立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝與研究1

1、 立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝與研究 摘要： 根據(jù)立軸式破碎機(jī)的工作原理，生產(chǎn)測(cè)試資料分析影響立軸式破碎機(jī)制砂效果的各種因素。并經(jīng)常速、高速立軸式破碎機(jī)聯(lián)合制砂的生產(chǎn)工藝試驗(yàn)的可行性，提出新的生產(chǎn)工藝及機(jī)型參數(shù)選擇要點(diǎn)。關(guān)鍵詞： 立軸式；沖擊破碎機(jī)；制砂工藝采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂，國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)九十年代中期以來(lái)就在大型水電工程中開始使用，其生產(chǎn)工藝有干法、濕法、半干法等。無(wú)論采用何種生產(chǎn)工藝應(yīng)用到生產(chǎn)中，都存在有：生產(chǎn)的砂細(xì)度模數(shù)偏大、中徑粒徑偏少等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量，各種混凝土要求適應(yīng)性差等。因此，對(duì)立軸式?jīng)_擊破碎生產(chǎn)工藝需進(jìn)一步研究，提高產(chǎn)品質(zhì)量。1.傳統(tǒng)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)生產(chǎn)工藝目前國(guó)內(nèi)

2、大多數(shù)工程均采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)作為制砂的主要生產(chǎn)設(shè)備，破碎腔形式無(wú)論是“石打石”還是“石打鐵”，其生產(chǎn)工藝均采用“進(jìn)料-破碎-篩分-返回（或進(jìn)倉(cāng)）”，流程簡(jiǎn)圖見圖1。此生產(chǎn)工藝有如下特點(diǎn)：（1）工藝流程簡(jiǎn)單，單位能量消耗低。（2）52.5mm的石料反復(fù)循環(huán)破碎，破碎效果差，能量損耗略偏大。（3）成品砂中2.51.25mm、1.250.63mm粒徑的石料偏少。（4）成品砂的粒度模數(shù)控制難（人為因素控制）。（5）成品砂率偏低。2. 立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂工藝為了解決立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂中，中徑含量偏少以及提高產(chǎn)量等問(wèn)題，采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂工藝。其工藝流程簡(jiǎn)圖見圖2。石

3、料經(jīng)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入篩分機(jī)分級(jí)。5mm的石料全部返回轉(zhuǎn)料倉(cāng)，52.5mm的石料進(jìn)入棒磨機(jī)破碎、經(jīng)螺旋分級(jí)機(jī)后與2.5mm的石料混合進(jìn)入成品倉(cāng)。此工藝有如下特點(diǎn)：（1）集中了立軸式破碎機(jī)、棒磨機(jī)制砂的優(yōu)點(diǎn)，克服了立軸式破碎機(jī)及棒磨機(jī)制砂的缺點(diǎn)。如：中徑含量問(wèn)題、石粉過(guò)多流失問(wèn)題等。（2）流程中仍然保留了棒磨機(jī)及其不足之處。（3）工藝流程復(fù)雜、設(shè)備品種多。3.新型立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝研究3.1立軸式破碎機(jī)工作原理第一階段：物料在重力作用下經(jīng)過(guò)入料斗形成垂直向下的物料流，通過(guò)落料環(huán)進(jìn)入轉(zhuǎn)子中心錐帽頂部并順勢(shì)被均勻分配成多股（35股）水平料流，在轉(zhuǎn)子加速通道中由于轉(zhuǎn)子自旋轉(zhuǎn)料波的強(qiáng)力沖

4、擊，在通道中首先產(chǎn)生強(qiáng)力擠壓和研磨破碎，并在加速通道終端遭受拋料頭旋轉(zhuǎn)撞擊破碎。第二階段：水平料流在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子所施離心力作用下，由加速通道被快速加速激射并同時(shí)獲得巨大動(dòng)能，此高速料流在渦動(dòng)破碎腔與物料墊層（石打石機(jī)型）或鐵砧（石打鐵機(jī)型）撞擊，產(chǎn)生激烈動(dòng)能與破碎能間的能量充分轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生碰撞破碎。動(dòng)能轉(zhuǎn)化為破碎能的物料會(huì)被高速轉(zhuǎn)子提供的源源不斷的水平料流追擊產(chǎn)生連續(xù)破碎，切向拋射也會(huì)產(chǎn)生高速擠壓、研磨破碎。第三階段：水平撞擊后的物料，由于巨大的料流動(dòng)能無(wú)法完全釋放，將會(huì)反向?yàn)R射，如果濺射進(jìn)入轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)區(qū)域會(huì)再次遭遇構(gòu)造精妙的轉(zhuǎn)子反擊形成反擊破碎。第四階段：高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與渦動(dòng)破碎腔桶壁之間形成

