KR20190065283A - 분쇄 롤러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암석, 석탄 및 시멘트 클링커와 물질을 분쇄하는 데 사용되는 수직 분쇄 밀을 위한 분쇄 롤러에 관한 것이다.

Description

분쇄 롤러

본 발명은 암석, 석탄, 시멘트 클링커와 같은 물질, 또는 슬래그와 같은 임의의 다른 관련 물질을 분쇄하는 데 사용되는 수직 축 크러셔용 분쇄 롤러에 관한 것이다. 이 롤러는 전체 작업 표면에 걸쳐 일정하고 균일한 마모를 허용하여 수명을 연장시키는 롤러의 작업 표면 근처에 배치된 특정 형상의 보강 인서트로 인해 특히 내마모성이다.

수직 축 크러셔용 분쇄 롤러는 당업자에게 잘 알려져 있다. 이는 일반적으로 비교적 연성 주철로 만들어지며, 분쇄 중에 응력을 가장 많이 받는 표면을 보강하기 위해, 내마모성이 매우 높은 재료, 일반적으로 크롬 주철로 만들어진 인서트 (종종 세라믹 그레인을 포함) 가 포함된다.

EP 1 570 905 A1 은, 고내마모성 및 고경도의 재료로 제조되며 연성 재료로 제조된 주조 매트릭스에서 기계적으로 밀봉된 여러 개의 주변 인서트를 포함하고, 높은 마모 응력을 받는 제 1 구역들 및 낮은 마모 응력을 받는 제 2 구역들을 갖는 분쇄 롤러를 개시한다. 제 1 구역에서는, 롤러는 그의 주변면 상에 인접 부분을 포함하는 인서트들을 구비하고, 제 2 구역에서는 비인접 부분을 포함하는 인서트들을 구비한다.

WO 9605005 는 수직 축 크러셔 롤러의 허브에 장착된 바이메탈 파운드리 (foundry) 부품을 개시한다. 이는 고 크롬 함량의 비연성 마모 재료로 제조된 엔벨로프를 주조함으로써 함께 결합되는 볼트 형태의 기계적 연결 요소들이 제공된 연성 주철로 제조된 코어를 포함한다.

WO 2015/162047 A1 은 연성 주철 및 강으로 제조된 금속 매트릭스에 매립된 증가된 매시브니스의 인서트들을 갖는 분쇄 롤러를 개시하며, 이 롤러는 3 내지 5 cm 의 매시브니스 모듈러스 V/S 를 갖는 인서트들을 포함한다.

본 발명은 인서트에 의해 보강된 롤러를 제안하며, 이것의 프로파일은 특정 디자인으로부터 이득을 취하고, 이는 국부적 주기적인 마모를 회피하면서 롤러의 전체 작업 표면의 일정한 마모를 야기한다. 이 롤러는 파손 위험을 최소화하고 제조 비용을 줄이면서 크러셔의 만족스러운 성능을 더 오랜 기간 동안 유지할 수 있게 한다.

본 발명은, 금속 매트릭스의 파운드리 주조 (foundry casting) 에 의해 생산되는 수직 축 크러셔용 분쇄 롤러를 개시하며, 상기 롤러는 그의 주변부에 복수의 보강 인서트들을 포함하고, 동일한 인서트의 주변 표면의 일부 부분들은 마모 응력에 따라 작업 표면으로부터 거리 d1 또는 d2 에 위치되고, 상기 롤러는

- 인서트의 적어도 하나의 부분이 상기 롤러의 작업 표면에 가까운 거리 d1 에 위치되는, 높은 마모 응력을 겪는 적어도 하나의 구역 Z1; 및

- 인서트의 일부가 상기 롤러의 상기 작업 표면에 비해 뒤쪽에 놓인 거리 d2 에 위치되며, d1 < d2 인, 낮은 마모 응력의 구역 Z2

를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 롤러는 다음의 특징들의 적어도 하나 또는 적절한 조합을 포함한다:

