一、前言

 

　　經過幾十年的實踐和總結，通過破碎與磨礦的能源消耗與利用、基建成本的差異，以及不同入磨粒度的磨礦成本與效益等不同方面、不同層次進行的破碎與磨礦研究分析比較，粉碎領域正大力提倡“多碎少磨”的新工藝流程，即降低破碎產品*終粒度，增加細粒級在破碎產品中的含量，從而提高磨礦機的處理能力，達到降低破碎、磨礦工序電耗和金屬消耗量、減少成本、增加經濟效益，提高企業市場競爭力的目的。

 

 

　　破碎和磨礦粒度與單位產品的能耗在圖1中曲線表示。曲線1為破碎機單位產品電耗，它隨排料粒度減小而增加；曲線2表示為磨礦單位電耗，它隨喂料粒度減小而降低；而曲線3表示為綜合電耗近似于拋物線。由此可見，在一定的工況條件下，一定有*佳的入磨粒度，此時綜合能耗*低。

 

 

　　圖1 破碎和粉磨粒度與單位產品能耗關系

 

 

　　縱觀粉碎領域，合理配置破碎、磨礦作業工藝流程，改進現有破碎機的結構及進行參數優化，提高設備性能，簡化和改革破碎工藝流程，已經成為各國實現多碎少磨目標的研究課題。而實現這一目標的*有效、*經濟的方法就是設計研制大破碎比、高效、低耗的新型破碎設備。

 

 

　　在相當長時期，各行業都把入磨粒度界定在25mm，即破碎機排料小于或等于25mm進入磨礦機。這是鑒于當時的破碎機技術而言，隨著新理論和新技術的應用，新型破碎設備不斷出現，*佳人磨粒度越來越小，碎磨總成本不斷降低。但在沒有引入新的技術、新的材料等情況下，如果刻意地把入磨粒度降為*小（如10mm），對難破碎物料將會造成破碎機增加的能耗大于磨機的節能而得不償失。自從輥壓破碎理論在破碎機械上運用之后，入磨粒度的界定值變小成為現實，據國外文獻報道，按目前破碎機械可以達到的先進水平，入磨粒度可以控制在6～8mm之間，如若再進一步降低入磨粒度就有一定難度或要在設備設計理念上有所創新。

 

　　二、粉碎機理和設備類型的分析與探索

 

　　2.1 粉碎機理

 

　　物料破碎是礦物及土石質原料加工必不可少的工藝過程，這個過程是用外力(人力、機械力、電力、化學能、原子能等)施加于被破碎物料上，克服物料分子間的內聚力，使大塊物料分裂成若干小塊。破碎的目的是：達到合格產品粒度，為下道工序提供原料；使物料中有用成分解離，為選別的除雜提純創造條件；增hi加原料的比表面積。

 

　　在工業上主要是利用機械力來破碎。機械力破碎的方法有如下幾種：壓碎、劈碎、折斷、磨碎、沖擊破碎。壓碎是將物料置于2個破碎表面之間，施加壓力后，物料因壓應力超過其抗壓強度極限而破碎。劈碎是用1個平面和1個帶有尖棱的工作表面擠壓物料時，物料將沿力作用線的方向劈裂。劈裂的原因是由于被劈裂平面上的拉應力達到或超過物料拉伸強度極限，物料的拉伸強度極限比抗壓強度極限小很多。折斷是物料受彎曲作用而破壞，被破碎的物料就是承受集中載荷的兩支點或多支點梁，當物料內的彎曲應力達到物料的彎曲強度極限時，物料即被折斷。磨碎是物料與運動的表面之間受一定的壓力和剪切力作用后，其剪應力達到物料的剪切強度極限時，物料即被磨碎。磨碎的效率低，能量消耗大。沖擊破碎是物料受沖擊力而破碎。它的破碎力是瞬時作用的，其破碎效率高，破碎比大，能量消耗少。任何一種破碎機都不能只用某一種方法進行破碎，一般都是由兩種或兩種以上的方法聯合起來進行破碎的，例如壓碎和折斷，沖擊和磨碎等。物料的破碎方法主要是根據物料的物理機械性質，被破碎物料的尺寸、形貌和所要求的破碎產品粒度來選擇。

