阅读说明：本技术 一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法 (Preparation method of metal ceramic composite grinding roller ) 是由 史义明 姚友工 刘佳利 钱兵 孙书刚 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法,包括：将陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；将预处理后的陶瓷颗粒与粘结剂均匀混合；在混合物中加陶瓷粉末并混合均匀；将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具干燥得陶瓷预制件；将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；熔炼耐磨合金材料形成金属液,控制铁水中各金属的百分含量；浇注金属液进入磨辊铸型型腔,得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊。本发明中的高铬铸铁材料添加了多种金属成分,可以使高铬铸铁基体获得极高的硬度的同时具有较高的韧性,高铬铸铁基体耐磨寿命是普通高铬铸铁的2倍以上,成本只要原来的1.4倍左右,能有效抵御运行过程中发生的冲击和震动,保证设备平稳运行。(The invention discloses a preparation method of a metal ceramic composite grinding roller, which comprises the following steps: carrying out surface metallization pretreatment on the ceramic particles; uniformly mixing the pretreated ceramic particles with a binder; adding ceramic powder into the mixture and uniformly mixing; uniformly filling the particle mixture into a foam ceramic boat mold and drying to obtain a ceramic prefabricated member; sequentially fixing the ceramic prefabricated parts on the surface of a grinding roller casting cavity in the circumferential direction and then assembling the box; smelting a wear-resistant alloy material to form molten metal, and controlling the percentage content of each metal in the molten iron; and pouring molten metal into the grinding roller casting cavity to obtain the metal ceramic composite grinding roller compounded by the ceramic prefabricated part and the wear-resistant alloy. The high-chromium cast iron material disclosed by the invention is added with a plurality of metal components, so that a high-chromium cast iron matrix can obtain extremely high hardness and simultaneously has higher toughness, the wear-resisting service life of the high-chromium cast iron matrix is more than 2 times that of common high-chromium cast iron, the cost is only about 1.4 times that of the original high-chromium cast iron, the impact and the vibration generated in the operation process can be effectively resisted, and the stable operation of equipment is ensured.)

一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法，可适用于火力发电行业。

背景技术

在火力发电行业，磨辊在制粉系统中被广泛使用，它作为主要的耐磨件，磨辊的耐磨性能直接影响到制粉的作业率、煤粉质量、磨辊消耗和生产成本。由于任何磨辊材料，在制粉工况条件下，都有较为严重的磨损，当磨辊磨损出现较严重的凹坑、沟槽后，会导致磨煤机煤粉效率下降，磨煤机出力不足。

目前火力发电厂所用的磨辊大部分以高硬度、高耐磨性金属材料如高铬铸铁等整体铸造而成，成本较高，且打磨加工困难。如果因磨辊磨损失效而重新铸造更换会造成极大的浪费。通过在磨损的磨辊表面反复堆焊耐磨合金层可以提高磨辊的使用寿命，但次数有限，且成本较高，容易出现堆焊层脱落的现象，同时电厂频繁的停机检修造成了极大的经济损失，寿命一般6000-8000小时。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法，可以使高铬铸铁基体获得极高的硬度的同时具有较高的韧性，高铬铸铁基体耐磨寿命是普通高铬铸铁的2倍以上，成本只要原来的1.4倍左右，能有效抵御运行过程中发生的冲击和震动，保证设备平稳运行。

技术方案：本发明所述的一种金属陶瓷复合磨辊的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将粒径为10-30目的陶瓷颗粒进行表面金属化预处理；

（2）将预处理后的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例均匀混合，其中粘结剂的加入量是陶瓷颗粒质量的2%-5% ；

（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例陶瓷粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为100-500目，加入量是混合物质量的1%-6% ；

（4）将步骤（3）颗粒混合物均匀装入陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中100℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；

（5）将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；

（6）熔炼耐磨合金材料形成金属液，控制铁水中各金属的百分含量成分如下：

Cr:25-27%,C:2.8-3.3%,Si:0.8-1.5%,Ni:0.8-2.0%,Mo:1.0-2.0%,Cu:0.3-0.8%,Nb:0.3-0.6%,V:0.2-0.6%,W:0.5-1.5%,Mn:0.8-1.5%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（7）浇铸前再次对铁水进行化验，确定各金属含量成分满足步骤（6）的条件；

