PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的研制與應(yīng)用

　　1  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的研制目的
　　在建材、冶金、化工、煤電等行業(yè)，經(jīng)常會遇到希望僅僅通過單一的破碎作業(yè)就能直接獲得細(xì)小粒徑和狹窄級配的粉粒狀產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，一般情況下，要求95%以上為<2~3mm的粉粒料，同時又不希望含有過多的微粉粒級，產(chǎn)品終粒級主要分布在0.08~2.80mm之間。合肥水泥研究設(shè)計院破碎工程機(jī)械廠十年前推向市場的PCX系列高效細(xì)碎機(jī)，以及目前市場上類似的其它型式細(xì)碎機(jī)，只能將塊狀物料細(xì)碎到3~8mm以下，其中<2~3mm的粉狀料一般不超過50%，為了獲得合格的0.08~2.80mm的終粒級產(chǎn)品，只能在初次破碎后進(jìn)行篩選復(fù)破，這樣不僅會增加工藝裝備、導(dǎo)致流程繁雜，還會增加并不需要的微粉含量，耗能而無益。應(yīng)對這一市場需求，合肥水泥研究設(shè)計院破碎工程機(jī)械廠專門研制了PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)，可廣泛適用于對石灰石、白云石、硅灰石、葉蠟石、鋁礦石、瓷石、頁巖、石膏和煤矸石等中等以上硬度的干燥礦物或其煅燒后的產(chǎn)物進(jìn)行超高細(xì)破碎。

　　2  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的基本構(gòu)造及工作原理
　　2.1  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的基本構(gòu)造
　　PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)是一種反擊式和錘擊式相結(jié)合的新型沖擊式破碎設(shè)備，其基本構(gòu)造見圖1。由上機(jī)體、下機(jī)體和轉(zhuǎn)子體三大部分組成。上機(jī)體內(nèi)正面安裝各種反擊齒板，上下機(jī)體內(nèi)側(cè)面安裝各種側(cè)襯板并設(shè)有觀察和檢修孔，下機(jī)體內(nèi)安裝不同形式和功用的出料篦板，轉(zhuǎn)子上鉸接能自由轉(zhuǎn)動的扇形錘頭，轉(zhuǎn)子體通過三角皮帶與電機(jī)連接獲得動力，整機(jī)構(gòu)成粗碎、中碎、細(xì)碎三個破碎工作腔。

          圖 1

　　2.2  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的工作原理
　　在第一破碎腔，高速旋轉(zhuǎn)的錘頭直接仰擊入機(jī)的大塊物料，并使之撞擊大平反擊板和弧形反擊板，構(gòu)成第一次粗碎；粗碎后的物料落下后，仍受到后續(xù)錘頭的平擊，進(jìn)入第二破碎腔，并使之撞擊小平反擊板和弧形反擊板以及前反擊板，構(gòu)成第二次中碎；繼之，在錘頭與前反擊板之間逐漸變小的區(qū)域內(nèi)達(dá)到大部分細(xì)碎。由此可見，物料在上機(jī)體內(nèi)受到錘頭連續(xù)不斷的打擊、三道反擊板的反復(fù)撞擊和物料相互之間的碰撞，大致可完成80%以上的細(xì)碎工作。余下的粗顆粒在錘頭與篦板面之間受到錘擊、擠壓、剪切、搓磨、銑削等共同破碎作用，直至達(dá)到小于篦板孔縫的粒徑時才能排出機(jī)外，少量漏破的粗粒物料返回到上腔體內(nèi)與新進(jìn)入物料一起受到重復(fù)破碎，決無超標(biāo)大顆粒排出機(jī)外。因此，出機(jī)物料的粒度均勻超細(xì)，可控制在絕大部分<2~3mm以內(nèi)，達(dá)到超高細(xì)破碎效果。

