一种易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊的制造方法
技术领域
本发明涉及一种易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊的制造方法，可适用于火力发电、水泥、冶金、矿山等行业的磨辊。
背景技术
在电力、水泥、冶金、矿山等行业，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为高铬铸铁整体铸造而成，成本较高，且打磨加工困难。运行磨损后在其上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。
为了提高磨辊使用寿命，目前电厂逐渐开始采用金属陶瓷复合磨辊，寿命可达堆焊材料的2-3倍。金属陶瓷复合磨辊比较成熟的结构形式有两种，一次浇注成型和二次浇注成型。一次浇注成型工艺是指将陶瓷芯板一次浇注高铬铸铁材料而成，提升磨辊使用寿命，但磨损后废旧磨辊不能堆焊再使用，废旧磨辊也无法进行直接回炉使用，需要花费大量的碳刨及人工成本，同时严重影响中频炉炉衬材料的使用频次，增加中频炉维护成本。二次浇注成型工艺制备复合磨辊，首先采用高铬铸铁浇铸陶瓷网格体制备出金属陶瓷复合耐磨件，然后对金属陶瓷复合耐磨件二次浇铸球墨铸铁制备出复合磨辊，较高铬铸铁整体浇铸磨辊降低成本，但使用后的磨辊也不能堆焊使用，废旧磨辊再次回炉使用成本较高。对于用户来说，虽然金属陶瓷磨辊使用可以实现原堆焊材料的2-3倍，但是后期不能堆焊再次使用成为两种工艺存在的缺点，再次采购金属陶瓷复合磨辊又需要大量的资金成本，该问题成为产品不能普遍推广的重要原因。采用可拆卸结构的金属陶瓷复合磨辊可以通过拆卸并更换辊芯表面的具有耐磨层的辊皮衬板实现磨辊的可修复，但是辊皮衬板不易加工，导致辊皮衬板与辊芯配合质量差，工作时易产生震动，甚至导致辊皮衬板断裂，造成磨辊报废。
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，提供一种易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊的制造方法，其磨辊后期磨损后，无需更换辊芯，可以打磨焊缝，将磨损严重的辊皮衬板拆掉；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。
技术方案：本发明所述的一种易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-20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质量的2%-8% ；
（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200-500目，加入量是混合物质量的1%-10% ；
（4）将步骤（3）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50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，将砂箱放置在震动平台上，然后顺次浇注耐磨合金金属液、碳钢金属液两种材料，耐磨合金金属液优先浸渗陶瓷预制体，碳钢再与耐磨合金呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/耐磨合金/碳钢三层的金属陶瓷辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其工作表面硬度达到58-62HRC，将热处理后的金属陶瓷辊皮衬板进行机加工；
（7）熔炼母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头内，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，并与辊芯大头进行满焊焊接，焊接完成后拆掉卡箍，得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
进一步的，所述的陶瓷颗粒金属化预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铜粉、钛粉、镍粉或任意两种的混合物。
进一步的，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。
进一步的，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，所述耐磨合金金属液为高铬铸铁或高锰钢。
进一步的，所述碳钢金属液为低碳钢或中碳钢。
进一步的，所述母体金属材料为球墨铸铁、低碳钢或中碳钢中的一种。
进一步的，所述金属陶瓷辊皮衬板的大头设有焊接坡口。
进一步的，所述陶瓷预制件表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件表面为平面或曲面。
有益效果：本发明的有益效果如下：
（1）辊皮衬板非加工面为普通铸钢材料，容易加工，内弧安装面采用凹槽状结构，和辊芯装配时可以减少打磨面积，降低生产成本；
（2）辊芯采用普通金属材料，硬度低，容易加工，大大降低机加工成本；
（3）磨辊后期磨损后，无需更换辊芯，可以打磨焊缝，将磨损严重的辊皮衬板拆掉，安装更换新的辊皮衬板后焊接即可，可实现陶瓷磨辊的可修复，大大降低磨辊的采购成本；
（4）磨辊工作面由耐磨合金、碳钢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，较高铬铸铁磨辊寿命提高至2倍以上；
（5）可以解决金属陶瓷复合磨辊不好修复的难题，同时降低生产成本。
附图说明
图1为本发明复合磨辊的结构剖视图；
图2为本发明复合磨辊的立体结构示意图；
图3为本发明蜂窝状陶瓷预制件的结构示意图；
图4为图3的结构剖视图；
图5为本发明辊皮衬板的结构示意图；
图6为图5的结构剖视图；
图7为本发明辊芯的结构示意图；
图8为图7的结构剖视图；
图9为本发明卡箍的结构示意图。
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8-20目的氧化锆颗粒进行表面金属化预处理，在氧化锆颗粒表面包覆铜粉；
（2）将预处理后的氧化锆颗粒与水玻璃按一定比例均匀混合，其中，水玻璃的加入量是陶瓷质量的2% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例碳化硅陶瓷粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1% ；
（4）将步骤（3）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50℃干燥24小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，将砂箱放置在震动平台上，目的为耐磨合金铁水浸渗效果更好，和陶瓷颗粒结合更牢固；先后顺次浇注高铬铸铁金属液、中碳钢金属液两种材料，高铬铸铁优先浸渗陶瓷预制体，中碳钢再与高铬铸铁呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/高铬铸铁/中碳钢三层的金属陶瓷辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其工作表面硬度达到58-62HRC；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头内，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，并与辊芯大头进行满焊，焊接完成后拆掉卡箍，得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
