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圆锥破碎机的新发展 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 15-03-14

0、引言
    破碎机械的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展,各学科问相互渗透,各行业间信息交流,广泛使用新结构、新材料、新工艺,尤其注重机电一体化和自动控制技术的应用,促进了圆锥破碎机的技术进步。
    随着社会的前进,原材料消耗不断增加,导致富矿资源日益枯竭,矿石品位日趋贫化。以我国冶金矿山为例,铁矿石平均品位31%、锰矿石品位22%。绝大多数的原矿需要破磨和选矿处理后才能成为炉料。破磨作业是选矿的龙头,也是能耗、钢耗的大户。因此,节能、降耗是破磨设备研究的主题,“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施,其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。圆锥破碎机生产效率高,排料粒度小而均匀,可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒,可以满足入磨粒度需要,成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。目前正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。
1、发展历程
    圆锥破碎机诞生于20世纪初叶。弹簧式圆锥破碎机是由美国密尔沃基城西蒙斯(Symons)兄弟二人研制的,故称之为西蒙斯圆锥破碎机。其结构为主轴插入偏心套,用偏心套驱动动锥旋摆运动,动锥衬板时而靠近时而离开固定锥衬板,从而使矿岩在破碎腔内不断地遭到挤压和弯曲而破碎。采用大偏心距,低摆频,驱动功率小,破碎产品粒度不均匀,破碎效果差,振动大,弹簧易损坏。用大型螺旋套调整排矿口大小,调整困难,过载保护用弹簧组,可靠性差。多年来,虽经不断改进,结构日趋完善,但其工作原理和基本构造变化不大。
    20世纪40年代末,美国Allis Chalmers公司首先推出底部单缸液压圆锥破碎机,是在旋回式破碎机基础上发展起来的陡锥破碎机。采用液压技术,实现了液压调整排矿口和过载保护,简化了破碎机结构,减轻了重量,提高了使用性能。由于它靠排料口尺寸大小控制产品粒度,使产品粒度大,且不均匀。对含水、含泥物料易堵塞。
    20世纪50~60年代,法国Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神户制钢有限公司等推出上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机。
    20世纪70~80年代,美国Allis Chalmers公司在底部单缸液压圆锥破碎机的基础上推出高能液压圆锥破碎机;Nordberg公司推出旋盘式圆锥破碎机,适用于中硬物料的第四段破碎,其给料粒度小,偏心距小,破碎力不大。相继又推出超重型短头圆锥破碎机,加大了功率.强化了弹簧、合金钢机架,增加了制造成本,为此该公司又推出了0mm型圆锥破碎机。为适应冲水破碎义推出WF型湿式圆锥破碎机:Bab-bitless公司推出BS,UF型超细碎圆锥破碎机,采用滚动轴承替代偏心套,由电动机、皮带传动而带动动锥摆转,顶部单液压缸装置调整排矿口和过载保护,给料粒度-10mm.产品粒度-6.3mm占80%:德国KHD Humboldt Wedag公司推出Calibrator型圆锥破碎机。
    20世纪90年代以来,美国Cedarapids公司推出了EIJOYⅡ型,MVP型圆锥破碎机;美国Nordberg公司推出新一代HP系列圆锥破碎机:瑞典Svedala公司推出新的H系列圆锥破碎机:日本神户制钢有限公司推出AF型圆锥破碎机和2 300ASC型圆锥破碎机:俄罗斯乌拉尔机械研究院和米哈诺贝尔研究设计院开发出新型短头圆锥破碎机,破碎机分上、下两部分,上腔按料层原理破碎物料,下腔为平行区。应用表明:细级别含量较一般圆锥破碎机提高5%~10%,衬板金属消耗降低20%。
    最后,值得一提的是俄罗斯于20世纪80年代研制成功的惯性圆锥破碎机,使圆锥破碎机在结构和破碎原理上取得了重大进展。