 

 

　　物料分為堅硬物料、中等堅硬物料和軟物料；也可分為粘性物料和脆性物料。根據物料的物理性質，物料的抗壓強度*大，抗彎強度次之，抗磨強度再次之，抗拉強度*小。對于堅硬物料*好采用壓碎、劈碎和折斷(彎曲) 的破碎方法，而對粘性物料則采用壓碎和磨碎方法破碎，脆性物料和軟物料采用劈碎和沖擊破碎的方法為宜。隨著耐磨材料質量的提高和使用壽命的增長，對于硬而脆的物料也可以采用沖擊破碎的方法。

 

　　2.2 礦山破碎設備類型

 

　　根據機械力破碎作用的方式可以將粉碎機粗略地分為兩大類：（1）破碎機；（2）磨礦機。

 

　　破碎機一般處理較大塊的物料，產品粒度較粗，通常大于8毫米。其構造特征是破碎件之間有一定間隙，不互相接觸。破碎機又可分為粗碎機、中碎機和細碎機。一般來說磨礦機所處理的物料較細，產品粒度是細粒，可達0.074毫米，甚至還要細些。其結構特征是破碎部件（或介質）互相接觸，所采用的介質是鋼球、鋼棒、礫石或礦塊等。但有的機械是同時兼有碎礦與磨礦作用，如自磨機。∮5.5×1.8米自磨機處理礦石粒度上限可達350～400毫米，產品細度可達—200目占40%左右。

 

　　根據破碎方式、機械的構造特征（動作原理）來劃分的，大體上分為六類。

 

　　（1）鄂式破碎機（老虎口）。破碎作用是靠可動鄂板周期性地壓向固定鄂板，將夾在其中的礦塊壓碎。

 

　　（2）圓錐破碎機。礦塊處于內外兩圓錐之間，外圓錐固定，內圓錐作偏心擺動，將夾在其中的礦塊壓碎或折斷。

 

　　（3）輥式破碎機。礦塊在兩個相向旋轉的圓輥夾縫中，主要受到連續的壓碎作用，但也帶有磨剝作用，齒形輥面還有劈碎作用。

 

　　（4）沖擊式破碎機。礦塊受到快速回轉的運動部件的沖擊作用而被擊碎。屬于這一類的又可分為：錘碎機；籠式破碎機；反擊式破碎機。

 

　　（5）磨礦機。礦石在旋轉的圓筒內受到磨礦介質（鋼球、鋼棒、礫石或礦塊）的沖擊與研磨作用而被粉碎。

 

　　（6）其他類型的磨礦機

 

　　A、輥磨機：借轉動的輥子將物料碾碎。

 

　　B、盤磨機：利用垂直軸或水平軸的圓盤轉動作為破碎部件。

 

　　C、離心磨礦機：利用高速旋轉部件和介質產生離心力來完成破碎。

 

　　D、振動磨礦機：利用轉軸產生高頻率的振動，使介質與物料相互碰擊而完成破碎作用。

 

　　各類破碎機有不同的規格、不同的使用范圍。例如：選礦行業鐵選廠粗碎多用顎式破碎機或旋回圓錐破碎機；中碎采用標準型圓錐破碎機；細碎采用短頭圓錐破碎機。粗磨用棒磨機、細磨用磨礦機。

 

　　2.3 分析與探索

 

