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粉碎磨装置技艺进展探讨剖析

2011-09-02来源:中国破碎机网点击:37840
  

  1破碎设备

  1. 1颚式破碎机

  颚式破碎机以其结构简单、性能可靠、操作容易、维修方便和适应性强等特点,广泛应用于诸多领域。我国中小型颚式破碎机在结构设计、腔型设计、优化设计和系列规格等方面的发展十分显著,其性能指标达到国际先进水平。具有代表性的上海建设路桥机械设备有限公司生产的颚式破碎机系列品种**齐全,设备性能稳定,社会口碑良好。

  近年来出现的新型颚式破碎机有:北京矿冶研究总院研制的PEWS型外动颚筛分破碎机。它的特点是:定颚置于动颚和偏心轴之间,破碎腔倾斜设置,并且从上到下分为两段,两段的动颚和定颚具有不同的倾角,上段用于粗碎,下段用于细碎。使破碎比提高,可达13.此外在动颚衬板下部沿排料口方向设有长条形筛孔,构成筛分板。在同一设备上实现破碎和筛分两种作业,减少了破碎机的堵塞和过粉碎,节能效果较好。

  上海建设路桥机械设备有限公司与多灵沃森机械设备有限公司和北京矿冶研究总院合作开发的PED型低矮可拆式颚式破碎机适用与井下作业。

  中南大学母福生等研究开发的双腔颚式破碎机,具有生产能力高、单位功耗低的特点。双腔颚式破碎机的两个破碎腔是以偏心轴为中心对称分布。

  动颚左、右两侧各有一块活动齿板,它们与固定齿板分别组成Ⅰ、Ⅱ两个破碎腔。该类型破碎机(怎样合理运用料材破碎机 )是典型的四杆机构,当曲柄在角度α范围内回转时,破碎腔Ⅰ进行物料破碎,而破碎腔Ⅱ进行排料;当曲柄转到360°~α范围时,破碎腔Ⅱ进行物料破碎,破碎腔Ⅰ进行排料,如此往复循环。电动机的能量得以充分利用,生产能力提高1倍,单位功率显著下降。双腔颚式破碎机与普通颚式破碎机性能指标对比如表1.

  由表1可看出,双腔颚式破碎机参数明显优于普通颚式破碎机。其性能参数的优越是和它的结构特点有关。双腔颚式破碎机是倒置四杆机构,具有小啮角深腔结构,由于破碎腔深,在排料口附近的近平行区和平行区的间距大,物料在这两个区间停留的时间长,物料破碎充分。使破碎产品的粒度更小,产品粒度更均匀。

  由于偏心轴在下部,排料口处的运动轨迹为近似圆形,特性值接近1 ,使齿板的磨损程度大大降低,仅从特性值角度讲,齿板寿命是普通颚式破碎机齿板寿命的2. 3倍。由于偏心轴下置,使排料口处的水平行程增大,动颚每摆动一次,排出的物料量增多,使其产量提高。双腔颚式破碎机实质上具有细碎颚式破碎机的特点。

  中南大学张智铁教授等研究开发的双腔回转式破碎机,结构简单,处理能力大,破碎腔具有动态变啮角特性,破碎时提供的能量密度高,物料破碎效果好。

  中南大学周恩浦教授研究开发的冲击颚式破碎机,具有强力破碎的特点,结构采用柔性传动,高摆频,适合破碎硬物料和超硬物料,如:云石、花岗岩、硅铁、锰铁、碳化钨等。

  俄罗斯圣彼得堡工程科学院研制的振动颚式破碎机独具特点,它利用激振器产生的离心惯性力实现物料破碎。它结构简单,破碎效率高,属于柔性破碎,适用于超硬物料,如:铁合金、WC等。

  国外颚式破碎机制造商如:美国Nordberg、Tel2 smith、Kuc - Ken ,瑞典Svedala ,德国KHD、Krupp ,日本神户制钢等,主要以生产大中型颚式破碎机为主。他们以制造精良、可靠性高、性能良好及自动控制技术先进而在市场上占据一定优势。

  我国在大型颚式破碎机制造方面,有中信重机公司(原洛阳矿山机器厂) PE900×1 200、PJ1 200×1 500 ,沈阳重型机器制造有限责任公司PE900×1 200、分段启动的PE1 200×1 500 ,鞍山矿山机械股份有限公司PE750×1 060 ,上海建设路桥机械设备有限公司PE900×1 200、PE1 200×1 500.这些型号的颚式破碎机在国际上也是大型号之列。但我国在大型颚式破碎机制造方面有明显的差距,主要体现在大型号机型少、设计开发力度不够、自动控制水平低以及可靠性差。我国颚式破碎机发展的方向,应向大型化、高可靠性方向发展,此外还应拓宽领域发展多用途的新机型。