- 롤러는 구역 Z1 및 구역 Z2 를 연결하는 적어도 하나의 중간 구역 Z3 를 포함하고;

- d1 은 10 mm 미만, 바람직하게는 5 mm 미만이고, d2 는 10 mm 이상, 바람직하게는 20 mm 초과이고;

- d1 = 0 이고;

- 롤러는 대칭적으로 사용되도록 의도된 롤러를 위해 낮은 응력 구역 Z2 의 각 측에 위치되는 2 개의 높은 응력 구역 Z1 을 포함하고;

- 인서트들은 작업 표면을 향해 배향된 면에 세라믹 보강부들을 포함하고;

- 인서트들은 60 부피% 이하의 세라믹 그레인들을 함유하고;

- 세라믹 그레인들은 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아 및/또는 금속 탄화물을 포함하고;

- 롤러는 절두원뿔형이다.

도 1 은 수직 축 크러셔의 일례를 보여준다.
도 2 는 최신 기술에 따른 작업 표면 측에 주변 인서트들 및 이 인서트들에 포함된 세라믹 보강부들을 포함하는 롤러를 도시한다.
도 3 은 회전 테이블 및 분쇄될 물질 층으로 수직 축 크러셔의 분쇄 메커니즘을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 상이한 롤러 형상에 따른 본 발명의 상이한 실시형태들을 보여준다.
도 5 는 상이한 응력 구역들을 갖는 비대칭 롤러의 단면도를 도시하고, 거리 d1 및 d2 는 작업 표면과 인서트 사이의 비보강 두께를 나타낸다. 그래픽 묘사를 보다 명확하게 하기 위해, 거리 d1 은 현실에 비해 과장되어 있다.
도 6 은 상이한 응력 구역들을 갖는 대칭 롤러의 단면도를 도시하고, 거리 d1 및 d2 는 작업 표면과 인서트 사이의 비보강 두께를 나타낸다. 여기에서도, 그래픽 묘사를 보다 명확하게 하기 위해, 거리 d1 은 현실에 비해 과장되어 있다.
도 7 은 높은 마모 응력의 구역 (Z1) 과 낮은 마모 응력의 구역 (Z2) 사이에 전이 구역이 없는 인서트를 포함하는 분쇄 롤러를 도시한다.
도 8 은 도 6 에 도시된 것과 동일한 타입의 대칭 분쇄 롤러를 도시하는데, 이는 단지 일 측에서만 보강되고, 따라서 일 측에서만 사용되도록 의도된다.

수직 축 분쇄기는 당업자에게 공지되어 있다. 상이한 타입들이 존재하며, 이들은 일반적으로 수직 축을 중심으로 회전하는 테이블 (테이블 상에 분쇄될 재료가 공급됨) 을 포함한다. 분쇄기는 일반적으로 원통형 또는 절두원뿔형인 복수의 매우 무거운 휠들을 구비하고, 이들은 "롤러" 로 불리며, 테이블 위에 위치된다. 테이블이 회전할 때, 분쇄될 재료는 원심력에 의해 테이블의 외측을 향해 구동되고 롤러와 테이블 사이를 통과한다.

롤러에 가해진 수직력 및 고유 중량은 롤러 아래를 지나가는 재료 층의 콤팩팅 및 분쇄를 생성한다. 이 재료 자체는 테이블과 롤러 사이의 마찰 링크로서 역할하여, 테이블의 회전이 롤러의 회전을 야기하게 하거나 롤러의 회전이 테이블의 회전을 야기하게 한다. 재료 층에서의 분쇄는 재료의 압축 및 전단에 의해 행해진다.

롤러와 테이블 사이의 상대 속도 및 압축 응력은 롤러의 폭 (두께) 에 걸쳐 다르다. 압축 응력 수준은 롤러의 폭에 걸쳐 롤러와 테이블 사이의 간격 및 재료 층의 높이에 의존한다.

