2009-8-14

　　摘要：详尽论述了空中打击破碎理论的建立过程，创造性地发展完善了空中打击破 碎理论。介绍了空中打击细碎机的性能、特点，使选矿工艺真正实现了“多碎少磨”、节 能降耗的目的。

    磨矿碎矿工业中电耗占整个生产综合电耗的70%左右，为了寻求粉碎工业领域的增产节能途径，国内外粉碎工作者经科学实验与生产实践，得出了“缩小入磨物料粒度，多碎少磨，提高磨机产量，降低电耗”的预粉碎技术。所谓预粉碎技术就是将入磨物料 粒度缩小至3～5mm，将磨机的仓工作由细碎机来完成，从而达到增产节能的目的。 预粉碎技术是近20～30a发展起来的一项新工艺，但现有不同类型的预细碎设备，但仍存在很多不足，不能提供满足市场需求的性能优良、易损件使用寿命长的预粉碎设备， 尤其在硬岩矿石的细碎上。通常用于硬岩矿石细碎的破碎机有：细碎颚式破碎机、圆锥 破碎机、立式冲击破碎机、硬岩用反击式破碎机和辊压机，目前这些破碎机在硬岩矿石细碎上依然发挥着重要作用。但细碎颚式破碎机和圆锥破碎机排料粒度一般只能控制在15mm左右，仍属偏大；而立式冲击破碎机和硬岩用反击式破碎机也存在易损件磨损快、排料粒度范围宽等缺点；辊压机虽然出料细度好，但由于造价高、维修不方便、工艺复 杂等原因限制其普及。因此开发一种投资省、结构简单、易损件更换周期长、使用维修方便、性能优良、便于普及的硬岩矿石细碎机便是市场提出的要求。
    2、“空中打击”破碎理论的建立
    借鉴国内外反击破碎机技术成果是“空中打击”破碎理论建立的基础
    反击式(又叫冲击式)破碎机工作原理：主要是借助高速回转的锤头冲击料块，使其沿薄弱部分(层理、节理等)进行选择性破碎。被冲击后的物料获得巨大的动能，经反击板和物料相互间的冲击进一步破碎。上述过程反复进行，直至获得最终合格产品。其结构形式见图1。

 

图1 反击式破碎机结构

    (1) 在破碎腔中的自由破碎。进入破碎腔中的矿石，立即受到高速旋转着的转子上的打击锤的冲击，如同用球拍子打一大堆零碎的玻璃球，一方面拍子打球，另一方面玻璃球 之间也互相撞击。同时拍子与玻璃球以及球与球之间的磨擦作用都是使破碎腔内的物料受到粉碎作用的外力。
    (2) 反弹破碎。被破碎的物料实际上不是无限制地分散，而是都被集中在箱形架体里。由于高速旋转的转子上打击锤的作用，使物料获得很高的运动速度，然后撞击到架体上，架体以同样大小，方向相反的力作用到物料上，使物料得到进一步破碎，这种破碎作用叫做“反弹破碎”。
    (3) 铣削破碎。即是由上面两种破碎作用未破碎的大于排矿口尺寸的物料，在排料口处受高速旋转的锤头铣削而破碎。
    在上述三方面的描述中，其第(1)、(2)两点基本阐述了反击破碎机工作原理中的锤头冲击物料以及获得巨大功能的物料经反击板和物料相互间的进一步冲击破碎，而第(3)点不是反击式破碎机工作原理中阐述的具体表现形式，而是具体结构形式的产物。包括洪堡一韦达格PEF反击式细碎机和洪堡一韦达格哈杜柏克硬岩反击式破碎机。而反击破碎机工作原理中的“上述过程反复进行”，也是受反击式破碎机具体结构制约仅是在回转锤头与若干块反击板之间有限次数的反复破碎中完成，但无法实现反击破碎机工作原理中的循环反复破碎，直至达到合格产品。
    在反击式破碎机工作原理阐述中事实上它已勾划出一个科学的理想破碎机模式，而反击式破碎机的具体表现形式却不能充分实现这种模式，它一方面因具体结构制约着物料在腔体内的反复破碎次数,不能循环进行，使物料不能充分粉碎，因此排料范围宽，在硬岩矿石破碎上尤为明显；另一方面，受排料口的制约，在排料口处依靠强制铣削破碎方式破碎物料加大了材料消耗和电耗，特别是遇到硬岩矿不能得到有效破碎时容易造成设备损伤，同时加剧消耗，限制其应用。所以充分实现反击破碎机工作原理中阐述的这种破碎机模式便成为笔者研究的目标。

