(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型回転式遠心砕塊装置に使用されるロータの側板表面を強化するためにその側板表面に耐磨耗性金属を溶接肉盛りする際に、溶接肉盛りされる溶接材料とは耐磨耗性又は耐衝撃性が異なる置き材を前記側板表面に分散して配置し、その置き材の上から前記側板表面に溶接肉盛りを行って前記置き材を溶融させ、その溶融金属と前記溶接材料の溶融金属とが混じり合うことにより肉盛り硬化金属の成分調整を行うことを特徴とする縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法。
【請求項２】
前記置き材は、前記溶接材料より耐磨耗性又は耐衝撃性が優れる請求項１に記載の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法。
【請求項３】
前記置き材は棒状であり、前記ロータの円周方向に所定の間隔で配置される請求項１に記載の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法。
【請求項４】
前記溶接肉盛りに使用される溶接材料の主成分がＣ：０．５〜６％、Ｃｒ：５〜３５％であり、その溶接肉盛りによって形成される肉盛り硬化金属がＣ：５％以下、Ｃｒ：３０％以下、Ｎｂ：６％以下、Ｗ：６％以下、Ｍｏ：６％以下、Ｖ：６％以下、Ｔｉ：６％以下、Ｂ：０．５％以下、Ｍｎ：６％以下、Ｎｉ：６％以下、Ｃｏ：６％以下、Ｓｉ：３％以下、Ａｌ：１％以下を含み、残部が実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる請求項１に記載の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦型回転式遠心砕塊装置に使用されるロータの側板表面の耐磨耗性や耐衝撃性を高めるのに用いられる縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
岩石の３次破砕（粒形調整や造砂等）に使用される破砕装置として縦型回転式遠心砕塊装置が知られている。この装置は、図２に示すようなロータ１０を備えている。ロータ１０は、鉛直軸を中心にして超高速回転する縦型ロータであり、外周面の複数箇所に岩石投射窓１１を有している。破砕すべき岩石はロータ１０の内側へ投入され、ロータ１０の超高速回転による遠心力により岩石投射窓１１から、ロータ１０の周囲にデッドストックされた岩石へ向かって高速で投射される。デッドストックに投射された岩石は反射して、ロータ１０の湾曲した側板１２の表面に衝突する。
【０００３】
このような縦型回転式遠心砕塊装置においては、ロータ１０の側板１２が岩石との衝突により過酷な磨耗を受ける。このため、側板１２の表面は耐磨耗性金属により強化されている。具体的には、ＳＳ４００からなる母材の表面に高クロム鋳鉄系の耐磨耗性金属材料を溶接肉盛りしたクラッド鋼板が、側板１２に使用されている。また、ロータ１０の使用によって側板表面の肉盛り硬化金属が磨耗したときは、その上から再度、高クロム鋳鉄系の耐磨耗性金属材料を溶接肉盛りすることにより、ロータ１０が再生され、再使用されている。ここにおける溶接肉盛りは、溶接ワイヤを用いて、ロータ１０の回転中心に平行な肉盛りビード１３をロータ１０の円周方向へ多数形成することにより行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、縦型回転式遠心砕塊装置は大量に製造され、様々な採石所で使用されているが、ロータの側板表面を強化する耐磨耗性金属としては、１種類で多種の岩石に対応できるように、耐磨耗性が十分に高い特定の種類の高クロム鋳鉄系合金が選択されている。即ち、使用される採石所で粉砕される岩石の種類に応じて耐磨耗性金属を個別に選択しようとすると、幾種類もの溶接ワイヤをストックすることが必要となり、そのコスト上昇を余儀なくされるので、単一種類の溶接ワイヤを用いて肉盛り硬化金属が形成されている。これにより、殆どの用途で支障なく粉砕が行われているが、採石所によっては非常に硬いケイ石やチャート等の粉砕に遭遇することがある。このような場合、側板表面の早期磨耗が避けられない。
