专利名称：离心复合耐磨磨辊及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种与采矿、水泥、膨润土等行业的粉碎机械配套的、耐磨外壳与坚韧芯部组成的复合磨辊，及其用离心和双溶炼串联铸造复合磨辊的方法。
水泥等行业的粉碎机械中的磨辊，多用强韧白口铁、高锰钢为原料，采用常规方法浇铸而成，该法因浇冒系统的设置，铁水利用率差，能源浪费严重。这种常规浇铸法生产的磨辊，易产生气孔、缩松、冷隔、沙眼等铸造缺陷，难以确保产品的质量。这种单一材质铸成的磨辊，外层工作面与芯层装配部均由质优价高的材质组成，既造成材料的配制不合理，又使产品成本加大。
日本等国对离心铸造生产应用于钢铁业的复合轧辊，有颇多的研究，从已公开的几项专利成果看，其工艺和材质的选用各有千秋，各具特色。但对于用离心和熔炼串联方式铸造复合磨辊，尚未发现类似报导。
因此，本发明以采用离心和双溶炼串联方式，提供耐磨性好的合金外层、坚韧的铸铁芯部和熔接良好的中间层组成的复合磨辊和生产这种磨辊的方法为目的。
本发明的目的可以用如下措施来实现它整体呈轮形，中心部有轴向的安装孔，外层由高抗磨合金铸铁制造，芯层由坚韧的铸铁铸造，外层与芯层之间有熔接层，所说的外层高抗磨合金铸铁的成分构成，其重量比为2.2—3.2％的C，0.8—1.5％的Si，0.7—1.5％的Mn，0.9—2.5％的Cr，0.5—1.2％的Ni，0.3—0.6％的Cu，小于0.06％的S，小于0.06％的P，其余为Fe和不可避免的杂质。
本磨辊的外层高抗磨合金铸铁中还可含有微量的Re。
生产本复合磨辊的方法是用离心和双熔炼串联方式来实现的。对熔融的铸铁加入与其重量比为0.8—1.3％的75号碴粉进行孕育处理，对熔融的高抗磨合金铸铁加入与其重量比为0.4—0.6％的1号稀土合金进行变质处理，高抗磨合金铸铁浇注温度为1360—1400℃，坚韧的铸铁的浇注温度为1360—1380℃，高抗磨合金铸铁浇注后再浇注铸铁的间隔时间为1—5分钟，离心铸机在浇注过程中的转速，其线速度为13—25米/秒。
生产本复合磨辊的方法中，高抗磨合金铸铁的最佳浇注温度为1380-1400℃，铸铁的最佳浇注温度为1370—1380℃，它们之间的最佳浇注间隔时间为2—3分钟，离心铸机在浇注过程中的转速，最合造的线速度是13—22米/秒。
图1为本复合磨辊结构示意图。
图2为本复合磨辊生产工艺流程图。
一、制作本复合磨辊的外层的高抗磨合金铸铁的组分及其重量比为碳(C)2.2—3.2％，C是外层抗磨性要求的重要元素，含C量过高，外层的抗裂性差，过低则外层的耐磨性差，本发明含C的合适重量比是2.2—3.2％，最佳重量比是2.2—3.0％。
硅(Si)0.8—1.5％，在本发明中合理的含Si量有助于提高耐磨性，Si含量超过2％，不但降低耐磨性，还会出现铸造缺陷，合适的含量为0.8—1.5％。
锰(Mn)0.7—1.5％，Mn可提高淬透性，但又极易产生偏析，Mn还有脱氧作用，消除硫(S)的有害影响。其合适含量为0.7—1.5％，最佳含量为0.8—1.2％。
铬(Cr)0.9—2.5％，Cr有利于提高强度和硬度，含量多会出现游离碳化物，易产生热裂，合适含量0.9—2.5％，最佳含量1.0—2.0％。
镍(Ni)0.5—1.2％，Ni有利于提高力学性能的作用明显，能改善大面积铸件的组织、强度和硬度，改善韧性和塑性，不产生因偏析引起的不良作用。最佳含量为0.7—1.1％。
铜(Cu)0.3—0.6％，铜有提高抗拉强度和屈服点的作用，提高耐磨性和改善疲劳强度，明显改善断面组织均匀性。合适含理为0.3—0.6％。
硫(S)＜0.06％，S会消耗稀土合金形成夹渣、皮下气孔，使力学性能下降，故含S量以少为好。
磷(P)＜0.06％，含P量的微小增加，就会明显降低力学性能，影响冲击韧度，所以应控制在0.06％以下。
镭(Re)Re主要是作为加入0.4—0.6％重量比1号的稀土合金进行变质处理时掺入的。故应有微量的Re元素。