图2立轴破碎机示意图
1-进料口；2-上盖；3-压条；4-板锤；5-转子；6-衬板；7-隔板；8-护板；9-筒体；10-底座；11-出料斗

    2.2对立轴破碎机的改进与完善过程是“空中打击”破碎理论建立的实践基础笔者早在20世纪80年代研究反击式破碎机的过程中将反击式破碎原理引入立轴破碎机中，在立轴破碎机中采用上倾圆弧型耐磨的反击板，并于1989年获得国家专利，专利号：89263333.5。
    之后又在工业实践的基础上，为了强化物料在腔体内滞留时间和破碎次数以获得更好的细碎效果，同时为了延长易损件使用寿命，尤其是针对硬质物料(如水泥熟料)细碎易损件耐磨问题，在实践中反复分析了易损件磨损情况及跟踪耐磨材料国内外发展状况，首先提出“耐磨新含义”概念，即耐磨技术从减少耐磨材料本身消耗和有效增加被消耗的耐磨材料工作量两方面来延长易损件使用寿命。
    又将立轴破碎机腔体改为双层破碎腔和增加可调节锤头被磨损工作量的新型组合装置形式(见图2)，该两项技术分别于1991年获国家专利，专利号分别是：91230202.9和97247435.8。通过将反击式破碎工作原理引入立轴破碎机中，在破碎中等脆性物料上其细碎和耐磨取得长足进步，在细碎风化铁矿石上如张家口鑫宇矿业有限公司先后采用十余台徐州万和机械制造有限公司生产的LFP1750型立轴破碎机，取得较好的细碎效果。但是电耗、材料消耗大。
    立轴破碎机虽然是双层破碎腔，完全依靠这种不能循环的反复破碎现细碎还是有限的。同时立轴破碎机破碎腔体没有较大的破碎空间，物料的破碎基本上是靠类似于“排料口”形式进行强制铣削破碎，正如前面反击破碎机关于“排料口”的分析一样，它不仅在硬岩矿石和水泥熟料细碎上电耗、耐磨材料消耗大，而且对一些不易破碎矿石上也是不适用的，因此立轴破碎机使用也存在局限性，还不是理想的普及型细碎机。

图3“空中打击”破碎原理

    2.3空中打击破碎理论的建立
    基于上述两点分析的基础上，笔者为反击式破碎机工作原理构建一个破碎机模型。即让低于临界转速的回转筒体将待破碎物料提升至一定的高度后，以抛物线轨迹抛落，高速回转的锤头迎头打击，以击碎物料，获得一定能量的物料受到筒体内反击板的反击破碎和物料间的相互撞击进一步破碎，由于筒体是不断旋转着，因此在腔体内的物料不断地被抛起受到高速回转锤头的冲击破碎，此过程循环反复，直至达到合格产品。回转锤头与筒体反击板之间有较大的空间距离，物料是在自由状态下受到循环反复破碎，彻底摒弃了“排料口”的存在，无强制铣削破碎，尤其适用于硬岩矿石的细碎，这样就为反击式破碎机工作原理构建一个不断受冲击、反击和相互撞击并循环反复进行自由悬浮状态下的破碎机模型。即：“空中打击”破碎理论(见图3)。该产品获得国家发明专利，专利号：98111504.7。
    (1) 空中打击式细碎机的结构特点。该机由两个传动系统组合而成，两上回转体同心组合，内转子为高速回转的锤头，外转子为低速回转的筒体(见图4)。外转子传动系统：调速电机通过三角皮带、减速机、传动链条带动镶有特殊结构设计的反击板，回转筒体在旋转过程中对入腔体内的物料起着提升、抛落和强制沿轴向前进的作用；内转子传动系统：主电机通过三角皮带带动转子和锤头高速回转,对回转筒体提升抛落下来的物料进行高速冲击破碎。

