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層壓破碎和中卸式柱磨機

2011-04-14來源：江蘇省徐州萬和機械制造有限公司

1 前言

眾所周知，磨礦的效率遠低于破碎的效率，而磨礦的單位能耗又遠高于破碎的單位能耗。在實際生產中磨礦的成本是破碎成本的數倍之多，因此降低礦物加工作業的費用，降低能耗與鋼耗，首先要降低磨礦費用。降低磨礦費用的途徑可通過降低磨礦的給料粒度，即降低破碎產品最終粒度的辦法來實現。從而使總的粉碎（包括碎礦和磨礦）費用大幅度下降，最終實現“多破少磨”，提高選礦效益。“多破少磨”主要指降低入磨粒度，可節約粉碎工藝的綜合能耗。

破碎和粉磨粒度與單位產品的能耗在圖1中曲線表示。曲線1為破碎機單位產品電耗，它隨排料粒度減小而增加；曲線2表示為磨礦單位電耗，它隨喂料粒度減小而降低；而曲線3表示為綜合電耗近似于拋物線。由此可見，在一定的工況條件下，一定有最佳的入磨粒度，此時綜合能耗最低。

圖1 破碎和粉磨粒度與單位產品能耗關系

在相當長時期，各行業都把入磨粒度界定在25mm，即破碎機排料小于或等于25mm進入磨機。這是鑒于當時的破碎機技術而言。在沒有引入新的技術、新的材料等情況下，如果刻意地把入磨粒度降為最小，如10mm，特別對難破碎物料，將會造成破碎機增加的能耗大于磨機的節能而得不償失。自從層壓破碎理論在破碎機械上運用之后，入磨粒度的界定值變小成為現實，據國外文獻報道，按目前破碎機械可以達到的先進水平，入磨粒度可以控制在6～8mm之間，如若再進一步降低入磨粒度就有一定難度或要在設備設計理念上有所創新。

2 層壓破碎

2.1層壓破碎試驗

層壓破碎的試驗方式示意見圖2所示，從試驗中可以得出單顆粒靜壓試驗和集合體料層靜壓試驗的載荷--位移曲線，見圖3。當高度為25mm的砂巖單顆粒靜壓試驗時，極限載荷約2t，位移約5mm，受壓顆粒沿施載方向龜裂而壓碎。

當顆粒在5～20mm的砂巖約300g中，在試驗裝置中形成50mm高的料層。試驗時，開始載荷緩緩上升，位移增加到一定值后，曲線變陡，極限載荷達9.6t，位移接近20mm。

在對數表上，以不同篩分的顆粒粒度重量

百分比為縱坐標，單位產品的輸入功為橫

坐標，得出粒度--功耗曲線如圖4所示，

單位功耗與細顆粒的產品的重量百分比率

在對數表上呈正比的線性關系。這種現象

表明，一旦輸入功和位移足夠大，在單位

功耗相當的條件下，層壓破碎時可以得到單位功耗/（kw.h.t^-1）

比單顆粒破碎更多的細顆粒產品。 圖4 粒度-功耗曲線

1—1×2.4t；2—2×2.4t；3—1×4.8t；4—1×7.2t；

5—1×9.6t；6—2×4.8t；7—2×9.6t

層壓破碎不僅可以得到更多的細顆粒產品，而且在層壓過程中，扁平、細長的針片狀顆粒易被折斷，故產品的立方體形將比單顆粒破碎更好。按照損傷破碎機理的分析，沒有完全破碎的顆粒，在相當大的輸入載荷擠壓下，其內部將生成不少微小裂紋，即受到損傷或稱為壓酥。這種層壓破碎的產品，對顆粒狀使用的場合，例如作混凝土的骨料是不利的；而對后續進入磨機制粉的場合，例如水泥廠、選礦廠是十分有利的，帶有眾多微小裂紋的細顆粒容易被粉磨。

