惯性圆锥破碎机在粉体工程领域中应用前景 .docx

精品名师归纳总结惯性圆锥破裂机在粉体工程领域中的应用前景唐威（北京矿冶讨论总院，北京，100160 ）摘要：本文总结了现有的粉碎理论，从物料破裂机理动身，对“料层粉碎”进行了讨论，分析了破磨成本与入磨粒度的关系，简述了惯性圆锥破裂机的结构特点和工作原 理。该机不仅破裂比大，产品粒度细而匀称，粒型为立方体，调剂破裂机参数能使某粒级段的产率最大，而且破裂产品机械铁污染小，单位电耗低，能破裂任何硬度的脆性物料，非常适合于粉体生产的破裂工序。关键词 ：惯性圆锥破裂机。多碎少磨。粉体生产1 理论讨论1.1 粉碎理论国际粉碎领域存在三个闻名的粉碎理论，即面积说、体积说和裂缝说，由于历史条件和科研手段的限制，这些传统的破裂理论都是建立在动力学、平稳态、连续渐变过程和稳固过程基础上的，在此基础上开展了粉碎物理学和粉碎功耗的理论讨论。但实际上物料内缺陷的分布是随机的，粉碎过程是不连续、突变、不行逆、非线性、离散的开放系统，随着科学技术的进展，粉碎理论的讨论已向多领域和交叉学科方向扩展，数学、物理学、材料力学的讨论成果被应用于粉碎理论讨论中。1） 粉碎机械学。讨论机构设计、工作原理、机械结构、结构参数对破裂成效的影响。在理论讨论的基础上研制出新型破裂机。2） 粉碎物理学。从讨论被破裂物料在外力作用下破裂规律的基础上，开展讨论范围，讨论单颗粒破裂、料层粉碎、挑选性破裂及粉碎极限等。3） 粉碎功耗学。讨论粉碎过程的输入功与破裂前后物料潜能变化的关系。三个闻名的粉碎理论面积说、体积说和裂缝说从不同侧面揭示粉碎过程中能耗与破裂成效的关 系。在此基础上，通过分析物料破裂的突变行为，定性的阐述物料破裂的过程及能耗关系，并定量给出破裂过程中的功耗状态方程式。4） 粉碎动力学。讨论被破裂物料粒度减小与时间的关系，揭示粉碎过程输入和输出的动力学关系。通过非线性动力学讨论，阐明物料粉碎过程中的失稳和稳固性。5） 分形技术。分形技术更好的反映了破裂的本质，矿石和自然砂等基本符合分形规律。利用分形理论通过对矿石破裂颗粒表面分形维数Ds 与功耗三理论的讨论，进一步揭示了破裂功耗的规律。6） 突变理论。针对物料粉碎过程的不连续、突变、不行逆、非线性、开放系统等显著特点，运用突变理论和耗散结构讨论物料粉碎过程，将物料破裂机理推动到非线性热可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结力学和非线性动力学范畴。通过物料粉碎的非线性不行逆过程热力学来阐明物料粉碎过程中旧结构破坏和新结构产生这一行为的物理本质。7） 离散数学。应用离散单元法能便利的讨论和模拟破裂机不同外形磨损件在不同工作条件下的磨损状态和规律，分析获得的数据可用于破裂机结构和工艺参数的优化。1.2 破裂机理物料破裂是矿物及土石质原料加工必不行少的工艺过程，这个过程是用外力（人力、机械力、电力、化学能、原子能等）施加于被破裂物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成如干小块。破裂的目的是：达到合格产品粒度，为下道工序供应原料。使物料中有用成分解离，为选别的除杂提纯制造条件。增加原料的比表面积。在工业上主要是利用机械力来破裂。机械力破裂的方法有如下几种：压碎、劈碎、折断、磨碎、冲击破裂。压碎是将物料置于两个破裂表面之间，施加压力后，物料因压应力超过其抗压强度极限而破裂。劈碎是用一个平面和一个带有尖棱的工作表面挤压物料时，物料将沿力作用线的方向劈裂。劈裂的缘由是由于被劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限，物料的拉伸强度极限比抗压强度极限小许多。折断是物料受弯曲作用而破坏，被破裂的物料就是承担集中载荷的两支点或多支点梁，当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲强度极限时，物料即被折断。