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高效节能破碎设备的开发与应用实践
发布时间：2013-10-07 08:51 来源：未知
矿产资源是人类赖以生存和社会发展的物质基础，矿产资源的开发利用是推动国民经济发展的重要因素。矿业作为基础工业，为其它各工业部门提供原料和能源，在社会经济体系中占有举足轻重的地位。矿物加工是矿业的一个非常重要的环节，它不但要为其他领域提供原材料，而且还要为自身的可持续发展提供机遇。破碎是矿物加工中不可缺少的一种工艺过程，破碎的任务是提供具有一定粒度、粒度组成和充分解离而又不过粉碎的加工原料，以便下一步的加工、处理和使用。破碎过程能量耗费巨大，材料消耗也高。据不完全统计，我国黑色、有色、贵金属、化工、建材等行业，每年破碎矿石和各种物料约为I8亿t，用电量为250一300亿kW-h，占全国总用电量的8%~10%．钢耗约为250万t。在金属选矿厂中，破磨作业的能耗占选矿总能耗的40%~70%．仅衬板每年消耗的高锰钢约达6万t。破碎、磨矿的节能降耗成了选矿厂降低成本、增加经济效益的重要手段之一。
1、颚式破碎机
传统的颚式破碎机由于具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、价格低廉、适用性强等优点，所以在工业上得到广泛应用。其缺点是非连续性破碎、效率较低、破碎比较小、给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等。针对其缺点，各国都在以下几方面加以改进：优化结构与运动轨迹；改进破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，减少磨损，降低能耗，现已普遍应用高深破碎腔和较小啮角；改进了动颚悬挂方式和衬板的支承方式，改善了破碎机性能；颚板采用了新的耐磨材料，降低了磨损消耗；提高了自动化水平（可自动调节、过载�；�、自动润滑等）。北京矿冶研究总院开发的Pss型双腔双动颚破碎机，具有独特的单双耳轴承座镶嵌式动颚结构，充分利用破碎机空行程的蓄能作用，可提高生产能力。负支承、零悬挂、高深曲线破碎腔、破碎比大、产品粒度细而均匀、衬板使用寿命长、排矿口调整方便。相继又推出的PEWS型筛分破碎机，破碎腔倾斜布置，在动颚上沿排矿口方向设有长条形筛孔。动颚通过边板在偏心轴带动下作往复运动，正行程破碎物料，负行程进行筛分。这样在破碎过程中能及时将已达到粒度要求的物料从破碎腔中排出，减轻了堵塞和过粉碎，破碎比大、产品粒度均匀、节能效果好。1995年9月张家口建筑水泥厂采用PSS21580型破碎机作预粉碎，产品粒度小于10mm，使磨机生产能力提高30%，单位电耗降低20%以上，
北京矿冶研究总院开发的PEWA90120新型外动颚低矮颚式破碎机，将四连杆机构中连杆作为破碎机边板，而动颚仅是连杆一点的延伸，通过边板将动力传给外侧的动颚。动颚和连杆的脱开，使连杆不再约束动颚的运动特性，只要改变机构参数，就可调整动颚的运动轨迹，从而使动颚获得良好的运动特性。使动颚水平方向行程大，垂直方向行程小，破碎效率高，衬板磨损少，寿命较传统提高3倍，处理能力提高20%．能耗降低15%一30%。外形低矮，喂料高度低，降低破碎作业，适于安装在井下破碎机硐室。该机于2001年在安庆铜矿投入正常运行。生产实践表明，该设备性能良好、运行稳定可靠、设备开动率97%。
2、圆锥破碎机