（8）浇注金属液进入磨辊铸型型腔，得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊。

进一步的，步骤（1）陶瓷颗粒金属化预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基或钴基低熔点合金材料。

进一步的，步骤（1）所述的陶瓷颗粒为氧化铝，氧化铝颗粒质量含量为92%、95%、99%。

进一步的，步骤（2）所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、碳酸钠、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。

进一步的，步骤（3）所述陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的组合。

进一步的，步骤（4）所述陶瓷舟模具的材料为金属、石墨、泡沫中的一种。

进一步的，步骤（6）所述的耐磨合金材料为高铬铸铁或高锰钢。

进一步的，步骤（4）所述陶瓷预制件的表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为20-60mm，陶瓷预制件表面为曲面。

进一步的，所述金属陶瓷复合磨辊中高铬基体硬度为62-64HRC，冲击强度为5-8J/cm²。

有益效果：本发明的有益效果如下：

（1）本发明中的高铬铸铁材料添加了多种金属成分，可以使高铬铸铁基体获得极高的硬度的同时具有较高的韧性，高铬铸铁基体耐磨寿命是普通高铬铸铁的2倍以上，成本只要原来的1.4倍左右，能有效抵御运行过程中发生的冲击和震动，保证设备平稳运行；

（2）磨辊工作面由耐磨合金和金属陶瓷复合材料交错构成，呈蜂窝状，具有双重耐磨性能，较现有陶瓷复合磨辊寿命提高至1.5倍以上。

附图说明

图1为本发明复合磨辊的结构示意图；

图2为本发明复合磨辊的结构剖视图；

图3为本发明陶瓷预制件的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

（1）将粒径为10-30目，质量含量为92%的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，将氧化铝颗粒表面包覆铁基合金材料；

（2）将预处理的氧化铝颗粒与酚醛树脂按一定比例均匀混合，其中，酚醛树脂的加入量是陶瓷质量的2% ；

（3）在上述混合物中加入一定比例氧化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1% ；

（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中100℃干燥24小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件，如图3所示；

（5）将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；

（6）熔炼高铬铸铁形成金属液，冶炼时各化学成份及加入量按下例配比(重量百分比)加人铁水中：

Cr:25.5%,C:3%,Si:1.2%,Ni:0.9%,Mo:1.8%,Cu:0.4%,Nb:0.54%,V:0.25%,W:1.16%,Mn:1%，S:≤0.04%,P≤0.04%；

（7）浇铸前再次对铁水进行化验，确定各金属含量成分满足：Cr:25.5%,C:3%,Si:1.2%,Ni:0.9%,Mo:1.8%,Cu:0.4%,Nb:0.54%,V:0.25%,W:1.16%,Mn:1%，S:≤0.04%,P≤0.04%；

（8）浇注金属液进入磨辊铸型型腔，得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊，如图1和图2所示。

本实施例所述的陶瓷预制件厚度为20mm。

经测试本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊的高铬铸铁基体硬度为62.4HRC，冲击强度为6.5J/cm²。

本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊寿命是现有陶瓷复合磨辊的1.6倍。

实施例2

（1）将粒径为10-30目，质量含量为95%的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，将氧化铝颗粒表面包覆镍基合金材料；

（2）将预处理的氧化铝颗粒与水玻璃按一定比例均匀混合，其中，酚醛树脂的加入量是陶瓷质量的3% ；

（3）在上述混合物中加入一定比例氧化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的3% ；

（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中120℃干燥36小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；

（5）将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；

（6）熔炼高铬铸铁形成金属液，冶炼时各化学成份及加入量按下例配比(重量百分比)加人铁水中：

Cr:26%,C:3%,Si:1.2%,Ni:1.2%,Mo:1.6%,Cu:0.5%,Nb:0.4%,V:0.3%,W:1.0%,Mn:1.2%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（7）浇铸前再次对铁水进行化验，确定各金属含量成分满足：Cr:26%,C:3%,Si:1.2%,Ni:1.2%,Mo:1.6%,Cu:0.5%,Nb:0.4%,V:0.3%,W:1.0%,Mn:1.2%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（8）浇注金属液进入磨辊铸型型腔，得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊。