테이블의 라이너 및 롤러의 마모는 분쇄 공정의 불가피한 결과이다. 따라서, 수직 축 분쇄기의 제조자는 분쇄될 재료를 기반으로 롤러 및 테이블의 형상을 최적화하여, 분쇄 장비가 신품일 때 최적의 분쇄 출력을 획득할 수 있다.

재료 및 분쇄 장비에 가해지는 응력의 차이가 주어지면, 마모 레벨은 롤러의 폭에 걸쳐 일정하지 않다. 시간이 경과함에 따라, 더 확연한 마모 구역들이 롤러의 모선을 따라 형성되어, 분쇄 출력의 감소를 야기하고 결국 롤러의 교체를 요구한다.

이러한 문제는 주어진 분쇄 및 재료 조건, 특히 시멘트 또는 입자화된 슬래그와 같은 높은 분말도 (fineness) 로 분쇄하려는 재료에 대해 최적의 재료 층과 그에 따른 롤러와 테이블 사이의 거리가 작을 때에 더욱 두드러진다. 이러한 상황에서, 롤러의 단지 20 mm 의 국부적인 마모 후 10 % 의 출력 감소 그리고 약 35 mm 의 마모 후 40 % 의 감소를 이미 볼 수 있다.

이러한 출력 감소는 수직 축 크러셔의 작동으로 설명될 수 있다. 후자는 분쇄 롤러의 작업 표면이 테이블과 접촉하는 것을 방지하는 기계적 안전 정지부를 포함한다. 일반적으로, 이 정지부는 테이블과 분쇄 롤러의 작업 표면 사이에 약 10 mm 의 안전 공간을 제공하도록 조정된다. 효과적인 분쇄, 특히 시멘트 및 슬래그의 효과적인 분쇄를 위해, 이러한 10 mm 를 초과하는 재료 층의 두께를 최소화하기 위한 노력이 이루어진다. 롤러의 마모가 균일하게, 즉 분쇄될 재료 층을 포함하는 크러셔의 테이블과 평행하게 발생하지 않고 국부적으로 발생하면, 크러셔의 테이블을 향해 롤러를 낮추는 것이 불가능하고, 따라서 기계적 정지부에 닿지 않으면서 분쇄될 층을 줄이는 것이 불가능하다. 따라서, 분쇄 성능은 분쇄될 재료 층의 두께에 영향을 미칠 수 없는 국부적인 마모 위치에서 크게 감소한다.

이러한 문제를 최소화하기 위해, 다양한 해법이 당업자에 의해 현재 사용되고 있다:

용접으로 재충전될 수 있는 강 (steel) 롤러의 사용. 이 해법에 의하면, 최대 마모를 겪는 위치에서 롤러를 재충전할 수 있고, 롤러의 원래 프로파일을 적어도 부분적으로 재설정할 수 있다. 이 해법의 단점은 작업과 관련된 생산 손실 및 비용, 그리고 롤러를 재충전하기 위한 정지시간 (downtime) 이다. 또한, 각 작업 시에 파손 위험이 증가하는 것을 고려하여, 가능한 재충전 수는 제한된다.

수명을 증가시키기 위해, 세라믹 그레인을 매립하는 높은 크롬 함량의 강 롤러가 또한 사용된다. 그러나, 높은 크롬 함량의 롤러는 부서지기 쉽고, 작동 중 파손될 수도 있다. 또한, 국부적인 마모 및 관련 출력 손실의 문제는 해결되지 않은 채로 남아 있다.

