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惯性圆锥破碎机在矿业中的应用前景
发布时间：2013-10-14 09:49 来源：未知
1、引言
矿物加工过程中，粉碎往往是必不可少的工序之一。据不完全统计，全世界每年经粉碎的物料量达数百亿吨，我国每年破碎的各种物料约为18亿t．其中铁矿石约2.4亿t，有色金属矿石超过1亿t，非金属矿物2.3亿t，化工矿物0.3亿t，水泥约4亿t，建材用石灰石4.7亿t．耗电量为250～300亿kW -h，钢耗约为250万to因此，在领域实行节能降耗，可产生巨大的社会效益和经济效益。
破碎和磨矿是矿物加工过程中两道最关键、也是能耗最高的工序，能耗和钢耗占选厂的60%以上，其中大约15%用于破碎，85%以上消耗于磨碎。由于破碎机与磨机相比金属消耗量和电耗较小，便宜，运转维护简单，而且磨机的效率只有l%，破碎机的效率达10%，因此，经过50多年的实践和总结，矿物加工领域正大力提倡“多碎少磨”的新工艺流程，即降低破碎产品最终粒度，增加细粒级在破碎产品中的含量，从而提高磨机的处理能力，达到降低电耗和金属消耗量、减少成本、增加经济效益的目的。
俄罗斯圣·彼得堡“米哈诺布尔”科技股份有限公司经过40多年努力研究，通过不断的改进和完善，在大量的理论和试验工作的基础上，终于开发研制成功在破碎领域具有革命性突破的新型节能细碎设备——惯性圆锥破碎机。惯性圆锥破碎机以其先进的破碎理论、独特的设计思路、合理的机械结构和优良的性能代表了当前世界圆锥碎碎机的最高水平，能够很好地满足“多碎少磨”新工艺的要求。
2、惯性圆锥破碎机的结构特点和工作原理
2.1惯性圆锥破碎机的结构特点
惯性圆锥破碎机的结构如图l所示。
惯性圆锥破碎机机体坐落在隔振装置上，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。动锥轴插入轴套中，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，迫使动锥绕球面支承的球心做旋摆运动。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，破碎产品因自重由排料口排出。动锥与传动机构之间无刚性联接。z.z惯性圆锥破碎机的运动分析
惯性圆锥破碎机机体不是直接固定在地基上，而是安装在弹性无件上，因此机体有6个自由度，3个旋转自由度，3个平移自由度。动锥相对于机体有3个旋转自由度，激振器相对于动锥有1个旋转自由度和1个沿轴向的平移自由度。对于破碎机来说，最重要的是破碎体之间的相互运动，即动锥相对于定锥（固定在机体上）的运动。
动锥与电机之间无刚性联接，工作时绕球面支承的球心o做旋摆运动，动锥相对于机体的运动为刚体绕定点o的转动。以O点为原点，机体中心线为Z轴建立坐标系OXYZ，另取以动锥轴线为Z’轴并与动锥固结的动坐标系OX'Y'Z’，如图2所示。
动坐标平面OX'Y’与定坐标平面OXY的交线用ON表示，称为节线，节线垂直于02和02’，节线与定轴OY间的夹角ψ称为进动角，节线与动轴OY间的夹角中称为自转角，动轴oz’与定轴0z间的夹角B称为章动角，根据运动学原理，绕O点运动的动锥相对于机体的位置用这三个角可以完全确定。因此，．动锥相对于机体的运动是由以下三种旋转运动组成：①进动运动——动锥绕机体中心线作旋转运动。②自转运动——动锥绕自己的轴线作旋转运动。③章动运动——动锥绕节线作旋转运动。
惯性圆锥破碎机正常运转时，动锥不但作进动运动和自转运动，而且由于物料颗粒大小不一，在破碎腔内分布不均匀，动锥沿物料层滚压时也不稳定，每滚动一周都伴随着强烈的振动，动锥即产生章动运动。动锥相对于机体有三个自由度，要用三个参变量ψ、∮、B才能确定动锥相对于机体的位置。
