PCXG系列超高細破碎機的研制與應用

　　1  PCXG系列超高細破碎機的研制目的
　　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。合肥水泥研究設計院破碎工程機械廠十年前推向市場的PCX系列高效細碎機，以及目前市場上類似的其它型式細碎機，只能將塊狀物料細碎到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行篩選復破，這樣不僅會增加工藝裝備、導致流程繁雜，還會增加并不需要的微粉含量，耗能而無益。應對這一市場需求，合肥水泥研究設計院破碎工程機械廠專門研制了PCXG系列超高細破碎機，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)物進行超高細破碎。

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

          圖 1

　　2.2  PCXG系列超高細破碎機的工作原理
　　在第一破碎腔，高速旋轉的錘頭直接仰擊入機的大塊物料，并使之撞擊大平反擊板和弧形反擊板，構成第一次粗碎；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)達到大部分細碎。由此可見，物料在上機體內(nèi)受到錘頭連續(xù)不斷的打擊、三道反擊板的反復撞擊和物料相互之間的碰撞，大致可完成80%以上的細碎工作。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，直至達到小于篦板孔縫的粒徑時才能排出機外，少量漏破的粗粒物料返回到上腔體內(nèi)與新進入物料一起受到重復破碎，決無超標大顆粒排出機外。因此，出機物料的粒度均勻超細，可控制在絕大部分<2~3mm以內(nèi)，達到超高細破碎效果。

　　3  PCXG系列超高細破碎機的主要結構特點及技術性能
　　在結構上，綜合了反擊式和錘擊式破碎機的優(yōu)點，結合國外破碎機高破碎腔的特點，研究設計出了最適宜的臥式單轉子、鉸結式錘頭、逆擊式多級破碎高腔、篦條或篦孔限制排料的結構形式，使物料在破碎過程中有一個曲折有序的運動軌跡，受到多機理、高頻率的有效破碎，最終以合格粒徑排出機外。

　　在材料上，根據(jù)不同工作部件的不同磨損失效機制，研究選用了不同耐磨特性的最佳材質及其組合結構為之配套使用。獨特新穎的結構設計和優(yōu)質耐磨材料的采用使得PCXG系列超高細破碎機具有如下特點和性能：

　　3.1 特殊的粗、中、細三級破碎腔型結構優(yōu)化設計使得破碎效率大大提高
　　破碎機的腔形結構決定著物料的破碎效率。PCXG系列高細破碎機承襲了PCX系列高效細碎機的優(yōu)點，與一般反擊式和錘擊式破碎機腔型設計有明顯區(qū)別：一是上機體反擊腔空間容積大，成特殊的三曲面腔型結構，上反擊腔高度大約為下機體的1.5~2倍；二是破碎腔中的各種齒面反擊板的幾何形狀，對物料運動起著導向作用，能延長物料在上機體的滯留時間，增加“錘擊料”、“料撞板”、“料打料”的破碎幾率；三是上機體的前反擊板下沿和下機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計，能充分發(fā)揮反擊式破碎效率高和錘擊式細碎能力強的功效，實現(xiàn)最有效破碎及最大限度降低易損件磨損的目的。與其它細碎機相比節(jié)電20~30%，同等入料粒度和產(chǎn)量條件下，出機粒度最小，裝機功率最小，電耗、磨耗最低。

　　3.2 出料粒度均勻齊整、調(diào)控機構方便快捷
　　根據(jù)工藝需要，本機配備了180°整體鉆孔鋼板和60°分體鑄造兩種結構型式的出料篦板件供定貨時選用：①對于入機物料磨蝕性較小、溫度較低或破碎后產(chǎn)品粒級要求較細窄的工況，采用厚度25mm的HARDOX焊達耐磨鋼板，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下機體內(nèi)，與機內(nèi)其它相鄰機件配合處的縫隙小，決無漏料，排出機外的終產(chǎn)品粒徑任一維度尺寸都不會超標，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下機體內(nèi)，優(yōu)點是篦板更耐磨、有一定排鐵功能，缺點是出料產(chǎn)品中夾有少量長片狀顆粒。通過改配篦板的構造和孔縫尺寸，或者通過變頻調(diào)速方式改變轉子工作轉速，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，機器的負荷增大，出機粒度雖不會陡然增大，但細粉的比例會減少。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時，可通過各自的調(diào)節(jié)機構將它們向轉子中心調(diào)整。前反擊板的調(diào)節(jié)，可通過旋轉門上的兩個水平調(diào)節(jié)絲桿進行；前反擊板設計成上下對稱結構，當下沿齒面磨平后，還可以上下倒置換面，再使用一次。兩種結構出料篦板件的調(diào)整方法是：①180°整體篦板可通過下機體外側連接篦板支撐梁的兩個垂直調(diào)節(jié)絲桿進行調(diào)節(jié)。②60°分體篦板中的兩個上篦板件可通過下機外與其連接的四個平衡配重杠桿下的垂直調(diào)節(jié)絲桿進行調(diào)節(jié)。底篦板件坐落在破碎機底板兩條角鋼刀口上，用下機體內(nèi)側面箱板上的四個限位板固定，可輕松地從下機體兩端拉出和推進，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。打開旋開門或下機體觀察孔，即可看到或測量各易損件的磨損量，計算出應調(diào)節(jié)的距離，相應調(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，有可能打壞機件；間隙過大，影響破碎效果并易造成錘頭磨損加劇。當錘頭、前反擊板、篦板進行調(diào)換時，可將前反擊板、篦板調(diào)整回原位置，再逐漸向轉子中心調(diào)整。

