大处理能力分级破碎机的断裂动力学分析与工业应用_木屑颗�；鷟秸秆颗�；鷟秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗�；鷟富通新能源

分级破碎是20世纪80年代世界范围内出现的一种新型的破碎技术，其核心特点是既保证了产品的粒度要求又避免了过粉碎。对于不同粒度组成的入料进行选择性破碎，符合粒度要求的物料直接通过，只对大于要求粒度的物料进行破碎，所得产品全部满足粒度要求。
1、分级破碎理论基础
    被破碎矿块内部存在不同大小和方向的应力，在物体破坏之前，这些应力只以弹性能形态储存，整个应力分布状态符合总能量最低原理；当弹性能的积累达到物体破坏极限后，弹性能和表面能结合起来也处于最小值。Griffith将表面能的概念应用于弹性理论，认为矿块的实际强度大大低于理论数值的原因在于其内部存在极细微的裂纹。裂纹特性直接影响矿块破碎后的粒度分布以及破碎过程中的能量消耗。
1.1加载率与能量消耗
    首先，裂纹的存在降低了矿块的有效强度�？罂榈谋砉垩钍夏Ａ恳约捌渌阅Ａ拷览涤谟Ρ渎省Ｆ浯危蛭盐评┱贡硐治矫嫣卣�，所以在稍不完善的各向同性材料中，裂纹扩展将呈现平行裂纹扩展方向响应不同于垂直裂纹面方向响应的趋势，从而使一种初始各向同性的材料迅速转变成高度各向异性的材料。最后，从工程学观点看（这也许是最重要的），微裂纹扩展最终导致破坏。这意味着矿块的极限强度强烈依赖于加载速率(图1)。在准静态加载率条件下，最大或临界缺陷是引起物体破坏的原因；而在更快的加载率条件下，一个具有有限扩展速度的单一裂纹不足以释放不断增加的拉应力，于是更多的裂纹必须参加这个过程。
    由图1知，当加载率（可等同于破碎齿的线速度）与物料的极限强度成反比，即加载率低，参与的裂缝数量少，则物体的极限强度低，所需破碎功耗小。
1.2 动态破碎中碎块块度的预测
    对岩石及类岩石材料而言，由剧烈的冲击拉张断裂所形成的损伤表现为相互交错的复杂的裂纹系，它可反映出外张力作用形成的应力场的大小及方向。在许多应用爆炸或冲击破碎岩石的作业中，获得最合适而又均匀的块度，正是其主要目的，此外，过程的效率也是很重要的。因此，了解断裂对于控制裂纹密度及碎块块度的影响是必要的。
1. 2.1 固有缺陷对动态破碎的影响
    在不同大小的拉伸载荷作用下，矿块中的缺陷被激活并扩展。这些活化缺陷在载荷作用期间扩展，最后互相兼并并导致材料破坏。当缓慢加载时，只有那些在低应力下活化的缺陷对破碎过程作出实际贡献。因为在载荷的增加尚不足以使其他缺陷激活之前，这些缺陷的扩展与兼并就已经使材料发生了破坏，由此导致材料破坏应力的低门槛值。因为起作用的缺陷数目较少，所以块度较大。当加载速率大时，在缺陷发生兼并之前，应力已达到较高的水平，使更多的缺陷参与破碎过程，导致块度更小及材料破坏时的应力门槛值也更高。
1.2.2破碎块度的预测
2、分级破碎的特点
2.1具有破碎与筛分双重功能
    分级破碎机特殊的结构设计保证了破碎过程为强行破碎，破碎辊不退让，且可根据不同的人料和产品粒度要求选择不同破碎齿形，这对于严格保证产品粒度是非常重要的。破碎齿螺旋布置在齿辊上，两辊相对（或相反）运动如旋转的格筛，小于产品粒度要求的物料顺利通过，只对大于产品粒度要求的物料进行破碎，从而避免了进入破碎机的物料掺杂破碎的缺点。分级破碎机在工艺布置上采用开路破碎流程，原煤经拣矸、除杂后直接进入分级破碎机，可直接生产出合格粒度的产品。与闭路流程相比，极大地简化了工艺流程，开路破碎节省了设备及基建投资。
2.2 严格保证产品粒度
    分级破碎设备一般采用固定中心距对物料进行强行破碎，齿辊的结构尺寸根据产品粒度要求进行设计，严格控制产品通过的空间尺寸，故能严格保证产品粒度，可作为粒度把关破碎设备。
2.3 过粉碎率与处理能力
    采用剪切原理，小于要求粒度的物料直接通过，只对大于粒度要求的物料进行破碎，避免了进入破碎机的物料的掺杂破碎，所以具有极低的过粉碎率。同时还可根据不同的入料粒度组成及破碎比选择两破碎辊旋转方向，增加破碎通道，提高处理能力。
2.4分级破碎机的结构性能
