破碎行业的发展现状与趋势

1、引言

 

物料的破碎是许多行业（如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等）产品生产中不可缺少的工艺过程。由于物料的物理性质和结构差异很大，为适应各种物料的要求，破碎机的品种也是五花八门的。就金属矿选矿而言，破碎是选矿厂的首道工序，为了分离有用矿物，不但分为粗碎、中碎、细碎，而且还要磨矿。因为磨矿是选矿厂的耗能大户(约占全厂耗电的50%)，为了节能和提高生产效率，所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。另外随着工业自动化的发展，破碎机也向自动化方向迈进（如国外产品已实现机电液一体化、连续检测，并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等）。随着开采规模的扩大，破碎机也在向大型化发展，如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000t/h。至于新原理和新方式的破碎（如电、热破碎）尚在研究试验中，暂时还不能用于生产。对粗碎而言，目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机，主要是利用现代技术，予以改进、完善和提高耐磨性，达到节能、高效、长寿的目的。细碎方面新机型更多些。、总的来看，值得提出的有：颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。

 

2、颚式破碎机

 

传统的颚式破碎机由于具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、价格低廉、适用性强等优点，所以在工业上得到广泛应用。其缺点是非连续性破碎、效率较低，破碎比较小，给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等。针对其缺点，各国都在以下几方面加以改进：优化结构与运动轨迹；改进破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，减少磨损，降低能耗，现已普遍应用高深破碎腔和较小啮角；改进了动颚悬挂方式和衬板的支承方式，改善了破碎机性能；颚板采用了新的耐磨材料，降低了磨损消耗；提高了自动化水平（可自动调节、过载保护、自动润滑等）。同时也出现了一些新的机型，如双腔双动颚式破碎机，其破碎比可达20～50，排料口调节方便，产量大；双腔回转破碎机，兼有颚式破碎机与圆锥破碎机的性能，其产量较同规格的颚式破碎机高50%。还有筛分颚式破碎机，把筛分和破碎结合为一体，不仅可简化工艺流程，且能及时将已达粒度要求的物料从破碎腔中排出，减轻了破碎机的堵塞和过粉碎，提高了生产能力，降低了能耗。在大型化方面国内外都已生产1500mm×2l00mm规格的颚式破碎机。

 

3、圆锥破碎机

 

传统的圆锥破碎机（含旋回式）都优化了破碎腔，提高了产量，并可配备自动调节排矿口的装置或控制器。有代表性的是美国诺德伯格公司的新一代高能高效HP系列圆锥破碎机，采用了层压破碎原理粉碎物料，实现了选择性破碎。与传统式的比较，它的摆动幅度大，转速高，因此产量大，能耗低，以铜套取代传统的滚珠轴承，故障率低，寿命长；机器重量小（反映了设计与制造工艺综合水平的先进性），具有保护和自动调整机构，可实现计算机自动控制。此外，还值得提出的是水冲式圆锥破碎机和惯性圆锥破碎机。

 

水冲式圆锥破碎机的主要特点是：物料进入破碎机破碎时加水冲洗，以加大物料从破碎腔排出速度，减少经破碎形成的细颗粒在破碎腔中构成料层“衬垫作用”。该机产量高，产品粒度细，可开路破碎，不需粉碎仓，直接进入球磨机。这是诺得伯格公司的专利，其破碎机与球磨机配成的碎磨系统，不但产量高，而且投资少、耗能少、成本低（实践表明，破碎机产量可提高50%，能耗降低25%，产品粒度可达6～8mm，大大提高了球磨机产量）。

 

惯性圆锥破碎机与一般圆锥破碎机在结构上的不同点是：机体坐落在隔振装置上，动锥轴插入带有激振器的轴套中，电机的旋转运动通过传动机构给固定在轴套中的激振器，激振器旋转时产生惯性力（同时具有高频振动性质），使动锥绕球面支承的球心作旋摆运动。当破碎腔内无物料时，动锥将沿定锥内表面滚动；当破碎腔内有物料时，动锥沿料层滚动而进行破碎。内锥这种不同形式的位移，是由于在这种机器中没有内锥圆周振动振幅的运动学限制，在工作状态下．由于破碎物料沿破碎腔的阻力不均匀性，内锥可以改变其振幅，当机器中落入不可破碎的物体时不会发生传动系统的损坏，这是该机器的一大特点。与一般圆锥破碎机相比，第二个特点是破碎力与被加工的物料性质无关，破碎力的值是不变的（一般偏心圆锥破碎机破碎力的大小取决于物料的变形程度）。惯性圆锥破碎机通过向物料层施加严格定量的由惯性力造成的压力，可以将物料层适当压实，使物料承受全方位的挤压，物料颗粒之间的相互作用，从而实现“料层粉碎”。同时在由惯性力引起的强烈脉动冲击作用下，物料在破碎腔中承受变方位的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。破碎后的物料具有最低的过粉碎，从而实现了物料的“选择性破碎”。由于上述的工作原理和结构特点，惯性圆锥破碎机与传统圆锥破碎机相比，有以下一些优点：(1)具有良好的“料层选择性破碎”作用，使单位破碎比功耗约低40%;(2)破碎比大，产品粒度可调（能方便地调节所需破碎比4—30），防止过粉碎，简化了工艺流程；(3)产品粒度几乎与衬板磨损无关；(4)具有良好的过铁性能，无需过载保护装置；(5)应用范围广，可破碎任何硬度下的脆性物料（包括金属废料在内）。

 

4、冲击式破碎机

 

冲击式破碎机品种很多，近来发展迅速的有反击式破碎机和立式冲击破碎机。

 

4.1立式冲击破碎机

 

