王 翼，高丙乾，尹圣凱，師劍雄，唐 飛

(甘肅建投礦業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

在傳統(tǒng)砂石骨料生產(chǎn)中，砂石企業(yè)大多以粗放型加工為主，存在技術落后、自動化水平較低等問題。隨著國家對砂石礦山綠色發(fā)展要求的不斷提高，砂石行業(yè)通過資源整合不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)業(yè)結(jié)構得到進一步優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，規(guī)模化、大型化、綠色化、生態(tài)化已成為砂石企業(yè)的發(fā)展方向[1-5]。為加快企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，滿足建設用石、用砂的需要，液壓旋回破碎機在大型砂石礦山企業(yè)得到了廣泛應用。

2018年甘肅建投礦業(yè)有限公司對永靖縣東山片區(qū)砂石礦山進行了資源整合，以“全國一流，西北第一”的目標建設永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園項目，所有設備均為國內(nèi)外先進采選加工設備。其中，粗碎采用的是Metso SUPERIOR PG4265型液壓旋回破碎機。經(jīng)分析，該設備在碎石加工生產(chǎn)過程中可連續(xù)不間斷工作，具有生產(chǎn)效率高、設備運行穩(wěn)定、能耗低、產(chǎn)品粒度均勻等優(yōu)點，適用于大型露天礦山的礦石加工。

1 國內(nèi)外液壓旋回破碎機的發(fā)展概況

砂石骨料加工生產(chǎn)領域通常采用顎式破碎機和液壓旋回破碎機作為初級破碎設備[6-8]。其中，顎式破碎機在國內(nèi)外均應用較廣，而液壓旋回破碎機的應用相對較少，但隨著礦山企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大、產(chǎn)品加工技術的升級，液壓旋回破碎機的應用呈現(xiàn)出強勁的增長趨勢。

世界上第一臺旋回破碎機由美國人Charles Brown發(fā)明于19世紀70年代，由美國蓋茨鐵工廠在19世紀80年代制造組裝完畢[9]。20世紀50年代，美國的Allis-Chamers公司對旋回破碎機進行了改造，設計出了第一臺液壓旋回破碎機并完成了設備組裝，該設備與旋回破碎機在本質(zhì)上并無區(qū)別，唯一的區(qū)別是其在動錐底部增加了液壓缸，使破碎動錐由懸掛式支撐變?yōu)橐簤焊字危档土藱M梁的受力，并延長了橫梁的使用壽命[10]。目前，國外旋回破碎機的設計制造廠家主要有FLSmidth、Metso、Sandvik和ThyssenKrupp[7]。其中Metso SUPERIOR是全球公認技術領先的旋回破碎機品牌。該系列液壓旋回破碎機采用現(xiàn)代優(yōu)化設計技術，橫梁采用弧形設計，擴大了物料進料粒度范圍[7]；主軸和錐體整體鍛造為一體，避免操作過程中因錐體松動而造成巨大損失；內(nèi)腔動、定圓錐襯板和筋骨防護裝置采用高耐磨的高錳鋼或鉻鋼材質(zhì)，外殼采用鑄鋼件；偏心套組件采用可更換的偏心內(nèi)部襯套，用于擺動距離的調(diào)節(jié)；傳動齒輪采用擺線齒錐齒輪設計，運轉(zhuǎn)過程中相對穩(wěn)定，振動監(jiān)測更加方便[6]。

隨著我國礦山建設的快速發(fā)展，采選工藝研發(fā)和市場推廣力度不斷加強，裝備技術水平不斷提升，旋回破碎機制造業(yè)也得到了迅速發(fā)展。以北方重工、中信重工等廠家為代表，其生產(chǎn)的液壓旋回破碎機性能可靠、工作平穩(wěn)、能耗低，但是在設備產(chǎn)能、大型化、功耗指標、自動監(jiān)測等方面與國外先進技術仍然存在一定的差距，無法完全滿足大型礦山的需要[11-16]。

2 國內(nèi)外顎式破碎機的發(fā)展概況

自第一臺顎式破碎機問世至今，已有150多年的歷史，其具有結(jié)構簡單、方便制造、工作可靠、使用維修方便等特點，在冶金、礦山、建材、化工等行業(yè)應用較廣。

