高壓輥磨機(jī)超細(xì)破碎機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

　　1 前言

　　入磨粒度的降低，是礦石粉體工程節(jié)能降耗的有效手段，也是提高磨機(jī)處理能力的有效方法。礦石的超細(xì)破碎是降低入磨粒度最直接、最徹底的方法，所以超細(xì)破碎的理論和設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱門課題之一。本文結(jié)合近期國(guó)內(nèi)外超細(xì)破碎研究的文獻(xiàn)，較詳細(xì)地評(píng)述了高壓輥磨機(jī)、慣性圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)等礦山用超細(xì)破碎機(jī)的研究、開發(fā)及應(yīng)用狀況。

　　2 超細(xì)破碎機(jī)

　　2.1 高壓輥磨機(jī)

　　高壓輥磨機(jī)是具有新的碎礦理論支撐的一種高效率超細(xì)粉碎設(shè)備。它采用高壓料層粉碎理論，顯著的二次破碎獲得很高的能量利用率，被稱為超細(xì)粉碎設(shè)備的一場(chǎng)革命。自1985年第一臺(tái)高壓輥磨機(jī)在水泥行業(yè)應(yīng)用以來，國(guó)內(nèi)外已有數(shù)百臺(tái)成功地應(yīng)用于生產(chǎn)之中。由于設(shè)備工作壓力極高，輥面的磨損成為一個(gè)重要問題，近年來，研究者和生產(chǎn)廠家為了將其推廣到金屬礦山，也開展了大量的試驗(yàn)研究。

　　在碎礦理論方面，1988年HumboldtWedag公司的卜BKlymowsLy和J.LinL3j在研究高壓輥磨機(jī)的粉碎模型時(shí)提出，高壓輥磨機(jī)模型的核心是描述在具體考慮每個(gè)粒級(jí)之間能量分布的情況下，料層粉碎中離散粒級(jí)群的平衡。認(rèn)為料層中粒度分布對(duì)粉碎的影響是用近似的方法定量的。除了料層粉碎之外，還考慮了輥端的邊緣效應(yīng)以及大于工作間隙的物料的預(yù)粉碎。通過研究給出了邊緣產(chǎn)品的能量數(shù)及粒度分布的評(píng)估方法和輥中央與邊緣區(qū)域之間能量分布的評(píng)估方法。1992年姚踐謙等人綜合散體力學(xué)，有限元和破碎理論等多方面的知識(shí)，按全新的思路和方法研究了礦巖層壓破碎機(jī)理，用散體力學(xué)建立了破碎腔內(nèi)料層的散體等效模型，求得了粒間接觸力大小和分布以及破碎規(guī)律，在新設(shè)計(jì)的層壓破碎試驗(yàn)臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新建力學(xué)模型的可行性，揭示了層壓破碎的一些新的特性和規(guī)律。

　　1998年王介強(qiáng)、宋守志[刨概述了料層粉碎理論的發(fā)展情況，包括粉碎的能耗規(guī)律和粉碎的力學(xué)理論，提出可采用統(tǒng)計(jì)細(xì)觀損傷力學(xué)來研究料層粉碎的動(dòng)力學(xué)過程。

　　1999年S·摩爾等介紹了高壓輥磨機(jī)的特性模型。該模型可描述給定規(guī)格、輥速和典型礦樣時(shí)，高壓輥磨機(jī)的通過能力，粒度范圍和驅(qū)動(dòng)功率。它只需由簡(jiǎn)單的試驗(yàn)室破碎試驗(yàn)和有限的試驗(yàn)室規(guī)模高壓輥磨機(jī)試驗(yàn)工作程序獲得輸入數(shù)據(jù)。模型使用這些數(shù)據(jù)是為了標(biāo)定的目的，然后能夠按比例放大到理論上任何規(guī)模的設(shè)備。該研究明確地描述了所謂的邊緣效應(yīng)，并指出高壓輥磨機(jī)的幾何尺寸和工作壓力與工作間隙有關(guān)，從工作間，隙可預(yù)計(jì)驅(qū)動(dòng)功率，通過量和產(chǎn)品粒度分布。

　　在實(shí)際應(yīng)用方面，1993年吳建明在介紹粉碎節(jié)能理論的基礎(chǔ)上，較詳細(xì)的討論了德國(guó)KruppPolgsius公司的輥壓機(jī)，德國(guó)KHDHumboldtwedag公司的輥壓機(jī)，美國(guó)Fuller公司的輥壓機(jī)和國(guó)內(nèi)有代表性的合肥水泥研究設(shè)計(jì)院的輥壓機(jī)。

