論立式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝

摘要：立式破碎機(jī)(VSI制砂機(jī))是現(xiàn)今國內(nèi)外制砂設(shè)備制造商爭奪市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速直徑影響到產(chǎn)砂率和砂石料的質(zhì)量。從水利水電系統(tǒng)眾多砂石生產(chǎn)系統(tǒng)實際使用情況來看，只有立式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子速度突破臨界轉(zhuǎn)速，才能明顯提高產(chǎn)砂率。

水利水電、公路、鐵路、機(jī)場和建筑等行業(yè)都需要有砂石料系統(tǒng)，砂石料系統(tǒng)作為項目的主要組成部分，越來越受到重視，特別是砂石料的質(zhì)量直接影響到工程質(zhì)量，使得砂石料生產(chǎn)和管理漸漸成為一項較為專業(yè)的項目工程。所以如何選好、管好制砂石料設(shè)備，生產(chǎn)出成本低、滿足質(zhì)量要求的砂石料，是從事砂石料生產(chǎn)管理人員的主要工作內(nèi)容。

特大型大壩使工程項目對砂、骨料要求極其嚴(yán)格，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高。如：砂的含水率 < 6%，不允許有泥塊，細(xì)度模數(shù) 2.4~2.8，石粉含量較高，骨料的含泥量 < 1% 或更低，超遜徑指標(biāo)苛刻，為了達(dá)到以上骨料技術(shù)指標(biāo)，只有利用較先進(jìn)的人工砂石料設(shè)備，有機(jī)組合并科學(xué)應(yīng)用，才能滿足項目業(yè)主和水電工程規(guī)范的要求。

立式?jīng)_擊破碎機(jī)是國內(nèi)外制砂設(shè)備商爭奪市場的焦點，以較早的國外 Svedala 生產(chǎn)的 B 系列“石打石” 立式?jīng)_擊破碎機(jī)和近期生產(chǎn)的 VI 系列 “石打鐵” 立式?jīng)_擊破碎機(jī)為主導(dǎo)，國內(nèi)也有這兩種類型的立式?jīng)_擊破碎機(jī)。這些年有用立式?jīng)_擊破碎機(jī)替代棒磨機(jī)制砂的趨勢。

三峽下岸溪是 BARMAC B-9000/ 9100 與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂，BARMAC B-9000 利用石打石原理，產(chǎn)砂率 32%~34%，彭水電站使用石打鐵 VI400 與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂。由于 VI400 目前產(chǎn)砂率僅 30%，而國內(nèi)同類型設(shè)備處理能力超過 VI400 的處理能力，達(dá)到300~400 t/ h，產(chǎn)砂率 >40%，所以立式破碎機(jī)國內(nèi)市場有被國產(chǎn)設(shè)備占領(lǐng)的趨勢。

1 “石打石”與“石打鐵”工作原理

以三峽下岸溪的Barmac9000 (見圖 1) 和重慶彭水的 VI400 (見圖 2)為例。

1、工作原理

1.1 “石打石”原理

物料由進(jìn)料斗進(jìn)入破碎機(jī)，經(jīng)分料器將物料分成兩部分：一部分由分料器中間進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中，在葉輪內(nèi)被迅速加速，其加速度可達(dá)數(shù)倍重力加速度，然后以 60~64m/ s 的速度從葉輪三個均布的流道內(nèi)拋射出去，首先同由分料器四周自由落體的一部分物料沖擊破碎，然后一起沖擊到渦動腔物料襯板上，被物料襯墊反彈，斜向上沖擊到渦動腔的頂部，又改變其運動方向，偏離向下運動，從葉輪道發(fā)射出來的物料形成連續(xù)的物料幕。這樣，一塊物料在渦動破碎腔內(nèi)受到兩次以至多次幾率撞擊、摩擦和研磨破碎，形成相對穩(wěn)定的云狀懸浮顆粒，在破碎腔內(nèi)作環(huán)繞沖擊等多種運動形式。旋轉(zhuǎn)顆粒持續(xù)這種狀態(tài)5~20 s 后，在重力作用下，離開破碎腔，進(jìn)入下道工序。其特征是物料在加速時靠心臟部件葉輪加速，大多數(shù)顆粒直接與葉輪耐磨件接觸獲得能量，一旦射出葉輪，所有破碎過程中的物料均不再與設(shè)備金屬元件直接接觸，而是與物料襯層發(fā)生沖擊、摩擦或者物料與物料作高速撞擊而破碎，即 “石打石”。