美国Rexnord公司Nordberg工艺设备分公司研制了HP系列液压圆锥破碎机，它在西蒙斯破碎机基础上，并吸收了德国HumboldtWedag公司独特的圆锥破碎机偏心部件的优点。该机装有布料器和自动控制给料量，使物料沿破碎腔周边均匀分布。动锥体与主轴制成一体，并为空心轴套，使偏心部件在不增加外型尺寸条件下提高强度，又为采用迷宫式密封创造了条件。通过液压调整机构，自动控制定锥升降调整排矿口尺寸，以控制产品粒度。装有液压保险及过铁释放为清理系统，以保证破碎机安全作业。鞍钢调军台选矿厂在中细破碎作业中使用了标准型中碎机2台、短头型细碎机4台，从1997年9月到1998年6月末，破碎机累计运转l 560 h．处理原矿79万t，细碎产品粒度-12 mm占92%，大幅度降低磨矿能耗。山东招远黄金机械总厂和北京冶金设备研究所合作开发了+600 mm节能圆锥破碎机已在山东一些小型黄金矿山选厂应用，节能效果显著。
还值得提出的是惯性圆锥破碎机。惯性圆锥破碎机与一般圆锥破碎机在结构上的不同点是：机体坐落在隔振装置上，动锥轴插入带有激振器的轴套中，电机的旋转运动通过传动机构给固定在轴套中的激振器，激振器旋转时产生惯性力（同时具有高频振动性质），使动锥绕球面支承的球心作旋摆运动。当破碎腔内无物料时，动锥将沿定锥内表面滚动；当破碎腔内有物料时，动锥沿料层滚动而进行破碎。内锥这种不同形式的位移，是由于在这种机器中没有内锥圆周振动振幅的运动学限制，在工作状态下，由于破碎物料沿破碎腔的阻力不均匀性，内锥可以改变其振幅，当机器中落入不可破碎的物体时不会发生传动系统的损坏，这是该机器的一大特点，与一般圆锥破碎机相比，第二个特点是破碎力与被加工的物料性质无关，破碎力的值是不变的（一般偏心圆锥破碎机破碎力的大小取决于物料的变形程度）。惯性圆锥破碎机通过向物料层施加严格定量的由惯性力造成的压力，可以将物料层适当压实，使物料承受全方位的挤压，物料颗粒之间的相互作用，从而实现“料层粉碎”。同时在由惯性力引起的强烈脉动冲击作用下，物料在破碎腔中承受变方位的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。破碎后的物料具有最低的过粉碎，从而实现了物料的“选择性破碎”。由于上述的工作原理和结构特点，惯性圆锥破碎机与传统圆锥破碎机相比，有以下一些优点：
(l)具有良好的“料层选择性破碎”作用，使单位破碎比功耗约低40%；
(2)破碎比大，产品粒度可调(能方便地调节所需破碎比4—30)，防止过粉碎，简化了工艺流程；
(3)产品粒度几乎与衬板磨损无关；
(4)具有良好的过铁性能，无需过载保护装置；
(5)应用范围广，可破碎任何硬度下的脆性物料（包括金属废料在内）。
3、冲击式破碎机
冲击式破碎机由电机经皮带驱动立轴旋转，立轴通过上、下轴承固定在机体上，其上装有单级或多级（常用为2级）转子，从而与机体反击区形成破碎腔。当块状物料进入破碎腔后被高速旋转的叶轮（叶轮边缘速度高达75~100 m/s）的冲击、撞击、碰撞、磨削、挤压及研磨等多重作用，被破碎成小颗粒及粉料，被破碎的物料靠重力作用沿机体内呈旋转形下落排出。由于物料在极短时间内获得巨大的动量冲击反击区或“石打石( Rock on Rock)”的相互撞击，使其沿自然裂隙、层理和节理面等薄弱环节粉碎，故破碎效率高，节省能耗，破碎比大(一般为10一15，最高为40)，产品粒度细，且均匀，过粉碎现象少，结构简单，造价低廉，运转平稳，维修方便等优越性，引起世界上破碎机制造商的普遍关注。20世纪90年代以来，冲击式破碎机是发展最快的破碎机械，其应用范围不断扩宽，已从早期水泥和制砂行业扩展到金属矿和非金属矿的矿石超细碎作业。
瑞典Svedala公司收购新西兰TIDCO公司后推出Barmac型自衬式立轴冲击破碎机，按“石打石”的设计思想，石料间相互冲击破碎，并利用石料在破碎腔内形成自衬式衬板，它属于亚刚性一亚弹性碰撞石料动能有很大部分被石料层吸收，因此，要加大冲击速度才能有效破碎。然而高速旋转的主轴，不仅受制造质量的限制，而且受到轴承的限制。由于转子不仅随径向力，还要承受一定轴向力。然而能随一定轴向力的轴承，将受到较低的极限转速的制约，否则轴承使用寿命将会降低。为此，要采用整体拆卸的主轴，以便于轴承的更换。同时要增加稀油润滑装置，进行稀油润滑以提高轴承许用转速和使用寿命。相继又开发了运转速度较低的立轴冲击式破碎机。该公司的立轴冲击式破碎机在乌克兰共和国波尔塔瓦采选公司铁矿石第四段碎矿作业使用表明：可以去掉第一段磨矿作业，使能耗降低18%一20%。此外，在巴西、美国的铁矿选厂应用，取得良好效果。