在惯性圆锥破碎机中，动锥和传动机构之间不是刚性联接，动锥的振幅即动锥的章动角β不受传动系统的限制，是可以变化的，它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，动锥摆动频率小，破碎力较小，动锥的振幅口角较小，因此启动力矩也较小，带负荷启动不会损坏破碎机。所以，惯性圆锥破碎机可以带负荷启动和停车。同样道理，在惯性圆锥破碎机中，挤满给料只是增大了物料层的抗压阻力，动锥的振幅β角减小，不会造成破碎机“闷车”，不需安装给料机。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。
2.3惯性圆锥破碎机的优点
由于其独特的工作原理及结构特点，惯性圆锥破碎机与传统的破碎设备相比，在使用及工艺等方面具有许多优点。
(1)具有良好的“料层选择性破碎”作用。由于是挤满给料，被破碎物料在破碎腔中承受全方位的挤压、剪切和强烈的脉动冲击作用，料层内颗粒相互作用，造成颗粒间的强制自粉碎j料层阻止破碎腔的衬板直接接触，防止衬板互相研磨，避免研磨下来的金属污染被破碎的物料，从而使研磨体耗量大大降低，延长了衬板的使用寿命。单位破碎比功耗仅为普通设备的一半左右。
(2)破碎比大，产品粒度可调。该机的破碎力与被破碎物料硬度及充填率无关，主要取决于偏心静力矩及转速。调节偏心静力矩、激振器转速和排料间隙，可很方便地调节所需的破碎比(4～30)，根据需要可有效地防止过粉碎，提高某粒级段的产率或相反增加细粉的产量。
(3)技术指标稳定，产品粒度几乎与衬板磨损无关。
(4)操作安装方便。由于整机采用二次隔振，基础振动小，工作噪音小，安装时不需庞大基础和地脚螺栓。
(5)良好的过铁性能。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。
(6)简化碎磨流程，减少辅助设备台数。该机充满给料，无需专门的给料机，可满负荷启动和停车．操作、监测和控制十分方便；由于产品粒度细，无需振动筛构成闭路，大大节省设备和基建投资。
(7)应用范围广。调节破碎机工作参数，可破碎任何硬度下的脆性物料。
3、惯性圆锥破碎机工作参数对性能指标的影响
惯性圆锥破碎机工作参数包括偏心静力矩Sd，排料间隙2r（动锥和定锥底部径向间隙之和），激振器转速n以及破碎腔的形状等。通过试验来调节破碎机的工作参数，可以改变破碎机的性能指标，如产量、功耗和产品粒度组成等，以满足不同性质物料的不同要求。
3.1偏心静力矩和排料间隙对性能指标的影响
表1为GYP - 300惯性圆锥破碎机破碎柿竹园有色金属矿钨钼矿石（硬度f=11～13，给料粒度为0～25mm）时，不同偏心静力矩和排料间隙时破碎机的性能指标。从表1可知：
(1)随着偏心静力矩的增大，产量提高，单位功耗下降，产品粒度减小。这是因为偏心静力矩增大，破碎力随之增大，增加了物料进一步破碎的可能性，而且动锥振幅增大，有利于排，因此产量提高，产品粒度减小。虽然随着偏心静力矩的增大，增加了激振器的惯性阻力，破碎机的负荷（衬板及轴承负荷等）增加，所消耗的总能量也增加，但由于产量提高了，单位功耗还是下降的。
(2)随着排料间隙的增大，产量提高，单位功耗下降，产品粒度增大。这是因为排料间隙增大，增加了被破碎物料尤其是较大颗粒物料被排出的可能性，因此产量提高，也使破碎机总功耗增加，但其相对值——单位功耗是下降的。排料间隙对产品粒度组成的影响很大，调节排料间隙，可很方便地调节所需的破碎比。
(3)第10组试验的排料间隙为9mm，功耗为2.28×5.09 =11.6kW．超过了GYP-300惯性圆锥破碎机的装机功率11kW，这在实际工作中是不允许的。惯性圆锥破碎机最大排料间隙的物理意义可解释为：电机传给动锥的功率正好可以抵消破碎过程的功耗。破碎机的排料间隙超过所允许最大排料间隙会影响破碎机正常运转。
3.2激振器转速和腔内压力对性能指标的影响
图3为GYP - 300惯性圆锥破碎机破碎镁砂时激振器转速和破碎腔内压力与性能指标的关系。
(l)增大激振器转速，产量降低，产品加权平均粒度减小。这是因为激振器转速增大，不但增加了破碎的次数，也增大了破碎力，因此产品加权平均粒度减小。澈振器转速增大后，动锥的旋摆频率增大，增大了排料阻力，使产量降低，但随着激振器转速增大，破碎力按平方增大，使动锥振幅增大，减缓了激振器转速增大对产量降低的影响。随着激振器转速增大，单位功耗增加，所增加的功耗用于使产品粒度被破碎得更细。