5、一密集高速渦流粒子云，物料相互追擊，建立起連續(xù)高能量碰撞、擠壓、研磨，形成連續(xù)高能量碰撞的鏈?zhǔn)綇?fù)合反應(yīng)過(guò)程。實(shí)際破碎過(guò)程大致可視為以上四個(gè)階段的鏈?zhǔn)綇?fù)合作用過(guò)程。在破碎過(guò)程中耗盡動(dòng)能的物料，會(huì)在自身重力作用下彈入機(jī)架精心構(gòu)筑的設(shè)計(jì)空間里，順勢(shì)滑落進(jìn)入卸料流排出機(jī)架外。在整個(gè)破碎過(guò)程中，石打石機(jī)型的物料流之間自行沖擊、研磨、擠壓破碎，不與渦動(dòng)破碎腔的金屬構(gòu)件發(fā)生直接碰撞，而是與物料墊層發(fā)生沖擊、研磨、破碎，這就減少了鐵污染和“卡鋼”現(xiàn)象；而且物料相互撞擊、互相整形，因此無(wú)片狀、針狀，粒形呈良好的立方體形，能獲得最優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂。而石打鐵機(jī)型由于沖擊破碎更為徹底，高速動(dòng)能轉(zhuǎn)換為破碎能更為充分，制砂的

6、效果更加顯著。3.2立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)特點(diǎn)立式?jīng)_擊破碎機(jī)是低成本生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)砂的設(shè)備，其特點(diǎn)有：（1）破碎能力強(qiáng)、能耗少，產(chǎn)品顆粒好、產(chǎn)量大；（2）轉(zhuǎn)子及破碎腔內(nèi)的物料墊層使得磨損件磨損少，運(yùn)作成本低廉。（3）可破中硬、特硬物料（例如花崗巖、燒結(jié)鋁釩土、剛玉等）；（4）構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。3.3破碎物料的粒度與破碎機(jī)轉(zhuǎn)子速度的影響物料有其固有的晶粒凝聚力，要使物料破碎必需獲取一定的能量并轉(zhuǎn)化為破碎能，且這轉(zhuǎn)化破碎能必須大于或等于其破壞物料晶粒凝聚力的能量。從立軸式破碎機(jī)工作原理可知，物料所獲得的能量為動(dòng)能，即：ev=1/2mv2。（1）當(dāng)物料粒徑大小已確定時(shí)（質(zhì)量m一定），隨著速度v的增高，動(dòng)能ev

7、增加很大。（2）當(dāng)速度v衡定時(shí)，物料質(zhì)量m增大，動(dòng)能ev增加；反之亦然。經(jīng)試驗(yàn)分析，立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎石料的粒徑與速度關(guān)系。（1）在達(dá)到相同破碎效果的前提下，破碎物料的粒徑大，破碎機(jī)轉(zhuǎn)子線速度低；（2）當(dāng)破碎物料的粒徑為202.5mm時(shí)，破碎機(jī)轉(zhuǎn)子線速度為7090m/s。3.4破碎物料的物理特性與破碎機(jī)轉(zhuǎn)子速度的關(guān)系破碎物料（石料）的物理特性：物料的破碎強(qiáng)度，楊氏模量e，物料密度，物料的質(zhì)量m，物料的臨界破碎能e臨等與破碎速度v產(chǎn)生的碰撞能量e碰經(jīng)理論推導(dǎo)存在有如下關(guān)系： 即： 于是有：即：物料的臨界破碎速度v與物料的破碎強(qiáng)度成正比，與楊氏模量e，物料密度的平方根成反比。當(dāng)破碎物料（石料）確

8、定后，設(shè)物料臨界破碎能為常數(shù)k，物料的破碎速度為v破，則有： 即：由此可見：物料的破碎強(qiáng)度，楊氏模量e，物料密度等增大時(shí)，需要的破碎速度均增加；物料的質(zhì)量m較小時(shí)，需要的破碎速度增加。3.5新型立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝根據(jù)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)工作原理及破碎物料的粒徑與速度關(guān)系，制定兩種速度組合的立軸式破碎機(jī)制砂工藝流程、通過(guò)試驗(yàn)確定其參數(shù)，用以指導(dǎo)生產(chǎn)。兩種速度組合的立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂工藝流程見圖3。石料由轉(zhuǎn)料倉(cāng)經(jīng)給料機(jī)、膠帶機(jī)送入常速度（v=5070m/s）的立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)破碎，破碎后進(jìn)入篩分機(jī)分級(jí)。5mm的石料返回轉(zhuǎn)料倉(cāng)；52.5mm的石料送入高速度（v75m/s）的立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)再破碎