【０００５】
本発明の目的は、溶接ワイヤの種類を増やすことなく経済的に、側板表面の耐磨耗性や耐衝撃性を変更することができる縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法は、縦型回転式遠心砕塊装置に使用されるロータの側板表面を強化するためにその側板表面に耐磨耗性金属を溶接肉盛りする際に、溶接肉盛りされる溶接材料とは耐磨耗性又は耐衝撃性が異なる置き材を前記側板表面に分散して配置し、その置き材の上から前記側板表面に溶接肉盛りを行って前記置き材を溶融させ、その溶融金属と前記溶接材料の溶融金属とが混じり合うことにより肉盛り硬化金属の成分調整を行うものである。
【０００７】
本発明の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法においては、ロータの側板表面に分散して配置された置き材の上から側板表面に溶接肉盛りを行うことにより、置き材が溶融し、その溶融金属と溶接材料の溶融金属が混じり合うことから、溶接材料の種類を変更せずとも肉盛り硬化金属の成分調整が可能になる。そして、置き材として溶接材料より耐磨耗性又は耐衝撃性が優れるものを使用すれば、肉盛り硬化金属は、置き材の化学成分で濃化されることにより、耐磨耗性又は耐衝撃性が向上する。逆に、置き材として溶接材料より耐磨耗性又は耐衝撃性が劣るものを使用すれば、肉盛り硬化金属は、置き材の化学成分で希釈されることにより、耐磨耗性又は耐衝撃性が低下する。
【０００８】
置き材としては棒状のものが取り扱いが簡単で好ましい。特に、耐磨耗性又は耐衝撃性が優れる棒状の置き材をロータの円周方向に所定の間隔で配置した場合は、濃化の原理により、棒状の置き材を配置した部分の近傍で耐磨耗性又は耐衝撃性が特に高くなり、隣接する置き材の中間部分に向けてその性能が徐々に低下し、中間部分では溶接材料に比較的近い性能となる。その結果、ロータの中心方向に沿って延びる筋状の高性能部分が円周方向に間欠的に形成され、いわゆる筋肉盛りと同じ効果が得られる。
【０００９】
即ち、縦型回転式遠心砕塊装置においては、ロータの回転中心に直角な平面上で側板表面に岩石が衝突する。筋状の高性能部分が円周方向へ環状に連続形成され、回転中心方向に間欠配置された場合、破砕性能が低下し、隣接する高性能部分の間で側板表面の磨耗が急速に進行するが、筋状の高性能部分が回転中心に沿った方向に連続形成され、円周方向に間欠配置された場合は、高い破砕性能が得られ、隣接する高性能部分の間での側板表面の磨耗も抑制される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の１実施形態を示す溶接手順の説明図である。
【００１１】
本実施形態に係るロータ強化方法は、前述した縦型回転式遠心砕塊装置のロータ１０を特殊用途向けに再生するために使用される。即ち、縦型回転式遠心砕塊装置が特定の用途に使用された場合、ロータ１０の側板表面が急速に磨耗する。側板表面の磨耗が進んだロータ１０は、その表面に溶接ワイヤを用いて耐磨耗性金属を溶接肉盛りすることにより再生され、再使用されるが、経済的な事情から溶接ワイヤを１種類とした場合、同じ溶接ワイヤが使用されるので、再使用でも側板表面の磨耗が急速に進行する。
【００１２】
そこで、側板表面の磨耗が急速に進んだロータ１０を再使用するための再生処理に本実施形態に係るロータ強化方法が用いられる。
【００１３】
本実施形態に係るロータ強化方法においては、まず、図１（ａ）に示すように、回転中心を水平にしてロータ１０を回転可能に支持する。また、ロータ１０の側板１２の高さＨ（図２参照）とほぼ同じ長さの丸棒状の置き材２０を多数用意する。置き材２０は例えば手溶接用の溶接棒であり、溶接肉盛りに使用される溶接ワイヤ３０より合金度が高く、耐磨耗性又は耐衝撃性の優れた材料とされている。
【００１４】