2.2 運用層壓破碎設計中卸式柱磨機

要實現多碎少磨的目標，選用生產效能高和細碎性好的高效細碎機是關鍵所在。在生產實踐中那些傳統的壓縮式細碎機如顎破機和傳統圓錐破碎機其生產效率和細碎性能已達不到現代選廠的要求。而傳統沖擊式破碎機如錘破機和反擊破碎機，由于工作部件的磨損率為壓縮式細碎機的10倍，而能量利用率僅是壓縮式細碎機的一半，所以對大量中硬以上物料的破碎一般不會被采用。

為滿足現代選廠對優秀細碎機的需求，國內外的破碎機研發單位也為此投入大量人力物力進行了卓有成效的工作。希望開發出工作效能更高、細碎性能更好的高產細碎機械。在選擇開發方向時，被所有專家達成共識的有兩點，第一是采用連續漸進破碎，使機器達到最高的工作效率。第二是運用層壓破碎原理，充分發揮層壓破碎和次生破碎作用獲得極高的破碎效率和極好的細碎效果。

眾所周知，固體物料受到外界壓力時產生壓力變形，形成內部應力集中，當應力達到顆粒在某最弱的破壞力極限時，顆粒就會在最弱處首先發生破裂和粉碎。

層壓理論的基本觀點是物料在每個移動循環中相對鄰顆粒相對改變其方向，結果相互作用力和矢量也不斷改變。由此達到被粉碎物料的負載改變方向的目的，同時造成強制性自磨的條件，結果結構缺陷少的最堅硬的顆粒可破碎相鄰那些粒子間鍵力弱的顆粒。在等硬度顆粒中剪切與位錯滑動力相重合的顆粒被破碎。

在破碎機的生產實踐中，層壓破碎的概念是巖石顆粒的破碎不僅發生在顆粒與襯板之間；同時也大量發生在顆粒與顆粒之間。其特征是在破碎腔的有效破碎段形成高密度的多個顆粒層，將充分的破碎功作用于巖石顆粒群，充分發揮層壓破碎和次生破碎作用獲得極高的破碎率。（次生破碎是利用巖石破碎過程中所產生的強大碎片飛濺動能對相鄰巖石進行再破碎）這時即便是比較大的排口間隙也能大量生產細粒產品。因此，顯現出驚人的高產量和細產品。除此之外，那些強度低的針、片狀巖石被首先破碎，故能生產出篩分率高和優粒形產品。由徐州萬和機械制造有限公司研制的專利產品中卸式柱磨機正是按著上述原理進行設計，為此該機具有優化的破碎結構形式，配以最佳的機械狀態參數，真正做到使高能化層壓破碎完全實現，并表現出與眾不同的優越性。

3 中卸式柱磨機的結構原理、特點與性能

3.1 中卸式柱磨機的結構、原理

中卸式柱磨機屬于雙回轉體設備，內、外回轉體分別通過電機經減速機驅動以不同速度旋轉。內回轉體是數個中速回轉的輥輪組，外回轉體是一個以超臨界轉速回轉的鑲有特殊結構襯板的筒體。物料由機體兩個側面進料，中間卸料，筒體旋轉，磨輥組隨主

公轉本身又自轉（圖5、圖6），采用低速、低壓的方式對料層實施反復滾壓及搓揉粉碎。通過調整內回轉體的施壓裝置，可調整輥輪對料層施加的壓力大小，以便滿足不同工況要求（輥輪的壓力是內回轉體的施壓裝置施加的壓力和內回轉體旋轉產生的輥輪離心力的疊加合力）。通過調整內回轉體上的調整裝置可以調整輥輪與襯板之間的間隙大小，并與擋料環配合最終控制料層厚度。通過內、外直接回轉的動力元件對料層實施反復碾壓，實現物料的細粉碎作業。