9、，經(jīng)再破碎的石料與2.5mm的石料混合后進(jìn)入成品倉(cāng)。此生產(chǎn)工藝適用于干法、半干法生產(chǎn)，對(duì)于濕法生產(chǎn)需進(jìn)一步研究。3.6兩種速度立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂試驗(yàn)試驗(yàn)條件：（1）巖石類型：中等抗壓強(qiáng)度的灰?guī)r。（2）轉(zhuǎn)料倉(cāng)石料粒徑405mm。（3）常速立軸式破碎機(jī)的理論速度v=65m/s。（4）高速立軸式破碎機(jī)的理論速度v=85m/s。試驗(yàn)結(jié)果見如下。（1）砂的粒度模數(shù)，由fm=3.54降為fm=2.77，達(dá)到要求。（2）砂中的石粉0.16mm含量，由12.88%上升到17.56%。（3）中粒徑石料含量：2.51.25mm由12.83%上升到27.0%；1.250.63mm由14.59%上升到26.12%。

10、（4）作為民用建筑用砂，機(jī)制棄除多余石粉，使其石粉(0.08mm)含量控制在5%以內(nèi)時(shí)，則成品砂的粒度模數(shù)為fm=3.0。4.影響立式破碎機(jī)制砂效果的因素4.1破碎物料含水量的影響破碎物料含水量在一定范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)除塵效果起到重要作用。但含水量較高時(shí)會(huì)降低產(chǎn)砂量。經(jīng)測(cè)試分析：（1）當(dāng)物料含水量控制在2%時(shí)，揚(yáng)塵污染嚴(yán)重，必須采取除塵設(shè)施。（2）當(dāng)物料含水量控制在5%時(shí)，產(chǎn)砂率明顯降低。且隨著含水量的增加，產(chǎn)量急劇降低。當(dāng)含水率達(dá)到911%時(shí)，幾乎產(chǎn)砂率為0。含水率的增加，產(chǎn)砂率的降低，究其原因主要是：在破碎腔內(nèi)鐵砧（或料墊層）表面產(chǎn)生一層石粉墊，物料與鐵砧（或料墊）發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生“地毯”效應(yīng)，從

11、而降低破碎效果。（3）當(dāng)物料含水量控制在25%時(shí)，物料的破碎效果最佳。（4）當(dāng)物料含水量11%時(shí)，宜采用濕法生產(chǎn)，但產(chǎn)砂量比半干法低。4.2給料量對(duì)砂產(chǎn)量的影響當(dāng)給料量較小時(shí)，產(chǎn)砂量隨給料量的增加而增加；產(chǎn)砂率有所降低。當(dāng)給料量達(dá)到一定量時(shí)，產(chǎn)砂量達(dá)到最大值。如pl8500型機(jī)最佳給料值為7090t/h（物料：灰?guī)r，“石打鐵”破碎腔）。當(dāng)給料量超過(guò)一定值后，產(chǎn)砂量增加不多，相反產(chǎn)砂率降低較多。如pl8500型機(jī)的給料量超過(guò)110t/h時(shí)，產(chǎn)砂量增加很?。ㄎ锪希夯?guī)r，“石打鐵”破碎腔）。其原因是：破碎腔內(nèi)的石料流較大，轉(zhuǎn)子拋出的石料大部分打在石料流上而不是打在鐵砧上。4.3砂的石粉含量及粒度模數(shù)

12、的影響（1）在相同的物料粒徑、含水率及破碎機(jī)轉(zhuǎn)子速度（即線速度）相同的情況下，給料量（通過(guò)量）增加，成品砂中的石粉含量降低、砂的粒度模數(shù)增大。當(dāng)給料量達(dá)到一定值后基本穩(wěn)定。（2）當(dāng)物料的含水率、給料量穩(wěn)定，破碎機(jī)轉(zhuǎn)子速度（即線速度）相同的情況下，物料粒徑（60mm）增大，其石粉含量增加、粒度模數(shù)降低。（3）在相同的物料粒徑、含水率、給料量下，隨著破碎機(jī)轉(zhuǎn)子速度（即線速度）上升，砂中石粉含量增加、粒度模數(shù)降低。5.兩種速度立軸式破碎機(jī)制砂要點(diǎn)經(jīng)試驗(yàn)分析，采用常速與高速立軸式破碎機(jī)聯(lián)合制砂，可提高成品砂產(chǎn)量與質(zhì)量?？梢詫?shí)現(xiàn)“以破代磨”工藝，使完全拋棄棒磨機(jī)制砂成為現(xiàn)實(shí)。（1）常速立軸式破碎機(jī)的破碎腔體可以為“石打鐵”型，亦可以為“石打石”型。兩者沒(méi)有質(zhì)的變化，只有