图4空中打击细碎机的外型结构

图5改造前、后工艺流程

    该机端面设有进料口，另一端底部设有出料口，回转筒体由两个半圆筒体通过法兰连接而成，以 利拆卸和方便维修，支撑轴承设置于机体外，便于润滑和维护，回转筒体 外设有机壳外罩，以防粉尘外溢。
    (2) 该机反击板作用独特：
    ①它是反击板。被高速回转锤头冲击获得巨大能量的物料以高速度撞击反击板被破碎、反弹；
    ②具有扬料板的功能，不断地将物料提升抛落；
    ③有强制物料沿轴向前推进的作用；
    ④反击板将回转筒体分隔成若干个破碎腔，延长物料在腔体内滞留时间，增加破碎次数。　　

3、空中打击式细碎机工业实践及性能特点　　
    3.1空中打击式细碎机
    在上世纪末应用于水泥熟料的细碎，水泥熟料为高温熔融后的矿物烧结块，硬度高，磨琢性大，一般在水泥工业生产中采用的细碎熟料破碎机普通存在锤头磨损快、使用寿命短，电耗高(1.8～2kWh/t)等缺点。但使用空中打击式细碎机后，节能降耗效果显著，如山西省保德水泥有限公司一付锤头使用寿命近1a，吨电耗小于1kWh/t。目前该设备在水泥行业用于水泥熟料细碎的厂家已有几十家，并取得较好的技术经济效益。
    南京吉山铁矿因生产需要对现有生产工艺进行改造，2003年初经反复调研和考察，选用了徐州万和机械制造有限公司生产的空中打击式细碎机，其改造前、后工艺流程见图5。
    图5改造前、后工艺流程
    南京吉山铁矿生产使用空中打击式细碎机不仅简化了工艺，节约了投资，而且锤头使用寿命长，即一付锤头破铁矿石高达5万t以上；电耗低，设备运行时电流仅为46A/20A，吨电耗低于1kWh；同时由预磁选，减少了在磨机内的无谓消耗，提高选矿品位和磨机产量50%。

    表1南京吉山铁矿改造前、后生产指标对比

    (2) 出料粒度稳定，提高产量质量。由于该机将传统的固定反击板改为可回转反击板，物料在沿轴向前进的同时被反复提升、抛落，实现全过程动态连续的破碎；较大的破碎空间和特殊结构的反击板，延长了物料在腔体内滞留的时间，强化了物料相互的撞击和自磨粉碎，保证了出料粒度稳定；腔体内物料在受到反复多次的破碎过程中，内部产生很多微裂纹，极大改善了易磨性。因此通过系统工艺的调整提高磨机产量和产品质量成为现实。据测定，可提高磨机产量30%～60%，降低电耗20%～40%.
    (3) 运行平稳，节约电耗。该机锤头与反击板的间距大于300mm，彻底摒弃了传统破碎设备固有的 强制铣削破碎、磨擦破碎和挤压破碎方式，避免了传统破碎方式所产生的硬性机械阻力。正常生产中,设备载荷均匀，运行平稳、可靠，电耗大大降低，如台时处理量同为50t/h，立轴破碎机装机容量为110kW，该机仅为52kW，而且正常生产运行的电流只比空载多20～30A。
    (4) 材料消耗少，运行周期长。由于该机独特的结构设计，锤头与反击板的间距大于300mm，无强制铣削破碎、磨擦破碎和挤压破碎，抛起的物料在自由状态下实施空中打击破碎，因而锤头与反击板磨损小，而且赋予“耐磨”新的含义，关键是在锤头设计上还给出了80～100mm的工作磨损量，大大地延长了易损件的使用寿命，同等材质的易损件寿命是传统破碎机的5~10倍，节约了运行费用和维修费用。
    4、结语
    空中打击式细碎机以其全新的理念、新颖的结构设计，体现了反击式破碎工作原理的科学理想破碎模式，由于有较大的破碎空间和实现循环反复破碎过程，克服了“排料口”的制约，尤其适应硬岩矿石的破碎，使硬岩细碎技术又获得了突破性进展，极大地节约能耗、提高设备的可靠性，延长设备的运行周期。自推向市场以来，深受市场欢迎。现广泛应用于金属、非金属、建材、化工和人工制砂等各种矿石尤其是硬质矿石破碎领域。
    虽然空中打击式细碎机诞生时间不长，其结构设计有待于完善及相关参数还需进一步优化，但它作为破碎机家庭中的一个新秀，不仅属于中国的，同样也属于世界的，必将对破碎理论和破碎装备水平的提高起到巨大的推动作用。
    作者简介：杨连国，(1963-)，总工程师，专利发明人，徐州市专家，221007江苏省徐州市轻工路殷庄工业园区。