5中卸式柱磨機結構簡圖圖6中卸式柱磨機原理簡圖

3.2 中卸式柱磨機的特點

3.2.1工作效率高。

中卸式柱磨機為雙回轉體結構形式，筒體旋轉，輥輪組隨主軸旋轉，均為主動旋轉體。從能量傳遞角度，電動機經減速機直接將能量傳遞到筒體和輥輪組上，其能量利用率高。同時進入中卸式柱磨機的物料在筒體超臨界轉速作用下迅速貼壁，緊貼筒體的物料在筒體360⁰范圍內受到連續漸進的推動中形成合理的料層分布并隨筒體旋轉，不斷地受到數個均布輥輪不受工作區域局限的反復碾壓揉搓粉碎，其運動軌跡是規則有序的，在均布料層上實施多次粉碎其效率也是高效的。

3.2.2 細碎性能好。

中卸式柱磨機是層壓粉碎機械，反復碾壓粉碎是其重要特點，而且多層顆粒之間的相互作用，使針、片狀顆粒大大減少，其獲得的高破碎率使細粒產品增多。又由于該機筒體和破碎輥不斷回轉，使已被破碎的物料在向排料口下落的過程中要經過更多次的碾壓粉

碎，從而使排料粒度大大變小。最后一個因素是高能化帶來的細產品，其原理是“當給料

塊度一定，產品越細，所消耗的能量越多，即產品細粒級含量百分數與輸入功率成正比。要獲得更多的細粒產品，則應給予更多的能量，而不一定是更小的排料口。”中卸式柱磨機是高能化的層壓破碎機，可以對物料施以充分的破碎功，所以能生產出更多的細產品。以上三個因素共同保證中卸式柱磨機是細碎性能極好的細碎機械。

礦物名稱		水泥熟料	紅柱石	鐵礦石	鋼渣
物料特性		易碎性差	硬度極高	易碎性差、韌性大	硬度高
出料粒度	≥10 mm	3.92%	4.23%	1.89%	1.40%
	5～10mm	11.76%	3.90%	7.55%	14.28%
	3～5mm	10.78%	4.10%	9.43%	11.43%
	1～3mm	22.55%	19.31%	20.75%	21.43%
	≤1mm	50.98%	68.66%	60.38%	51.43%

表1

從表1試驗數據中得出：中卸式柱磨機目前采用低壓、低速操作對進料粒度≤40mm的礦石實施反復碾壓方式比較容易地實現細碎作業（P₈₀≤1～3mm）,而且結構簡單，操作方便，節能降耗明顯。在一定條件下與其它設備配合可作細粉碎（20～400目），同時也可在適當工藝條件下可實現800～1250目的超細粉碎。

3.2.3 磨耗小。

一般粉碎設備所采取的粉碎措施是：要么高速，要么高壓，兩者必取其一或兩者兼顧。而中卸式柱磨機既未采取高速也未采取高壓，而是在這二者上選擇低速、低壓（其粉碎效果則是通過料層反復揉搓粉碎方式得以實現）。因為磨損與其回轉工作件運轉線速度平方成正比，線速度越快磨損就越大，線速度低磨損就小。從輥壓工作狀況看，輥面的磨損類型屬于典型的受應力作用下的磨料磨損。在不同壓力作用下，物料顆粒對輥面產生彈性和塑性變形不同，從而使輥面產生不同程度的循環壓應力和拉應力，磨損量隨壓力大小而增減。

中卸式柱磨機磨損小的另外一個重要原因是料層粉碎。輥輪與筒體襯板之間為非接觸，一方面輥輪與筒體襯板之間本身就有一定的間隙，而且間隙是可以調整的；另一方面

中卸式柱磨機幾何結構形式又容易形成較厚的料層（附表2），所以采用耐磨性能強的特殊

合金鋼，在技術措施上又弱化了對輥面磨損，故大幅度延長耐磨件使用壽命，讓低磨耗為

企業帶來低使用成本。

項目	立磨	輥壓磨	中卸式柱磨機
原理	非密閉空間內一次性料層間擠壓破碎	密閉空間內一次性料層間擠壓破碎	非密閉空間內多次性料層間擠壓破碎
磨床幾何形狀	柱面+平面	柱面+柱面	柱面+內環面
擠壓角/°	12	6	18
名義擠壓應力 F/MPa	0.5-0.7	5-10	1.5-3.0
輥面運動速度 /（m/s）	2-6 受離心力控制	1.5-2.0 受喂料特性控制	4-6 受離心力控制