磨碎是物料与运动的表面之间受肯定的压力和剪切力作用后，其剪应力达到物料的剪切强度极限时，物料即被磨碎。磨碎的效率低，能量消耗大。冲击破裂是物料受冲击力而破裂。它的破裂力是瞬时作用的，其破裂效率高，破裂比大，能量消耗少。任何一种破裂机都不能只用某一种方法进行破 碎，一般都是由两种或两种以上的方法联合起来进行破裂的，例如压碎和折断，冲击和磨碎等。物料的破裂方法主要是依据物料的物理机械性质，被破裂物料的尺寸、形貌和所要求的破裂产品粒度来挑选。物料分为坚硬物料、中等坚硬物料和软物料。也可分为粘性物料和脆性物料。依据物料的物理性质，物料的抗压强度最大，抗弯强度次之，抗磨强度再次之，抗拉强度最小。对于坚硬物料最好采纳压碎、劈碎和折断（弯曲）的破裂方法，而对粘性物料就采纳压碎和磨碎方法破裂，脆性物料和软物料采纳劈碎和冲击破裂的方法为宜。随着耐磨材料质量的提高和使用寿命的增长，对于硬而脆的物料也可以采纳冲击破裂的方法。1.3 料层粉碎合理组织破裂的原就如下：1） 物料应承担在料层的不同方向局部负载所形成的体积压力。2） 为了在晶体和晶体边缘同时造成应力，物料应反复多次承担包括剪切、弯曲和扭转因素在内的组合负载。3） 负载应具有最大峰值的脉冲。4） 适应缺陷区的强度和长久强度负载应严格定量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5） 在加载循环的间隙时间里物料可以相对移动，相互重新排列，使合格产品的颗粒准时的从料层中分出来，同时仍可以掌握料层的密度。6） 为了在物料表面形成起始裂纹，要使物料彼此相互研磨。7） 压缩及组合负载值的比例关系及加载频率应依据物料性质及工艺技术要求来选择。料层粉碎能很好的满意上述破裂原就，破裂腔挤满给料，通过向物料层施加严格定量的平常破裂力，可以使物料层适当的压实，使物料承担全方位的挤压，全部颗粒都受力，物料颗粒之间相互作用，显现微裂纹和产生粉碎，从而实现“料层粉碎 ”。料层粉碎产品假如给入磨机，颗粒微裂纹可使磨机给料功指数降低10 25% ，物料在磨机中易于解离和磨碎。破裂产品假如直接浸出，颗粒微裂纹有助于浸出液渗入而提高粗粒级产品的金属回收率。在破裂力作用下，物料在破裂腔中承担交变的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。物料颗粒之间不断转变方位，由于物料颗粒越小，晶格缺陷越少，强度越大，因此强度大的小颗粒可破裂相邻的强度小的大颗粒。在等强度颗粒中，那些晶格缺陷与剪切力方向重合的颗粒被破裂。这样物料主要沿晶格间的区域破裂而不破裂晶体本身，破裂后的物料具有最低过粉碎，从而实现了物料的“挑选性破裂”，有利于多种成分物料中有用矿物解离和削减物料中有用成分的过粉碎。2 入磨粒度如何确定正确入磨粒度，粉碎领域经过几十年的研讨，提出以下几种方法。1） 罗兰方法：正确入磨粒度与功指数的平方根成反比。硬而难磨的矿石正确入磨粒度应小些，软而易磨的矿石正确入磨粒度可大些。入磨粒度大于正确值，磨机效率会降低。2） 奥列夫斯基方法：在相宜磨矿条件下，入磨粒度降低，磨机生产才能提高。3） 邦德方法：依据邦德功耗理论分别运算破裂和磨矿的能耗，得出在入磨粒度为13mm 时，破磨总能耗最低。4） 沙伐哈特金方法：选厂的生产率越高，就由入磨粒度的降低而产生的经济效益越大。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1 破磨成本与入磨粒度关系1-磨矿成本 2- 破裂成本 3- 破裂磨矿成本图 1 表示破磨成本与入磨粒度关系，在肯定工况条件下，存在一个正确入磨粒度， 此时破磨成本最低。入磨粒度大于正确入磨粒度时，降低入磨粒度，破裂作业增加的成 本小于磨矿作业降低的成本，破磨总成本降低。假如把入磨粒度降得比正确入磨粒度更 小，就破裂作业增加的成本大于磨矿作业降低的成本，破磨总成本增加。