　　1995年徐秉權(quán)等人研究了GGT-2型500X120高壓輥磨機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，該設(shè)備用于處理石灰石時(shí)，排礦粒度達(dá)到了-4mm80％以上的技術(shù)指標(biāo)，節(jié)能效果顯著。

　　1995年俞美、宋宏斌研究了輥壓機(jī)的粉碎流程及影響輥壓機(jī)工作可靠性的因素。1997年段玉霞、王素玲等人也研究了輥壓機(jī)粉碎流程，同時(shí)提出了輥壓機(jī)系統(tǒng)中存在的問題并提出了改造辦法。1998年馮國(guó)俊等研究了輥壓機(jī)在氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用，礦石的預(yù)粉磨，使原料料漿產(chǎn)量有較大提高，解決了因料漿不足影響氧化鋁產(chǎn)量的問題，同時(shí)對(duì)節(jié)能、降耗起到了很好的作用。

　　將輥壓機(jī)用于粉碎堅(jiān)硬物料(金屬礦石等)的粉碎，也進(jìn)行了有價(jià)值的嘗試。1996年東北大學(xué)的楊曉明等人研制了600X200型巖礦用輥壓機(jī)，進(jìn)行了中試和工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果表明輥壓機(jī)對(duì)鐵礦石等堅(jiān)硬物料的粉碎體現(xiàn)出增產(chǎn)節(jié)能的效果。

　　1997年的第20屆國(guó)際選礦會(huì)議上，德國(guó)的N.帕德澤爾特等介紹了高壓輥磨機(jī)在銅金礦山的第一次應(yīng)用，結(jié)果表明輥壓機(jī)作為礦石粉碎的一種新型設(shè)備，可以取代第三段和部分取代第二段破碎；降低動(dòng)力消耗；明顯減少磨礦成本；提高金屬收率。

　　降低入磨粒度，多碎少磨，甚至以碎代磨是礦石破碎的發(fā)展方向，輥壓機(jī)無疑是一種非常有前途的設(shè)備，其顯著的節(jié)能效果和大幅度的增產(chǎn)將對(duì)金屬礦山的礦石破碎帶來革命的進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)在金屬礦山的廣泛應(yīng)用。

　　2.2 其它沖擊式破碎機(jī)

　　立軸復(fù)合式破碎機(jī)與LPM立式破磨機(jī)很相似，破碎機(jī)為主軸筒體式，分上下兩層分級(jí)破碎，上層為中破碎，下層為細(xì)破碎，破碎區(qū)是立軸的轉(zhuǎn)輥外圓與筒壁齒板之間構(gòu)成的圓環(huán)破碎腔。上轉(zhuǎn)輥固定有打擊板，分布較密，形成較小的破碎腔，以控制被破碎物料達(dá)到細(xì)破的粒度要求。1996年彭齊偉在介紹設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝要求的關(guān)系，列出了該設(shè)備破碎石灰石和水泥熟料的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　反擊式破碎機(jī)也是沖擊式破碎機(jī)的一種，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于非金屬礦山和化工礦山，由于其擊錘頭和反擊板的磨損問題嚴(yán)重，在大處理量的金屬礦山?jīng)]有得到廣泛應(yīng)用。1998年潘仁和研究該設(shè)備的磨損情況，從分析板錘磨耗的主要因素入手，提出了降低板錘磨耗的對(duì)策。1998年王靜娟進(jìn)行了低轉(zhuǎn)速多腔型沖擊式破碎機(jī)的研制和應(yīng)用研究，通過腔型設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速選擇，優(yōu)化了該設(shè)備的結(jié)構(gòu)，且對(duì)其應(yīng)用提出了許多工藝方面的要求。

　　1998年朱瀛波，應(yīng)東風(fēng)介紹了高速?zèng)_擊式超細(xì)粉碎及分級(jí)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工原理，列舉了該成套設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例及優(yōu)缺點(diǎn)，該成套設(shè)備是我國(guó)近年來引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的一個(gè)例子，可以一定程度地滿足國(guó)內(nèi)非金屬礦超細(xì)粉碎工藝的要求。