以上の準備が終わると、２本の置き材２０を、ロータ１０の回転中心にほぼ平行な方向に向け、円周方向に所定の間隔をあけて、側板１２の上部にセットする。そして、溶接トーチ３１を、両側の置き材２０に跨がるようにロータ１０の円周方向にウィービングさせながら、溶接ワイヤ３０によりロータ１０の回転中心にほぼ平行な方向に溶接肉盛りを行う。これにより最初の肉盛りビード１５（図１（ｂ）参照）が形成される。
【００１５】
この溶接では、溶接ワイヤ３０が溶融するだけでなく、両側の置き材２０も溶融する。両方の溶融金属が混じり合うことにより、肉盛りビード１５は、溶接ワイヤ３０によって形成される肉盛りビードより耐磨耗性又は耐衝撃性の優れるものとなる。特に、両側の置き材２０が配置されていた部分で高性能となる。
【００１６】
最初の肉盛りビード１５が形成されると、図１（ｂ）に示すように、置き材２０の配列ピッチ分だけロータ１０を円周方向に回転させ、最初の肉盛りビード１５の側方に等ピッチで３本目の置き材２０を配置する。そして、最初の肉盛りビード１５と３本目の置き材２０に跨がるように溶接トーチ３１をロータ１０の円周方向にウィービングさせながら、溶接ワイヤ３０によりロータ１０の回転中心にほぼ平行な方向に溶接肉盛りを行う。これにより２番目の肉盛りビード１５′（図１（ｃ）参照）が形成される。
【００１７】
２番目の肉盛りビード１５′が形成されると、図１（ｃ）に示すように、置き材２０の配列ピッチ分だけロータ１０を円周方向に回転させ、２番目の肉盛りビード１５′の側方に等ピッチで４本目の置き材２０を配置する。そして、２番目の肉盛りビード１５′と４本目の置き材２０に跨がるように溶接トーチ３１をロータ１０の円周方向にウィービングさせながら、溶接ワイヤ３０によりロータ１０の回転中心にほぼ平行な方向に溶接肉盛りを行う。これにより３番目の肉盛りビード１５″が形成される。
【００１８】
側板１２の一方の側縁部から他方の側縁部までこの作業を繰り返すことにより、側板１２の表面全体に肉盛り硬化金属が形成される。また、この作業を全ての側板１２に行うことにより、ロータ１０が再生される。
【００１９】
再生されたロータ１０では、側板１２の表面に耐磨耗性金属を溶接肉盛りする工程で、溶接ワイヤ３０より耐磨耗性又は耐衝撃性の優れる置き材２０を使用しして溶融させたことにより、溶接ワイヤ３０の種類を変更していないにもかかわらず、側板１２の表面に形成される肉盛り硬化金属は、溶接ワイヤ３０によって形成される肉盛り硬化金属より耐磨耗性又は耐衝撃性の優れるものとなる。特に、置き材２０が配置されていた部分で高性能となることにより、筋肉盛りの効果が得られる。
【００２０】
従って、側板表面の磨耗が急速に進んだロータ１０が、以前より耐耐磨耗性又は耐衝撃性の優れた高性能なロータ１０へ経済的に再生される。
【００２１】
上記実施形態では、使用済みロータの再生に本発明を使用したが、新品ロータの製造に本発明を適用することも可能である。その場合は、側板の母材上に金属片を用いて溶接肉盛りが行われる。
【００２２】
置き材２０は、ロータ１０の回転中心に平行に配置される他、その回転中心に対して傾斜させることが可能である。傾斜角度は４５度以下が適当である。傾斜角度が大きいと筋肉盛りの効果が低減する。
【００２３】
置き材２０は丸棒状としたが、角棒状でもよい。丸棒状の場合、その直径は３〜１０ｍｍが好ましい。角棒状の場合、その１辺は３〜８ｍｍｍｍが好ましい。これらが小さすぎると、金属片２０から得られる合金量が少なくなり、大きすぎる場合はアークで完全溶融することが困難になる。
【００２４】
置き材２０の配列ピッチは２０〜５０ｍｍが好ましい。これが小さすぎると、置き材２０を完全溶融することが困難になり、融合不良の危険性が生じる。大きすぎる場合は隣接する置き材２０，２０の中間部での耐磨耗性が減少すると共に、全体の合金化の濃度が薄くなる。
【００２５】
図１に示したロータ強化方法により実際に使用済みロータを再生した。側板表面に残存する元の肉盛り硬化金属組成、使用した溶接ワイヤの組成、使用した置き材（丸棒）の組成（重量％）を表１に示す。置き材（丸棒）の直径は９．５ｍｍ、配列ピッチは４０ｍｍとした。溶接条件としては、ワイヤ径を１．６ｍｍ、溶接電流を２８０Ａ、溶接電圧を３２Ｖとした。
【００２６】