　　3.3 多重安全保護裝置減免損壞
　　高速旋轉的破碎機內(nèi)嚴禁進入鐵件，否則會造成毀機傷人的嚴重事故。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。為消弭這一大隱患，轉子上的錘頭可繞錘軸自由回轉，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，受到超負荷應力后會拉斷向后退讓。60°分體結構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機構，入機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，將鐵件排出破碎機外，實踐表明排鐵的成功率在70～80%。作為配合措施，在轉子受到突然牽制時，可借助皮帶打滑的傳動特性，部分地釋放傳遞動力；同時，在電機的電器控制運行回路上，正確地設定安全運行電流峰值，在破碎機出現(xiàn)故障的瞬間迅速切斷電力，使電動機停轉。因此，能有效的保護破碎機機件免受過大損壞。

　　3.4 耐磨材料配備合理、易損件壽命長
　　合理的結構設計以及選用合肥水泥研究設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力的切削沖刷磨損。為了對入機物料達到超高細破碎，獲得出料粒度<2~3mm的粉粒狀產(chǎn)品，轉子轉速設計的比較高，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；熱處理后的綜合機械性能優(yōu)異，硬度高達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韌性。因此要選擇高韌性、高硬度的合金鋼。

　　在入機物料磨蝕性較小、溫度較低或破碎后產(chǎn)品粒級要求較細窄的工況條件下，選配HARDOX焊達耐磨鋼板鉆孔卷制焊接而成的180°整體篦板。HARDOX焊達耐磨鋼板由瑞典鋼鐵奧克隆德有限公司（SSAB）獨家生產(chǎn)，目前有6個品種，本機選用的是H500型鋼板。在<300℃的場合，硬度高達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，相當于中碳結構鋼，有利于整體篦板的卷制焊接加工。

　　在入機物料磨蝕性較大、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；熱處理后的綜合機械性能為：硬度HRC48~54，沖擊韌性αk = 40～60J / cm2。已廣泛應用在各類破碎機出料篦板上，使用壽命可比高錳鋼提高2~3倍。

　　3.5 人性化設計使得維修更換方便
　　打開旋開門和側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；無需吊開上機體和轉子總成或鉆入破碎機基礎下的卸料通道，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
　　本機運行平穩(wěn)，振動小，容許安裝在庫頂樓層；耐高溫，運轉率高，可安全用于熱工窯爐下。

　　4  PCXG系列超高細破碎機的主要性能參數(shù)

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

　　5  PCXG系列超高細破碎機的部分應用實例簡介
　　5.1  兩臺PCXG0804型超高細破碎機在河北邯鄲新興鑄管股份有限公司球團分廠投用，一臺破碎煅燒石灰石，一臺破碎煅燒白云石。由于工藝設計上在兩臺破碎機后都配置了3×3mm方孔金屬絲網(wǎng)振動篩進行產(chǎn)品終粒度控制，粒徑超標顆?？梢苑祷仄扑闄C復破，所以，在破碎機的配置上，電機功率選用30kW，出料篦子采用10~12mm縫寬分體鑄造篦板，物料通過破碎機的能力大，不易堵機。該廠煅燒石灰石和煅燒白云石，料溫40~120℃，入機粒度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到4~5mm，通過振動篩篩網(wǎng)的成品比率>85%，破碎機臺時產(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到2.0~2.5萬噸。

　　5.2  PCXG0806型超高細破碎機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℃，入機粒度20~100mm，要求破碎機產(chǎn)量20~25t/h，成品中<3mm粒徑大于95%即為合格。在破碎機的配置上，電機功率選用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，需要周期性停機清堵，對破碎機連續(xù)高效運轉有影響，不是長久之計。后來，用戶在破碎機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)線得以正常運轉。

　　5.3  河北霸州前進鋼鐵集團有限公司石灰分廠采用回轉窯煅燒石灰石，出窯塊狀熟石灰，溫度100~300℃，粒度20~120mm，工藝設計上，是將出窯料提升到儲存庫頂板上經(jīng)過破碎機破碎后不經(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，我們重新設計制造了整體鉆孔（Ф8mm）篦板，裝配在PCXG0806型超高細破碎機上提供給該用戶，電機功率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)量達到20~25t/h，產(chǎn)品粒徑全部<3mm，無一超標顆粒。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鋼鐵集團有限公司工況相當，也是短流程無篩分細破碎工藝，只是破碎機要求產(chǎn)量較小些，只需8~10t/h。我們?yōu)樵撚脩籼峁┝艘慌_PCXG0804型超高細破碎機，配置整體鉆孔（Ф8mm）篦板，電機功率減小到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到2.0~2.5萬噸。

　　5.5  此外，PCXG系列各型號超高細破碎機，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生產(chǎn)線上投用，對石灰石、白云石及其煅燒產(chǎn)物進行超細破碎，都取得了良好效果。

　　6  結束語
　　PCXG系列超高細破碎機的研究制造和成功應用，為廣大用戶提供了更多選擇。目前，正在積極選點，擴大在煤矸石制磚、耐火材料澆注料、火電廠高溫煙氣鈣法脫硫等行業(yè)需要超細粉粒破碎的場合進行應用試驗。同時，也在加快向大型化設備發(fā)展的研制步伐。

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