EP 1 570 905 A1 은, 높은 마모 응력을 받는 제 1 구역들 및 낮은 마모 응력을 받는 제 2 구역들을 갖는 연성 재료로 제조된 주조 매트릭스에 기계적으로 밀봉된, 내마모성이 높고 경도가 높은 재료로 제조된 여러 개의 주변 인서트들을 포함하는 분쇄 롤러를 개시한다. 제 1 구역에서, 롤러는 그의 주변면 상에, 인접 부분을 포함하는 인서트들을 구비하고, 제 2 구역에서 비인접 부분을 포함하는 인서트들을 구비한다. 이러한 제안은 특히 시멘트 크러셔에 대해 예상 결과를 산출하지 않는다.

수직 축 크러셔의 롤러에서의 마모의 강도는 주로 재료의 마모성 (abrasiveness), 국부적으로 가해지는 압력, 및 롤러의 표면과 연마될 재료 사이의 상대 속도에 의존한다. 크러셔가 회전하는 동안, 재료는 회전 테이블 외측에 축적되어, 분쇄 롤러의 작업 표면의 외측 부분에 훨씬 더 많은 마모 응력을 야기한다 (도 3 참조). 따라서, 이 부분은 인서트에 의해 특히 보강되어야 한다.

본 발명은 금속 매트릭스가 GS 주철 또는 연강과 같은 비교적 연성 재료인 분쇄 롤러를 개시한다. 이 롤러에는 롤러의 작업 표면 근처의 전체 주변에 걸쳐 분산된 높은 내마모성을 갖는 복수의 인서트가 제공된다 (도 2 참조).

본 발명에 따른 분쇄 롤러의 독창성은 인서트의 디자인에 있으며, 인서트는 그의 일 부분이 높은 응력을 겪는 부분에서 (롤러의 새로운 상태에서) 작업 표면의 바로 근처에 있거나 작업 표면과 동일 평면에 있고 또한 다른 부분이 더 적은 응력의 구역에서 (롤러의 새로운 상태에서) 작업 표면으로부터 뒤쪽에 놓이도록 프로파일링된다. 보강부의 이러한 원래 분포는 분쇄 롤러의 작업 표면의 전체 폭에 걸쳐 보다 일정한 마모를 제공하는 것을 가능하게 한다.

본 출원에서, 새로운 상태는 원래의 프로파일을 갖는 롤러의 상태를 가리키며, 따라서 아직 사용되지 않은 롤러의 상태를 가리킨다. 물론, 인서트와 롤러의 작업 표면 사이의 거리는 새로운 상태에서만 정의될 수 있는데, 그 이유는 이미 많이 마모된 롤러에서는 이 거리가 더 이상 측정될 수 없기 때문이다.

엄밀히 말해 높은 응력을 겪는 구역 (Z1) 에서 작업 표면과 작업 표면 근처의 인서트의 부분 사이의 거리는 d1 으로 정의된다. 엄밀히 말해 낮은 응력을 겪는 구역 (Z2) 에서 작업 표면과 작업 표면으로부터 뒤쪽에 놓인 인서트의 부분 사이의 거리는 d2 로 정의되며, 높은 응력을 겪는 구역 (Z1) 에서의 거리 d1 은 낮은 응력을 겪는 구역 (Z2) 에서의 거리 d2 보다 항상 적다. 종래 기술에서, 엄밀히 말해 새로운 상태에서 작업 표면과 작업 표면 근처의 인서트의 외측 표면 사이의 거리는 일정하고, d1 = d2 이다.

인서트의 외측 표면의 부분이 분쇄 롤러의 작업 표면과 동일 평면에 있을 때, d1 = 0 이거나 또는 0 에 가깝다. 그러나, "작업 표면과 동일 평면에 있다" 는 개념은 분쇄 롤러의 치수를 안다는 관점 안에 놓여야 하며, 이 롤러의 치수는 15 톤의 무게에 대해 종종 3 미터에 가깝다. 거리 d1 은 주조의 실제 조건에 따라 일반적으로 10 mm 미만, 바람직하게는 8 mm 미만, 또는 심지어 5 mm 이하이다.

