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惯性圆锥破碎机在硅砖生产中的应用试验
发布时间：2013-10-14 09:48 来源：未知
1、惯性圆锥破碎机特点
惯性圆锥破碎机是俄罗斯圣·彼得堡米哈诺布尔科技股份公司在20世纪50年代研制开发的，采用了先进的破碎理论和独特的设计思路，具有合理的机械结构和优良的性能，破碎比大。
惯性圆锥破碎机机体通过隔振元件坐落在底架上，工作机构由定锥和动锥组成，锥体上均附有耐磨衬板，衬板之间的空间形成破碎腔。动锥轴插人轴套中，电动机的旋转运动通过传动机构传给固定在轴套上的激振器，激振器旋转时产生惯性力，迫使动锥绕球面瓦的球心做旋摆运动。在一个垂直平面内，动锥靠近定锥时，物料受到冲击和挤压被破碎，动锥离开定锥时，破碎产品因自重而下落，最后由排矿口排出。惯性圆锥破碎机的结构如图1所示。
在惯性圆锥破碎机中，动锥和传动机构之间无刚性联接，动锥振幅的大小取决于物料层抗压阻力与破碎力的平衡。破碎机刚启动时，动锥的振幅较小，因此启动力矩也较小。同时由于该设备运转时若破碎腔中无料，机器会在短时间内损坏，所以，惯性圆锥破碎机必须带负荷启动和停车且运转中不得中断供料。
惯性圆锥破碎机动锥的旋摆频率很高，根据不同机型在750一2200 r/min，动锥沿物料层每滚动一周都伴随有100多次的振动。在破碎过程中，物料在破碎腔中被破碎达几十次，这种强烈的脉冲振动加强了破碎作用，另外，惯性圆锥破碎机中动锥的旋摆运动主要受物料层抗压阻力制约，会尽可能靠近定锥。因此，惯性圆锥破碎机的破碎比很大，其产品最大粒度只有排料间隙的1/3～1/4．而且可在很大范围内调节。
在由惯性力引起的强烈脉冲振动作用下，物料颗粒之间互相作用，承受交变的剪切、弯曲和扭转应力，物料颗粒内部结合薄弱部位，即物料晶体相间联系逐渐被破坏。这样，物料主要沿晶体间的区域破碎，从而实现了物料的选择性破碎。这种选择性破碎，不仅消除了颗粒内部缺陷，提高了颗粒强度，且产品的粒形大多呈立方体。因此，惯性圆锥破碎机破碎的产品中形状为等积状颗粒的比例，要比其它粉碎设备的高。由于制造硅砖使用的原料多为变质岩，因沉积物、生成条件不同，其岩石结构存在较大差异，所以破碎后颗粒形状也存在较大差异。同种原料在不同粉碎设备的产品中各种形状颗粒的比例见表1。
在破碎过程中，由于物料层受到强烈惯性振动，可以清除掉物料表面的粉末，从而既提高了物料间的破碎作用，又减小了过粉碎现象。
由于动锥与传动机构之间无刚性联接，如果物料中混入不可破碎的物体，动锥暂时停止运动，激振器将绕动锥轴继续转动，绝对不会破坏传动系统和主机。由于惯性圆锥破碎机是挤满给料，通过向物料层施加严格定量的由惯性力形成的压力，可以使物料层适当地压实，使物料承受全方位的挤压，物料颗粒之间相互作用，从而实现“料层粉碎”，所以备件磨损较轻，物料增铁较少。惯性圆锥破碎机采用二次隔振，基础振动小，工作噪音小，安装时不需庞大基础，也不需要地脚螺栓。
本研究主要探讨该设备对硅砖生产的适应性。
2、制硅砖用硅石的机械性能
被破碎物料的机械性能对其破碎效果有影响，同时破碎机的工作特性决定了对机械性能不同的物料有不同的破碎效果。被破碎物料的机械性能主要是强度、硬度以及物料内部的裂纹和解理发育情况等。一般常见矿石的强度和硬度见表2。
一般情况下，制造硅砖使用的原料为S102含量>96%的石英岩、石英砂岩或燧石岩等，因产地、生成条件和结构构造的不同，其机械性能也存在较大差异。但由表2可以看出，它们除少数砂岩外基本都属于高硬或极硬矿石。本试验采用了6种国内硅砖生产常用的硅石原料，其基本性能如下四：
1)原料A:为中粒石英砂岩，系中粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英砂屑和分布于其间的硅质胶结物组成，少量长石、绢云母、不透明矿物等。其中石英砂屑呈圆状一次圆状，粒度比较均匀，一般为0.2一0.4 mm，普遍具次生加大边，形成硅质胶结，使岩石中的石英呈粒状镶嵌分布。耐压强度104 MPa。