　　3  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)性能
　　在結(jié)構(gòu)上，綜合了反擊式和錘擊式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合國外破碎機(jī)高破碎腔的特點(diǎn)，研究設(shè)計出了最適宜的臥式單轉(zhuǎn)子、鉸結(jié)式錘頭、逆擊式多級破碎高腔、篦條或篦孔限制排料的結(jié)構(gòu)形式，使物料在破碎過程中有一個曲折有序的運(yùn)動軌跡，受到多機(jī)理、高頻率的有效破碎，最終以合格粒徑排出機(jī)外。

　　在材料上，根據(jù)不同工作部件的不同磨損失效機(jī)制，研究選用了不同耐磨特性的最佳材質(zhì)及其組合結(jié)構(gòu)為之配套使用。獨(dú)特新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)質(zhì)耐磨材料的采用使得PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)具有如下特點(diǎn)和性能：

　　3.1 特殊的粗、中、細(xì)三級破碎腔型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計使得破碎效率大大提高
　　破碎機(jī)的腔形結(jié)構(gòu)決定著物料的破碎效率。PCXG系列高細(xì)破碎機(jī)承襲了PCX系列高效細(xì)碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，與一般反擊式和錘擊式破碎機(jī)腔型設(shè)計有明顯區(qū)別：一是上機(jī)體反擊腔空間容積大，成特殊的三曲面腔型結(jié)構(gòu)，上反擊腔高度大約為下機(jī)體的1.5~2倍；二是破碎腔中的各種齒面反擊板的幾何形狀，對物料運(yùn)動起著導(dǎo)向作用，能延長物料在上機(jī)體的滯留時間，增加“錘擊料”、“料撞板”、“料打料”的破碎幾率；三是上機(jī)體的前反擊板下沿和下機(jī)體出料篦板與錘頭之間的間隙可調(diào)，對物料的擠壓、剪切、搓磨作用大而恒定。合理的三級破碎腔設(shè)計，能充分發(fā)揮反擊式破碎效率高和錘擊式細(xì)碎能力強(qiáng)的功效，實現(xiàn)最有效破碎及最大限度降低易損件磨損的目的。與其它細(xì)碎機(jī)相比節(jié)電20~30%，同等入料粒度和產(chǎn)量條件下，出機(jī)粒度最小，裝機(jī)功率最小，電耗、磨耗最低。

　　3.2 出料粒度均勻齊整、調(diào)控機(jī)構(gòu)方便快捷
　　根據(jù)工藝需要，本機(jī)配備了180°整體鉆孔鋼板和60°分體鑄造兩種結(jié)構(gòu)型式的出料篦板件供定貨時選用：①對于入機(jī)物料磨蝕性較小、溫度較低或破碎后產(chǎn)品粒級要求較細(xì)窄的工況，采用厚度25mm的HARDOX焊達(dá)耐磨鋼板，先鉆出Ф8~10mm的圓柱孔，而后卷制成180°弧形面加工而成，經(jīng)過塑性變形，圓柱孔變成適合排料的內(nèi)徑小外徑大的橢圓錐臺孔。該篦板整體懸掛在破碎機(jī)下機(jī)體內(nèi)，與機(jī)內(nèi)其它相鄰機(jī)件配合處的縫隙小，決無漏料，排出機(jī)外的終產(chǎn)品粒徑任一維度尺寸都不會超標(biāo)，獲得的產(chǎn)品粒度可以小至2~3mm以下，其中95%以上為粉粒料。②對于入機(jī)物料磨蝕性較大、溫度較高或破碎后產(chǎn)品粒級要求較寬泛以及難免混入鐵件雜物的工況，采用合肥水泥研究設(shè)計院研制的鉻鉬鎳多元合金鋼材料，按照60°弧形面10~12mm篦縫寬度分三塊鑄造而成，通過兩上一底三個篦子架固接拼裝在破碎機(jī)下機(jī)體內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是篦板更耐磨、有一定排鐵功能，缺點(diǎn)是出料產(chǎn)品中夾有少量長片狀顆粒。通過改配篦板的構(gòu)造和孔縫尺寸，或者通過變頻調(diào)速方式改變轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速，可以獲得不同終粒級范圍的產(chǎn)品。