二、双熔炼串联铸造可根据连续使用还是间隔使用，每目班次的多少等因素，对双熔炼串联炉进行合理选配。本发明以一台容量为1.5吨/小时的冲天炉与一台容量为0.5吨的中频炉相配，冲无炉熔化铸铁，出铁水时，按铁水总量的0.8—1.3％重量比加入市售的75号硅粉进行孕育处理。在中频炉中熔化高抗磨合金铸铁，该合金铸铁可用如下原料及其重量比投入60—68％的铸铁熔融铁水，7—10％的不锈钢(1Cr18Ni9Ti)、1—1.5％的锰铁合金，25—35％的废钢、0.3—0.8％的铬铁、0.8—1.2％的镍块和5—7％的废钢替代，上述原料熔融出炉后，加入该合金铸铁浇铸成磨辊外层重量的0.4—0.6％的1号稀土合金进行变质处理，开动变速离心铸机，先向铸型内倾入熔融的高抗磨合金铸铁，经称量后，间隔一定时间后再倾入熔融的经孕育处理的铸铁，直至满溢止。再移开浇嘴，经3分钟左右放水冷却至约600℃，或铸件成暗红色时，卸件埋砂缓冷约12小时，取件打磨，检验即成。
三、离心铸造的几项关键事项在离心铸造中，本复合磨辊制造成功的关键是在合理选配材质的前提下，必须把握好浇铸温度、间隔时间和离心铸机的转速。总的原则是合金铸铁的浇注温度应高于普通铸铁；间隔时间应综合考虑浇注温度，铁层厚度和铸型散热条件等因素来定；离心铸机的转速应考虑立式和卧式克服重力因素的不同，铸件合理致密度的要求，外层与芯层之间的熔接层中主要元素扩散、熔融合适等要求。因相同的转速(角速度)中，熔融铁水在外层的离心力大于芯层，为了达到基本一致的离心力，使致密度均匀，浇外层时的角速度应小于浇芯层的角速度，即离心铸机的转速(角速度)，由外浇到芯层应是逐步加快，即600—800—1200转/分钟递增，针对本发明，统一以线速度定值，更能说明问题。
本发明制造复合磨辊要求高抗磨合金铸铁的浇注温度是1360—1400℃，最佳为1380—1400，普通铸铁的浇注温度是1360—1380℃，最佳1370—1380℃。间隔时间为1—5分钟，最佳2—3分钟。离心铸机在浇注过程中的线速度控制在13—25米/秒，最佳13—22米/秒。
需说明的是本铸造中的各原料成分均可市售获得，铸型等有关工装在浇注前需加温和涂刷铸型涂料。孕育和变质处理也属常规方法。
实施例1用一个内径为410mm、深度为205mm、浇孔直径为100mm的空心园筒模具，将125Kg的具有表1所示中的任一序号配方的熔融高抗磨合金铸铁和47Kg熔融的普通铸铁分别在浇注温度为1400℃和1380℃条件下，间隔4分钟，离心铸机转速控制线速度为20米/秒，进行离心铸造成外型直径为406mm、安装孔孔径为100mm、高度为195mm的耐磨复合磨辊。
表1(化学成分重量％)序号 C％ Cr％ Si％ Mn％ Cu％ Ni％ S％ P％ Re％1 3.2 1.66 1.35 1.21 0.52 0.68 0.08 0.072 2.3 1.42 1.07 0.86 0.41 0.71 0.09 0.0653 2.95 2.09 1.46 1.11 0.40 1.0 0.085 0.0764 2.67 1.2 1.14 0.72 0.50 0.6 0.08 0.075 2.64 1.4 0.93 0.82 0.42 0.7 0.09 0.0736 2.81 1.63 0.98 1.44 0.43 0.81 0.08 0.07根据上表中各化学成分的重量％，换算成各炉料的选用和投入配比量，是本行业普通技术人员所能掌握的，前述双熔炼串联铸造方法中也曾有具体叙述，恕不细述。
离心铸造的几项关键要求组合如表2
表2序号 1 23 4 5 6离心铸机转速 13 17 20222520线速度(米/秒)二次浇注间隔时间 1.522.2 2.5 4 5(分钟)合金铸铁浇注温度 1365 1370 1380 1390 1380 1400(℃)普通铸铁浇注温度 1360 1360 1370 1380 1370 1380(℃)实施例2用一个内径为308mm、深度为175mm、浇孔直径为70mm的空心园筒模具，将65Kg的具有表1所示的任一序号配方的熔融高耐磨合金铸铁，31Kg熔融的普通铸铁，其浇注温度、离心铸机转速、间隔时间如表2所示的任一序号的条件组合下，进行离心铸造成直径302mm、安装孔孔径为70mm、高度为165mm的高抗磨复合磨辊。