　　沖擊式破碎機(jī)的共同特點(diǎn)是使礦石具有高的沖擊速度或破碎機(jī)破碎部件具有高的打擊速度，礦石在高的速度下沖擊固定壁而破碎或破碎部件以高的打擊速度打擊礦石而使礦石發(fā)生破碎，這一特點(diǎn)帶來的一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是固定壁或打擊板磨損嚴(yán)重，對(duì)于脆性的非金屬礦石如化工原料、水泥生熟料等，基本上可以承受這一磨損問題，而對(duì)于硬度大，韌性強(qiáng)的金屬礦石，這一磨損是難以承受的，因此，這類設(shè)備要在金屬礦山廣泛推廣，必須要解決的問題是磨損。立式?jīng)_擊式破碎機(jī)采用自襯里的方式大大降低了磨損，使其在金屬礦山的使用變得有望，但高的轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速使設(shè)備設(shè)計(jì)和制作的精度要求高，設(shè)備的大型化變得困難，這又成為該類設(shè)備在金屬礦山應(yīng)用的另一個(gè)難題。

　　2.3 WF--水沖圓錐破碎機(jī)

　　WF-水沖圓錐破碎機(jī)是美國(guó)Nordberg公司研制成功的大型超細(xì)破碎設(shè)備，該設(shè)備目前在國(guó)外已有廠家工業(yè)應(yīng)用，獲得了好的效果。該設(shè)備用了金屬礦山的礦石破碎時(shí)，最終排粒度可達(dá)8mm，且因加水破碎消除了細(xì)粒級(jí)的“襯墊作用”，大大降低了破碎能耗。我國(guó)的云南錫業(yè)公司和攀鋼集團(tuán)公司均對(duì)這種設(shè)備進(jìn)行過廣泛的調(diào)研，但認(rèn)為該設(shè)備原理與普通的圓錐破碎機(jī)相似，只在加水破碎方面和設(shè)備的大型化方面作了改進(jìn)，細(xì)的排礦粒度是由設(shè)備的精密制造實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，目前在國(guó)內(nèi)尚未見到成功應(yīng)用的例子。

　　2.4 其它超細(xì)破碎設(shè)備

　　1994年范西省介紹了前蘇聯(lián)全蘇水泥機(jī)械研究所于1990年研制成功的《Bakmac》型環(huán)形干燥輥磨機(jī)。這種磨機(jī)的工作機(jī)構(gòu)是兩個(gè)作反向旋轉(zhuǎn)的水平磨輥，礦石在兩磨輥間受高壓而破碎，在磨輥的上部裝有百葉格柵的三角形料斗作為給料裝置，磨輥和給料裝置安裝在一個(gè)有提升葉片的環(huán)形提升圓筒的內(nèi)部，經(jīng)破碎的礦石落人提升圓筒內(nèi)被緩慢提升到磨輥上部倒人給料斗，再從給料斗中進(jìn)入兩磨輥間進(jìn)行二次破碎，同樣被破碎后的礦石再返回受第三、四……次的破碎，從而實(shí)現(xiàn)了多次破碎，直至達(dá)到要求的粒度后被氣體帶出成為最終的破碎產(chǎn)品。這種磨機(jī)與立式圓盤輥磨機(jī)相比，單位能耗低25％-40％，單位金屬耗量低25％。該設(shè)備適合于水泥行業(yè)和非金屬建材行業(yè)的超細(xì)粉碎。

　　1994年宋希敏介紹了一種顎輥破碎機(jī)，該設(shè)備是將顎式破碎機(jī)和對(duì)輥破碎機(jī)結(jié)合在一起而形成的。上部為顎式破碎機(jī)，下部為對(duì)輥機(jī)，采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該設(shè)備破碎比大，高效節(jié)能，體積小，重量輕，可作為小型企業(yè)的超細(xì)破碎設(shè)備。

　　1997年郭東江對(duì)BGJ型擺式輥壓機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，其意圖是在不降低或少降低使用性能的前提下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化、采用低成本和適用制造工藝技術(shù)等措施，大幅度降低高壓輥磨機(jī)的造價(jià)。通過對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、加壓裝置、進(jìn)料斗及側(cè)擋板、彈簧的設(shè)計(jì)，達(dá)到了好的技術(shù)效果，BGJ630X200型擺式輥壓機(jī)產(chǎn)量可達(dá)20-25t/h，裝機(jī)功率為2X30kW。