4、反击式破碎机
该机型的优缺点与立式冲击破碎机近似。新型的反击式破碎机已不同于传统的反击式破碎机，只能破碎中软物料，它能破碎抗压强度300 MPa以上的硬物料。其最主要的发展是在腔型设计上：第一级反击架采用整体锰钢件，以增加其质量，加大大块物料的破碎效果。第二级反击架尽可能靠后，而且下端排放口接近转子水平线。反击式破碎机的制造关键是板锤，国际上普遍采用含Cr26的高铬铸铁材料。为了延长使用寿命，要求铸铁芯部硬度与表面硬度一致。因此，热处理要求较高，既要内外达到规定硬度，又不能太硬，以免打击时碎裂。近来该机型在移动式破碎站上有取代颚式破碎机的趋势（在同样破碎比和处理量条件下，它比颚式破碎机重量轻，且可方便地置于移动式车架上）。由于冲击式破碎机是采用冲击原理破碎物料，其打击件，如：锤头、板锤、反击板等，在使用中磨损甚快。这种缺陷，在相当长时期内，限制冲击式破碎机的适用范围，只能用于中硬物料的破碎。PFQ系列涡旋强力反击式破碎机在引进吸收了国外先进机型基础上，开发研制的适用于硬物料破碎的反击式破碎机。该设备易于检修，主轴与转子采用追讨物件联接，拆装、更换方便，具有过载�；ぷ跤�，核心部件用特殊材料热处理工艺加工而成，耐磨，不易折断，板锤可翻转使用，材料利用率50%—60%，板锤还能自动定心，安装、更换方便迅速。该机型在建筑水电行业有着广泛的应用。
5、锤式破碎机
锤式破碎机在水泥厂原燃料加工中应用广泛，这不仅是由于其结构多样，适于破碎多种物料，还因为它具有破碎比大，出料比较均匀、效率高、结构简单、重量较轻、操作维护简便等优点。锤式破碎机是靠锤头的冲击能破碎物料的，设计良好的锤头在打击物料时，铰接点上不应产生反作用力。在冲击力作用下的物料沿裂隙、解理、层里等薄弱面破裂，比挤压、剪切、研磨破碎更有效，耗能少，破碎比大，产品多成立方体。
由我国湖北长阳矿山机械厂生产的PCH系列环锤式破碎机具有能耗低、保证出料粒度、破碎筛分基于一体简化工艺流程、噪音小、粉尘少，减少环境污染、有自身�；げ皇芩鸹档哪芰Α８没且恢执谢反傅某寤髯邮狡扑榛��；反傅豕以诖赶�，它不仅随转子公转，而且还能沿锤销自转。物料进入破碎机后，首先受到随转子高速旋转的环锤冲击作用而破碎、被破碎的物料同时从环锤处获得动能，高速度地冲向破碎板，受到第二次破碎，然后落到筛板上，受到环锤的剪切，挤压、研磨及物料之间的相互作用，进一步破碎，并通过筛孔排出。不黏泥、破碎的杂物则进入金属收集器，定期清除，出料粒度的调节是通过更换不同规格的筛板来实现的，转子与筛板之间的间隙可根据需要通过调节机构调节。环锤式破碎机被广泛应用于煤炭、电力、化工、轻纺等行业。
6、辊式破碎机
高压辊磨技术的理论基础为层压粉碎理论，层压粉碎是指大量颗粒受到高度的空间约束而集聚在一起，在强大外力作用下互相接触、挤压所形成的群体粉碎�？朔舜称扑橹氐愎刈⑽锪狭６壬舷薜南陆�，即外力对大块颗粒的针对性破碎，而忽略或未主动利用全粒级的破碎和大、小块协同破碎。在破碎机的生产实践中，层压破碎的概念是岩石颗粒的破碎不仅发生在颗粒与衬板之间，同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎腔的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，形成层压破碎和次生破碎作用。这时即便是在排矿口间隙比较大的情况下也能产生大量细粒产品。层压破碎不仅可以得到更多的细颗粒产品，而且在层压过程中，扁平、细长的针片状颗粒易被折断，故产品的颗粒形状更好。此外，按照损伤破碎机理，在层压破碎过程中，由于强大的挤压作用，那些没有被完全破碎的颗粒内部将生成许多微小裂纹，这对后续磨矿作业是十分有利的，因为带有众多微小裂纹的颗粒很容易被磨细。因此，高压辊磨机工作时，即使两辊间间距明显大于给矿最大粒度，但辊压过程中各粒级都得到了粉碎，产生大量的细粒、微细粒及颗粒内微裂纹，物料很容易被磨细。