분쇄 롤러의 작업 표면으로부터 뒤쪽에 놓이는 인서트의 외측 표면의 부분은 일반적으로 10 mm 초과, 바람직하게는 15 mm 초과, 특히 바람직하게는 20 mm 초과의 거리 d2 에 있다.

인서트는 종종 작업 표면으로부터 뒤쪽에 놓인 것과 인근 부분을 연결하는 전이 구역 (Z3) 을 구비할 것이다. 이 부분은 인서트의 외측 표면이 새로운 상태에서의 롤러의 작업 표면으로부터 점점 멀어지게 이동하는 구역 (Z3) 에 해당한다. 따라서, 인서트의 외측 표면과 롤러의 원래 표면 사이의 공간을 채우는 연성 재료는 롤러의 두께에 걸쳐 가변적인 두께를 갖는다.

그러나, 전이 구역 Z3 의 존재는 항상 필요한 것은 아니며, 몇몇 경우에는 높은 마모 응력을 겪는 구역 (Z1) 이 낮은 마모 응력을 겪는 구역 (Z2) 으로 전이없이 넘어갈 수도 있다 (도 7 참조).

그러므로, 가장 간단한 버전에서, 롤러는 그의 작업 폭에 걸쳐, 2 개의 구역, 즉 인서트의 외측 표면이 롤러의 작업 표면 (원래의 프로파일) 에 더 가깝거나 그와 동일 높이에 있는 곳인 높은 응력을 받는 구역 1 (Z1), 및 인서트의 외측 표면이 롤러 (주변 표면) 의 작업 표면 (원래 프로파일) 으로부터 멀리 그리고 뒤쪽에 놓이는 곳인 낮은 응력을 받는 구역 2 (Z2) 를 포함할 것이다. 그럼에도 불구하고 롤러는 거리 d1 과 d2 가 함께 모이는 곳인 중간 응력 강도에 해당하는 전이 구역 3 (Z3) 을 종종 포함할 것이다. 구역들 Z1 및 Z2 내에서, 거리들 d1 및 d2 는 반드시 완전히 일정할 필요는 없으며, 주조 준비 동안에 몰드 내에 인서트의 위치결정 시에 마주하는 어려움에 기초하여 약간 달라질 수도 있다.

최신 기술의 해법과 비교하여, 본 발명은 구역 2 및 선택적으로 구역 3 에서의 마모를 가속시키려고 하며, 그 결과 구역 1 과 롤러 두께의 잔부 사이의 마모 구배가 그리 높지 않다. 따라서, 롤러는 원래 프로파일에 더 가까운 프로파일을 유지할 수 있고, 따라서 더 큰 수명을 가질 수 있다. 층의 두께 및 재료의 타입에 기초하여, 관찰되는 증가된 수명은 10 내지 80 %, 바람직하게는 30 내지 70 % 이다. 절두원뿔형 타입의 롤러에서 가장 현저한 개선이 관찰되었다.

"원통형" 또는 "타이어" 타입 (도 4 참조) 의 롤러를 초래하는 회전 모선으로 축 대칭을 갖는 분쇄 롤러는 쌍방의 외주면에서 사용 가능하며, 뒤집힐 수 있다 (예컨대, RM 타입의 크러셔용 롤러). 이 시나리오에서, 본 발명에 따르면, 도 6 (타이어-형상 롤러) 에 도시된 바와 같이 2 개의 구역 Z1 및 2 구역 Z2 뿐만 아니라 2 개의 전이 구역 Z3 을 가질 수 있다.

다른 롤러 (비대칭 프로파일) 의 경우, 가장 보강된 구역 (Z1, d1) 은 수직 축 크러셔의 회전 테이블의 외측에 위치되어야 하며, 그곳에서 분쇄될 재료가 주변부에 축적되고 분쇄될 재료에의 압력이 가장 높다 (도 4 참조).