  1. 2圆锥破碎机

  目前圆锥破碎机仍是大中型矿山选厂破碎作业的关键设备。德兴铜矿已从瑞典Svedala公司购买了2台新型大规格的H8000液压圆锥破碎机, 1台用于中碎, 1台用于细碎。金川有色金属公司选矿厂采用了瑞典Svedala公司H6000液压圆锥破碎机。苹果铝业公司也已订购了瑞典Svedala公司H6000液压圆锥破碎机。

  上海宝山钢铁公司三期工程采用日本神户制钢所生产的EX系列液压圆锥破碎机,其中EX7 - 60( <1520 mm) 2台, EX4. 5 - 72( <1830 mm) 2台,还有AS3 - 60( <1520 mm) 2台。它们的主要特点有: (1)采用底部单缸液压装置可在负荷状态下调整排料口; (2)破碎腔角度陡,物料下落快,破碎能力大; (3)可快速清扫破碎腔,排出异物; (4)主轴支承方式为简支梁结构,强度高,刚性好; (5)计算机优化设计破碎腔,按照给料粒度的不同要求,有多种破碎腔形可以选择; (6)其AUTOFINE型设备利用了料层粉碎原理; (7)采用旋转给料装置达到沿圆周均匀给料; (8)采用先进的自动控制技术。

  鞍钢调军台选矿厂引进6台美国Nordberg公司HP800圆锥破碎机,北京三联砂石厂引进1台美国Nordberg公司G158圆锥破碎机。

  俄罗斯研制的惯性振动圆锥破碎机是一种高效超细破碎设备。其独具之处在于破碎力不是由偏心回转作用提供而是借助于不平衡偏心振动器产生的离心惯性力,它与振动颚式破碎的原理相似,所以它适用于超硬物料如:刚玉、铁合金、WC等。

  北京矿冶研究总院与俄罗斯圣彼得堡工程科学院合作成立中外合资北京凯特破碎机有限公司、桂林冶金机械厂与俄罗斯圣彼得堡工程科学院合作成立中外合资桂林新技术开发有限公司,制造惯性振动圆锥破碎机。也有一些企业自主开发惯性振动圆锥破碎机。

  另外美国Cedarapids、德国KHD等公司都具有国际先进水平。其技术特点体现在:液压调整排料口,液压过载保护,高摆频,大偏心,破碎能力大,破碎效果好,自动控制水平高。

  美国的Allis2Chalmers公司在圆锥破碎机的更新换代、应用新技术方面做出了重要贡献。液压圆锥破碎机是由Allis - Chalmers公司首创,现已被广泛采用,该公司又提出高能圆锥破碎机的概念,并被实践证明。所谓高能圆锥破碎机实际上是在原有破碎机的基础上,对破碎机内部结构和机械参数作了改进,配备更大功率的电动机,以产生更大的破碎力,获得更高的产量和更细的产品。因此,圆锥破碎机不仅是向大型化发展而更重要的是向高能化方向发展。

  1. 3冲击式破碎机

  冲击式破碎是物料在极短时间内获得巨大的动量,冲击反击板或相互碰撞,使其沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分破碎。所以破碎效率高,能耗低,产品粒度均匀,过粉碎现象少,破碎比大,一般10~15 ,**高可达40.所以,它有其它破碎设备不可取代的优势。

  国内生产冲击式破碎机的代表性的企业有:天津水泥工业设计院吸收了丹麦Smimth公司机型的特点开发了TLPC和TPC系列大型锤式破碎机,已在全国许多水泥厂应用;首钢通用机械厂引进德国O & K公司锤式破碎机技术,制造锤式破碎机有6个规格;上海建设路桥机械设备有限公司、多灵沃森机械设备有限公司、朝阳重型机器厂、南京水泥工业设计院等企业设计开发了反击锤式破碎机,它是综合了反击式破碎机、锤式破碎机的优点,使物料获得的动能得以充分利用,破碎效果好,能量利用率高;上海建设路桥机械设备有限公司在吸收了德国KHD公司反击破碎机优点的基础上,设计推出了硬岩反击破碎机,使反击破碎机的使用范围更宽了;洛阳大华机器厂设计开发了PFQ涡旋强力反击式破碎机,该设备为大容积涡旋破碎腔,下部有间隙较小的粗、中、细三段破碎腔,大块物料在涡旋破碎腔内经转子锤头、反击板和后续物料反复撞击破碎成小块,然后进入后续破碎腔内进一步破碎,破碎过程充分,破碎效果好,破碎比大。

