.8-1.4 중량%, 망간 0.5-1.2 중량%, 티탄 0.5-0.9 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 2합금조성물에 의한 제 2 버퍼층 용접단계, 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성물에 의한 간격 용접단계, 및 인서트상부 및 상기 간격 용접부상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 탄소 4.0-5.5 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 규소 0.4-0.8 중량%를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 3합금조성물에 의한 표면경화 용접단계를 제공하여, 종래 표면경화 육성 용접에 의해 달성할 수 없었던 모재와 인서트로 구성된 듀오캐스트 롤타이어의 박리 및 균열을 발생시키지 아니하고 마모된 롤타이어의 성능보상 및 수명연장의 효과를 달성할 수 있는 발명이다.

Description

미분기의 롤타이어 재생방법 및 재생롤타이어{A recycled roller tire for pulverizer and a recycling process therefor}

본 발명은 석회석, 석탄, 기타 분쇄용 미분기의 재생 롤타이어 및 미분기의 롤타이어 재생방법에 관한 것으로, 특히 주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 외연 마모 롤타이어를 대상으로 모재부에 소정의 제 1합금조성물에 의한 제 1버퍼층 형성을 위한 용접, 상기 제 1버퍼층상에 소정의 제 2합금조성물에 의한 제 2버퍼층 형성을 위한 용접, 다수의 인서트간에 상기 소정의 제 2합금조성물에 의한 간격 용접 및 상기 다수의 인서트상 및 상기 간격 용접부상에 제 3합금조성물에 의한 표면경화 용접단계로 구성된 분쇄용 미분기의 롤타이어 재생방법 및 이에 의한 분쇄용 미분기의 재생 롤타이어에 관한 것이다.

석회석을 원료로 하는 시멘트 제조공정에서 원료의 분쇄공정 또는 소성물의 분쇄공정은 단단한 원료 또는 소성물 입자를 분쇄하여 일정크기로 입자화시키는 공정이다. 상기 분쇄공정중 이용되는 미분기의 기계적 구성중 피분쇄물과 물리적으로 접촉하여 격렬한 분쇄작용을 통하여 피분쇄물을 입자화하는 기계 부품이 원형 또는 원추형(conical type)의 롤타이어(roll tire)이고, 미분기의 구동유닛에 의해 롤타이어는 미분기 회전테이불상에서 회전운동함으로써 롤타이어의 외연과 회전테이블상에 구비된 피분쇄물과의 분쇄과정이 진행된다. 롤타이어 외연는 단단한 피분쇄물과의 충돌을 지지하기 위하여 통상 내마모성 특수 합금조성물로 조립된다.

종래의 롤타이어는 외연이 하이망간성분으로 구성된 것 또는 하이크롬성분으로 구성된 것이 있었다. 구체적으로는 하이망간 롤타이어는 망간이 12 내지 14 중량% 함유된 성분으로 외연이 구성되며, 하이크롬 롤타이어는 크롬이 23 중량%이상의 하이크롬 성분으로 외연이 구성된다. 종래 롤타이어와는 달리 주철을 모재로하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 듀오캐스트합금으로 제조되는 롤타이어가 최근들어 다수 사용되고 있다. 듀오캐스트합금의 롤타이어는 종래 주강 또는 하이크롬 롤타이어와는 달리 탄소 3 중량%이상을 포함한 모재 내부에 최소 크롬성분이 12 중량%이상을 함유하는 인서트(insert)가 조립되어 원심주조공법에 의해 완성되는 코니카 형상의 롤타이어로, 상부 반경이 하부 반경보다 크고, 외면에 조립된 다수의 인서트가 높이 방향으로 돌출되어 일정 간격으로 외연에 배치된다. 상기 듀오캐스트합금 롤타이어는 종래 롤타이어와는 달리, 장기간 사용에 의한 에치현상(edge phenomena)을 줄일 수 있고 이에 따라 롤타이어 전체적인 진동위험을 회피할 수 있는 장점이 있어 최근들어 분쇄공정에 활발하게 채용되고 있다.

