唐威

摘要：慣性圓錐破碎機(jī)是具有良好過鐵性能的高效節(jié)能細(xì)破碎設(shè)備，破碎機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)之間是柔性聯(lián)結(jié)，過鐵時不會損壞機(jī)器，破碎比大，可將鋼渣破碎至-5mm占80%以上，“鋼”和“渣”能充分解離，極大提高了鋼渣中鐵的回收率，能耗低，襯板使用壽命長，尾渣容易處理，已成為鋼渣細(xì)碎首選設(shè)備。使用慣性圓錐破碎機(jī)的新鋼渣破碎工藝流程簡潔高效，技術(shù)性能優(yōu)異，運(yùn)營成本低。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用證明該機(jī)在鋼渣破碎領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

1  前言

要變廢為寶，實(shí)現(xiàn)鋼渣的“零排放”，破碎是不必可少的工序之一。鋼渣的初碎普通顎式破碎機(jī)就能適用，但以前一直沒有理想的鋼渣細(xì)碎設(shè)備，傳統(tǒng)鋼渣破碎設(shè)備及工藝存在的主要問題是：⑴、由于鋼渣中含有鋼塊，傳統(tǒng)破碎設(shè)備存在“卡鋼”問題，很容易導(dǎo)致設(shè)備損壞，無法保證設(shè)備的連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率低下；⑵、傳統(tǒng)破碎設(shè)備很難將鋼渣破碎到需要的粒度， “鋼”和“渣”不能充分解離，鋼渣中鐵的回收率低，尾渣粒度大；⑶、傳統(tǒng)鋼渣破碎采用三段甚至四段閉路循環(huán)工藝流程，設(shè)備數(shù)量多，流程復(fù)雜，占地面積大，投資成本大，運(yùn)行費(fèi)用高。

傳統(tǒng)的鋼渣破碎設(shè)備有錘式破碎機(jī)、液壓圓錐破碎機(jī)和棒磨機(jī)等：

⑴錘式破碎機(jī)破碎鋼渣時錘頭磨損十分嚴(yán)重，錘頭使用壽命短，更換頻繁，生產(chǎn)效率低，工人勞動強(qiáng)度高，而且錘頭一旦磨損，產(chǎn)品粒度迅速變粗。

⑵液壓圓錐破碎機(jī)產(chǎn)品粒度一般80%為-40mm，很難將鋼渣破碎到需要的粒度，“鋼”和“渣”不能充分解離。特別是液壓圓錐破碎機(jī)動錐的運(yùn)動軌跡是固定的，過鐵時會發(fā)生動錐和鐵硬碰硬、動錐硬憋過去的情況，即我們常說的“卡鋼”，很容易導(dǎo)致傳動齒輪損壞、偏心軸套壞或者主軸斷裂等事故發(fā)生，而鋼渣中含有大量鐵塊，頻繁過鐵讓設(shè)備難以連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率低下。國外品牌的液壓圓錐破碎機(jī)如美卓、山特維克在我國礦山行業(yè)應(yīng)用很廣泛，處于壟斷地位，但在鋼渣破碎領(lǐng)域應(yīng)用基本為零，不是他們不想干，而是他們知道確實(shí)干不了。

⑶由于以前沒有其它適合的鋼渣細(xì)碎設(shè)備，不少企業(yè)只能選用投資大、生產(chǎn)成本高的棒磨機(jī)細(xì)碎鋼渣。

研究表明，因?yàn)楣ぷ髟聿煌?，磨機(jī)的電耗只有不到10 % 用于礦石的破碎，而絕大部分都消耗在發(fā)熱、發(fā)聲和磨機(jī)筒體的滾動上，磨機(jī)的破碎效率遠(yuǎn)低于破碎機(jī)，要達(dá)到相同的破碎效果，磨機(jī)的電耗和鋼耗都遠(yuǎn)大于破碎機(jī)，在同樣產(chǎn)量和產(chǎn)品粒度的情況下進(jìn)行比較，棒磨機(jī)的能耗是破碎機(jī)的5倍以上，鋼耗是破碎機(jī)的10倍以上，所以磨機(jī)的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于破碎機(jī)，“多碎少磨”已成為粉碎工程領(lǐng)域的共識，目前公認(rèn)的最佳入磨粒度為-10mm，在礦山選廠，那種經(jīng)顎式破碎機(jī)初碎后的大顆粒物料直接進(jìn)磨機(jī)細(xì)碎的落后生產(chǎn)工藝早已被淘汰。