  这些企业生产的冲击式破碎机基本代表了我国的现状和技术水平。

  2磨矿设备

  2. 1球磨机

  球磨机结构简单、性能稳定、破碎比大(3~100) ,既可湿磨又可干磨,可用于处理各种矿物原料,适应性强,易于实现自动化控制。所以,它在矿业、建材、化工、冶金及材料等工业领域广泛应用。

  我国中小型球磨机已成系列,可满足各行业的需要。在大型球磨机制造方面与国外有较大差距。在球磨机和棒磨机标准送审稿(沈重起草代替JB/ T1406 - 1993)中可看出**大规格的湿式格子型、溢流型球磨机为<3. 6×6 m ,装机功率1 600 kW,产量82 t/ h ,机器质量190 t、棒磨机**大规格为<3. 6×4. 5 m ,与国外有较大差距。澳大利亚ANI集团生产了<6. 706×13. 106 m世界**大的球磨机,它的装机功率10 MW.我国目前生产中采用的**大球磨机为德兴铜矿三选厂引进美国Fuller公司的<5. 49×8. 53 m球磨机和鞍钢调军台选矿厂引进美国的<5. 49×8. 83 m球磨机。此外,我国即将兴建的铜陵冬瓜山铜选矿厂初步设计中推荐了自磨-球磨流程,瑞典Svedala公司为该流程进行了半自磨小型批量试验和Bond球磨功指数试验,并推荐采用装机功率4 850 kW的8. 534×3. 962 m半自磨机1台和装机功率3 300 kW的5. 03×8. 3 m球磨机2台。如果该设计得以实施,将使我国大型球磨机的设计和制造水平上一个台阶。

  球磨机的转速是影响粉磨效率的重要参数。研究表明球磨机转速率为82 %~88 %时介质抛落高度达到**大,粉磨效率**佳。一些选厂的改造实践与此相吻合。德兴铜矿泗洲选矿厂<3. 2×3. 1 m格子型球磨机原转速为18 r/ min , <3. 2×4. 5 m格子型球磨机原转速为18. 6 r/ min ,临界转速均为23. 76 r/ min ,转速率分别为76. 8 %和78. 3 %.为了提高生产能力,该厂将这两种球磨机转速分别提高到20. 7 r/ min和20. 41 r/ min ,转速率分别达到87. 1 %和85. 9 %.生产结果表明,改造后<3. 2×3. 1 m格子型球磨机生产能力从原来的46 t/ h提高到54 t/ h ,提高了17. 4 % ; <3. 2×4. 5 m格子型球磨机生产能力从原来的60 t/ h提高到64 t/ h ,提高了6. 7 %.中条山铜业公司铜矿选厂11 #~13#<3. 2×4. 5 m球磨机存在产量低、易涨肚的问题,经分析是转速低造成的。该选厂将13#球磨机转速从18. 46 r/ min提高到20. 06 r/ min ,转速率从75. 4 %提高到81. 9 % ,改造后处理能力提高了5. 4 t/ h ,单产电耗降低了1. 01kW h/ t ,且工作稳定,消除了涨肚现象。对1年的统计数据表明,该球磨机处理量比未改造的10 #和11#球磨机高4~5 t/ h.

  磨矿介质的形状、尺寸和配比对球磨机粉磨效率有重要影响。东北大学陈炳辰教授等经过详细试验研究得出下述具有普遍指导意义的结论:单一尺寸的球介质对混合粒级磨机给料的磨碎作用等于其对组成混合物料的各窄级别物料磨碎作用的线性叠加;混合加球对混合给料的磨碎作用等于混合中各单一尺寸球对各窄级别物料磨碎作用的线性叠加。根据此原理和磨矿动力学试验可求出任意给料粒度分布和加球尺寸及配比的磨矿产品粒度分布;反之根据所要求的产品粒度分布可求得任一给料粒度分布所需的适宜加球尺寸及配比。利用该技术解决了贵溪化肥厂磷矿磨矿问题。

  2. 2塔式磨

  塔式磨实际为立式螺旋搅拌磨机。上世纪80年代我国开展了塔式磨的研制及推广应用。秦皇岛冶金矿山设计研究院研制的塔式磨曾在大石河铁矿及金厂峪金矿进行过试验及试生产,效果良好。长沙矿冶研究院研制的干式及湿式塔式磨分别在乳山金矿、淄博钴厂细磨氧化铁红、陕西石墨矿加工鳞片状石墨以及用于高岭土、硅灰石、云母、重质碳酸钙等的超细磨,产品细度可达- 10μm及- 5μm.塔式磨的优点:对物料的粉碎主要靠介质运动产生的研磨力及介质本身的重力,冲击力很小;塔式磨不象卧式球磨机那样介质运动要克服地心引力做功,因此前者较后者输入能量转化率高,节能效果明显;塔式磨特别适用于鳞片状物料的细磨。塔式磨的缺点:由于受径高比(D/H= 0. 23~0. 4)的限制,规格不能太大。因为直径过大使螺旋搅拌器直径也必须增大以保证搅拌器与筒壁间隙适宜,间隙过小“死区”增大从而降低研磨效率;增加螺旋搅拌器直径则也增大中心无效研磨区,同时增加螺旋搅拌器吊挂装置及传动装置的制造难度和成本;另外高度过大筒体下部介质重量增加,将增加介质和能量的无益消耗。