本实施例所述的陶瓷预制件厚度为30mm。

经测试本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊的高铬铸铁基体硬度为62.6HRC，冲击强度为7.0J/cm²。

本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊寿命是现有陶瓷复合磨辊的1.7倍。

实施例3

（1）将粒径为10-30目，质量含量为99%的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，将氧化铝颗粒表面包覆钴基合金材料；

（2）将预处理的氧化铝颗粒与碳酸钠按一定比例均匀混合，其中，酚醛树脂的加入量是陶瓷质量的4% ；

（3）在上述混合物中加入一定比例氧化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的5% ；

（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中150℃干燥48小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；

（5）将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；

（6）熔炼高铬铸铁形成金属液，冶炼时各化学成份及加入量按下例配比(重量百分比)加人铁水中：

Cr:26%,C:3.1%,Si:1.2%,Ni:1.5%,Mo:1.6%,Cu:0.6%,Nb:0.5%,V:0.5%,W:1.2%,Mn:1.2%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（7）浇铸前再次对铁水进行化验，确定各金属含量成分满足：Cr:26%,C:3.1%,Si:1.2%,Ni:1.5%,Mo:1.6%,Cu:0.6%,Nb:0.5%,V:0.5%,W:1.2%,Mn:1.2%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（8）浇注金属液进入磨辊铸型型腔，得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊。

本实施例所述的陶瓷预制件厚度为40mm。

经测试本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊的高铬铸铁基体硬度为63.0HRC，冲击强度为7.5J/cm²。

本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊寿命是现有陶瓷复合磨辊的1.75倍。

实施例4

（1）将粒径为10-30目，质量含量为95%的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，将氧化铝颗粒表面包覆铁基合金材料；

（2）将预处理的氧化铝颗粒与酚醛树脂按一定比例均匀混合，其中，酚醛树脂的加入量是陶瓷质量的5% ；

（3）在上述混合物中加入一定比例氧化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的6% ；

（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟模具，紧实后陶瓷舟整体放入干燥箱中200℃干燥72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；

（5）将陶瓷预制件依次周向固定在磨辊铸型型腔表面后合箱；

（6）熔炼高铬铸铁形成金属液，冶炼时各化学成份及加入量按下例配比(重量百分比)加人铁水中：

Cr:27%,C:3.3%,Si:1.5%,Ni:2.0%,Mo:2.0%,Cu:0.8%,Nb:0.6%,V:0.6%,W:1.5%,Mn:1.5%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（7）浇铸前再次对铁水进行化验，确定各金属含量成分满足：Cr:27%,C:3.3%,Si:1.5%,Ni:2.0%,Mo:2.0%,Cu:0.8%,Nb:0.6%,V:0.6%,W:1.5%,Mn:1.5%,S:≤0.04%,P≤0.04%；

（8）浇注金属液进入磨辊铸型型腔，得到陶瓷预制件与耐磨合金复合的金属陶瓷复合磨辊。

本实施例所述的陶瓷预制件厚度为60mm。

经测试本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊的高铬铸铁基体硬度为64HRC，冲击强度为8J/cm²。

本实施例所述的金属陶瓷复合磨辊寿命是现有陶瓷复合磨辊的1.8倍。

本发明中的高铬铸铁材料添加了多种金属成分，可以使高铬铸铁基体获得极高的硬度的同时具有较高的韧性，高铬铸铁基体耐磨寿命是普通高铬铸铁的2倍以上，成本只要原来的1.4倍左右，能有效抵御运行过程中发生的冲击和震动，保证设备平稳运行；磨辊工作面由耐磨合金和金属陶瓷复合材料交错构成，呈蜂窝状，具有双重耐磨性能，较现有陶瓷复合磨辊寿命提高至1.5倍以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。