元の肉盛り硬化金属、その上に溶接ワイヤのみを使用して形成した肉盛り硬化金属、及び置き材（丸棒）を併用して形成した肉盛り硬化金属のそれぞれにつき、硬度及び磨耗係数を調査した結果を表２に示す。
【００２７】
【表１】
0003897959.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003897959.tif 000003
【００２９】
置き材（丸棒）を併用して形成された肉盛り硬化金属についての調査結果は、隣接する置き材（丸棒）間の中央部から採取したサンプルについて調査したものである。磨耗係数は低応力研磨耗試験におけるＳＳ４００の磨耗減量を１００としたときの比率で表されている。
【００３０】
表１及び表２から分かるように、置き材（丸棒）を併用して形成された肉盛り硬化金属は、置き材（丸棒）の化学成分で濃化されたことにより、隣接する置き材（丸棒）間の中央部においてさえ、元の肉盛り硬化金属と比べ、耐磨耗性が向上している。ちなみに、ワイヤのみを使用した場合は、元の肉盛り硬化金属と比べ、幾分耐磨耗性が向上したに過ぎない。これは、元の肉盛り硬化金属からしか濃化を期待できなかったためである。
【００３１】
これから分かるように、性能が異なる置き材を用いることにより、溶接材料の種類を変えずとも、肉盛り硬化金属の広範囲な性能調整が可能である。具体的には、主成分がＣ：０．５〜６％、Ｃｒ：５〜３５％である溶接材料を用い、その溶接肉盛りによって形成される肉盛り硬化金属の成分組成がＣ：５％以下、Ｃｒ：３０％以下、Ｎｂ：６％以下、Ｗ：６％以下、Ｍｏ：６％以下、Ｖ：６％以下、Ｔｉ：６％以下、Ｂ：０．５％以下、Ｍｎ：６％以下、Ｎｉ：６％以下、Ｃｏ：６％以下、Ｓｉ：３％以下、Ａｌ：１％以下、残部：Ｆｅ及び不可避的不純物となるように、置き材の成分組成を選択するのが好ましい。この肉盛り硬化金属では、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ及びＢが高硬度炭化物を形成し、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｏが靱性を与え、Ｓｉ及びＡｌが後述するようにブローホールを解消する。
【００３２】
また、置き材としてニオブ合金を固形化したものを使用するならば、組織は微細化して耐磨耗性に著しく優れるものになり、更に耐磨耗性を向上させたい場合は、タングステン炭化物粒子を固めた置き材を用いればよい。
【００３３】
また、側板表面の肉盛り硬化金属には多数の割れが発生している。再生肉盛りを行う場合、割れに浸透した水分によりブローホールが発生する。置き材に脱酸剤としてシリコンやアルミニウムを含有させれば、このブローホールの発生を抑制することも可能である。このように、置き材には耐磨耗性や耐衝撃性の調整機能だけでなく、ブローホール等の欠陥抑制機能を与えることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の縦型回転式遠心砕塊装置のロータ強化方法は、縦型回転式遠心砕塊装置に使用されるロータの側板表面を強化するためにその側板表面に耐磨耗性金属を溶接肉盛りする際に、溶接肉盛りされる耐磨耗性の溶接材料とは耐磨耗性又は耐衝撃性が異なる耐磨耗性の置き材を前記側板表面に分散して配置し、その置き材の上から前記側板表面に溶接肉盛りを行って前記置き材を溶融させることにより、溶接ワイヤの種類を増やすことなく経済的に、側板表面の耐磨耗性や耐衝撃性を変更することができる。これにより、用途に適したロータを経済的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の１実施形態を示す溶接手順の説明図である。
【図２】縦型回転式遠心砕塊装置に使用されるロータの構造説明図である。
【符号の説明】
１０  ロータ
１２  側板
１５  肉盛りビード
２０  置き材
３０  溶接ワイヤ
３１  溶接トーチ
【図１】
0003897959.tif 000004
【図２】
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