　　破碎機的構造特征是破碎件之間有一定的間隙，不互相接觸。其控制排礦物料粒度的基本方式是通過排礦口或篦縫大小來實現。排礦口或篦縫大小與產品出料粒度和生產能力大小呈線性關系，如排礦口或篦縫大，產品粒度粗，生產能力也大；反之亦然。實踐證明，采用傳統破碎設備通過控制排礦口或篦縫大小來追求成品細度，實現多碎少磨的目標，有的破碎設備是無法實現的；有的雖然能部分實現，但粒度偏粗；有的可以實現，但效率低、消耗大。所以試圖依賴傳統破碎設備的改造和參數優化完全達到細碎與粗磨的目的，真正實現“多碎少磨“的目標顯然還存在一定的困難。

 

　　磨礦機的構造特征是磨礦部件或介質互相接觸，其控制排礦物料粒度的基本方式不是通過排礦口大小來實現。磨礦機的主要工作部分為一個回轉圓筒，靠圓筒內裝入的鋼球、鋼鍛等研磨介質（或稱研磨體）的沖擊和研磨作用使物料粉碎、磨細。磨礦機的問世已有180多年的歷史，盡管人們進行了多方面的研究和改進，也取得了一定的成果，使其粉磨效率和使用壽命等在原有基礎上都有較大的提高。然而，終未取得突破性的進展，仍未擺脫粉磨效率極為低下的狀況。據安賽姆（Ansclm）的測定，磨礦的效率只有0.6%，大多數學者和專家認為*高也不超過2～9%，大部分電能轉變為熱能和聲響而消失。所以，國內外許多專家從各個角度進行大量的研究工作，試圖尋找改變磨礦機低效率高消耗的途徑，可是一直沒有得到有效解決。同樣利用磨礦機的結構改進和參數優化的方式來提高粉磨效率顯然也是困難的。

 

　　如何突破傳統思維模式，將破碎設備的高效率和簡單的結構形式與磨礦機不依賴排礦口尺寸大小控制產品細度的方式有機結合，為“多碎少磨”探索出一條新的途徑。徐州萬和機械制造有限公司在這方面做了有益的探索。

 

　　三、中環粉碎機的結構和工作原理

 

　　如圖所示，中環粉碎機的筒體內礦物以超臨界轉速貼壁進行運轉，在360°的筒壁上均布礦石，形成料層，同時筒內有多個輥輪在中心主軸的帶動下360°在料層上規則、有序輥壓，使物料受到**沖擊、研磨、剪切等作用而被磨碎。以層壓理論的觀點（層壓理論的基本觀點是物料在每個移動循環中對相鄰顆粒相對改變其方向，結果相互作用力和矢量也不斷改變。由此達到被粉碎物料的負載改變方向的目的，同時造成強制性自磨的條件，結構缺陷少的*堅硬的顆粒可破碎相鄰那些粒子間鍵力弱的顆粒。在等硬度顆粒中剪切與位錯滑動力相重合的顆粒被破碎）來達到粉碎的目的。且多輥輪的設計一方面使動力直接傳遞到輥輪上，無多余消耗，又增加了研磨介質與物料的有效接觸面積，提高了粉磨效果，故其效率高。尤其是料層有效隔開輥輪與襯板之間的金屬直接接觸以及有效避免了輥輪與輥輪之間的金屬接觸。金屬材料的磨耗僅在于輥輪與礦物之間，襯板與礦物之間的接觸，所以金屬材料消耗小。

 

　　中環粉碎廣泛應用于可磨性或可碎性物料的粉碎，物料粉碎后的細粉具有流動性（干法或濕法），只要調整擋料環的高度，而無需通過控制排礦口大小即可實現任意級別的物料細度，滿足不同工況的要求。

 

　　3.1 中環粉碎機技術參數： 

　　型 號 ZH1200 ZH1600 ZH2000 ZH3200
　　生產能力t/h 10～20 15～35 30～60 50～100
　　進料粒度mm ≤10～20 ≤20～30 ≤30～50 ≤30～50
　　產品細度mm 0.1～3
　　電機功率kw 75+22 90+37 132+55 250+90

　　備注：1、根據不同工況要求，可作細碎≤3mm，也可作超細碎（20～150目）。

 

