何鐵牛，馬潤(rùn)元，高 健(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司峨口鐵礦，山西 代縣 034207)

工程設(shè)備

顎式破碎機(jī)襯板研究與應(yīng)用

何鐵牛，馬潤(rùn)元，高 健(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司峨口鐵礦，山西 代縣 034207)

分析了顎式破碎機(jī)襯板失效的原因和危害，提出了改進(jìn)破碎機(jī)襯板厚度、材質(zhì)、減重孔、破礦形狀、防松卡塊孔等方法，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

破碎機(jī)； 襯板； 失效原因； 改進(jìn)

1 前言

太鋼峨口鐵礦是太鋼主要原料基地，峨口鐵礦3#溜井Ⅲ峒系統(tǒng)于2013年7月建成投產(chǎn)。主要擔(dān)負(fù)新建3#溜井下礦的破碎及輸送作業(yè)，到2014年8月底累計(jì)生產(chǎn)礦石320萬(wàn)t左右。

Ⅲ峒破碎運(yùn)輸系統(tǒng)，設(shè)計(jì)安裝1臺(tái)型號(hào)為CT60×80顎式破碎機(jī)(簡(jiǎn)稱顎破機(jī))，即復(fù)擺式破碎機(jī)，規(guī)格為2 032×1 524，配用電機(jī)YRKK4503- 6,功率400kW，主軸轉(zhuǎn)速為200r/min，排礦口調(diào)整為150～300mm，機(jī)器重量155.7t，主要用于井下破碎作業(yè)。顎式破碎機(jī)的工作部分是兩塊顎板，一個(gè)是定顎襯板，垂直或上端略外傾，固定在定顎機(jī)體前壁上，另一個(gè)是動(dòng)顎襯板，位置傾斜，與定顎形成上大下小的破碎腔(工作腔)。動(dòng)顎對(duì)著定顎作周期性的住復(fù)運(yùn)動(dòng)，分開(kāi)時(shí)，鐵礦石進(jìn)入破碎腔，被破碎的鐵礦石由于自重從下部排出?？拷鼤r(shí)，使裝在動(dòng)顎、定顎襯板之間的物料受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎。顎破機(jī)最大給料粒度900～1 300mm，排料粒度250～300mm。通過(guò)2年多的使用運(yùn)行發(fā)現(xiàn)新顎破機(jī)故障頻繁，生產(chǎn)效率低，搶修任務(wù)量大，是制約峨口鐵礦的生產(chǎn)瓶頸，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①在生產(chǎn)過(guò)程中，溜井內(nèi)大塊礦石進(jìn)入顎破機(jī)口卡住后需放炮處理。經(jīng)過(guò)頻繁的爆破作業(yè)，大罩扭曲變形，大面積開(kāi)焊、斷裂，顎破機(jī)口平臺(tái)脫落，且顎破機(jī)口頭部漏斗設(shè)計(jì)不合理，分礦箱磨損漏礦嚴(yán)重，礦石直接沖擊動(dòng)顎體，對(duì)軸承造成損傷。②CT60×80顎式破碎機(jī)為復(fù)擺式破碎機(jī)，動(dòng)顎、定顎襯板壽命嚴(yán)重不匹配，定顎襯板磨損快，使用壽命短，而動(dòng)顎襯板則相反，存在磨損定顎本體的隱患，造成檢修組織困難。

針對(duì)上述設(shè)備存在的設(shè)計(jì)缺陷及隱患，峨口鐵礦對(duì)新Ⅲ峒CT60×80顎破進(jìn)行高效破礦襯板研究與改造，取得了顯著的效果。改造情況總結(jié)如下。

2 改進(jìn)前襯板使用情況

CT60×80顎破機(jī)于2013年6月15日開(kāi)始投入生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行到8月3日，定顎襯板排礦口處，圓弧齒頂高度磨損85～90mm, 鍥塊處剩余厚度40～45mm，襯板齒底根部已經(jīng)磨損到定顎的鍥塊本體，非常危險(xiǎn)。