经过五十多年的实践和总结，通过破裂与磨碎的能源消耗与利用、基建成本的差异和不同入磨粒度的磨矿成本与效益等不同方面和不同层次进行的破裂与磨碎讨论分析比较，粉碎领域正大力提倡“多碎少磨 ”的新工艺流程，即降低破裂产品最终粒度，增加细粒级在破裂产品中的含量，从而提高磨机的处理才能，达到降低破磨工序电耗和金属消耗量、削减成本、增加经济效益，提高企业市场竞争力的目的。纵观粉碎领域，合理配置破磨作业工艺流程，改进现有破裂机的结构及进行参数优化，提高设备性能，简化和改革破裂工艺流程，已经成为各国实现多碎少磨目标的讨论课题。而实现这一目标的最有效、最经济的方法就是设计研制大破裂比、高效、低耗的新型破裂设备。以前由于破裂设备的局限，一般入磨粒度为25mm ，随着新理论和新技术的应用， 新型破裂设备不断显现，正确入磨粒度越来越小，破磨总成本不断降低。依据目前国际先进破裂设备可以达到的水平，在不同工况下正确入磨粒度为6 10 mm 。俄罗斯圣·彼得堡“M 哈诺布尔”科技股份有限公司经过40 多年努力讨论，最终研制胜利新型节能超细破裂设备惯性圆锥破裂机。惯性圆锥破裂机以其先进的破裂理论、特殊的设计思路、合理的机械结构和优良的性能代表了当前世界圆锥破裂机的最高水平，能够很好的满意“多碎少磨”新工艺的要求。3 惯性圆锥破裂机3.1 惯性圆锥破裂机的结构特点和工作原理 惯性圆锥破裂机的结构如图 2 所示。惯性圆锥破裂机机体通过隔振元件座落在底架上，工作机构由定锥和动锥组成，锥体上均附有耐磨衬板，衬板之间的空间形成破裂腔。动锥轴插入轴套中，电动机的旋转运动通过传动机构传给固定在轴套上的激振器，激振器旋转时产生惯性力，迫使动锥绕球面瓦的球心做旋摆运动。在一个垂直平面内，动锥靠近定锥时，物料受到冲击和挤压被破可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结碎，动锥离开定锥时，破裂产品因自重由排料口排出。动锥与传动机构之间无刚性联接。图 2 惯性圆锥破裂机结构原理图1-底架 2- 皮带传动装置 3- 隔振元件 4- 激振器 5- 外壳6-球面瓦 7-衬板 8- 定锥 9- 动锥 10- 动锥支座 11-轴套在惯性圆锥破裂机中，动锥和传动机构之间不是刚性联接，动锥的振幅不受传动系统的限制，是可以变化的，它的大小取决于物料层抗压阻力与破裂力的平稳。破裂机刚启动时，动锥摇摆频率小，破裂力较小，动锥的振幅较小，因此启动力矩也较小，带负荷启动不会损坏破裂机，所以，惯性圆锥破裂机可以带负荷启动和停车。同样道理，在惯性圆锥破裂机中，挤满给料只是增大了物料层的抗压阻力，动锥的振幅减小，不会造成破裂机“闷车”，不需安装给料机。在惯性力的作用下，动锥将尽可能靠近定锥，从而将物料破裂得更细，其产品最大粒度只有排料间隙的1/3 1/4 左右。由于动锥与传动机构之间无刚性联接，假如物料中混入不行破裂的物体，动锥临时停止运动，激振器绕动锥轴连续转动，肯定不会破坏传动系统和主机。由于惯性圆锥破裂机是带负荷启动，相对于偏心圆锥破裂机的空载启动，惯性圆锥破裂机的启动力矩较大，所以启动时瞬时电流较大。为了保证破裂机安全平稳的启动，选用了较大功率的电机，实际上，破裂机正常工作时所耗功率只有电机额定功率的60% 左右。惯性圆锥破裂机动锥的旋摆频率依据不同机型从750 2200 转/ 分钟，远大于偏心圆锥破裂机动锥的摇摆频率，因此，在破裂过程中，物料在惯性圆锥破裂机破裂腔中被破裂达几十次，远大于物料在偏心圆锥破裂机破裂腔中被破裂的次数。而且，与偏心圆锥破碎机相比，惯性圆锥破裂机的动锥振幅可变，动锥沿物料层每滚动一周都相伴有100 多次的振动，由附加的这种剧烈脉冲振动加强了破裂作用。因此，惯性圆锥破裂机的破裂比远大于偏心圆锥破裂机的破裂比，而且可在很大范畴内调剂。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结惯性圆锥破裂机是挤满给料，通过向物料层施加严格定量的由惯性力造成的压力，可以使物料层适当的压实，使物料承担全方位的挤压，物料颗粒之间相互作用，从而实现“料层粉碎”，破裂产品机械铁污染小。