MMD轮齿破碎机不同于颚式破碎机平板与平板的挤压而是轮齿与轮齿的接触，其全新结构体现在：MMD型轮齿破碎机的工作原理基于使剪切力直接作用于岩石物料上，使力沿着物料的薄弱易碎部位产生巨大破碎力使其破碎。为实现此目的，轮齿的齿形和尺寸都应符合剪力作用原则而设计为特殊齿形的大齿。物料在两个齿之间以及与侧壁梳形板之间排出，所以产品在破碎后受此间隙控制粒度均匀，不会产生过大粒度。在给料中或破碎过程中达到“合格”粒度的物料在机器中会很快被排出，不会“过粉碎”。这样机器就具有很好的筛分作用和粒度控制作用。故MMD型破碎机又可称为“破碎筛分机”�；骶哂幸桓鐾怀龅桶幕�，整个破碎机结构非常紧凑而简单。给排料、操作维修、更换易损零部件非常方便。MMD型破碎机能够将所有负荷和压力集中于机内，因此不需要笨重的底盘。从而节约了空间，降低了制造成本。
MMD型破碎机在煤炭行业中有着广泛的应用。煤炭系统原煤的破碎要求与金属矿山不同，原煤开采后（特别是大型露天矿）粒度很大，生产量大，破碎的目的主要是为了装运方便，促使运输效率提高，降低运输费用。MMD型破碎机恰好具有高处理能力，大的给料口和不过粉碎，产品粒度均整。正因为如此，在全世界煤炭工业引起了高度注视。中国自1991年至1993年安装了MMD2500、MMD2707型和MMD21250型共16台破碎机分别用于安太堡煤矿、大同煤矿和准格尔煤矿，得到用户好评。澳大利亚Robe River Associate铁矿，于1995年安装了1台MMD21500型大型破碎机破碎铁矿石，给料最大粒度1500 mm，产品粒度- 250 mm，开路破碎，处理能力5 500 t/h。
东北大学研制的∮600 mm x200 mm试验用高压辊磨机，功率2 x37 kW，辊间压力1000 kN。辊面堆焊一层耐冲击金属层，然后用自行研制的一种耐磨药芯焊丝再堆焊耐磨层，又研制出组合镶嵌式压辊，即在轴承上镶嵌一圈耐磨块，将有效地解决现场堆焊难的问题。曾对酒钢选厂黑鹰山铁矿石、棒磨山铁矿石、南芬铁矿石和花岗岩进行试验，结果表明：平均破碎比在50以上，用该机和球磨机系统粉磨南芬铁矿石，单位原矿电耗节省3.44 kWh，使整个系统电耗降低20%一30qo，生产能力增加30qo一40%，节省基建投资20%．30%。
7、复合破碎机
所谓的复合式破碎机就是两种不同类型的破碎机或破碎腔的重新组合体。由于任一破碎机都有自己的优点和缺点，复合式破碎机就是综合它们的优点，克服它们各自的缺点的一种新的破碎设备。
PCFL-1000型立式复合破碎机是将传统的卧式改为立式，并将单一锤式转子改进为反击式转子和锤头转子复合在同一立轴上不但增强了对破碎物料的适应能力，同时还大大提高了破碎效率，是当今具有先进技术水平的产品。该机具有安装、调试、维修方便，重量轻、占地少，电耗和噪音低，粉尘飞扬少，破碎比大等特点。适用于破碎中等硬度的物料，在建材、矿山、冶金、化工、发电、交通及煤炭等行业有广泛的应用前景。
8、结语
破碎是国民经济中许多基础行业的重要工序，必须受到应有的重视。在设备的改进和新设备的研制中，必须引进新技术和新型的耐磨材料，使用的破碎方式，提高破碎机机体的耐磨能力，研究新的破碎机理寻找节能途径。随着技术的发展，“采选一体化”和“设备大型化、自动化”必将是发展高效节能的矿业趋势。