    20世纪50年代初期,国内圆锥破碎机在仿原苏联的2 100和1 650弹簧圆锥破碎机的基础上,开发了1 200和2 200型弹簧圆锥破碎机。在20世纪70年代开发了1200、1750、2200多缸液压圆锥破碎机和1200、1650、2200底部单缸液压圆锥破碎机。20世纪80年代,沈阳重型机器厂从美国Nordberg公司引进西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机设计制造技术,并合作生产该系列圆锥破碎机。沈阳有色冶金机械厂从美国Allis-chalmers公司引进H系列圆锥破碎机部分相关技术对德兴铜矿引进的H系列84”圆锥破碎机进行消化吸收并加以生产。该厂与北京矿冶研究总院和江西铜业公司合作对从日本神户制钢有限公司引进的760型液压圆锥破碎机进行消化并加以生产。20世纪90年代以来,国内一些矿山、石料加工厂和建设工程先后又引进了HP系列圆锥破碎机、G型圆锥破碎机和0mm冶研究院于1993年与俄罗斯圣彼得堡工程科学院合作成立中外合资北京凯特破碎机有限公司。桂林冶金机械厂与圣彼得堡工程科学院共同创办了中俄合资桂林湟新技术开发有限公司生产惯性圆锥破碎机。洛阳矿山机械工程设计研究院开发简化结构的惯性圆锥破碎机,东北大学也正在研究振动破碎机。
    随着我国石料加工厂的发展,中小型圆锥破碎机也取得了进展。上海建设·路桥机械设备有限公司与日本神户制钢有限公司合作生产AF型圆锥破碎机:沈阳华杨机械厂推出西蒙斯、旋盘式和HP系列圆锥破碎机:上海龙阳机械厂、上海多灵一沃森机械设备有限公,司和鞍山矿山机械总厂也都生产中小型圆锥破碎机。
    目前,我国圆锥破碎机已形成大、中、小型系列,品种规格齐全,基本满足国内需求。但产品的制造质量,材料特别是耐磨材料,以及使用可靠性等方面与国外同类产品尚有差距,有待进一步研究、改进。
2、结构特点
    美国Allis-chalmers公司在底部单缸液压圆锥破碎机的基础上发展的高能圆锥破碎机,其理论基点是当给料粒度一定,产品粒度愈小,所消耗能量愈大,也就是说产品细粒级含量与破碎机输入功率成正比:当物料性质和给料粒度一定时,输入功率增加,使破碎力加大,产量大,产品粒度小。该机采用高摆频、小偏心距,装有大功率电机。底部单缸液压调整排料口尺寸和液压过载保护,并用计算机控制系统自动控制给料和排矿口的调节。由于靠动锥挤压和弯曲破碎物料,用排料口尺寸控制产品粒度,物料间相互作用力小,破碎过程无选择性,限制了向超细碎方向发展。
    美国Nordberg公司的旋盘式圆锥破碎机采用料层破碎原理,要保证破碎腔内有足够的物料,有高的压缩比,给矿口尺寸大于给料粒度,增加上破碎腔容积,且上腔动锥角小,以限制物料沿锥面下滑。为了使下腔平行区内保持一定厚度物料以实现料层破碎。采用大偏心距、高摆频,底锥角小,限制物料下滑。其超重短头型破碎机机体强度高。该公司开发的HP系列圆锥破碎机是在西蒙斯圆锥破碎机基础上,吸收了德国KHD Humboldt Wedag公司的圆锥破碎机偏心部件的特点开发的多缸液压圆锥破碎机。采用料层破碎原理破碎物料,实现了选择性破碎,使物料沿着晶体表面缺陷处薄弱环节破碎。不仅节能耗,而且产品粒度细,减少过粉碎现象。采用缓锥,周边多缸液压锁紧,球面瓦支撑结构。大偏心距、高摆频、大功率电机实现强化破碎,降低产品粒度,提高生产能力。装有旋转式布料器,自动控制给料量,使物料沿破碎腔周边分布均匀。液压调整排料口尺寸和液压保险装置,保证破碎机安全作业。
    根据该公司试验研究,当圆锥破碎机给料中含有粗细混合粒级时,在物料粒子遭受挤压力破碎时细粒会产生料垫作用,不仅消耗能量,而且影响大颗粒的破碎效果。基于这种因素而开发了新型WaterFlsh型圆锥破碎机(WF破碎机),用于湿式破碎。物料给入圆锥破碎机的同时加水冲洗,水冲走了大量细小颗粒,减小破碎形成的细颗粒在破碎腔中构成料垫。并且加大了物料从破碎腔中排出速度,防止粉尘产生,改善了作业环境。湿式破碎与磨矿直接用泵连接,减少胶带运输和细碎矿仓设施。实际应用表明:产品粒度细且扁平颗粒多,易于磨矿,能耗降低25%,破碎机产量较同规格圆锥破碎机提高50%,破碎产品粒度可达6~8mm。WF-800型破碎机产品粒度-6mm占80%。
    瑞典Svedala(集团1公司的H系列液压圆锥破碎机采用陡锥、高摆频、小偏心距,底部单缸液压支撑和顶部行星架结构。用ASRplus自动控制装置对排料口进行在线控制,控制精度高。一台破碎机可安装由粗到细多种腔型。
    美国Cedarapids公司的MVP型液压圆锥破碎机,采用滚动轴承,主轴为固定式,偏心机件上移,直接驱动动锥体,消除偏心套和直套间隙,破碎得到强化。其交差轴传动、大偏心距、高摆频、大容量电机,破碎力大,破碎效果好。迷宫式密封,液压调整排矿口和过载保护,可靠性高。
    日本神户制钢有限公司的AF型圆锥破碎机是在Allis-Chalmers公司的底部单缸液压圆锥破碎机的基础上发展起来的新机型,采用均匀的供料装置、适当的偏心距和与之适应的摆频,满足料层破碎原理的破碎腔以及依据负荷改变自动调节排矿口尺寸的控制技术,使该机破碎频率高,生产能力大,产品粒度细,单位产品能耗低。