　　錘頭、前反擊板、篦板使用一段時間后必然會磨損，其間隙增大，破碎效率降低，篦板面上的粗顆粒量增多，機(jī)器的負(fù)荷增大，出機(jī)粒度雖不會陡然增大，但細(xì)粉的比例會減少。為解決這一難題，錘頭一端磨損后可換面使用，前反擊板及篦板的位置均設(shè)計為可調(diào)。在錘頭使用的中間階段或前反擊板及篦板本身受到磨損造成間隙增大需要彌補(bǔ)時，可通過各自的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將它們向轉(zhuǎn)子中心調(diào)整。前反擊板的調(diào)節(jié)，可通過旋轉(zhuǎn)門上的兩個水平調(diào)節(jié)絲桿進(jìn)行；前反擊板設(shè)計成上下對稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)下沿齒面磨平后，還可以上下倒置換面，再使用一次。兩種結(jié)構(gòu)出料篦板件的調(diào)整方法是：①180°整體篦板可通過下機(jī)體外側(cè)連接篦板支撐梁的兩個垂直調(diào)節(jié)絲桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。②60°分體篦板中的兩個上篦板件可通過下機(jī)外與其連接的四個平衡配重杠桿下的垂直調(diào)節(jié)絲桿進(jìn)行調(diào)節(jié)。底篦板件坐落在破碎機(jī)底板兩條角鋼刀口上，用下機(jī)體內(nèi)側(cè)面箱板上的四個限位板固定，可輕松地從下機(jī)體兩端拉出和推進(jìn)，通過在原角鋼上疊放或撤除角鋼可方便地抬高或降低底篦板。打開旋開門或下機(jī)體觀察孔，即可看到或測量各易損件的磨損量，計算出應(yīng)調(diào)節(jié)的距離，相應(yīng)調(diào)節(jié)各部件，使間隙穩(wěn)定在控制距離之內(nèi)。前反擊板下沿及篦板內(nèi)弧面相對于錘頭之間的間隙控制在5~10mm左右，可獲得最佳破碎效果。間隙過小，有可能打壞機(jī)件；間隙過大，影響破碎效果并易造成錘頭磨損加劇。當(dāng)錘頭、前反擊板、篦板進(jìn)行調(diào)換時，可將前反擊板、篦板調(diào)整回原位置，再逐漸向轉(zhuǎn)子中心調(diào)整。

　　3.3 多重安全保護(hù)裝置減免損壞
　　高速旋轉(zhuǎn)的破碎機(jī)內(nèi)嚴(yán)禁進(jìn)入鐵件，否則會造成毀機(jī)傷人的嚴(yán)重事故。在安裝了電磁除鐵器之后，仍可能有耐熱鋼、高錳鋼等無磁性鐵件或漏除鐵件入機(jī)。為消弭這一大隱患，轉(zhuǎn)子上的錘頭可繞錘軸自由回轉(zhuǎn)，對鐵件有避讓作用，不會造成連續(xù)斷裂。前反擊板鉸接懸掛，其背后的調(diào)節(jié)絲桿壓板上有保險螺栓，受到超負(fù)荷應(yīng)力后會拉斷向后退讓。60°分體結(jié)構(gòu)的兩個上出料篦板件也稱為排鐵安全門，是一種重錘杠桿式平衡保護(hù)機(jī)構(gòu)，入機(jī)鐵件受到錘頭打擊后會對篦板產(chǎn)生突然增大的正壓力，依靠杠桿原理，使上篦板與下篦板接縫處閃開較大缺口，將鐵件排出破碎機(jī)外，實踐表明排鐵的成功率在70～80%。作為配合措施，在轉(zhuǎn)子受到突然牽制時，可借助皮帶打滑的傳動特性，部分地釋放傳遞動力；同時，在電機(jī)的電器控制運(yùn)行回路上，正確地設(shè)定安全運(yùn)行電流峰值，在破碎機(jī)出現(xiàn)故障的瞬間迅速切斷電力，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。因此，能有效的保護(hù)破碎機(jī)機(jī)件免受過大損壞。