2)原料B：为中细粒石英砂岩，中细粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英砂屑和分布于其间的硅质胶结物组成，少量长石、不透明矿物，副矿物为锆石、磷灰石、电气石等。其中石英砂屑呈圆状一次圆状，粒度比较均匀，一般为0.1～0.25 mm，普遍具次生加大边，形成硅质胶结，使岩石中的石英呈粒状镶嵌分布。耐压强度135 MPa。
3)原料C：为细中粒石英砂岩，细中粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英砂屑和分布于其间的硅质胶结物组成，少量玉髓及泥质杂基，副矿物为锫石、磷灰石等。其中石英砂屑呈圆状一次圆状，粒度比较均匀，一般为0.2~0.5 mm，少量为0.1~0.2 mm，普遍具次生加大边，形成硅质胶结，使岩石中的石英呈粒状镶嵌分布。局部可见少量玉髓呈次圆状砂粒分布于石英砂屑间。耐压强度158 MPa。
4)原料D：为粗中粒石英砂岩，粗中粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英砂屑和分布于其间的硅质胶结物组成，其次为玉髓、石英岩岩屑，少量长石及泥质岩屑等。石英砂屑呈次棱角状一次圆状，粒度一般为0.2～0.5 mm，少量为0.5·1 mm，普遍具次生加大边，形成硅质胶结，使岩石中的石英呈粒状镶嵌分布。玉髓呈次圆状砂粒分布于石英砂屑间，石英岩岩屑呈次棱角状，具粒状变晶结构，有的为颗粒化集合体。粒度一般为0.2~0.5mm。耐压强度115 MPa。
5)原料E：为玉髓岩（或燧石岩），隐晶状结构，块状构造。岩石主要由玉髓组成，少量石英、水云母及不透明矿物等。岩石中还含有少量菱形空洞，其中玉髓呈隐晶状及显微晶粒状集合体，粒度一般<0.01 mm。局部可见少量石英，呈微粒状集合体，主要沿岩石中的微裂隙分布，粒度一般为0.02～0.05 mm。耐压强度154 MPa(由于试样压裂后压力值继续上升，估计其耐压强度应在200MPa以上)。
6)原料F：为中粒石英砂岩，中粒砂状结构，块状构造。岩石主要由石英砂屑和分布于其间的硅质胶结物组成，少量岩屑等，副矿物为锆石等。石英砂屑呈圆状—次圆状，粒度一般为0.25~0.5 mm，少量>0.5 mm，砂屑颗粒边缘的铁质氧化圈明显，普遍具次生加大边，形成硅质胶结，使岩石中的石英呈粒状镶嵌分布。局部可见次圆状岩屑分布于石英碎屑间，粒度一般0.2—0.3 mm，主要由长石组成，少量为石英岩。有呈微粒状的锆石包含于石英中。耐压强度未检测。
3、试验结果
3.1 对不同机械性能原料的破碎效果
试验设备为CYP-600型惯性圆锥破碎机，激振器频率为660 r/min，排料间隙为27 mm，激振器静力距为85%~90%；给料粒度≤50 mm，进行开路破碎试验。
3.2单一原料开路与闭路破碎流程效果对比
使用原料D分别进行开路与闭路两种破碎流程试验，结果见图4。
3.3对生产用原料破碎效果的影响
由于实际生产中给料是由几种原料混合配比而成，所以设计两个混合配方，见表3。
给料粒度≤50 mm，激振器频率、激振器静力距不变，排料间隙设定为32 mm，进行破碎试验。结果如表4所示。
3.4颗粒形状对硅砖生产工艺的影响
由于硅砖在烧成过程中会发生11%—13%的体积膨胀（线膨胀约为3.5%~4.1%），除了使砖坯具有开裂的趋势外，还会使烧成后的砖比砖坯的气孔率增大，增大的值除与泥料的粒度组成紧密相关外，与颗粒形状也与很大关系。所以对惯性圆锥破碎机破碎产品的粒度形状对生产工艺影响进行了试验。
把烧成时转化速度最慢的原料B分别用惯性圆锥破碎机、对辊破碎机和轮碾机破碎，所得的颗粒中等积状颗粒的比例以轮碾机最高，惯性圆锥破碎机次之，对辊破碎机最少，大多为条、片状颗粒。3种颗粒料分别以同样工艺制成成型用泥料，其粒度组成见表5。