同时在由惯性力引起的剧烈脉动冲击作用下， 物料在破裂腔中承担交变的挤压、剪切、弯曲和扭转应力。物料颗粒之间不断转变方 位，由于物料颗粒越小，晶格缺陷越少，强度越大，因此强度大的小颗粒可破裂相邻的强度小的大颗粒。在等强度颗粒中，那些晶格缺陷与剪切力方向重合的颗粒被破裂。这样物料主要沿晶格间的区域破裂而不破裂晶体本身，破裂产品粒型为立方体，破裂后的物料具有最低过粉碎，从而实现了物料的“挑选性破裂”，可轻松破裂抗压强度高达360Mpa 的物料。惯性圆锥破裂机破裂比大，产品粒度细而匀称，可以降低入磨粒度，实现“多碎少磨”。可便利的调剂破裂机的工作参数，有效的掌握某粒级段的产率。而且单位破裂比功耗低，能破裂任何硬度的脆性物料，非常适合于粉体生产的破裂工序3.2 惯性圆锥破裂机生产应用情形惯性圆锥破裂机目前已形成动锥底部直径从100mm 到 1200mm5 种规格的产品，技术参数见表 1。表 1 惯性圆锥破裂机技术参数型 号GYP -100GYP -300GYP -600GYP -900GYP -1200产量 * t/h0.030.9 1.515 2030 4070 100给料尺寸 mm<12<25<50<70<80P80 产品粒度 mm<0.3<2.0<5.0<10.0<10.0装机功率 kW1.51155110185主机重量 t0.06292037外形尺寸长4641395247032103580mm宽203800147518902500高4141025207022103060* ：含水量不大于3% 的中硬矿石如石灰石的产量惯性圆锥破裂机已广泛用于金属及非金属矿山、冶金、建材、耐火材料、磨料磨具、玻璃、陶瓷、化工等行业的物料破裂领域，均取得了显著的经济效益和社会效益。宁夏某有色金属冶炼厂破裂氮化物附产品，要求产品粒度在100 目至 325 目之间， 使用 GYP-100 惯性圆锥破裂机，一次破裂合格产品占70% 。云南个旧某矿业公司使用GYP-100惯性圆锥破裂机破裂陶瓷材料，95% 在 0.3 mm 以下， 0.15mm 产品占 75% 。某公司生产高纯石英粉，要求纯度达到99.99% ，采纳 GYP-100惯性圆锥破裂机破裂后，产品中铁含量只有60ppm 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结某厂用 GYP-300惯性圆锥破裂机加工镁砂，开路产品全部为3mm，衬板耐磨度为辊式破裂机的9 14 倍，而单位功耗却下降了30% 。某电化集团公司生产电解二氧化锰，要求40 目 100 目的窄粒级产品尽可能多， 200 目为过粉碎，用GYP-300惯性圆锥破裂机加工的产品中40 目 100 目占50.8% ，过粉碎率为 6.5% 。河南登峰市某磨料磨具有限公司用GYP-300惯性圆锥破裂机加工一级棕刚玉，在给料粒度为 25mm 、排料间隙为6mm 时，产量为 1.2t/h ，产品中粒度号在16 150 的粒级产率占50%以上，过粉碎率（150 的产率）有效的掌握在9% 以下，且产品中等积状颗粒占76.5% ，从而使成品率大大增加，显著的降低了生产成本，取样筛分结果见表2。内蒙古赤峰市某金刚砂厂采纳GYP-300惯性圆锥破裂机破裂绿碳化硅，在给料粒度为25mm 时，破裂取样筛分结果见表3，产品大多呈立方体状。表 3GYP-300 惯性圆锥破裂机破裂绿碳化硅取样筛分结果排料间隙产量各种粒度号产品粒度组成%200t （ 240 号）。原设计为三段粉碎工艺流程：颚式破裂机圆锥破裂机磨机。使用GYP-300惯性圆锥破裂机后发觉，通过调剂破裂机工作参数，可以直接同时生产出磨料和微粉，且产量完全能满意设计要求，完全可以不用磨机，三段粉碎工艺流程可以简化为两段。在排料间隙为5.5mm 时，产量为750kg/h ，取样筛分结果见表4。表 4GYP-300 惯性圆锥破裂机破裂黑碳化硅取样筛分结果俄罗斯用惯性圆锥破裂机和棒磨机做粉碎白电刚玉的对比试验，结果见表表 5 惯性圆锥破裂机和棒磨机对比试验结果5。