    分级破碎机具有整机高度低、内力平衡、振动微弱等优点，可有效降低对厂房高度和厂房承载强度的要求，有利于工厂的更新改造和减少新建厂房的基建投资。
3、分级破碎技术发展趋势
    (1)高可靠性。作为洗选准备系统的关键设备，分级破碎设备采用开路破碎流程，实现了分级与破碎的双重功效，但一旦设备出现问题，整个洗选系统将不能正常运行，因此分级破碎设备的高可靠性显得尤为重要。
    (2)设备大型化。选煤厂大型化和工艺系统简单化的趋势要求具有大处理能力的分级破碎设备与其相适应。
    (3)国际化。国际化主要体现在市场和技术的国际化和制造工艺与标准件选择的国际化。
4、分级破碎技术的应用
    随着我国选煤技术的飞速发展，选煤厂日趋大型化，其工艺系统也日趋简化，这就需要大处理量、高可靠性破碎设备与其相匹配。
    目前，我国采用的大型分级破碎设备还主要依赖进口，不但购置费用高，而且存在着供货周期长、配件费用高、售后服务程序复杂等问题，亟待国内产品达到同样的性能，以替代进口产品。
    ssc大型分级破碎设备正是为了适应这种日益增长的技术和市场需求而研究开发的。新齿型分级破碎机近年来被广泛使用并取得了良好的使用效果，获得了巨大的经济和社会效益。在此实践基础上，通过深入地研究及总结，同时借鉴国外的先进经验，煤科总院唐山分院独立开发了具有高处理能力、高可靠性、极低过粉碎率的大型分级破碎设备。
    ssc系列大型分级破碎设备现已在阳泉、神华、淮南、包头、鹤岗、七台河、宁煤、龙口、太原等多处成功应用，并且深受用户欢迎和好评。使用实践表明，该设备不但达到了国外同类产品的性能，而且还有很多独到之处。该设备采用煤科总院唐山分院多年应用的新齿型破碎齿，破碎原煤一次性使用周期为12—18个月。整机主要标准部件均采用国际知名品牌产品，同时采用高强度整体轴承座和多层钢板焊接的整体机架。使用过程中，该设备表现出可靠性高、处理能力大、保证粒度好、破碎粒度刚性可调等优点，完全可取代进口产品，从而结束了我国选煤厂大型分级破碎设备完全依赖进口的状况。
4.1产品粒度特性
    粒度特性是分级破碎机最主要的特性之一。因破碎齿型及其布置方式都是根据粒度要求而特殊设计的，所以其破碎效率、细粒增量等指标较传统的齿辊破碎机都有了很大的提高（表l~表3）。从表3可看出，与老式齿辊破碎机相比，分级破碎机破碎效率提高了4.3个百分点，细粒增量减少25. 15个百分点。图3所示为300~0mm混煤破碎前后及300一100mm大块煤破碎后粒度组成情况。
4.2可靠性及使用寿命
    整机结构简单，设计强度高，过载保护系统完善，实际使用过程中表现出极高的可靠性。一般粗碎、中碎时破碎齿的使用寿命可达12一18个月，磨损后可现场堆焊修复，维修时间短，费用低。细碎齿因齿型较小，采用耐磨性高的合金钢并经表面处理后其使用寿命在10一15个月，可现场维修或更换齿板，方便快捷。
4.3粘湿物料的处理
    分级破碎机采用特殊的自清理机构，对粘湿物料的适应性强。2PLFX、SSCX系列细粒分级破碎机就是专门为粗精煤再选、动力配煤、水煤浆的原料准备等破碎作业而研制的，该类设备对粘湿煤炭的破碎有极强的适应性。
4.4 自动化程度高
    分级破碎机采用多级过载�；ぷ爸�，除机械保护装置外，还配有PLC智能测控系统，对整机运行实时监控。破碎机一旦出现堵转现象，破碎辊将自动反转排出异物，同时报警并关闭给料系统。另外，还可实现产品粒度组成、关键机械指标的在线监控等。
5、结语
    (1)分级破碎机作为一种全新理念的破碎设备具有简化工艺流程、结构设计合理、严格保证产品粒度等优点。其破碎效率高，细粒增量小，是煤炭及焦炭等中等硬度以下物料破碎作业的首选设备。
    (2)采用较低的加载速率，既有利于减小破碎过程中的能耗，又有利于降低破碎过程中的过粉碎，反映到破碎机参数设计上就是采用低线速度和大扭矩。
    (3) SSC系列大型分级破碎机具有可靠性高、处理能力大、保证粒度好、粒度刚性可调等优点。其综合工艺性能与国外同类产品相当，完全可取代进口产品，从而结束我国选煤厂大型分级破碎设备完全依赖进口的状况，使我国的分级破碎技术达到国际水平。

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