상기한 바와 같이 롤타이어는 피분쇄물과의 연속적이고 장기간에 걸친 접촉에 의한 외연 마모를 줄이기 위하여 외연 구성에 특수합금을 채용하기는 하지만, 일정기간 사용하면 한정 칫수까지의 외연 마모현상을 피할 수 없다. 미분기의 롤타이어 외연이 마모되면 이를 보수육성용접에 의한 표면 경화처리를 통하여 재생 사용하나, 통상의 용접방법으로는 균열이나 모재 전체의 파열현상 및 용접된 부위의 부분 혹은 전체가 물고 일어나는 현상(spalling)으로 인하여 표면용접에 의한 재생은 상당히 난해한 공정이며, 용접으로 인한 불균일한 열팽창 및 냉각, 그리고 반복되는 집중응력 등의 문제로 통상의 용접방법으로는 표면경화처리가 난해하다.

그러나, 종래 롤타이어중 외연이 SC 46 또는 SCW 490로 구성된 주강 롤타이어 및 하이크롬성분으로 구성된 하이크롬 롤타이어는 한정 칫수까지 마모된 경우 표면경화 육성용접방법으로 재생하기도 하였다. 표면경화 육성 용접이란 롤타이어 또는 압연기의 롤러 등 충격 및 마찰에 오래 노출되어 있는 부품의 표면에 장기간의 사용으로 한정된 칫수까지 마모되었을 경우, 이를 폐기하지 않고 재생하기 위하여 마모된 부위를 내마모성, 내열성 또는 내식성 합금의 용접재료로 균일하게 용착시켜 재생하는 용접방법을 말하여, 종래 롤타이어를 대상으로 표면경화 육성용접하여 롤타이어의 성능향상 및 수명연장의 효과를 달성하고 있었다.

종래 롤타이어의 결점의 해소하기 위하여 최근 채용된 듀오캐스트합금의 롤타이어는 종래 롤타이어에 적용하였던 표면경화 육성용접에 의하여 표면처리를 할 수 없는 문제점이 있었다. 상세하게는 단일 모재로 조성된 종래 롤타이어에 적용하였던 단일 용접재료로 표면경화 육성용접하는 종래 방법을 모재 및 인서트로 조립된 다중성분의 듀오캐스트합금 롤타이어에 적용하는 경우 용접부위의 성분 이중성으로 롤타이어의 균열이 발생하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명자는 다중성분의 듀오캐스트합금 롤타이어의 표면경화 육성용접은 종래 표면경화 방법에 의해 소기의 목적을 달성할 수 없음을 인식하고 이를 해결하기 위한 다각도의 연구결과 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제안되었으며, 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법에 있어서, 재생과정 중 또는 재생된 롤타이어에 균열이 발생하지 않도록 하기 위한 표면경화 육성 용접방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법에 있어서, 모재 및 인서트와 용착이 용이한 합금조성물을 선택하고 상기 합금조성물과의 결합이 우수한 내마모성 합금조성물에 의한 표면경화 육성 용접방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 통상의 표면경화 육성 용접방법에 의해 재생이 불가능한 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생 롤타이어를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 듀오캐스트합금 롤타이어 상부 모재상에 형성된 제 1버퍼층 용접 상태도이고,

도 2는 본 발명에 의한 듀오캐스트합금 롤타이어 제 1버퍼층상에 형성된 제 2버퍼층 용접 상태도이고,

도 3은 본 발명에 의한 듀오캐스트합금 롤타이어 인서트상 및 간격 용접부상에 형성된 표면경화 용접 상태도이고,

도 4는 종래 버퍼층으로 사용된 합금조성물이 듀오캐스트합금 롤타이어 상부 모재상에 형성된 용접 상태도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법은 주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 외연 마모 롤타이어를 대상으로 모재로 이루어진 상부 외연상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 니켈 6.0-10.0 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 1합금조성물에 의한 제 1 버퍼층 용접단계, 상기 제 1 버퍼층상에 크롬 0.8-1.4 중량%, 망간 0.5-1.2 중량%, 티탄 0.5-0.9 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 2합금조성물에 의한 제 2 버퍼층 용접단계, 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성물에 의한 간격 용접단계, 및 인서트상부 및 상기 간격 용접부상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 탄소 4.0-5.5 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 규소 0.4-0.8 중량%를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 3합금조성물에 의한 표면경화 용접단계로 이루어진다.