　　3.4 耐磨材料配備合理、易損件壽命長
　　合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及選用合肥水泥研究設(shè)計院耐磨耐熱材料廠研制的各種高硬度配合高韌性的耐磨材料，使得機(jī)內(nèi)各部分易損件的抗磨性能和可利用率大大提高，從而顯著地增加了易損件的使用壽命。與一般破碎機(jī)相比，易損件使用壽命提高3~5倍。

　　3.4.1錘頭的磨損和材料選擇
　　錘頭主要承受物料的撞擊鑿削磨損和高應(yīng)力的切削沖刷磨損。為了對入機(jī)物料達(dá)到超高細(xì)破碎，獲得出料粒度<2~3mm的粉粒狀產(chǎn)品，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)計的比較高，錘頭線速度較大。在此工況條件下，錘頭承受的撞擊鑿削磨損適中，但承受的高應(yīng)力犁削和沖刷磨損還是很大的，采用高錳鋼等傳統(tǒng)耐磨材料不能發(fā)揮其加工硬化的特性，不耐磨，錘頭材質(zhì)需要有足夠的高硬度配合高韌性才能耐磨，同時還要具有高的抗回火性能。

　　因此，錘頭選用了高韌性超高鉻鉬鎳合金鑄鐵，主要化學(xué)成分：C2.6~3.0、Cr20~22、Mo1.8~2.2、Ni0.8~1.2、Cu0.8~1.2、Si和Mn<1.0；熱處理后的綜合機(jī)械性能優(yōu)異，硬度高達(dá)HRC60~64，沖擊韌性αk = 14～20J / cm2。既耐磨又可在<500℃溫度下使用，錘頭磨耗僅為1~3g/t，使用壽命可比高錳鋼提高3~5倍。

　　3.4.2反擊板、側(cè)襯板的磨損和材料選擇
　　反擊板主要承受物料的沖擊鑿削磨損，側(cè)襯板主要承受切削沖刷磨損。因此，反擊板要選擇有一定韌性的高硬度材料，側(cè)襯板要選擇以硬度為主的材料。為了減少耐磨材料品種，綜合兩者的工況條件，選用了中碳多元合金鋼，主要化學(xué)成分：C0.45~0.55、Cr4.5~5.5、Mo0.1~0.4、Si和Mn<1.0；熱處理后的綜合機(jī)械性能為：硬度HRC48~54，沖擊韌性αk = 20～40J / cm2。使用壽命可比高錳鋼提高2~3倍。

　　3.4.3出料篦板的磨損和材料選擇
　　篦板受排出物料的切削沖刷磨損和錘頭施加給物料的擠壓力，其磨損失效機(jī)理為切削沖刷磨損為主、小能量的多次沖擊擠壓為輔的磨料磨損。為抵抗切削沖刷磨損，需要材料的硬度高；受沖擊擠壓，需要材料有足夠的強(qiáng)韌性。因此要選擇高韌性、高硬度的合金鋼。

　　在入機(jī)物料磨蝕性較小、溫度較低或破碎后產(chǎn)品粒級要求較細(xì)窄的工況條件下，選配HARDOX焊達(dá)耐磨鋼板鉆孔卷制焊接而成的180°整體篦板。HARDOX焊達(dá)耐磨鋼板由瑞典鋼鐵奧克隆德有限公司（SSAB）獨(dú)家生產(chǎn)，目前有6個品種，本機(jī)選用的是H500型鋼板。在<300℃的場合，硬度高達(dá)HB500，耐磨損；同時沖擊韌性也很高αk = 32J/cm²，比同等硬度的鑄造耐磨材料韌性高很多；彎曲性能好，25mm厚的H500鋼板最小可彎曲半徑為100mm；可焊性好，相當(dāng)于中碳結(jié)構(gòu)鋼，有利于整體篦板的卷制焊接加工。