2013年8月3日～5日檢修更換襯板時(shí)，分別將動(dòng)、定顎上下襯板倒個(gè)換位，實(shí)際檢修襯板時(shí)間為48h。倒個(gè)換位后下襯板排礦口位置齒頂厚度120mm，比新襯板磨損10mm。第二套襯板運(yùn)行20d，8月25日更換，定顎襯板齒頂高度磨損85mm, 鍥塊處剩余厚度45mm。襯板齒底位置擠壓變形，剩余厚度約6～8mm，定顎的鍥塊本體局部磨損，定顎體固定襯板凸臺(tái)有明顯磨損痕跡，該位置的動(dòng)顎襯板齒頂厚度磨損量為25mm左右。

根據(jù)定顎襯板的磨損情況分析，第一套襯板由于處于試生產(chǎn)期間，有效作業(yè)率低，襯板使用47d，第二套襯板基本正常，設(shè)備開(kāi)始連續(xù)破礦生產(chǎn)，襯板使用壽命為20d。通過(guò)后期磨損量跟蹤，襯板更換周期按照15～17d生產(chǎn)組織可避免定顎本體磨損。

顎破襯板裝機(jī)容量：顎破機(jī)定顎襯板臺(tái)裝量2塊，定顎襯板總重量2塊×4.2t/塊=8.4t；動(dòng)顎襯板臺(tái)裝量2塊，動(dòng)顎襯板總重量2塊×3.4t/塊=6.8t，外委鑄造加工費(fèi)0.92萬(wàn)元/t，合計(jì)13.98萬(wàn)元/套；襯板壽命為破礦量30～50萬(wàn)t/套，使用周期為15～17d。

2016年破碎下礦方式為Ⅰ峒∶Ⅲ峒=800∶400t/h，大車直接下礦為500t/h，由于Ⅲ峒的原礦難磨難選，所以原礦配比較小，否則影響破礦、磨礦及選別效率。

此外，在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)顎襯板比定顎襯板使用壽命長(zhǎng)約1倍。

3 襯板磨損原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究及襯板磨損量發(fā)現(xiàn)，襯板磨損較快主要存在以下兩方面原因。①CT60×80顎破機(jī)為復(fù)擺式破碎，與原有I峒和II峒用PEF2100×1500簡(jiǎn)擺式顎破機(jī)不同，在破碎過(guò)程中不是單純的擠壓破碎，在擠壓的過(guò)程中襯板與礦石之間還存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的剪切滑動(dòng)磨損。另外CT60×80顎破機(jī)的偏心軸轉(zhuǎn)速(即破碎頻率)達(dá)到200r/min，約為現(xiàn)Ⅰ峒簡(jiǎn)擺破碎機(jī)的1倍，所以破碎效率較高，破碎質(zhì)量較好，破碎后大塊(包括片石)明顯較少，同時(shí)會(huì)造成襯板磨損量增加，使用壽命縮短。②通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中襯板的磨損情況研究并與進(jìn)口C200破碎機(jī)襯板結(jié)構(gòu)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，CT60×80顎破機(jī)襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定缺陷。

CT60×80顎破機(jī)定顎襯板結(jié)構(gòu)在齒形長(zhǎng)度方向上為直線，動(dòng)、定顎襯板安裝后有22.5°左右的破碎咬角。顎破機(jī)在排礦口位置，動(dòng)顎襯板比定顎襯板長(zhǎng)約175mm。破碎過(guò)程中動(dòng)顎襯板用一個(gè)面來(lái)磨損定顎襯板下邊緣的一條線。當(dāng)定顎襯板下邊緣磨出一個(gè)倒角平面時(shí)，定顎襯板已磨損到鍥塊本體部位，這時(shí)定顎襯板下部已經(jīng)磨損到報(bào)廢極限。另外破碎過(guò)程中動(dòng)顎體從上向下做排礦和破碎運(yùn)動(dòng)，加快了定顎襯板下邊緣倒角的磨損速度，造成定顎襯板的使用壽命遠(yuǎn)小于動(dòng)顎襯板使用壽命。

C200顎破機(jī)結(jié)構(gòu)與CT60×80類似，但C200定顎下襯板下邊緣不是直線而是一個(gè)半徑約1 830mm的圓弧平面，圓弧的切線與動(dòng)顎襯板的輪廓線接近平行，這樣在排礦口位置就形成一個(gè)平滑過(guò)渡的破碎帶，從而達(dá)到動(dòng)、定顎襯板面與面之間的破碎，不僅可以更好地匹配壽命，也可有效地延長(zhǎng)定顎襯板的使用壽命，最重要的是物料通過(guò)平行帶的時(shí)間延長(zhǎng)，破碎后產(chǎn)生更穩(wěn)定的產(chǎn)品粒度，減少片狀物料的產(chǎn)生，減少片狀物料對(duì)橡膠帶的劃傷和撕裂，提高破礦效率，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 CT60×80顎破機(jī)排礦口示意圖