　　2、技術指標以中等硬度石灰石為標定。

 

　　3.2 中環粉碎機的應用

 

　　中環粉碎機成品細度粗細可調，根據不同工藝要求，調整擋料環的高度和控制礦物在腔體內運行速度可生產出不同粒徑的物料。

 

　　3.2.1 用于制備0.1mm～1.5mm電廠脫硫用石灰石粉：電廠的干法脫硫用石灰石粉的粒徑一般在0.1mm～1.5mm，經現場的實際使用，中環粉碎機成品粉粒度組成與鍋爐返料系統的返料粒度組成大致吻合(見表2)，大大提高了對石灰石粉的利用率，能獲得較佳的脫硫效果。

表2 中環粉碎機的粉碎結果

 

　　粒級(mm) 重量(g) 產率(%) 累計產率(%)
　　+2 0
　　-2+1.50 74.7 26.23 26.23
　　-1.50+1.0 17.0 5.97 32.20
　　-1+0.85 9.7 3.41 35.61
　　-0.85+0.3 73.9 25.95 61.56
　　-0.3+0.1 41.9 14.71 76.27
　　-0.1+0.074 51.1 17.94 94.21
　　-0.074 16.5 5.79 100.00

　　合計 284.8 100.00

 

 

　　電廠原采用立式沖擊破碎機用于干法脫硫的石灰石制粉作業，鍋爐要求產能10-15噸/時，而破碎機只能生產5噸/時左右，遠遠不能滿足脫硫要求。且破碎機維修量大，基本每周都要維修，浪費大量人力和物力。采用中環粉碎機后系統產能15噸/時以上，功耗降低50%以上，已使用兩年沒有進行任何維修，也沒更換任何易損件，為業主帶來的可觀的效益。

 

　　3.2.2 用于制備0.1～0.84mm石英砂：眾所周知，浮法玻璃對石英砂的產品粒徑要求十分嚴格(粒徑范圍為0.1～0.84mm)，陜西某大型浮法玻璃線，其工程配套用石英砂選礦加工系統進行設備選型時，曾先后在國內幾種超細碎設備進行試驗對比，通過大量的試驗數據對比分析后，中環粉碎機以其破碎效率高、產品粒徑分布理想、過粉碎(≤0.1mm)比例小而獲得認可(如表3)，已選用多臺應用于石英砂選礦粉碎加工。

 

 

　　表3 石英砂粉碎前后效果數據

 

　　粒 級 粉砂巖試驗樣(軟) 砂巖試驗樣(中硬)

 

　　粉碎前產率(%) 粉碎后產率(%) 粉碎前產率(%) 粉碎后產率(%)

 

　　+25mm 12.57 2.91 29.51 13.61
　　-25mm+10mm 37.67
　　-10mm+5mm 4.19 18.90
　　-5mm+3mm 1.07 9.69 12.68 29.01
　　-3mm+2mm 5.43 8.25
　　-2mm+1mm 8.72 12.37 14.45
　　-1mm+0.71mm 3.36 3.85 5.74
　　-0.71mm+0.6mm 1.55 1.77 2.11 2.26
　　-0.6mm+0.5mm 1.38 42.07 4.90 10.00
　　-0.5mm+0.3mm 21.96
　　-0.3mm+0.2mm 11.62 12.69 1.40 3.46
　　-0.2mm+0.1mm 13.91 2.53 8.68
　　-0.1mm 2.56 4.88 3.50 12.79
　　∑ 100.00 100.00 100.00 100.00
 

　　3.2.3 細砂、粗粉制備

 

　　礦山主要生產-3mm鑄造砂、七0砂，原來采用顎式破碎機、輥式破碎機和振動篩閉路循環，每小時產能5噸左右。成品率低、回料量大。現采用GPC高效錘式破碎機、中環粉碎機和振動篩的閉路循環，每小時產能約18-20噸，產能提高4倍。

 