　　在入機(jī)物料磨蝕性較大、溫度較高或破碎后產(chǎn)品粒級要求較寬泛以及難免混入鐵件雜物的工況條件下，選配分體鑄造篦板，選用鉻鉬鎳多元合金鋼材料制造。其主要化學(xué)成分：C0.32~0.42、Cr4.5~5.5、Mo0.2~0.8、Ni0.2~0.8、Si和Mn<1.0；熱處理后的綜合機(jī)械性能為：硬度HRC48~54，沖擊韌性αk = 40～60J / cm2。已廣泛應(yīng)用在各類破碎機(jī)出料篦板上，使用壽命可比高錳鋼提高2~3倍。

　　3.5 人性化設(shè)計使得維修更換方便
　　打開旋開門和側(cè)面退軸孔蓋就可以方便地調(diào)換錘頭；打開各部分蓋板就可以方便地更換各種襯板；無需吊開上機(jī)體和轉(zhuǎn)子總成或鉆入破碎機(jī)基礎(chǔ)下的卸料通道，就可以方便地調(diào)整和更換篦板?？纱蟠蟮臏p輕工作量，縮短檢修時間。

　　3.6 工藝布局隨意
　　本機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，振動小，容許安裝在庫頂樓層；耐高溫，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，可安全用于熱工窯爐下。

　　4  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的主要性能參數(shù)

注：表格中為已經(jīng)定型制造的機(jī)型，更大規(guī)格型號的機(jī)型正在研制中。

　　5  PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的部分應(yīng)用實例簡介
　　5.1  兩臺PCXG0804型超高細(xì)破碎機(jī)在河北邯鄲新興鑄管股份有限公司球團(tuán)分廠投用，一臺破碎煅燒石灰石，一臺破碎煅燒白云石。由于工藝設(shè)計上在兩臺破碎機(jī)后都配置了3×3mm方孔金屬絲網(wǎng)振動篩進(jìn)行產(chǎn)品終粒度控制，粒徑超標(biāo)顆粒可以返回破碎機(jī)復(fù)破，所以，在破碎機(jī)的配置上，電機(jī)功率選用30kW，出料篦子采用10~12mm縫寬分體鑄造篦板，物料通過破碎機(jī)的能力大，不易堵機(jī)。該廠煅燒石灰石和煅燒白云石，料溫40~120℃，入機(jī)粒度20~100mm，破碎后出料平均粒度<3mm，條狀篦縫造成少量產(chǎn)品顆粒的單維度尺寸達(dá)到4~5mm，通過振動篩篩網(wǎng)的成品比率>85%，破碎機(jī)臺時產(chǎn)量17~20t/h，煅燒石灰石經(jīng)破碎產(chǎn)生的新鮮料粉比之煅燒白云石粉經(jīng)破碎產(chǎn)生的新鮮料粉，粘滯性大一些，對破碎機(jī)篦板出料、振動篩篩分效率有一定影響，因此，前者比后者的產(chǎn)量低約20%。單產(chǎn)電耗0.8~1.2kWh，錘頭的單位磨耗為2~3g/t，一副錘頭使用壽命達(dá)到2.0~2.5萬噸。