指标惯性圆锥破裂机棒磨机表 2GYP-300 惯性圆锥破裂机破裂棕刚玉取样筛分结果序号粒度号+1616 2024 3640 8090 150 150136.416.112.619.86.58.52产率 %35.12013.218.46.07.1340.016.011.015.05.09.0序号mmkg/h+4040 6070 120150 180 180169004025199725.5750332520.58.413.136830451818.5612.5青海化隆县某磨料厂选用一级黑碳化硅为原料，年产磨料（240号）1000t 和微粉粒度号+4040 6070 100120 240 240产率 %2417.514.922.621可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结功指数（ kW·h/t）19.5342.74研磨体耗量（ kg/t ）0.11.9 2.5 0.63mm2435可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结产率（ %） 0.63 0.16mm5745可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 0.16mm1920从表 5 可知，用惯性圆锥破裂机粉碎白电刚玉的单位功耗不到棒磨机的一半，而研磨体的耗量只有棒磨机的1/19 。贵州某矿业公司破裂熔融石英，要求产品粒度 0.1mm 15% ， 3mm 20%，用GYP-300 惯性圆锥破裂机进行了六组不同参数下的试验，各粒级产率见表6。表 6GYP-300 惯性圆锥破裂机破裂熔融石英试验结果粒度（mm） 2.8 2.8 0.5 0.5 0.106 0.10610255025265.61443039.63415.443.836.444.715.1523.55317.65.96449.63313.4粒度 mm产率 %序号江苏连云港某石英制品公司的高纯石英粉生产线，其中破裂流程采纳的是颚式破裂机加 GYP-450 惯性圆锥破裂机，实现两段开路破裂，在GYP-450 惯性圆锥破裂机的给料粒度 35mm 时，处理才能为2.5t/h ，破裂产品粒度取样筛析结果见表7。表 7 GYP-450 惯性圆锥破裂机产品粒度筛析结果粒级 目 77 2020 4040 8080 100100 200 200产率 %2.321.412.931.47.910.713.4不同的时期对石英颗粒和高纯石英粉的需求量不同，依据市场的需要，可以便利的调剂破裂机的工作参数，既可使3mm 0.5mm 或 0.5mm 0.2mm的粒级范畴内的石英颗粒产率提高，也可使破裂产品尽可能的细，以降低磨矿工序中振动磨的入磨粒度，实现节能降耗增产的目标。淮北朔里某高岭土厂采纳GYP-450惯性圆锥破裂机破裂莫来石，莫来石物理性质和石英相像，莫氏硬度为7 8 级，密度为 2.7g/cm3 ，很脆，破裂时很简单过粉碎。在不同工作参数下，取了 4 组样，取样筛分结果见表8。表 8 试验结果序号破裂排料间隙产量产品粒度（ mm ）组成 %可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结力%mmt/h0 0.280.28 0.45045 1.25 1.2515071.2620.88.026.844.425091.6821.48.628.941.1370.792.9625.88.626.738.9470.7123.1224.48.626.940.1GYP-600惯性圆锥破裂机加工刚玉，当给料粒度为60mm 时，破裂产品的加权平均粒度只有 2.8mm ，破裂比达 10 以上。某矿产品加工厂用GYP-600惯性圆锥破裂机加工高铝钒土烧结矿时，成品率（产品中 5mm 的颗粒）占80%， 8mm 颗粒就达到 100% 。原先用六台对辊破裂机构成的闭路作业破裂筛分系统产量每小时不足6 吨，而一台GYP-600 惯性圆锥破裂机产量可达16 吨左右，单位功耗只有原先的40，节能成效非常明显。