1.2 “石打鐵”工作原理

物料由進(jìn)料斗進(jìn)入破碎機(jī)內(nèi)，經(jīng)進(jìn)料槽進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中，在葉輪內(nèi)被迅速加速，其加速度可達(dá)數(shù)百倍重力加速度，然后以 56~66 m/ s 的速度從葉輪三個均布的流道內(nèi)拋射出去，具有較大動能的物料與破碎腔內(nèi)周邊鐵砧相碰撞，大部分物料將動能瞬間轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生撞擊力和摩擦力，物料在撞擊力作用下，沿物料薄弱斷面如礦物的分界線、接合部位和微小裂隙處斷裂，變成細(xì)小顆粒，在重力作用下落入下部卸料斗；部分還具有動能的物料，經(jīng)鐵砧撞擊后反彈，與葉輪流道口發(fā)射出來的物料碰撞，再次與鐵砧撞擊。這樣，一塊物料在破碎腔內(nèi)兩次或多次撞擊鐵砧，通過撞擊、摩擦和研磨破碎，形成流體狀物料混合物，從卸料斗內(nèi)排出。

2、適用環(huán)境

三峽下岸溪破碎物料是斑狀花崗巖，干抗壓強度 138.8~175 MPa，主要化學(xué)成分 SiO2占 72.21%，花崗巖對葉輪的接觸部位磨蝕相當(dāng)快，利用 “石打石” 原理減少鐵耗，減少維護(hù)、保養(yǎng)時間是選型的主要依據(jù)，在 1996 年試運行中 Barmac9000 剛投入使用，每 100 h 左右就需要更換一次拋料頭，每180 h 左右就必須更換拋料頭夾塊耐磨板，所以“石打鐵” 原理不適于這種高強度、高磨蝕性物料的破碎。而重慶彭水砂石系統(tǒng)是石灰?guī)r，飽和抗壓強度78 ~ 92 MPa，磨蝕性低，為了防止 “石打石” 出現(xiàn)過粉碎現(xiàn)象，選用“石打鐵”的 VI400，目前生產(chǎn)中磨損量小。

3、Barmac9000與VI400力、產(chǎn)砂率比較

3. 1進(jìn)料量與級配檢測

1#與2# Barmac進(jìn)料分別在1#與z2#進(jìn)料帶式輸送機(jī)上取樣，測試情祝見表1。

每臺 Barmac 設(shè)計處理能力為 385 t/ h，從表 1 中可以看出，1#Barmac 進(jìn)料量偏低，但進(jìn)料級配都比較理想。

1#與 2#Barmac 出料分別在 1#與 2#出料帶式輸送機(jī)上取樣，測試情況見表 2。

由表 2 可知，1#Barmac 生產(chǎn)能力較設(shè)計值偏小，主要原因是進(jìn)料量偏低，2#Barmac 生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計值。2 臺 Barmac 產(chǎn)品中砂的百分率分別達(dá)到 46.11%和 40.25%，分別扣除進(jìn)料中砂的百分率 9.78% 和6.58% (見表 1)，得出實際產(chǎn)砂率分別為 36.33% 和33.67%，已達(dá)到或接近設(shè)計產(chǎn)砂率 35%。

Barmac 制砂細(xì)度模數(shù)一般在 2.7~2.9 之間，單臺產(chǎn)量可達(dá)到 70 多 t/ h，經(jīng)調(diào)節(jié)進(jìn)料粒度、進(jìn)料量，細(xì)度模數(shù)可以達(dá)到 2.5~2.7。

比較兩臺 Barmac，當(dāng)進(jìn)料量超過其額定生產(chǎn)能力，產(chǎn)砂率有所下降，另外，40~20 mm 粒徑料偏多時也會降低產(chǎn)砂率。這一結(jié)論，在后續(xù)生產(chǎn)實踐中得到了證明。當(dāng)主要進(jìn)料為 40 ~ 20 mm 時，產(chǎn)砂率很低；當(dāng)主要進(jìn)料為 20~ 5 mm 時，產(chǎn)砂率也不理想，只有當(dāng) 40~20 mm 粒徑料占 30%~35%，其余為 20~5mm 時，產(chǎn)砂率最高，可以達(dá)到 40% 的產(chǎn)砂率。但系統(tǒng)中無法保證最好的進(jìn)料級配，因為受到成品砂中石粉含量與細(xì)度模數(shù)制約。一般情況下，進(jìn)料中 40~20mm 與 20~5 mm 各占一半，產(chǎn)砂率在 30%左右波動。