　　1998年郭東江、李永君又研制了一種PBZ系列擺輥式振動(dòng)破碎機(jī)。該設(shè)備在雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)的基礎(chǔ)上使破碎輥?zhàn)影l(fā)生振動(dòng)，從而提高了破碎效果。PBZ系列擺輥式破碎機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)55t/h，出料粒度3-10mm可調(diào)，適用于水泥行業(yè)的礦石破碎，對(duì)于金屬礦山堅(jiān)硬而大量的礦石，同樣需要進(jìn)一步解決輥?zhàn)拥哪p問題。

　　1998年西安環(huán)太公司技術(shù)部介紹了美國(guó)JCI公司生產(chǎn)的JCl圓錐破碎機(jī)。該設(shè)備采用全滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)的偏心軸與滑動(dòng)支撐，采用迷宮式密封取代水封結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)械可靠性及運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗。由于滾動(dòng)軸承的間隙遠(yuǎn)小于滑動(dòng)軸承，故破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，排礦口的設(shè)定值更加精確，使產(chǎn)品粒度下降，當(dāng)閉合邊排礦口調(diào)到7.94mm時(shí)，產(chǎn)品粒度可達(dá)-10mm9O％以上，而且設(shè)備的處理能力大，適合于金屬礦山細(xì)碎和超細(xì)碎作業(yè)。

　　1998年孫成林介紹了雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)的設(shè)備原理、特點(diǎn)及在金屬礦、非金屬礦與高鋁礬士耐火材料方面的應(yīng)用。該設(shè)備由一個(gè)安裝于偏心軸上的旋轉(zhuǎn)工作輥與輥?zhàn)觾蛇厓蓚€(gè)彎曲的破碎腔組成。給人腔中的物料在偏心回轉(zhuǎn)輥的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)過程中產(chǎn)生壓縮、磨剝、劈裂等綜合作用而破碎。1998年劉省秋也對(duì)回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)靜態(tài)嚙角進(jìn)行了分析。回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，分析其嚙角的變化特性，建立數(shù)學(xué)模型，分析最大嚙角和最小嚙角產(chǎn)生的條件，得出了計(jì)算公式，這對(duì)回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)的研制與設(shè)計(jì)具有理論價(jià)值。

　　1996年張鐵華等介紹了1993年由法國(guó)FCB公司和意大利布茲水泥公司聯(lián)合研制的筒輥磨。該設(shè)備的工作部件主要是大筒體和小輥筒，兩輥筒相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從臥式安裝的大筒體給礦端給入，在大簡(jiǎn)體內(nèi)表面和小輥筒外表面間被壓碎，壓碎后的物料靠離心力的作用隨大筒體內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，受物料導(dǎo)向板的作用向排礦端移動(dòng)一段距離后進(jìn)人破碎區(qū)受第二次破碎，如此循環(huán)下去，礦石受多次破碎后從排礦端排出成為產(chǎn)品。1994年和1996年文書明等研制的自循環(huán)超細(xì)粉碎機(jī)原理上與法國(guó)FCB公司的筒輥磨相似，但在筒體的支承方式上作了大的改進(jìn)，加大了簡(jiǎn)體的長(zhǎng)度，礦石循環(huán)破碎的次數(shù)增加，壓力進(jìn)一步下降，從而使得自循環(huán)超細(xì)粉碎機(jī)適合于國(guó)內(nèi)的加工制造水平，設(shè)備成本大幅度下降。該設(shè)備排礦粒度可達(dá)-4mm80％以上，當(dāng)與篩分分級(jí)設(shè)備閉路碎礦時(shí)，最終排礦可達(dá)-1mm90％以上，具有取代一段棒磨機(jī)的潛力。

　　3結(jié)語

　　近年來，超細(xì)破碎設(shè)備得到了快速發(fā)展，高壓輥磨機(jī)、慣性圓錐破碎機(jī)、WF-水沖破碎機(jī)、立式?jīng)_擊式破碎機(jī)等在不同的礦山開始工業(yè)化應(yīng)用，尤為突出的是高壓輥磨機(jī)在國(guó)內(nèi)的超細(xì)破碎設(shè)備研究，適應(yīng)國(guó)內(nèi)礦山的實(shí)際需要。結(jié)合我國(guó)礦石特點(diǎn)和機(jī)械加工水平，開發(fā)原理先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造水平要求不高的新型設(shè)備，將是今后我國(guó)超細(xì)破碎設(shè)備研究的發(fā)展方向。