(2)增加破碎腔内压力，提高了物料层的密实度，增大了物料颗粒被破碎的可能性，因此产量提高，产品加权平均粒度减小。
3.3其它因素对性能指标的影响
控制惯性圆锥破碎机性能指标的方法还有：
(1)湿式破碎
湿式破碎即破碎机工作时向破碎腔内加水或其它液体，如酒精（防氧化）等。液体在振动粉碎条件下起许多有益作用，如表面活性剂的作用，渗透到物料裂纹中产生拉伸应力，与其它类型变形相比可以在最小破碎力下使物料破碎；还可降低粒子间的摩擦力，使破碎过程电耗减少一半以上；液体可快速地将粉末从破碎腔中冲出，降低过粉碎，随着液体流量的改变还可以控制产品。
湿度大、含泥多的矿石在破碎过程中很容易造成破碎机破碎腔堵塞，湿式破碎有效地解决了这个问题，同时有效地防止了粉尘污染。而且，由于水不断地把破碎过程中产生的热量带走，保持润滑油的温度不升高，延长了机器零件的使用寿命。
(2)改变破碎腔形状
这种方法相对来说比较复杂，因为需要更换衬板，但对破碎某些特别难处理的物料时却十分有效。改变破碎腔形状可影响破碎过程中颗粒的运动轨迹和受力状态，适当的腔形可加速或延缓物料的排出，从而改变其粒度组成。试验证明，给料粒度为25mm的GYP-300惯性圆锥破碎机改变其腔形后能接受60mm的物料，而产量和产品粒度几乎没有变化。
(3)改变料柱的高度
给料斗中的料柱高度直接影响破碎腔中物料层的密实度。物料松散，则动锥振幅大，可获得较细的产品，但产量也有所降低。改变料柱的高度可在30%的范围内影响破碎比和产量，这种方法最适合于微调破碎机的性能指标。
(4)改变给料粒度
表2为GYP - 300惯性圆锥破碎机破碎钨钼矿石，在排料间隙为7mm，偏心静力矩为0.71Sdm。，时，不同给料粒度下破碎机的性能指标。
从表2可知，给料中细粒级含量越高，产品粒度越粗，产量也下降。除去给料中- 3.2mm的物料后，产量和产品粒度较前两种情况下理想得多。这是因为小颗粒在大颗粒周围滑动．破碎力不能充分传给大颗粒，大颗粒被破碎次数少，所以产品中粗颗粒比率大。因此生产中应尽可能减少给料中细粒级的含量，以提高破碎机的性能指标。
(5)与分级机构闭路代替磨机
惯性圆锥破碎机与空气分级机构成闭路系统，排料口处于真空状态，这时效率能提高一倍左右，用此方法可以控制产品粒度，防止过粉碎或得到更细的产品，如- 10um以下，但功耗却比磨机降低踟%以上。实际生产中，用GYP - 300惯性圆锥破碎机与旋振筛构成闭路，每小时可生产300～450kg-74um的电解锰粉。
4、惯性圆锥破碎机生产应用情况
惯性圆锥破碎机目前已形成动锥底部直径从60mm到2200mm十种规格的产品，技术参数见表3，其破碎产品粒度分布见图5。
俄罗斯开发研制成功惯性圆锥破碎机以来，其专利已卖给德国、日本、法国和意大利等国公司，已经有数百台惯性圆锥破碎机在世界各地的生产中应用。北京矿冶研究总院和俄罗斯圣·彼得堡“米哈诺布尔”科技股份有限公司合资成立的北京凯特破碎机有限公司是俄罗斯在中国唯一授权生产惯性圆锥破碎机的企业。作为“八五”、“九五”国家重点科技攻关项目，惯性圆锥破碎机的研制应用荣获1996年部级科学技术进步二等奖。
短短几年，北京凯特破碎机有限公司已生产出数十台不同规格的惯性圆锥破碎机并已广泛用于矿物破碎领域，均取得了显著的经济效益和社会效益。表4列举了部分应用实例。
俄罗斯用惯性圆锥破碎机和棒磨机做粉碎白电刚玉的对比试验，其结果见表5。
从表5可知，用惯性圆锥破碎机粉碎白电刚玉的单位功耗不到棒磨机的一半，而研磨体的耗量只有棒磨机的1/19。
哈萨克斯坦某铜矿用俄罗斯生产的∮2200惯性圆锥破碎机代替普通短头∮2200偏心圆锥破碎机破碎硫化铜矿石，在给料粒度为-120mm时，产品粒度- 14mm占95%，其中-6mm占60%，产量为240～280t/h，极大地降低了人磨粒度，磨机产量提高50%左右。
5、结语
综上所述，与传统破碎设备相比，惯性圆锥破碎机作为物料加工的细碎设备具有破碎比大，产品粒度细而均匀，单位电耗低，能破碎任何硬度的脆性物料的优点，是一种理想的节能超细破碎设备，在矿物破碎加工领域具有极其广阔的应用前景，推广使用可产生巨大的社会效益和经济效益。