  2. 3搅拌磨

  搅拌磨(亦称砂磨机)是粉磨设备中**有发展前途而且能量利用率**高的一种超细粉磨设备,它与筒式球磨机的不同点是:搅拌磨的输入功率直接高速推动研磨介质来达到磨细物料的目的。搅拌磨内置搅拌器,搅拌器的高速回转使研磨介质和物料在整个筒体内不规则地翻滚,产生不规则的运动,使研磨介质之间产生相互撞击和研磨的双重作用,使物料磨细的效果良好。同时具有物料均匀混合或分散的功能。

  我国搅拌磨研制始于上世纪70年代初,重庆化工机械厂研制了我国**台砂磨机,用于涂料工业。之后,秦皇岛黑色冶金设计研究院和南昌化验制样机厂联合开发了MQL - 500型立式搅拌磨,郑州东方机器制造厂、苏州非金属矿工业设计研究院、长沙矿冶研究院、鲁南矿山技术开发公司等单位设计开发了各类型搅拌磨,在金属矿山、黄金、非金属矿、化工、涂料及粉末冶金等行业得到应用。清华大学开发的GJM、SJM、GS等系列,中南大学开发的MJ系列,南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所开发的LG型等产品其磨矿细度在1μm以下。

  国内搅拌磨的技术水平与国外先进技术相比还有一定差距,主要表现在基础研究落后、品种有待增加、结构性能有待改进、产品可靠性有待提高。所以,搅拌磨今后的发展应在以下几个方面下功夫: (1)加强搅拌磨粉碎过程的基础理论研究,选择适用不同物性材料粉碎的机械结构,发展高效、节能的新型搅拌磨; (2)合理配置搅拌器转速,使生产效率和钢耗达到**佳匹配的同时,发展大型化搅拌磨以适应大规模生产的需要;(3)采用新材料提高研磨介质和易损件的寿命,对用于非金属矿深加工的搅拌磨要解决物料污染问题; (4)增加单位筒体容积的能量输入密度,实现高能粉磨,提高粉磨效率; (5)开发搅拌磨温度控制装置,即干、湿磨的冷却系统,使搅拌磨工作在适合的温度范围之内,以提高系统连续运行的可靠性; (6)增大搅拌磨的破碎比,提高进料粒度,降低产品粒度,扩大应用范围,降低粉磨成本; (7)扩宽搅拌磨的应用领域,开发其在粉体改性、机械合金化、复杂矿处理、生成新的复合材料等方面的应用; (8)优化加工工艺,完善设备配套,特别是开发与之配套的干、湿精细分级机以及湿法粉磨的脱水、干燥和分散设备。

  2. 4气流磨

  气流磨主要有扁平式气流磨、循环管式气流磨、靶式气流磨、对喷式气流磨及流化床对喷式气流磨等几种类型。它的特点是高速旋转气流为动力和载体使物料在高速运动中受冲击、磨剥、体涨而碎裂。这种粉碎方法的优点:产品不受污染,能保持原来的纯度和白度,粒度分布窄,颗粒表面光滑,颗粒形状整齐,活性大,分散性好,由于粉碎过程中压缩气体绝热膨胀产生焦耳―汤姆逊降温效应,因而还适用于低熔点、热敏性物料的超细粉碎。因此气流磨广泛应用于化工、非金属矿物的超细粉碎。它的缺点:被处理的物料不能含水和泥,气流中湿度也不能高,因此气流进入前应有干燥净化装置,能耗高,平均耗电为100~1 000 kWh/ t ,个别物料高达2 000 kWh/ t.由于上述原因,气流磨的应用领域受到一定的限制。

  3结语

  我国在破碎磨矿技术方面取得了巨大成就,但也应看到不足。因此我们应该着力于开拓新的破碎方式,例如采用等离子体粉碎、电脉冲粉碎、微波预处理破碎、冷或热氛围预处理粉碎、添加助磨剂粉碎等。应注重新技术的应用,制造出性能更好、效率更高、适用面更广的粉磨设备。另外要加强基础理论的研究,使我们的发展更有后劲。

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