    俄罗斯圣彼得堡工程科学院开发的惯性圆锥破碎机借助于不平衡偏心激振器高速旋转产生离心惯性力使动锥旋摆来破碎物料。由于它是挤满给料,通过向物料层施加定量的压力,使物料承受全方位的挤压,物料颗粒间的相互作用,从而实现料层破碎。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交变的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。物料颗粒间不断改变方位,由于颗粒越小,晶格缺陷越小,强度越大,就可以实现强度大的小颗粒破碎相邻的强度小的大颗粒:在等强度颗粒中,那些晶格缺陷与剪切力方向重合颗粒被破碎:造成颗粒间的强制自粉碎,这样物料主要沿晶格间薄弱环节破碎,产品过粉碎现象少,而实现选择性破碎。由于摆频高使物料在破碎腔中被破碎次数多,并且动锥和传动机构之间非刚性连接,在惯性力作用下,动锥将尽可能靠近定锥从而使产品粒度细,破碎比大。料层阻止破碎腔.衬板直接接触,延长了衬板使用寿命。带负荷启动和停车无需配备给料装置,不可破碎的物料(铁件)进入破碎腔也不会造成设备损坏。整机采用二次隔振,基础振动小,不需大型基础。简化破磨流程,减少辅助设备台数,节省设备和基建投资。应用范围广,可破碎抗压强度高达360MPa的脆性物料。
3、应用效果
    近来国内外开发的新型高效圆锥破碎机破碎物料应用的范围不断扩大,破碎产品粒度小,破碎效果显著。
    美国Nordberg公司的MP-1000型破碎机在Butte选矿厂替代Symons圆锥破碎机,产品粒度-12mm占80%,使磨机生产能力提高37%。在波兰柳宾选矿厂,在锤式破碎机后使用MP型破碎机进行补充破碎使产品粒度降至-14mm占80%,从而提高了磨机生产能力,降低磨矿能耗。
    瑞典Svedala公司于1998年将H-8000型液压圆锥破碎机推向市场。南美洲智利埃尔特尼恩特铜矿选矿厂,使系统生产能力从700~800t/h提高到1200~1 400t/h。
    鞍钢调军台选矿厂采用HP700型圆锥破碎机,从1997年9月投入运行,中碎机排料粒度75~Omm,处理能力790t/h:细碎机排料粒度-12mm占92%.处理能力350t/h.提高了磨机生产能力,降低了磨矿能耗。
    马钢凹山选矿厂,用2台HP500型圆锥破碎机代替3台φ2 200短头型圆锥破碎机,在能耗不增加的情况下,使碎矿最终产品的粒度由原来的-28mm降至-16mm,提高球磨机生产能力为8%。2001年获经济效益225万元。
    辽宁省阜新市排山楼金矿采用HP300型圆锥破碎机排料粒度-5mm占70%,使球磨机处理能力提高30%.从而降低了能耗和钢耗,每年增加产值几百万元。
    哈萨克斯坦某铜矿选矿厂用d)2 200惯性圆锥破碎机代替φ2200型短头圆锥破碎机破碎硫化铜矿石,在给料粒度-120mm时产品粒度-14mm占95%.其中-6mm占60%,处理能力240~280t/h,由于降低入磨粒度使磨机处理能力提高50%。
    北京矿冶研究总院和安徽铜陵某有色公司联合攻关用PD90120型颚式破碎机和GYP1200型惯性圆锥破碎机,实现两段开路破碎工艺流程,生产能力70~80t/h,从给料-7 50mm破碎到-8mm,使系统能耗降低20%,磨机处理能力提高25%。
4、自动控制和自动化
    随着21世纪信息技术时代的来临,计算机、传感器和检测仪表等技术的进步,加速了圆锥破碎机自动控制和自动化的发展。
    Nordberg公司的Lokosets自动控制系统,通过连续监测破碎机排矿口、驱动功率和破碎力以及在过载或堵料时自动调整破碎间隙等功能以提高破碎效率和增加生产能力。
    Svedala公司开发的Asrplus自动控制系统,可根据物料的水分含量、可碎性和磨蚀性的变化自动调节破碎机运行参数,并可查明衬板的磨损情况,能根据反馈系统信息自动调整破碎机排矿口。
    Allis Chalmers公司采用美国Allen bradley公司的PLC -2/30型可编程序控制器和各种检测仪表组成的圆锥破碎机自动控制系统以调节排矿口为主、调节给矿量为辅的控制方式,保持破碎机在95%额定功率运行,以提高处理能力,降低排料粒度。将各检测仪表的模拟量和开关量信号输入PLC,通过计算输出指令对破碎机进行有效控制。设有模拟控制盘,对系统开机、停机,自动/手动切换,报警和量值显示,系统运行直观,便于监视破碎机运行状况。
    在破碎机自动控制的基础上实现破碎生产现场自动化作业。从原料准备开始到破碎、计量、产品发送的过程中只用一人在控制室中进行操作,对每台设备运转情况和各种参数如衬板磨损、排料口大小、处理量和产品粒度等都通过检测仪表和传感器用数字、图表显示出来。操作人员通过监视器查看每台设备工作状况,并在控制室进行调节。从而实现破碎现场无人化作业。破碎机械的自动化,不仅提高了生产能力,减少能耗,降低了产品粒度,满足了“多碎少磨”的要求,而且减少了操作工人,改善了工人的作业环境。
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