实施例2
（1）将粒径为8-20目的氧化铝颗粒进行表面金属化预处理，在氧化铝颗粒表面包覆镍粉；
（2）将预处理后的氧化铝颗粒与硅溶胶按一定比例均匀混合，其中，硅溶胶的加入量是陶瓷质量的4% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例碳化硼粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硼粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的4% ；
（4）将步骤（3）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36小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，将砂箱放置在震动平台上，目的为耐磨合金铁水浸渗效果更好，和陶瓷颗粒结合更牢固；先后顺次浇注高锰钢金属液、低碳钢金属液两种材料，高锰钢优先浸渗陶瓷预制体，低碳钢再与高锰钢呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/高锰钢/低碳钢三层的金属陶瓷辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其工作表面硬度达到58-62HRC；
（7）熔炼中碳钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头内，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，并与辊芯大头进行满焊，焊接完成后拆掉卡箍，得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
实施例3
（1）将粒径为8-20目的碳化钨颗粒进行表面金属化预处理，在碳化钨颗粒表面包覆钛粉和镍粉；
（2）将预处理后的陶瓷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6% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例氧化钇粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，氧化钇粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的6% ；
（4）将步骤（3）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60小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，将砂箱放置在震动平台上，目的为耐磨合金铁水浸渗效果更好，和陶瓷颗粒结合更牢固；先后顺次浇注高铬铸铁金属液、低碳钢金属液两种材料，高铬铸铁优先浸渗陶瓷预制体，低碳钢再与高铬铸铁呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/高铬铸铁/低碳钢三层的金属陶瓷辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其工作表面硬度达到58-62HRC；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头内，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，并与辊芯大头进行满焊，焊接完成后拆掉卡箍，得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
实施例4
（1）将粒径为8-20目的碳化硅颗粒进行表面金属化预处理，在碳化硅颗粒表面包覆镍粉和铜粉；
（2）将预处理后的陶瓷颗粒与碳酸钠按一定比例均匀混合，其中，碳酸钠的加入量是陶瓷质量的8% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例碳化硅粉末并混合均匀，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的10% ；
（4）将步骤（3）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陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在辊皮衬板铸型型腔表面，将砂箱放置在震动平台上，目的为耐磨合金铁水浸渗效果更好，和陶瓷颗粒结合更牢固；先后顺次浇注高锰钢金属液、中碳钢金属液两种材料，高锰钢优先浸渗陶瓷预制体，中碳钢再与高锰钢呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/高锰钢/中碳钢三层的金属陶瓷辊皮衬板；
（6）将步骤（5）金属陶瓷辊皮衬板进行热处理，使其工作表面硬度达到58-62HRC；
（7）熔炼中碳钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得到磨辊辊芯，将步骤（6）加工后的金属陶瓷辊皮衬板小头装配在设有卡槽的辊芯小头内，使用圆周卡箍将金属陶瓷辊皮衬板固定在辊芯圆周面，并与辊芯大头进行满焊，焊接完成后拆掉卡箍，得到金属陶瓷辊皮衬板与辊芯复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
最终制成的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊的其中一种实施例的结构如图1到图9所示，包括陶瓷预制件1、金属陶瓷复合辊皮衬板2、磨辊辊芯3、卡槽4、耐磨合金5和碳钢6。
其中，陶瓷预制件1的表面呈蜂窝状或网格状，陶瓷预制件的厚度为10-60mm，陶瓷预制件表面为平面或曲面。
金属陶瓷复合辊皮衬板2是由陶瓷预制件1、耐磨合金4和碳钢5三种材料结合而成，将陶瓷预制件1固定在辊皮衬板铸型型腔表面，先后顺次浇注耐磨合金金属液、碳钢金属液两种材料，耐磨合金优先浸渗陶瓷预制体，碳钢再与耐磨合金呈冶金结合，得到由工作面垂直向下分别为陶瓷预制件/耐磨合金/碳钢三层的金属陶瓷复合辊皮衬板2；磨辊辊芯3是由母体金属材料浇铸而成，首先母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得磨辊辊芯3。
将机加工后的金属陶瓷复合辊皮衬板2小头装配在设有卡槽4的辊芯小头内，卡槽为圆弧状或倒角，角度小于90°。使用圆周卡箍（如图9所示）将金属陶瓷复合辊皮衬板2固定在磨辊辊芯3表面，对金属陶瓷辊皮衬板大头打焊接坡口，并与辊芯大头进行满焊，焊接完成后拆掉卡箍，得到金金属陶瓷复合辊皮衬板2与磨辊辊芯3复合的易加工、可修复高耐磨金属陶瓷复合磨辊。
本发明磨辊后期磨损后，无需更换辊芯，可以打磨焊缝，将磨损严重的辊皮衬板拆掉；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。
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。