圖2 C200顎破機(jī)排礦口示意圖

4 襯板改造方案

(1)將顎破機(jī)定顎襯板厚度增加40～60mm，即由220～240mm提高到270～290mm。襯板背面，增加減重中心孔凹槽，相應(yīng)加深40～60mm。

(2)顎破機(jī)定顎襯板齒面形狀由直線平面改成上部直線平面下部420mm區(qū)間為半徑1 830mm的圓弧平面(排礦口位置襯板厚度增加10～240mm)，將顎破機(jī)主破碎區(qū)域提高400mm左右用于礦石主要破碎作業(yè)，圓弧齒形帶破碎咬角逐漸縮小，用于輔助二次破碎，增加礦石在圓弧平面位置的停留時(shí)間，增加破碎時(shí)間和破碎次數(shù)，提高破碎效率。將排礦口位置圓弧平面的切線與動(dòng)顎襯板的破碎咬角降低到8°～10°，減少排礦口位置的破碎負(fù)荷及破碎磨損量，提高破碎后產(chǎn)品粒度合格率。既減少片石產(chǎn)生又降低破碎后礦石粒度。改造前后定顎襯板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，其中虛線為改造前定顎襯板。

圖3 定顎襯板改造前后襯板結(jié)構(gòu)對(duì)比

(3)由于高錳鋼件塑性較好，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)、定顎襯板在破碎礦石擠壓過(guò)程中兩側(cè)與側(cè)護(hù)板對(duì)應(yīng)位置發(fā)生塑性變形，動(dòng)、定顎襯板使用15～19d更換時(shí)襯板與側(cè)護(hù)板之間25mm間隙因發(fā)生塑性變形消失，更換取出困難，需氣焊切割取出。在考慮到襯板壽命延長(zhǎng)后，該擠壓變形量將更大，為消除該缺陷，將動(dòng)、定顎襯板兩側(cè)與側(cè)護(hù)板配合位置設(shè)計(jì)15mm×45mm倒角，彌補(bǔ)使用壽命延長(zhǎng)后的襯板塑性變形量，見(jiàn)圖4和圖5，改造后排礦口形狀對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖4 改造后襯板斷面示意圖

圖5 改造前后襯板外觀對(duì)比

圖6 改造前后排礦口形狀對(duì)比圖

(4)動(dòng)顎、定顎襯板材質(zhì)優(yōu)化。結(jié)合同類產(chǎn)品的化驗(yàn)結(jié)果，襯板材質(zhì)由ZGM13Cr2Mo改為ZGM18Cr2Mo，原材料化學(xué)成份配比按照碳C=1.29%～1.31%、錳Mn=17%～19.5%、硅Si≤0.48%、磷P≤0.037%、硫S≤0.001%、鉻Cr=1.8%～2.1%、鉬Mo=0.15%～0.17%、鎳Ni=0.10%～0.13%；由于顎破機(jī)襯板結(jié)構(gòu)斷面較大，報(bào)廢后襯板金屬損失率小于15.8%，不存在破碎過(guò)程中顎破機(jī)襯板破損的現(xiàn)象，另外，結(jié)合Ⅰ峒顎破機(jī)襯板2014年人工時(shí)效處理試驗(yàn)，要求襯板加工完成后增加人工時(shí)效工序，經(jīng)過(guò)良好的熱處理，全部獲得單一的奧氏體組織時(shí)襯板呈現(xiàn)出最為良好的韌性、耐沖擊性和耐磨性。因此供貨時(shí)襯板水韌處理硬度按照高錳鑄鋼件HB=200～240制造。

