Die Pelletpresse dient der Komprimierung von Biomassepellets. Ihre wichtigste und zugleich verschleißanfälligste Komponente ist die Druckwalze. Aufgrund der hohen Belastung und der rauen Betriebsbedingungen ist Verschleiß selbst bei hoher Qualität unvermeidbar. Da im Produktionsprozess ein hoher Verbrauch an Druckwalzen auftritt, sind Material und Herstellungsverfahren von besonderer Bedeutung.
Fehleranalyse der Druckwalze der Partikelmaschine
Der Produktionsprozess der Druckwalze umfasst: Schneiden, Schmieden, Normalisieren (Glühen), Schruppen, Härten und Anlassen, Vorbearbeitung, Oberflächenhärten und Feinbearbeitung. Ein Expertenteam hat experimentelle Untersuchungen zum Verschleiß von Biomassepellets bei der Produktion und Verarbeitung durchgeführt und damit eine theoretische Grundlage für die rationale Auswahl von Walzenmaterialien und Wärmebehandlungsverfahren geschaffen. Im Folgenden werden die Forschungsergebnisse und Empfehlungen dargestellt:
An der Oberfläche der Druckwalze des Granulators sind Dellen und Kratzer zu erkennen. Diese entstehen durch den Abrieb harter Verunreinigungen wie Sand und Eisenspäne und stellen somit einen anormalen Verschleiß dar. Der durchschnittliche Oberflächenabrieb beträgt etwa 3 mm, wobei der Verschleiß auf beiden Seiten unterschiedlich ist. Die Zufuhrseite weist mit 4,2 mm einen deutlich stärkeren Verschleiß auf. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass der Homogenisator nach der Zufuhr keine Zeit hatte, das Material gleichmäßig zu verteilen, und direkt in den Extrusionsprozess überging.
Die mikroskopische Verschleißanalyse zeigt, dass der durch die Rohmaterialien verursachte axiale Verschleiß an der Oberfläche der Druckwalze und der damit einhergehende Materialverlust die Hauptursache für den Ausfall sind. Die Verschleißformen sind vorwiegend adhäsiver und abrasiver Verschleiß, der sich in Form von Vertiefungen, Pflugrippen und -rillen äußert. Dies deutet darauf hin, dass Silikate, Sandpartikel, Eisenspäne usw. aus den Rohmaterialien einen starken Verschleiß an der Oberfläche der Druckwalze verursachen. Durch die Einwirkung von Wasserdampf und anderen Faktoren bilden sich schlammartige Muster auf der Oberfläche der Druckwalze, die zu Spannungsrisskorrosion führen.
Es wird empfohlen, vor dem Zerkleinern der Rohstoffe einen Entreinigtprozess durchzuführen, um Sandpartikel, Eisenspäne und andere Verunreinigungen zu entfernen und so übermäßigen Verschleiß der Druckwalzen zu vermeiden. Die Form oder Einbauposition des Abstreifers sollte angepasst werden, um das Material gleichmäßig in der Presskammer zu verteilen und so ungleichmäßige Kräfte auf die Druckwalzen sowie verstärkten Verschleiß zu verhindern. Da Druckwalzen hauptsächlich durch Oberflächenverschleiß ausfallen, sollten zur Verbesserung ihrer Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verschleißfeste Werkstoffe und geeignete Wärmebehandlungsverfahren gewählt werden.
Material- und Prozessbehandlung von Druckwalzen
Die Materialzusammensetzung und die Bearbeitung der Druckwalze sind entscheidend für deren Verschleißfestigkeit. Gängige Werkstoffe sind C50, 20CrMnTi und GCr15. Die Fertigung erfolgt mit CNC-Werkzeugmaschinen. Die Walzenoberfläche kann kundenspezifisch mit geraden, schrägen oder gebohrten Zähnen gestaltet werden. Um Verformungen zu minimieren, wird die Walze durch Aufkohlen oder Hochfrequenzhärten vorbehandelt. Nach der Wärmebehandlung erfolgt eine Präzisionsbearbeitung, um die Rundlaufgenauigkeit von Innen- und Außenkreis zu gewährleisten und die Lebensdauer der Walze zu verlängern.
Die Bedeutung der Wärmebehandlung für Druckwalzen
Die Druckwalze muss hohe Festigkeit, Härte (Verschleißfestigkeit) und Zähigkeit sowie gute Bearbeitbarkeit (einschließlich Polierbarkeit) und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Die Wärmebehandlung von Druckwalzen ist ein wichtiger Prozess, um das Potenzial der Werkstoffe auszuschöpfen und ihre Eigenschaften zu verbessern. Sie hat direkten Einfluss auf Fertigungsgenauigkeit, Festigkeit, Lebensdauer und Fertigungskosten.
Bei gleichem Material weisen überhitzerbehandelte Werkstoffe eine deutlich höhere Festigkeit, Härte und Haltbarkeit auf als nicht überhitzerbehandelte Werkstoffe. Ohne Abschreckung verkürzt sich die Lebensdauer der Druckwalze erheblich.
Um wärmebehandelte und nicht wärmebehandelte Teile, die einer Präzisionsbearbeitung unterzogen wurden, zu unterscheiden, reichen Härte und Oxidationsfarbe allein nicht aus. Verzichtet man auf Schneiden und Testen, kann man versuchen, sie durch Klopfen zu unterscheiden. Die metallografische Struktur und die innere Reibung von Gussteilen und vergüteten Werkstücken unterscheiden sich und lassen sich durch leichtes Klopfen feststellen.
Die Härte nach der Wärmebehandlung hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter Werkstoffgüte, Größe, Gewicht, Form und Struktur des Werkstücks sowie die nachfolgenden Bearbeitungsmethoden. Beispielsweise gibt das Handbuch für große Bauteile aus Federdraht aufgrund der tatsächlichen Werkstückdicke eine Härte von 58–60 HRC an, die in der Praxis nicht erreicht werden kann. Darüber hinaus können unrealistische Härtewerte, wie etwa eine übermäßig hohe Härte, die Zähigkeit des Werkstücks beeinträchtigen und im Gebrauch zu Rissen führen.
Die Wärmebehandlung sollte nicht nur einen qualifizierten Härtewert gewährleisten, sondern auch die Prozessauswahl und -steuerung berücksichtigen. Überhitztes Abschrecken und Anlassen können die erforderliche Härte erzielen; ebenso kann durch Unterhitzung während des Abschreckens und Anpassung der Anlasstemperatur der gewünschte Härtebereich erreicht werden.
Die Druckwalze der Baoke-Maschine besteht aus hochwertigem Stahl C50, was von Anfang an Härte und Verschleißfestigkeit gewährleistet. In Kombination mit einer präzisen Hochtemperatur-Härtungstechnologie wird ihre Lebensdauer erheblich verlängert.
Veröffentlichungsdatum: 17. Juni 2024