表2

3.2.4 維護簡單。

中卸式柱磨機零部件采用螺栓連接，所以拆裝十分方便，反復拆裝也不會影響緊配度。該機轉速與壓力調整方式簡單、可靠，通過調速器可任意調整主軸（含輥輪）和筒體各自的轉速；打開觀察口即可調整壓力及間隙，方便簡捷；整機采用潤滑脂潤滑，所以維護簡單、使用成本低。

中卸式柱磨機超凡的技術性能可大幅度提高破碎作業的效率和質量，使選礦廠在多碎少磨的流程中體會到高效率的實惠，低磨耗和低能耗盡顯低成本生產帶來的好處。

3.3 中卸式柱磨機的性能指標

性能指標：

型號	進料粒度（mm）	電機功率（kw）	處理量（t/h）
型號	進料粒度（mm）	電機功率（kw）	20～400目	P₈₀≤1～3 mm
ZXM 1000	≤15	22～37	1～2	5～10
ZXM 1300	≤30	37～55	2～6	10～30
ZXM 1600	≤40	45～75	6～10	30～60
ZXM 2000	≤50	75～110	10～20	50～100
ZXM 2400	≤60	110～160	20～30	90～160
ZXM 2800	≤70	160～250	30～50	150～250
ZXM 3200	≤80	220～315	50～80	250～350

注：表中標定物為中等硬度脆性石灰石。

4 結論

中卸式柱磨機目前主要采用中速、中低壓對料層實施反復多次擠壓粉碎，實現物料的細碎作業（P₈₀≤1～3mm），同時在一定的條件下，針對中、低硬度物料（如非金屬礦石）在改變工藝等條件下也可實現（800～1250目）超細粉碎，具有結構簡單、操作方便、節能降耗等特點，具有廣泛的適用性。

同時中卸式柱磨機最明顯的特征是：①筒體以超臨界轉速方式旋轉，使物料環筒體360⁰范圍內得到合理分布；②筒體內襯板和受主軸驅動的輥輪組兩直接工作元件動力分別通過電機直接驅動，均為主動工作件，能量傳遞有效利用率高；③物料在筒體360⁰范圍內緊貼筒體旋轉運動，并受到輥輪組多次反復碾壓，不受工作區域局限，效率高；④擯棄了傳統粉碎機的高速或高壓粉碎方式所帶來機械損傷缺陷，采用低速、低壓方式減少易損件磨損等缺點（通過反復揉搓的料層粉碎彌補低速、低壓的不足，實現超細碎。）……。

中卸式柱磨機是21世紀初的高科技產品，它完美利用了層壓破碎理論使該機能充分發揮層壓破碎和次生破碎作用而獲得極高破碎率，并可根據用戶要求對產品粒形和破碎比提供多種選擇，是選礦廠、水泥廠、公路碎石及其它各種非金屬礦的理想破碎機，對破碎、粉磨領域帶來的節能降耗意義也是深遠的。

參考文獻：

（1）、戴少生、廖中同、黃有豐 1994 《粉碎工程及設備》

（2）、李本仁《金屬礦山》增刊 №.10.2003 《層壓破碎和AF圓錐破碎機》

（3）、孫成林、徐正一《金屬礦山》增刊 №.10.2003 《用層壓理論設計高效PC破碎機》

（4）、沈君麟、楊連國《中國粉體工業》 №.2.2007 《中卸式柱磨機與輥壓機、立磨、臥輥磨的工作原理及特點相比較》

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