　　砂石生產線主要生產-1mm的白云石、碳酸鈣粉。原來采用顎式破碎機、錘式破碎機和振動篩的閉路循環。由于錘式破碎機的成品率不高，只有30%左右，且返回料中1-3mm的再次進入錘式破碎機后基本沒有破碎就排出，在閉路循環下1-3mm的料越積越多，給振動篩增加了負荷，造成振動篩的經常故障。用中環粉碎機替換錘式破碎機后，成品率提高到70-80%，且1-3mm的也可以再次粉碎，整條系統基本沒有出現故障。

 

　　3.2.4 冶金行業制粉

 

某鋼企下屬白云石礦山要求每小時生產-1.5mm白云石粉10噸，采用顎式破碎機、錘式破碎機和振動篩的閉路循環。錘式破碎機的成品率只能達到25-30%，每小時只能生產5噸左右的白云石粉。采用中環粉碎機替換錘式破碎機后，成品率達到70%左右，每小時生產12噸左右的白云石粉。滿足鋼廠的要求。

 

　　3.2.5用于鐵礦石的細碎

 

　　鐵礦原采用顎式破碎機、錘式破碎機和磨礦機的破碎、粉磨方式，錘式破碎機的出料細度一般在10mm左右，磨礦機入磨粒度仍偏大，造成磨礦機磨礦后尾礦含量大，效率低。現采用顎式破碎機、中環粉碎機和磨礦機的破碎、細碎、粉磨方式，中環粉碎機的出料粒度一般在0-3mm，超細碎后的鐵礦石粒度適合于粗粒拋尾，可在入磨礦機前拋棄大量尾礦，減少粗精礦的入磨量。另一提高。

 

　　3.3 中環粉碎機的特點方面降低入磨礦機粗精礦的粒度，提高粗精礦的品位，磨礦機的磨粉效率大幅度

 

　　3.3.1 工作特點

 

　　磨礦機、中環粉碎機兩者均為臥式旋轉筒體，筒體內均有研磨介質或輥輪。而磨礦機的研磨介質是依靠磨機筒體旋轉中被動提升、拋落，從能量傳遞上效率極低，而且研磨介質的運動軌跡上也不規則。而中環粉碎機為雙回轉體，筒體旋轉，輥輪組與主軸共同旋轉，均為主動旋轉。從能量傳遞角度，電動機經減速機直接將能量傳遞到筒體和輥輪組上，其能量利用率高；而且其運動軌跡是規則有序的。

磨礦機在工作過程中鋼球與物料的接觸粉碎是隨機的，出現鋼球之間接觸和鋼球、襯板接觸的幾率較大，噪音也大，金屬之間的直接接觸會產生較大的能量消耗和材料消耗。而中環粉碎機在運行過程中料層有效隔開輥輪與襯板之間的金屬直接接觸以及有效避免了輥輪與輥輪之間的金屬接觸。金屬材料的磨耗僅在于輥輪與礦物之間，襯板與礦物之間的接觸，所以金屬材料消耗小。

 

　　3.3.2 結構特點

 

　　結構特點決定了工作特點，同時也決定了設備的操作及維護特點。中環粉碎機結構簡單，拆裝十分方便，**拆裝也不會影響緊配度。該機轉速與壓力調整方式簡單、可靠，通過調速器可任意調整主軸（含輥輪）和筒體各自的轉速；打開觀察口即可調整間隙，方便簡捷；整機采用潤滑脂潤滑，所以維護簡單、使用成本低。

 

　　中環粉碎機將破碎設備的高效率和簡單的結構形式與磨礦機不依賴排礦口尺寸大小控制產品細度的方式有機結合，并以磨礦機為基本參照模式，并將鋼球（鍛）無序運動變有序規則運動，將磨礦機鋼球（鍛）及襯板之間的礦物層不穩定、不確定變成穩定料層，有效克服金屬之間直接接觸，極大提高能量傳遞和粉磨效率。隨著在不同工業領域中的推廣應用，將獲得極大的經濟和社會效益。