因此棒磨機(jī)適用于將鋼渣中已經(jīng)磁選出來的磁性料進(jìn)行提純，以得到高品位的渣鋼，而不適合直接用來細(xì)碎鋼渣。

央企礦冶科技集團(tuán)有限公司與俄羅斯合資成立的北京凱特破碎機(jī)有限公司引進(jìn)俄羅斯先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)出在破碎領(lǐng)域具有革命性突破的高效節(jié)能細(xì)碎設(shè)備——慣性圓錐破碎機(jī)，在過鐵和產(chǎn)品粒度方面與傳統(tǒng)破碎設(shè)備相比具有明顯的優(yōu)勢，特別適合于鋼渣的細(xì)碎。

2  慣性圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1  慣性圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)

慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1  慣性圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

1-定錐  2-動錐  3-機(jī)殼  4-激振器  5-減震器  6-底架

慣性圓錐破碎機(jī)主機(jī)座落在底架上的橡膠減震器上，破碎機(jī)構(gòu)由定錐和動錐組成，錐體上均附有耐磨襯板，襯板之間的空間形成破碎腔。動錐軸插入軸套中，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過傳動機(jī)構(gòu)傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力，迫使動錐繞球面瓦的球心做旋擺運(yùn)動。在一個垂直平面內(nèi)，動錐靠近定錐時，物料受到?jīng)_擊和擠壓被破碎，動錐離開定錐時，破碎產(chǎn)品因自重由排料口排出。動錐與傳動機(jī)構(gòu)之間是柔性聯(lián)結(jié)。

2.2  慣性圓錐破碎機(jī)特點(diǎn)

普通圓錐破碎機(jī)動錐的運(yùn)動軌跡是固定的，產(chǎn)品粒度的大小由緊邊排礦口尺寸決定。

慣性圓錐破碎機(jī)工作時，激振器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力推動動錐做旋擺運(yùn)動，動錐的運(yùn)動軌跡不是固定的。破碎腔內(nèi)無物料時，動錐在慣性力作用下可以碰到定錐，因此慣性圓錐破碎機(jī)不管實(shí)際排礦口尺寸為多大，緊邊排礦口尺寸都可以視為是無限??；破碎腔內(nèi)有物料時，動錐在慣性力作用下將盡量的沖擊和擠壓破碎物料。這是慣性圓錐破碎機(jī)產(chǎn)品粒度細(xì)的原因之一。

慣性圓錐破碎機(jī)動錐的旋擺頻率遠(yuǎn)大于普通圓錐破碎機(jī)動錐的擺動頻率，物料從進(jìn)入破碎腔到被排出這個過程中被破碎達(dá)上百次，遠(yuǎn)大于物料在普通圓錐破碎機(jī)破碎腔中被破碎的次數(shù)。另外，與普通圓錐破碎機(jī)相比，慣性圓錐破碎機(jī)的動錐運(yùn)動軌跡可變，動錐沿物料層每滾動一周都伴隨有100多次的振動，由附加的這種強(qiáng)烈脈動沖擊加強(qiáng)了破碎效果。

慣性圓錐破碎機(jī)工作時破碎腔是擠滿給料，在由慣性力引起的強(qiáng)烈脈動沖擊作用下，物料層被充分地壓實(shí)，承受全方位的剪切、擠壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力，物料顆粒之間相互作用，從而實(shí)現(xiàn)了“料層粉碎”。