试验用泥料在300t摩擦压砖机上压制砖坯，在180 m隧道窑中烧成，试验结果见表6。
4、讨论
1)惯性圆锥破碎机适应高强度硅石原料的破碎作业，产品的粒度组成较好，过粉碎现象少，合格粒度颗粒产率高。其与西900短头圆锥破碎机的产品粒度曲线对比见图5，由图5可以看出，∮900短头圆锥破碎机的产品中适于制造硅砖用的< 2.4 mm的颗粒只有16.4%．而惯性圆锥破碎机的产品中<2.4mm的颗粒达到30.2%；前者产品中<3.0 mm的颗粒只有18.4%，而后者则高达35.7%。
从产品粒度分布曲线中还可看出，惯性圆锥破碎机具有较小的过粉碎现象，在<3.0 mm的颗粒中，<0.5 mm的颗粒只占42,3%；∮900短头圆锥破碎机<3.0 mm的颗粒中，<0.5 mm的颗粒则占到了53.3%。由此，惯性圆锥破碎机可在配料要求较小临界粒度条件下，产出最多的“大颗粒”，使泥料粒度组成更接近最大堆积密度。
2)破碎产品的粒度曲线不但与设备的主要破碎机理有关，也与被破碎物料的机械特性有关，由图2可以看出：不同性能硅石开路破碎后产品中<3 mm颗粒的比率悬殊很大，较易破碎的原料C达到57.7%，而难破碎的原料B则只有18.4%。
另外，产品中<0.5哪颗粒占<2 mm颗粒中的比率也存在一定差异，其中强度最高的原料E<0.5 mm颗粒含量最低，强度最低的原料D<0.5 mm颗粒含量最高。这就为在设备工况一定条件下调整产品粒度组成提供了方法，即要求在确定各
种硅石的配比时，不仅考虑转化特性和成本，最好也适当考虑颗粒料的粒度组成。
3)原料D系一种极易产生“过粉碎”现象的矿石，尤其是采用闭路破碎流程时。由于惯性圆锥破碎机中物料层受到强烈惯性振动，物料表面的粉末会被及时清除掉，从而明显地减小了过粉碎现象，所以从两种破碎工艺的产品粒度曲线上可以发现：闭路流程并没有明显增加<0.5 mm的颗粒量（仅增加0.2%），而1~3 mm颗粒量却由17.2%增加到20.6%，这对采用小临界粒度制砖造成大量筛上料回流到破碎机再次破碎的工艺要求非常有利。
4)由颗粒形状对硅砖生产工艺的影响可知:
①轮碾机所产颗粒虽然多呈浑圆状，对提高泥料堆积密度很有利，容易获得低气孔率的砖坯，但在烧成过程中由于石英晶型转化膨胀开裂时会造成的较大应力，致使砖坯结构产生疏松倾向，其气孔率增长值较大。而惯性圆锥破碎机所产颗粒虽然等积颗粒比轮碾机少，砖坯气孔率较高，但在膨胀开裂时造成的应力较小，烧后气孔率增长值较小，反而其烧后制品的气孔率达到最低。
另外，由于惯性圆锥破碎机所产颗粒的粒度组成更接近最大堆积密度需要，所以在配料时可以较好地避免因细颗粒过多而无法理想配料的问题。
②出于对硅砖在高温下体积稳定的要求，希望烧成后的制品具有较低的比重，即含有最小量的残存石英，试验结果表明：使用惯性圆锥破碎机所产颗粒烧成的制品在烧成过程中具有较好的转化速度。
5)经短期生产验证，该设备破碎混合硅石，<2.5 mm的颗粒产量为12~15 t/h，电机工作电流38—50 A(在经磨损后，破碎腔腔型最好阶段)，比中齐公司硅砖生产线现使用的短头圆锥+对辊破碎机流程产量提高30%一50%，吨料电耗降低约50%。
由于惯性圆锥破碎机是挤满给料，从而实现“料层粉碎”，所以备件磨损较轻，破碎混合硅石更换耐磨备件为0.10一0.14 kg/t。只有现用短头圆锥+对辊破碎机流程(0.30~0.35kg/t)的30%~45%，不但大大节约了备件采购费用，也显著降低了破碎过程中的物料增铁，对第一个使用周期的考察，吨料增铁仅为60 g，而现用短头圆锥+对辊破碎机流程吨料增铁达到了200 g以上。
5、结论
经过试验和短期生产实践证明，惯性圆锥破碎机的破碎比大、过粉碎小、产量高、能耗低，产品粒度曲线比较理想，颗粒形状也完全能满足硅砖生产的需要，是硅砖生产应当首选的粉碎设备。
另外在试验中，对硬质粘土熟料、高铝矾土孰料、合成莫来石等原料也进行了破碎特性试验，均取得了较好的效果。