본 발명에 따르면, 인서트는 그의 내마모성을 향상시키기 위해 세라믹 그레인 (금속 산화물, 탄화물, 질화물 또는 붕화물, 금속간 화합물) 을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 이 그레인은 구역 Z1 에서 롤러의 (원래) 주변면에 가장 가까운 인서트 부분에 배치될 것이다. 세라믹 그레인의 배치는 주조로부터 주철에 의해 침투될 수 있는 웨이퍼의 형태로 행해지는 것이 바람직하다. 웨이퍼는 원하는 섹션으로 수행되고, 주조 전에 몰드 내에 위치결정된다.

최신 기술에 대해 본 발명에 따른 보강된 롤러의 이점은 다음과 같다:

- 인서트의 프로파일이 이제 이전에 롤러가 그의 전체 두께에 걸쳐 불필요하게 보강되던 곳에서 마모에 점차 반대하는 "유용한" 프로파일에 따라 구성되기 때문에, 고크롬 강 (HiCr) 을 덜 필요로 한다. 따라서, 제조 비용이 낮아지고 롤러는 파손에 더 강하다:

- 전술한 바와 같이, 전체 폭에 걸친 롤러의 균일한 마모는 인서트의 마모가 시작될 때 롤러를 테이블에 더 가깝게 할 수 있고, 이로써 분쇄 출력을 증가시킬 수 있다.

1 롤러
2 인서트
3 롤러의 작업 표면
Z1 롤러 사용 시작 시의 최대 마모 응력 구역
Z2 롤러 사용 시작 시의 최소 마모 응력 구역
Z3 구역 Z1 과 구역 Z2 사이의 전이 구역
d1 구역 Z1 에서 보강 인서트와 원래 작업 표면 (새로운, 비사용 상태의 롤러의 주변 표면) 사이의 거리
d2 구역 Z2 에서의 보강 인서트와 원래 작업 표면 (새로운, 비사용 상태의 롤러의 주변 표면) 사이의 거리

Claims (9)

1. 금속 매트릭스의 파운드리 주조 (foundry casting) 에 의해 생산되는 수직 축 크러셔용 분쇄 롤러 (1) 로서, 상기 롤러 (1) 는 그의 주변부에 복수의 보강 인서트들 (2) 을 포함하고, 동일한 인서트의 주변 표면의 일부 부분들은 마모 응력에 기초하여 작업 표면 (3) 으로부터 거리 d1 또는 d2 에 위치되고, 상기 롤러는
   - 상기 인서트 (2) 의 적어도 하나의 부분이 상기 롤러의 상기 작업 표면 (3) 에 가까운 거리 d1 에 위치되는, 높은 마모 응력을 겪는 적어도 하나의 구역 Z1; 및
   - 상기 인서트의 일부가 상기 롤러의 상기 작업 표면 (3) 에 비해 뒤쪽에 놓인 거리 d2 에 위치되며, d1 < d2 인, 낮은 마모 응력의 구역 Z2
   를 포함하는, 분쇄 롤러 (1).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 롤러는 상기 구역 Z1 및 상기 구역 Z2 를 연결하는 적어도 하나의 중간 구역 Z3 를 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   d1 은 10 mm 미만, 바람직하게는 5 mm 미만이고, d2 는 10 mm 이상, 바람직하게는 20 mm 초과인 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   d1 = 0 인 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 롤러는 대칭적으로 사용되도록 의도된 롤러를 위해 낮은 응력 구역 Z2 의 각 측에 위치되는 2 개의 높은 응력 구역 Z1 을 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인서트들 (2) 은 상기 작업 표면 (3) 을 향해 배향된 면에 세라믹 보강부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 인서트들 (2) 은 60 부피% 이하의 세라믹 그레인들을 함유하는 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   세라믹 그레인들은 알루미나, 지르코니아, 알루미나-지르코니아 및/또는 금속 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 롤러는 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 분쇄 롤러 (1).

Images