與單顆粒破碎相比，“料層粉碎”有三大好處：①因?yàn)槠扑榍皇菙D滿給料，破碎腔內(nèi)的物料承受全方位的破碎作用，所以能充分利用破碎能量，提高破碎效率，單位破碎比功耗僅為普通設(shè)備的一半左右；②物料的破碎不僅發(fā)生在物料顆粒和襯板之間，同時主要發(fā)生在物料顆粒之間，破碎腔內(nèi)的物料承受全方位的破碎作用，因此破碎得更細(xì)；③因?yàn)槲锪系钠扑橹饕l(fā)生在物料顆粒之間，從而減少了襯板的磨損，延長了襯板的使用壽命。

基于以上原因，慣性圓錐破碎機(jī)產(chǎn)品最大粒度只有排礦口尺寸的1/5～1/6左右，即使在排礦口為60mm的情況下，也能將物料破碎至10mm以下，開路破碎的產(chǎn)品粒度為毫米級。

普通圓錐破碎機(jī)由齒輪帶動偏心軸套和動錐一起轉(zhuǎn)動，動錐的運(yùn)動軌跡是固定的，如果物料中混入了不可破碎物體，因?yàn)閯渝F運(yùn)動軌跡不能改變，就會出現(xiàn)動錐和不可破碎物體硬碰硬、動錐硬憋過去的情況，導(dǎo)致破碎機(jī)零部件的損壞。

慣性圓錐破碎機(jī)的排礦口比普通圓錐破碎機(jī)大，如GYP-1200排礦口可達(dá)50～60mm，而給料粒度小于80mm，稍微經(jīng)過破碎就會小于排礦口尺寸，因此基本上不會出現(xiàn)“卡鋼”的情況，一般鋼渣中的渣鋼、一般的鋼塊如螺栓等硬物進(jìn)入破碎腔都會被軋扁排出。

如果物料中混入了不可破碎物體如鏟齒，由于動錐與傳動機(jī)構(gòu)之間無剛性聯(lián)接，動錐被卡住不動，激振器繞動錐軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，絕對不會破壞傳動機(jī)構(gòu)和主機(jī)。因?yàn)閯渝F被卡住不動，破碎機(jī)的電流、震動和聲音都減小，也不再排料。此時只要停機(jī)，從破碎機(jī)上的觀察孔中找到此物體，用氣割割掉即可繼續(xù)開機(jī)運(yùn)行，因?yàn)閼T性圓錐破碎機(jī)是帶負(fù)荷啟動，不需要清空破碎腔。

為了防止動錐和定錐碰撞，慣性圓錐破碎機(jī)要求帶料啟動，啟動力矩較大，因此啟動電流較大。為了保證破碎機(jī)安全平穩(wěn)的啟動，選用了較大功率的電機(jī)。破碎機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的工作電流只有額定電流的60%左右，因此破碎機(jī)實(shí)際消耗功率只有電機(jī)額定功率的60%左右。

慣性圓錐破碎機(jī)可破碎任何硬度下的脆性物料，甚至可破碎硬質(zhì)合金刀頭。

鋼渣抗壓強(qiáng)度為169～306MPa，莫氏硬度為6～8，很容易破碎。破碎時鋼渣中渣鋼被軋扁，尾渣被破碎到10mm以下，鋼渣中的“鋼”和“渣”基本解離。

慣性圓錐破碎機(jī)擠滿給料，無需給料機(jī)，產(chǎn)品粒度細(xì)，無需振動篩構(gòu)成閉路，能簡化碎磨流程，減少輔助設(shè)備臺數(shù)，大大節(jié)省設(shè)備和基建投資。

慣性圓錐破碎機(jī)的襯板是用螺栓固定，不需要灌鉛或樹脂，更換方便省時，維護(hù)簡單。

工作時慣性圓錐破碎機(jī)的破碎腔是封閉的，只有排料口處會產(chǎn)生大的粉塵，只要在排料口處做好除塵，就能保證環(huán)境清潔，完全滿足國家環(huán)保要求。

慣性圓錐破碎機(jī)的主機(jī)坐落在減震橡膠彈簧上，工作基礎(chǔ)振動小，噪音小。

2.3慣性圓錐破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用于鋼渣破碎的慣性圓錐破碎機(jī)主要有五種規(guī)格，其技術(shù)參數(shù)見表1。

表1  慣性圓錐破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)