由于它具有结构简单、重量轻、造价低廉、运转平稳、高效节能等优点，广泛用于建材、煤炭、食品、化工等部门。其缺点是转子衬板磨损过快，维修较困难。20世纪90年代以来，由于各种技术进步，得到了快速发展，是变化的一种破碎机。首先在转子方面，有的厂家仍在转子上贴满耐磨衬板，有的则推出一种敞开式并配上大块反击板，与立轴反击式破碎机有些类似，既简洁又耐磨。其次用一圈密排反击板取代原来的承料槽，提高了破碎效果。因该型破碎机的关键是高转速轴承（因无高速旋转，就没有足够的惯性力），除提高制造质量外，还设计成可整体拆卸的主轴，以便于更换。还采用了稀油润滑，以提高轴承的许用转速和使用寿命。为便于维修，新产品都带有液压开盖机构，以便快速更换内部的转子或衬板、反击板、主轴等。现已扩大到各类矿山使用（主要用于细碎或超细碎），据某矿山统计，比圆锥破碎机单位电耗低17.4%，重量轻71.3%。

 

4.2反击式破碎机

 

该机型的优缺点与立式冲击破碎机近似。新型的反击式破碎机已不同于传统的反击式破碎机，只能破碎中软物料，它能破碎抗压强度300MPa以上的硬物料。其最主要的发展是在腔型设计上。第一级反击架采用整体锰钢件，以增加其质量，加大大块物料的破碎效果。第二级反击架尽可能靠后，而且下端排放口接近转子水平线。反击式破碎机的制造关键是板锤，国际上普遍采用含Cr26的高铬铸铁材料。为了延长使用寿命，要求铸铁芯部硬度与表面硬度一致。因此，热处理要求较高，既要内外达到规定硬度，又不能太硬，以免打击时碎裂。近来该机型在移动式破碎站上有取代颚式破碎机的趋势（在同样破碎比和处理量条件下，它比颚式破碎机重量轻，且可方便地置于移动式车架上）。

 

5、辊压机

 

辊压机是20世纪80年代中期发展起来的高效节能设备。形式上很像传统的对辊破碎机，但实质上有两点不同：一是辊压机实施的是准静压破碎，它与冲击粉碎方式相比，节省能量约30%;二是它对物料实施的是料层粉碎，是物料与物料之间的相互粉碎，粉碎效率高，物料间的挤压应力可通过辊子压力来调节。辊间压力一般可达150～300MPa，破碎产品可达2mm，实现了“多碎少磨”。该机型开始用于水泥工业，其增产节能带来的经济效益引起了国际水泥界的极大兴趣与关注。随着技术的不断进步，国外为了扩大辊压机的应用范围（用于坚硬物料）和提高其可靠性，都在不断地改进自己的产品，主要表现在以下三个方面：一是提高辊面的耐磨性，如德国洪堡公司将压辊表面堆焊耐磨层改为柱钉式辊面，柱钉的硬度达到刀具的硬度，使其具有更高的抗耐磨能力（这是该公司的专利），克鲁普公司则采取金属耐磨块组合镶嵌式压辊，来提高其耐磨性；二是压辊轴承的改进，由于该机轴承要承受巨大的静载荷和冲击载荷，原来用的双列向心球面滚子轴承寿命很短，改为多排滚柱轴承（洪堡公司是四排）后，可承受巨大的径向力，轴向力则由双作用止推轴承承受，轴承座本身具有调心功能；三是控制系统的改进，使其达到自动化（包括控制与监测），德国洪堡公司开发的ROLVIS控制系统，可实现该机的自动化，并可调节生产过程。改进后的辊压机已开始用于金属矿山，如智利LosColorados铁矿选厂使用德国KHD洪堡·威达克公司的RPBR16-170/180型辊压机作细碎用，给料量为1680t/h，给料粒度为65mm×65mm×65mm，至今已运转2年，其生产技术经济数据表明，辊压机技术比常规的细碎技术具有很大的优越性：与圆锥破碎机相比，处理量提高27.2%，单位能耗降低21%，生产费用降低8%，产品粒度大约在3mm至325目之间。其网格柱钉式板衬使用寿命约12000h(每l000h磨损0.6mm)。这证明了该机型用于铁矿选厂也是成功的。我国东北大学与沈阳矿山机械厂协作开发的辊压机的样机(生产能力为l00t/h)在唐山棒磨山铁矿试验，也取得了较好的效果。

 

6、结束语

 

上述各式破碎机我国均有产品或样机，只是在质量与性能方面还有很大差距。如我国PE750×1000型颚式破碎机与美国HR公司的800×1100型颚式破碎机（规格略大于我国的）相比，机重分别为28000kg和18000kg。HR公司的产品重量轻得多，它反映了其设计与制造工艺综合水平比我国高得多。从前机架轴承和动颚轴承的尺寸（外圆×内孔×厚度）也可看出差距。我国PE750X1000型颚式破碎机的机架与动颚轴承尺寸均为620mm×380mm×194mm，而美国HR公司800×1100型颚式破碎机的机架与动颚轴承尺寸分别为460mm×260mm×180mm和460mm×280mm×146mm。国外生产的轴承比我国的小得多，而且寿命还长。此外在耐磨材料、热处理工艺及自动化程度上与国外也都存在不小差距。圆锥破碎机的发展应着眼于采用选择性破碎方式和高能化圆锥破碎机，并努力实现计算机自动控制。

 

要缩小差距并迎头赶上和超过国外先进技术，就必须增加技术投入。引进国外先进的破碎技术和装备，无疑对我国破碎机的质量和技术都有着重大的意义，但引进的关键在于消化、吸收，并将其国产化。有条件做自行研究开发的单位，要重视提高产品质量，包括配套产品的质量，以使我国的产品在国际市场上占有一席之地。