某公司采纳GYP-600惯性圆锥破裂机和棒磨机配套，湿法破裂石英岩，作为冶炼铜的熔剂， 0.1 1.0mm 的成品砂产量为15t/h ，过粉碎率低于15%。4 结语惯性圆锥破裂机能实现“料层挑选性破裂”，破裂产品机械铁污染小，粒型为立方体。破裂比大，产品粒度细而匀称，可以降低入磨粒度，实现“多碎少磨”。可便利的调 节破裂机的工作参数，有效的掌握某粒级段的产率。而且单位破裂比功耗低，能破裂任何 硬度的脆性物料，非常适合于粉体生产的破裂工序。现已广泛用于金属及非金属矿山、冶 金、建材、耐火材料、磨料磨具、玻璃、陶瓷、化工等行业的物料破裂领域，均取得了显 著的经济效益和社会效益。参考文献1 饶绮麟破裂设备的讨论现状及进展前景A 2003 年全国破裂、磨矿及选别设备学术研讨与技术沟通会C 马鞍山：金属矿山杂志社，2003 5-112 吴建明国内外粉碎工程进展A 中国有色金属学会第四届学术年会论文集C 长沙：中国有色金属学报编辑部，2001 110-1233 ，等张国柱，叶振声译振动粉 碎不同物理性质物料的设备及工艺M 洛阳：矿山机械编辑部，1993 254 ，等张国柱，赵鸿才译粉 碎任何强度物料的振动惯性挑选性粉碎的工艺和设备J国外金属矿选矿，1992 ， 8： 1-105 朱军层压粉碎技术应用实践的探讨J 湖北的矿， 2004， 3： 49-53 6 伏雪峰，张长期，等多碎少磨提高磨矿效率的机理探讨J 矿业工程， 2005 ， 3：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结20-21 7 马正堂降低破裂产品粒度提高磨矿生产效率 J 有色金属， 2005， 6 ： 28-32 8 唐威惯性圆锥破裂机结构原理与应用讨论J 矿山机械， 2001， 1： 31作者简介：唐威，讨论员，从事选矿机械专业，的址：北京市南四环西路188 号 18 区 23号楼，邮编： 100160 ，电话： 63299195 ，传真： 88377114 ， E-mail ： twei2021Prospect of application of Inertia Cone Crusher in Powder EngineeringTang Wei，XIA Xiao-ou ，Luo Xiu-jian（ Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy， Beijing 100044 ， China ） Abstract ： Inthe paper, thecomminutiontheoriesare summarized.Beginningwiththe crushing mechanism, interparticle comminution is studied. The relationship between cost of crushing and grinding and mill feed size are analyzed. The performance principle and structureof inertia cone crusher are briefly introduced.It features high reduction ratio, low unit power consumption,fine and even size of product.Thecase has indicatedthat inertia cone crusher can meet the requirements forpowder processing.Keywords ： inertiaconecrusher 。 increased crushingand decreased grinding 。 powder processing可编辑资料 - - - 欢迎下载