3  高效鋼渣破碎工藝流程

相對于傳統(tǒng)的鋼渣破碎工藝流程，采用慣性圓錐破碎機(jī)的新鋼渣破碎工藝流程十分高效、簡潔，如圖2所示。

圖2  高效鋼渣破碎工藝流程

1-顎式破碎機(jī)  2-磁滾筒Ⅰ  3-振動篩  4-慣性圓錐破碎機(jī)  5-磁滾筒Ⅱ  

鋼渣經(jīng)顎式破碎機(jī)初碎后，通過磁滾筒Ⅰ選出磁性鋼塊，初碎產(chǎn)品由振動篩分級，篩上產(chǎn)品進(jìn)入慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎，篩下產(chǎn)品和慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎產(chǎn)品合并進(jìn)行磁選和分級。

磁選可根據(jù)產(chǎn)品的要求選擇一段磁選或兩段磁選甚至是多段磁選，磁選的鋼和分離出的尾渣可根據(jù)需要篩分分級，以滿足不同應(yīng)用的要求。

與傳統(tǒng)鋼渣破碎工藝流程相比，新高效鋼渣破碎工藝流程具有如下特點(diǎn)：

⑴流程配置簡單：開路細(xì)碎，流程簡潔，輔助設(shè)備少，基建投資低。

⑵技術(shù)性能優(yōu)異：產(chǎn)品粒度為-10mm，“鋼”和“渣”能充分解離。

⑶系統(tǒng)穩(wěn)定性高：破碎機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)之間是柔性聯(lián)結(jié)，過鐵不會損壞機(jī)器，生產(chǎn)效率高。

⑷運(yùn)營成本低：能實(shí)現(xiàn)24小時連續(xù)工作，單位破碎比功耗低，襯板使用壽命長，有效處理量大，運(yùn)營成本僅為使用其他設(shè)備的一半左右。經(jīng)過多家鋼渣處理企業(yè)的比較，每處理1噸鋼渣，慣性圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)線的生產(chǎn)成本要比棒磨機(jī)生產(chǎn)線節(jié)約10～20元。

⑸尾渣利用好：尾渣粒度細(xì)，尾渣中磁性鐵的含量只有1%左右，便于磨礦，附加值高。

4  應(yīng)用情況

慣性圓錐破碎機(jī)已廣泛應(yīng)用于鋼渣細(xì)碎，傳統(tǒng)的鋼渣細(xì)碎設(shè)備如液壓圓錐破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)已基本上被淘汰。目前大型國有企業(yè)如寶武集團(tuán)、首鋼、龍門鋼鐵、湘潭鋼鐵、漢中鋼鐵，大型民企如山西晉鋼、浙江元立，還有更多的中小型企業(yè)都在使用慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣，已有上百條鋼渣處理生產(chǎn)線使用慣性圓錐破碎機(jī)，年細(xì)碎鋼渣超過2000萬t。

4.1   GYP-600和GYP-1200細(xì)碎鋼渣情況

河北某鋼鐵集團(tuán)的鋼渣都由其附屬企業(yè)處理。鋼渣原料粒度為-200mm，要求尾渣中磁性鐵含量＜2%，-8mm尾渣作為燒結(jié)混合料，在燒結(jié)混合料中配3%～4%的鋼渣尾渣；+8mm尾渣用作建材，磁性料直接回轉(zhuǎn)爐，所有鋼渣百分之百得到利用。

該鋼鐵集團(tuán)附企鋼渣廠于2011年3月購買了兩臺GYP-600慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣，新鋼渣破碎磁選生產(chǎn)線開路破碎產(chǎn)品粒度近90%在5mm以下，磁性鐵回收率在98%以上，回收的磁性料品位也得以提高，生產(chǎn)效率高，成本費(fèi)用大大降低，使用效果良好，經(jīng)濟(jì)效益突出。該廠鋼渣破碎工藝流程取樣篩分結(jié)果見表2，兩條鋼渣生產(chǎn)線產(chǎn)量為35～40t·h^-1，一天產(chǎn)量為800～1000 t。