본 발명인 표면경화 육성 용접방법의 대상인 듀오캐스트합금 롤타이어의 상부 외연합금(모재) 조성비, 인서트 합금 조성비, 제 1, 2 및 3 합금조성비를 표 1에 정리하였다.

롤타이어의 상부 외연합금(모재) 조성비, 인서트 합금 조성비, 제 1, 2 및 3 합금조성비

	Cr	C	Ni	Ti	Mn	Si	Fe
모재	0.00	2.8-3.4				1.2-2.0	bal.
인서트	12-26	2.0-3.5					bal.
제 1합금	25-30	0.05-0.12	6-10		0.8-1.4	0.4-0.8	bal.
제 2합금	0.8-1.4	0.05-0.12		0.5-0.9	0.5-0.9	미량	bal.
제 3합금	25-30	4.0-5.5			0.8-1.4	0.4-0.8	bal.

상기 제 1합금조성물(DIN 8556, E25 4B20), 제 2합금조성물(DIN 8555, E1-UM-250) 및 제 3합금조성물(DIN 8555, E10-UM-60-GR)은 McKAY사로부터 용접용 와이어(wire)형상으로 입수가능하며, 상기 듀오캐스트합금 롤타이어는 듀오캐스트 L1240, L1840 또는 L4640일 수 있다.

본 발명의 제 1 및 제 2버퍼층은 각각 최대 4mm이하의 용접두께를 가지고,간격용접두께는 최대 인서트 돌출높이와 동일하며, 표면경화 용접두께는 인서트의 두께를 고려하여 90 내지 120mm 인 것이 바람직하다.

본 발명은 다수의 용접단계를 포함하나, 각 용접단계에서의 개별 용접방법은 종래 롤타이어의 표면경화 육성 용접방법과 용접재료 및 피용접물의 조성을 제외하고는 동일하다. 통상적인 표면경화 육성 용접방법은 미분기로부터 분리된 롤타이어를 회전, 상하 위치조정이 가능한 포지션어(positioner, 자동용접 회전장치)상에 용접토치 및 롤타이어 피용접면이 수직되도록 장착시키고, 롤타이어 표면에 붙어 있는 녹, 오물 등을 스테인레스 와이어 부러쉬 또는 숏트 피이닝(shot peening)으로 광택이 날 정도로 세척한 후 콘트롤시스템을 이용하여 롤타이어를 선 속도가 분당 최소 600mm에서 최대 800mm가 되도록 회전시키면서 피용접면에 용접재료인 와이어를 용접토치로 연속하여 용접을 진행한다. 통상 1회전에 의하여 형성된 용접두께는 평균 3mm정도이다. 용접전에 예열단계가 부가될 수 있으며, 통상 롤타이어에 습기를 제거할 수 있는 정도의 온도인 60 내지 80도 사이의 온도로 예열될 수 있다. 용접방향은 롤타이어 하부로부터 상부로 용접이 진행될 수도 있고, 그 역순도 가능하나, 롤타이어에 미치는 영향을 최소화하기 위하여는 피용접물 중앙부로부터 용접을 개시하여 상부로 진행하고 다시 중앙부를 거쳐 하부로 이동하고 다시 중앙부로 반복 용접함이 바람직하다.

본 발명은 종래 표면경화 육성 용접방법과는 달리, 제 1 및 제 2버퍼층 형성이 전제되며, 또한 인서트간의 간격 용접 필수적으로 요구된다. 간격 용접 방법은 제 2버퍼층 소재로 최대 인서트의 돌출높이에 맞추어 반자동으로 용접할 수 있다.

이하 본 발명인 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법을 실시예를 통하여 상세히 설명하고자 하나, 본 실시예의 구체적인 단계로 국한되는 것은 아니다.