3.2 VI400 進(jìn)料量及級配檢測結(jié)果選擇進(jìn)料帶式輸送機(jī)中的一條，每次開啟 2 個弧門放料，在出料帶式輸送機(jī)上取樣篩析，級配情況按表 4、表 5 記錄。

(1) 從表 4 和 表 5 可以看出，進(jìn)料為混合料，其中當(dāng)進(jìn)料中 20~40 mm、5~20 mm 比例為 1:2，破碎后的產(chǎn)品中 <5 mm 的僅 28.8%；當(dāng)進(jìn)料中 20~40 mm含量占 30%時，產(chǎn)砂效果較好，產(chǎn)砂率在 32%左右，且進(jìn)料含水率不大于 10%和 <5 mm 顆粒不大于 3%；當(dāng)進(jìn)料中 20~ 40 mm 含量 <25%時，產(chǎn)砂效果變差，產(chǎn)砂率下降到 20% 左右。

(2) 從表 6 可以看出，VI400 所產(chǎn)砂在上述處理條件下，細(xì)度模數(shù)為 3.16，石粉含量為 9.53%，由于經(jīng)第三層 3.5×3.5 mm 篩網(wǎng)后，<5 mm 物料中 3.5 mm 以下占 75%，按照 VI400 產(chǎn)砂率 30%計算，進(jìn)入成品倉的砂為 55~60 t/ h·臺。

4、Barmac9000 與 VI400 產(chǎn)砂率因素探討

(1) Barmac9000 與 VI400 平均進(jìn)料量均可達(dá) 350t/ h，產(chǎn)砂率為 30%~35%。兩種設(shè)備轉(zhuǎn)子的線速度均在 66 m/ s 以下，根據(jù)國內(nèi)有關(guān)生產(chǎn)廠家對制砂機(jī)的研究，當(dāng)轉(zhuǎn)子的線速度大于 71 m/ s 時，按“石打鐵” 原理可以突破 50%的產(chǎn)砂率，甚至接近 65%的產(chǎn)砂率，所以提高轉(zhuǎn)子速度是提高產(chǎn)砂率的關(guān)鍵。三峽下岸溪因配置 5 臺 Barmac9000，沒有就大幅度提高產(chǎn)砂率作深入研究，僅僅圍繞進(jìn)料級配、進(jìn)料量如何影響產(chǎn)砂率作了多次試驗，但產(chǎn)砂率最好時只能達(dá)到 33%~35%。在彭水工地，由供貨廠商提供資料表明：VI400 產(chǎn)砂率可以達(dá)到 56% (指中軟的石灰?guī)r)，但實際產(chǎn)砂率在 30%左右徘徊。我們?yōu)榱藢で筇岣弋a(chǎn)砂率的途徑作了 5 次試驗，在設(shè)備轉(zhuǎn)子的線速度在 59m/ s、62 m/ s、66m/ s 三種條件下試驗，產(chǎn)砂率并沒有明顯變化。

(2) 進(jìn)料級配對產(chǎn)砂率有一定影響，立式破碎機(jī)制砂原料主要是中石和小石的混合料，中石比例偏多，中石被加速后攜帶的能量就多，沖擊和碰撞時能量轉(zhuǎn)化也多，物料 破碎的幾率更大，使粗顆粒變成細(xì)顆粒的比例增大，所以產(chǎn)砂率較高。彭水砂石系統(tǒng)由于生產(chǎn)工藝的限制，不可能實現(xiàn)中石多于小石的進(jìn)料狀況，調(diào)整進(jìn)料級配在彭 水砂石系統(tǒng)沒有多大研究價值，這就要求必須提高轉(zhuǎn)子速度獲得較高的產(chǎn)砂率。

(3) 當(dāng) VI400 破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子速度提高到 65 m/ s時，設(shè)備振動顯著加大，設(shè)備不能正常運行。正在彭水使用的 3 臺 VI400 破碎機(jī)已不能突破 65 m/ s 的轉(zhuǎn)子速度，這與該設(shè)備的主軸結(jié)構(gòu)和軸承配置存在必然聯(lián)系。主軸部結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸承等級選用是制約轉(zhuǎn)子線速度提高的主要原因。

5、結(jié)論

(1)"石打石” 立式?jīng)_擊破碎機(jī)適用于中硬以上磨蝕性大的物料破碎，如花崗巖等；“石打鐵” 立式?jīng)_擊破碎機(jī)適用于中硬以下磨蝕性小的物料破碎，如石灰石等。

(2) 只有將立式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子速度突破臨界轉(zhuǎn)速，才能明顯提高產(chǎn)砂率。處理能力在不超過設(shè)備最大能力的范圍內(nèi)，隨著進(jìn)料量的增加，絕對產(chǎn)砂量相應(yīng)增加，但產(chǎn)砂率沒有明顯變化。進(jìn)料級配也對產(chǎn)砂率有一定影響，但影響較小。

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