表2  GYP-600慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣取樣篩分結(jié)果

圖3為鋼渣原料、顎式破碎機(jī)產(chǎn)品和慣性圓錐破碎機(jī)產(chǎn)品粒度對比圖，其中標(biāo)注的小圓圈中為慣性圓錐破碎機(jī)軋扁的小鋼塊。

圖3  原料和產(chǎn)品粒度對比

    因?yàn)閼T性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣效果很好，為了擴(kuò)大產(chǎn)量，附企鋼渣廠于2011年7月又購買了一臺GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)，該機(jī)生產(chǎn)取樣篩分結(jié)果見表3。

表3  GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣取樣篩分結(jié)果

經(jīng)實(shí)測，GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)把鋼渣從-80mm破碎到-8mm單位功耗為1.2～1.3kW·h·t^-1，遠(yuǎn)低于其它鋼渣破碎設(shè)備。GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)產(chǎn)量為69～108 t·h^-1，破碎產(chǎn)品粒度十分理想，充分滿足了該鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的需要。

圖4為GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)軋扁的渣鋼塊，大約半個巴掌大，厚約25 mm。

圖4  GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)軋扁的渣鋼塊

附企鋼渣廠的3條鋼渣破碎磁選生產(chǎn)線都是由民企承包，每處理1噸鋼渣附企支付加工費(fèi)28元。

承包該廠運(yùn)營的張總介紹：使用GYP-600慣性圓錐破碎機(jī)時，整條破碎磁選生產(chǎn)線每處理1噸鋼渣的全部成本，包括人工、水電、備品備件、鏟車（鏟車是雇傭的，每裝卸1噸3元）等合計為15元；后來使用GYP-1200慣性圓錐破碎機(jī)時，整條生產(chǎn)線的噸處理成本只有10元，每處理1噸鋼渣凈利潤為18元。

4.2 GYP-900細(xì)碎鋼渣情況

山東某鋼鐵集團(tuán)采用一臺GYP-900慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣，在不同排料間隙下，測試GYP-900慣性圓錐破碎機(jī)的破碎產(chǎn)品，兩次取樣，篩分結(jié)果見表4，產(chǎn)量為38～42t·h^-1。

表4  GYP-900慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣取樣篩分結(jié)果

4.3   GYP-1500細(xì)碎鋼渣情況

陜西某鋼鐵集團(tuán)采用一臺GYP-1500慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣，在排料間隙為65 mm時，產(chǎn)量為250t·h^-1左右，取樣篩分結(jié)果見表5。

表5  GYP-1500慣性圓錐破碎機(jī)細(xì)碎鋼渣取樣篩分結(jié)果

    因?yàn)镚YP-1500慣性圓錐破碎機(jī)產(chǎn)量大，只用了1年時間，不但鋼廠每天新產(chǎn)生的鋼渣處理完了，連堆放多年的鋼渣山都清空了。

4  結(jié)語

慣性圓錐破碎機(jī)的研制應(yīng)用已榮獲國家省部級科技進(jìn)步一等獎2項(xiàng)、二等獎7項(xiàng)，國家專利46項(xiàng)。

慣性圓錐破碎機(jī)具有兩大特點(diǎn)：1、破碎機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)之間是柔性聯(lián)結(jié)，過鐵時不會損壞設(shè)備；2、可將鋼渣開路破碎（不用過篩）至10毫米以下，將“鋼”和“渣”充分解離,極大提高了鋼渣中鐵的回收率。因此慣性圓錐破碎機(jī)特別適合于細(xì)碎鋼渣, 已成為鋼渣細(xì)碎首選設(shè)備。采用慣性圓錐破碎機(jī)的新鋼渣破碎工藝流程簡潔高效，技術(shù)性能優(yōu)異，運(yùn)營成本低，實(shí)現(xiàn)了鋼渣破碎領(lǐng)域的節(jié)能降耗。推廣應(yīng)用后，將推動鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高企業(yè)的競爭力，為實(shí)現(xiàn)鋼渣的“零排放”、促進(jìn)二次資源高效利用和保護(hù)環(huán)境作出重大貢獻(xiàn)，為企業(yè)取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。