5 改造效果

5.1 改造前費(fèi)用及檢修時(shí)間

(1)2015年按照襯板磨損曲線和使用周期預(yù)算，全年需更換12套定顎襯板(約100.8t)，8套動(dòng)顎襯板(約51.2t)。按照2015年一月份的出庫(kù)價(jià)格計(jì)算，2015年Ⅲ峒顎破機(jī)動(dòng)、定顎襯板類消耗費(fèi)用302.8萬(wàn)元。其中顎破機(jī)定顎襯板一套為2件，全年更換24件，每件66 868.38元；定顎更換襯板時(shí)上下鍥塊必須同時(shí)更換，上鍥塊共24件，每件2 190.16元，全年共計(jì)5.3萬(wàn)元；下鍥塊24件，每件4 557.26元，全年共計(jì)171.4萬(wàn)元。動(dòng)顎襯板一套為2件，全年共計(jì)16件，每件74 038.46元；動(dòng)顎更換襯板時(shí)下鍥塊必須同時(shí)更換，下鍥塊為16件，每件4 743.58元，全年共計(jì)126.1萬(wàn)元。

(2)更換襯板每月檢修5d全年檢修60d，檢修停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，顎破機(jī)有效作業(yè)率低，檢修勞動(dòng)強(qiáng)度大，因檢修停車時(shí)間較長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)。

(3)襯板使用到后期，偶爾會(huì)有片石產(chǎn)生，每月會(huì)造成第二峒皮帶系統(tǒng)料咀片石堵礦次數(shù)平均3次左右，存在皮帶劃傷及撕扯安全隱患。

(4)定顎襯板改造后單件重量由3.4t增加至4.31t，但效果是使用壽命延長(zhǎng)一倍。

5.2 襯板改造后使用效果

(1)通過(guò)定顎襯板改造，定顎襯板壽命延長(zhǎng)1倍，2015年7月底前完成，2015年下半年節(jié)約3套定顎襯板和1套動(dòng)顎襯板及相關(guān)附件，可節(jié)約襯板費(fèi)用約50萬(wàn)元左右。2015年后每年可節(jié)約襯板費(fèi)用約100萬(wàn)元左右(不含襯板價(jià)格變動(dòng)因素)。

(2)每月減少1次更換襯板檢修，增加Ⅲ峒系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間2d。全年累計(jì)增加Ⅲ峒作業(yè)時(shí)間24d，每年多處理原礦26.88萬(wàn)t(按700t/h處理量，每天按16h作業(yè)計(jì)算)。

(3)顎破機(jī)襯板改造后破碎帶排礦口位置產(chǎn)生接近平行帶的破碎帶，物料破碎次數(shù)和破碎時(shí)間增加，有效減少破碎后片石產(chǎn)生,減少皮帶系統(tǒng)料咀堵礦次數(shù)及橡膠帶撕裂的重大安全隱患。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)巧妙地設(shè)計(jì)襯板減重孔、防松固定鍥塊、破碎圓弧平行帶、破礦大牙齒R75、優(yōu)化襯板材質(zhì)和熱處理工藝等，改善了鐵礦石擠壓、破碎、彎折和劈裂作用力對(duì)破碎機(jī)機(jī)體的影響。簡(jiǎn)化了襯板更換、破礦檢修操作程序，延長(zhǎng)襯板使用壽命1倍。提高襯板本質(zhì)性安全措施，達(dá)到檢修簡(jiǎn)便快捷，省時(shí)省力的目的。而且設(shè)計(jì)襯板材質(zhì)上又增加合金元素鎳、鉻等含量，增加形成高硬度的奧氏體碳化物，從而提高襯板耐磨性、抗沖擊性和使用壽命。改進(jìn)后使破礦效率提高38%，排礦粒度降低18%，顎破機(jī)作業(yè)率提高4.8%，故障率降低4.8%，多項(xiàng)破礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性。

[1] 李儀鈺.礦山機(jī)械[M].長(zhǎng)沙：中南礦冶學(xué)院出版社，1996.

[2] 王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] Gustav Niemann. HP Crusher Machine Elements (5th Edition)[M].Prentice～Hall,2008.

Study and application of jaw crusher liner

The reason and the damage of liner failure of jaw crusher were analyzed. The methods of improving liner thickness, material, lightening hole, shape of broken ore and locking hole were put forward, and good economic benefit was obtained. It has popularization and application value.

crusher; liner; failure reason; improvement

TD451+.2

A

何鐵牛(1968-)，男，湖南新邵人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事礦山機(jī)械工程技術(shù)管理工作。