实施例3用一个内径为212mm、深度为150mm、浇孔直径为40mm的空心园筒模具，将22Kg的具有表1所示的任一序号的配方的熔融高抗磨合金铸铁，10Kg的熔融普通铸铁，其浇注温度、离心铸机的转速、间隔时间如表2所示的任一序号条件组合下，进行离心铸造，成外径为207mm、安装孔孔径为40mm、高度为140mm的耐磨复合磨辊。
总之按表1的配方、按表2的条件组合，还可根据需要，外径、安装孔孔径、高度既可做成比实施例1更大的磨辊，也可做成比实施例3更小的磨辊，这只需调整模具的有关尺寸和增减浇注的溶融铁水量即可。
本发明制成的离心复合耐磨磨辊表面无肉眼可见的裂纹、明显的冷隔、气孔、铁豆等铸造缺陷，本磨辊外层(合金层)1的硬度(HRC)大于40，冲击值≥6.0焦耳/cm2。芯层3质地坚韧，熔接层2主要元素扩散合适，厚度符合结构要求，安装孔4符合安装的尺寸要求。
本发明运用离心和双熔炼串联方法铸造复合耐磨磨辊，比单一材质一次性常规浇注生产的磨辊的铁水利用率高，节省能源，不易产生气孔、缩松、冷隔、沙眼等铸造缺陷，提高产品质量档次，外层高抗磨合金铸铁和芯层坚韧普通铸铁，充分发挥各自的力学性能，各得其所，还大大节省了生产成本。
权利要求
1.一种离心复合耐磨磨辊，整体呈轮形，中心部有轴向的安装孔(4)，其特征在于外层(1)由高抗磨合金铸铁制造，芯层(3)由坚韧的普通铸铁制造，外层与芯层之间有熔接层(2)，所说的外层(1)的高抗磨合金铸铁的成分构成，其重量比为2.2—3.2％的C，0.8—1.5％的Si，0.7—1.5％的Mn，0.9—2.5％的Cr，0.5—1.2％的Ni，0.3—0.6％的Cu，小于0.06％的S，小于0.06％的P，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的磨辊，其特征是所说的外层高抗磨合金铸铁含有微量的Re。
3.如权利要求1所述的复合磨辊的生产方法，其特征是采用离心和双熔炼串联方法生产的，对熔融的普通铸铁加入与其重量比为0.8—1.3％的75号硅粉进行孕育处理，对熔融的高抗磨合金铸铁加入与其铸造磨辊外层合金重比为0.4—0.6％的1号稀土合金进行变质处理，在高抗磨合金铸铁浇注温度为1360—1400℃，普通铸铁浇注温度为1360—1380℃，两次浇注的间隔时间为1—5分钟，离心铸机在浇注过程中的转速，其线速度为13—25米/秒。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是普通铸铁的最佳浇注温度为1370—1380℃，高抗磨合金铸铁的最佳浇注温度为1380—1400℃。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是高抗磨合金铸铁浇注后再浇注普通铸铁的最佳间隔时间为2—3分钟。
6.如权利要求3所述的方法，其特征是离心铸机在浇注过程中的最合适的线速度为13—22米/秒。
全文摘要
一种离心复合耐磨磨辊及其生产方法，该复合磨辊由耐磨合金铸铁作外层，普通铸铁作芯层，中间有熔接层，磨辊整体呈轮形，中心有轴向安装孔，外层高抗磨合金铸铁的成分构成及其重量比为2.2-3.2％的C，0.8-1.5％的Si，0.7-1.5％的Mn，0.9-2.5％的Cr，0.5-1.2％的Ni，0.3-0.6％的Cu，＜0.06％的S，＜0.06％的P，其余为Fe和不可避免的杂质，各组分按符合上述要求的配比，用离心和双熔炼串联方式铸造而成，广泛应用于非金属的粉碎机械中，具有节能、不易产生铸造缺陷和用材合理，成本低的特点。
文档编号B22D13/00GK1125777SQ9511332
公开日1996年7月3日 申请日期1995年10月31日 优先权日1995年10月31日
发明者管庆法, 胡建政, 黄德忠, 何德富 申请人:杭州临安耐磨件总厂