　　5.2  PCXG0806型超高細(xì)破碎機(jī)在安徽蕪湖市白天鵝材料有限公司用于破碎煅燒石灰石，供蕪湖鋼鐵廠摻入鋼包中作為堿性再造渣溶劑使用。煅燒石灰石溫度30~100℃，入機(jī)粒度20~100mm，要求破碎機(jī)產(chǎn)量20~25t/h，成品中<3mm粒徑大于95%即為合格。在破碎機(jī)的配置上，電機(jī)功率選用37kW，出料篦子采用10~12mm縫寬分體鑄造篦板，破碎后產(chǎn)量和粒度經(jīng)過檢測滿足用戶要求。但是在生產(chǎn)線上遇到另外一個問題，成品粉料庫下卸料蓮蓬頭會慢慢地被粉料中極少量尺寸超標(biāo)顆粒堵塞從而影響裝車。為此，我們又給用戶改配了5~8mm縫寬的分體鑄造篦板，破碎后成品粒度全部<3mm，成品粉料庫下卸料不成問題了，但是由于鑄造篦子板厚度達(dá)45mm，縮小篦縫后，通道變窄、有效出料面積減小，加上煅燒石灰石經(jīng)破碎產(chǎn)生的新鮮料粉粘滯性大，排料阻力增大，使得破碎機(jī)產(chǎn)量下降了，時間長了還堵塞出料篦板篦縫，需要周期性停機(jī)清堵，對破碎機(jī)連續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)有影響，不是長久之計。后來，用戶在破碎機(jī)后增加了一個滾筒篩，調(diào)回原配的縫寬10~12mm分體鑄造篦板，整個生產(chǎn)線得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　5.3  河北霸州前進(jìn)鋼鐵集團(tuán)有限公司石灰分廠采用回轉(zhuǎn)窯煅燒石灰石，出窯塊狀熟石灰，溫度100~300℃，粒度20~120mm，工藝設(shè)計上，是將出窯料提升到儲存庫頂板上經(jīng)過破碎機(jī)破碎后不經(jīng)篩分直接落入粉料庫內(nèi)，產(chǎn)品粒徑要求全部<3mm。根據(jù)前兩個用戶的使用經(jīng)驗，我們重新設(shè)計制造了整體鉆孔（Ф8mm）篦板，裝配在PCXG0806型超高細(xì)破碎機(jī)上提供給該用戶，電機(jī)功率37kW，經(jīng)過近兩年的生產(chǎn)實踐證明，密布孔眼使得篦板出料通道變窄了，但有效出料面積并未減小，破碎產(chǎn)量達(dá)到20~25t/h，產(chǎn)品粒徑全部<3mm，無一超標(biāo)顆粒。高韌性超高鉻鉬鎳合金鑄鐵錘頭也經(jīng)受了高溫物料的考驗，錘頭的單位磨耗為2~3g/t，一副錘頭使用壽命達(dá)到3.0~3.5萬噸。整體鉆孔篦板和各種反擊板約一年更換一次，側(cè)襯板使用近兩年未更換。

　　5.4  新疆伊犁新源實業(yè)有限公司與河北霸州前進(jìn)鋼鐵集團(tuán)有限公司工況相當(dāng)，也是短流程無篩分細(xì)破碎工藝，只是破碎機(jī)要求產(chǎn)量較小些，只需8~10t/h。我們?yōu)樵撚脩籼峁┝艘慌_PCXG0804型超高細(xì)破碎機(jī)，配置整體鉆孔（Ф8mm）篦板，電機(jī)功率減小到18.5kW，使用一年半，取得相同效果，錘頭的單位磨耗為2~3g/t，一副錘頭使用壽命達(dá)到2.0~2.5萬噸。

　　5.5  此外，PCXG系列各型號超高細(xì)破碎機(jī)，還在山東日照鋼鐵有限公司、河南安陽市湯陰縣亞新鋼鐵有限公司、印度加爾各答鋼鐵廠等球團(tuán)生產(chǎn)線上投用，對石灰石、白云石及其煅燒產(chǎn)物進(jìn)行超細(xì)破碎，都取得了良好效果。

　　6  結(jié)束語
　　PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)的研究制造和成功應(yīng)用，為廣大用戶提供了更多選擇。目前，正在積極選點(diǎn)，擴(kuò)大在煤矸石制磚、耐火材料澆注料、火電廠高溫?zé)煔忖}法脫硫等行業(yè)需要超細(xì)粉粒破碎的場合進(jìn)行應(yīng)用試驗。同時，也在加快向大型化設(shè)備發(fā)展的研制步伐。

　　隨著破碎理論和破碎技術(shù)的發(fā)展以及加工制造水平的提高，PCXG系列超高細(xì)破碎機(jī)也必將獲得更大的改進(jìn)完善和普及應(yīng)用。