<실시예 1>

20톤의 포지션어상에 용접토치 및 롤타이어 피용접면이 수직되도록 듀오캐스트 롤타이어(모재조성: 탄소 3.35 중량%, 규소 1.80 중량% 잔부 철, 인서트 조성: 탄소 2 중량%, 크롬 12 중량%, 잔부 철, 듀오캐스트 L1240)를 장착하였다. 롤타이어 표면에 붙어 있는 녹, 오물 등을 스테인레스 와이어 부러쉬로 광택이 날 정도로 세척한 후 가열장치로 롤타이어 전체온도가 60℃가 되도록 가열하여 롤타이어 외연에 습기를 완전히 제거하였다. 콘트롤시스템을 이용하여 롤타이어를 선 속도가 분당 최소 600mm가 되도록 회전시키면서 롤타이어 상부 외연의 모재상에 제 1합금조성 와이어(DIN 8556, E25 4B20)를 용접재료로 용접두께가 4mm가 되도록 제 1버퍼층 용접을 실시하였다. 제 1버퍼층 용접단계에서의 용접조건은 전압 26-35 V, 전류 350-450 Å, 와이어 및 상부 외연 모재표면과의 간격은 25-35 mm이었다. 연속하여 제 1버퍼층 용접조건과 동일한 조건으로 상기 제 1버퍼층상에 제 2합금조성 와이어(DIN 8555, E1-UM-250)를 용접재료로 용접두께가 5mm가 되도록 제 2버퍼층 용접을 실시하였다. 이후에, 상부 외연 모재부를 제외한 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성 와이어에 의한 간격 용접을 실시하였다. 마지막으로,상기 간격 용접부 및 인서트상에 제 3합금조성 와이어(DIN 8555, E10-UM-60-GR)을 용접재료로 용접두께가100mm가 되도록 표면경화 용접을 중앙부, 상부방향, 중앙부, 하부방향, 중앙부로 용접방향을 정하여 상기 제 1버퍼층 용접조건과 동일하게 실시하여 듀오캐스트 롤타이어의 재생공정을 완성하였다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일하되, 롤타이어는 듀오캐스트 L1840(모재조성: 탄소 3.35 중량%, 규소 1.80 중량% 잔부 철, 인서트 조성: 탄소 3 중량%, 크롬 16 중량%, 잔부 철)을 대상으로 하였다.

<실시예 3>

실시예 1과 동일하되, 롤타이어는 듀오캐스트 L4640(모재조성: 탄소 3.35 중량%, 규소 1.80 중량% 잔부 철, 인서트 조성: 탄소 3.20 중량%, 크롬 26 중량%, 잔부 철)을 대상으로 하였다.

<비교예>

실시예 1과 비교하여 제 1버퍼층 용접재료가 크롬 13.0 중량%, 망간 16.5 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 종래 합금조성 와이어(DIN 8555, E7-UM-200-KP)인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

도 1은 상부 모재부에 제 1버퍼층을 형성하였을 때의 용착상태를 보여주는 상태도이며, 모재의 균열을 일으키지 않고 양호하게 제 1버퍼층이 모재에 용착됨을 보여주고 있다. 도 2는 제 1버퍼층상에 제 2버퍼층을 용접한 상태를 보여주는 상태도이며, 제 2버퍼층에 의해서도 모재 및 제 1버퍼층의 균열을 관찰할 수 없었다. 도 3은 하면 외연부(인서트상)에 제 3합금조성 와이어로 표면경화 용접한 부위를 절단한 상태를 보여주는 상태도이며, 불량이 관찰되지 않았다. 도 4는 비교예에서의 상부 모재부에 종래 합금조성 와이어로 제 1버퍼층을 형성하였을 때의 용착상태를 보여주는 상태도이며, 관찰되는 바와 같이 롤타이어의 상부 모재부의 균열을 발견할 수 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법에 있어서, 모재 및 인서트와 용착이 용이한 합금조성물을 선택하고 상기 합금조성물과의 결합이 우수한 내마모성 합금조성물에 의한 표면경화 육성 용접방법을 제공하는 것이며, 이에 따른 듀오캐스트합금 롤타이어의 재생방법은 주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 외연 마모 롤타이어를 대상으로 모재로 이루어진 상부 외연상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 니켈 6.0-10.0 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 1합금조성물에 의한 제 1 버퍼층 용접단계, 상기 제 1 버퍼층상에 크롬 0.8-1.4 중량%, 망간 0.5-1.2 중량%, 티탄 0.5-0.9 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 2합금조성물에 의한 제 2 버퍼층 용접단계, 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성물에 의한 간격 용접단계, 및 인서트상부 및 상기 간격 용접부상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 탄소 4.0-5.5 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 규소 0.4-0.8 중량%를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 3합금조성물에 의한 표면경화 용접단계를 제공하여, 종래 표면경화 육성 용접에 의해 달성할 수 없었던 모재와 인서트로 구성된 듀오캐스트 롤타이어의 균열을 발생시키지 아니하고 마모된 롤타이어의 성능보상 및 수명연장의 효과를 달성할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims

주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법에 있어서, 모재로 이루어진 상부 외연상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 니켈 6.0-10.0 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 1합금조성물에 의한 제 1 버퍼층 용접단계, 상기 제 1 버퍼층상에 크롬 0.8-1.4 중량%, 망간 0.5-1.2 중량%, 티탄 0.5-0.9 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 2합금조성물에 의한 제 2 버퍼층 용접단계, 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성물에 의한 간격 용접단계, 및 인서트상부 및 상기 간격 용접부상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 탄소 4.0-5.5 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 규소 0.4-0.8 중량%를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 3합금조성물에 의한 표면경화 용접단계로 구성된, 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1버퍼층 또는 제 2버퍼층의 두께는 각각 4mm이하인 것을 특징으로 하는, 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법.
제 1항에 있어서, 상기 표면경화 용접두께는 90 내지 120mm인 것을 특징으로하는, 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 버퍼층 용접단계 전에 듀오캐스트합금 롤타이어 예열단계가 부가되는, 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 듀오캐스트 합금 롤타이어는 듀오캐스트 L1240, L1840 또는 L4640인 것을 특징으로 하는, 듀오캐스트합금 롤타이어 재생방법.
주철을 모재로 하고 외연에 다수의 크롬강 인서트(insert)가 조립된 듀오캐스트합금 롤타이어를 대상으로, 모재로 이루어진 상부 외연상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 니켈 6.0-10.0 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 1합금조성물에 의한 제 1 버퍼층 용접단계, 상기 제 1 버퍼층상에 크롬 0.8-1.4 중량%, 망간 0.5-1.2 중량%, 티탄 0.5-0.9 중량%, 미량의 탄소 및 규소를 포함하고 잔부는 철로 구성된 제 2합금조성물에 의한 제 2 버퍼층 용접단계, 인서트와 인서트간의 간격부에 상기 제 2합금조성물에 의한 간격 용접단계, 및 인서트상부 및 상기 간격 용접부상에 크롬 25.0-30.0 중량%, 탄소 4.0-5.5 중량%, 망간 0.8-1.4 중량%, 규소 0.4-0.8 중량%를 포함하고 잔부는 철로 구성된제 3합금조성물에 의한 경화 용접단계에 의해 재생된, 재생 듀오캐스트합금 롤타이어.
제 6항에 있어서, 상기 제 1버퍼층 또는 제 2버퍼층의 두께는 각각 4mm이하인 것을 특징으로 하는, 재생 듀오캐스트합금 롤타이어.
제 6항에 있어서, 상기 표면경화 용접두께는 90 내지 120mm인 것을 특징으로 하는, 재생 듀오캐스트합금 롤타이어.
제 6항 내지 제 8항중 어느 한항에 있어서, 상기 듀오캐스트 합금 롤타이어는 듀오캐스트 L1240, L1840 또는 L4640인 것을 특징으로 하는, 재생 듀오캐스트합금 롤타이어.