20世紀70年代末以來，國內(nèi)外各大型設備制造廠家先后推出了高效、節(jié)能式的顎式破碎機[17-18]?，F(xiàn)在仍不斷對其結(jié)構進行改造，如：KUE-KEN公司采用新技術通過液壓調(diào)節(jié)控制顎式破碎機排料口尺寸；芬蘭Kone公司的BML系列負支撐的復擺顎式破碎機通過改變破碎機的機構，降低襯板磨損，提高物料的處理能力；北京礦冶研究總院研制的高效節(jié)能顎式破碎機采用新的腔體設計，提升了設備的工作性能，提高了物料的處理量。

國內(nèi)外顎式破碎機雖然在工藝設計方面取得了重大突破，但其鋼耗、能耗及粉碎工藝過程的生產(chǎn)成本都較高，工業(yè)結(jié)構也有待改進。

3 工作原理

3.1 液壓旋回破碎機

物料從上部給入，在偏心機構的作用下，錐體繞中軸做連續(xù)旋回運動，使動錐的錐體周期性地靠近和離開定錐的錐面；當動錐靠近定錐時，物料在破碎腔內(nèi)被擠壓、彎折而破碎；當動錐遠離定錐時，已破碎產(chǎn)品靠自重經(jīng)排礦口排出。液壓旋回破碎機結(jié)構如圖1(a)所示。

圖1 破碎機結(jié)構示意圖

3.2 顎式破碎機

通過電動機驅(qū)動皮帶輪，帶動偏心軸使動顎上下運動，當動顎上升時，動顎板靠近定顎板，使物料在破碎腔內(nèi)被破碎；當動顎下行時，動顎板在拉桿、彈簧的作用下遠離定顎板，使破碎物料在自重的作用下經(jīng)破碎腔下部的出料口排出。顎式破碎機結(jié)構如圖1(b)所示。

4 兩種破碎機在永靖項目的應用對比

4.1 技術性能對比

表1為兩種粗碎破碎機的性能參數(shù)對比。

表1 兩種粗碎破碎機性能參數(shù)對比

由表1可以看出，液壓旋回破碎機最大給料粒度為1 000 mm，處理能力超過2 400 t/h，遠大于顎式破碎機；但是顎式破碎機的功率小于旋回破碎機，單臺運行成本相對較低，且工藝結(jié)構簡單，占地面積較小，更適合小型礦山。結(jié)合永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園2 500 t/h的設計產(chǎn)能，若選用顎式破碎機，至少需10臺，而液壓旋回破碎機2臺即可滿足要求，設備管理簡單，且總設備功耗明顯小于顎式破碎機。

4.2 產(chǎn)品性能對比

將碎石按照表2中的比例均勻混合后制得6種樣品各1 000 t，隨機選取3份通過液壓旋回破碎機，分別編號為A1、A2、A3。剩余3份進入顎式破碎機，分別編號為B1、B2、B3。對破碎后的物料進行篩分，結(jié)果見表3、表4。

表2 樣品混合比例

表3 液壓旋回破碎機破碎后的分級篩余

表4 顎式破碎機破碎后的分級篩余

由表3和表4可以看出，經(jīng)過液壓旋回破碎機破碎后，粒度在350 mm以上的物料質(zhì)量分數(shù)較顎式破碎機的約低13個百分點；5 mm以下物料質(zhì)量分數(shù)兩者相差不大，均為3%左右。液壓旋回破碎機和顎式破碎機破碎后的物料粒度大多為350～100 mm，但液壓旋回破碎機破碎后350～100 mm物料質(zhì)量分數(shù)比顎式破碎機高20%以上。說明在大型礦山生產(chǎn)中，液壓旋回破碎機破碎后的效果更優(yōu)，后續(xù)的中碎設備生產(chǎn)壓力更小。

4.3 經(jīng)濟性比較

在滿足永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園2 500 t/h設計產(chǎn)能的條件下，分別對比10臺顎式破碎機和2臺液壓旋回破碎機的生產(chǎn)運行成本，結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出：液壓旋回破碎機在生產(chǎn)過程中較顎式破碎機人員編制可減少75%，材料維修費減少56.38%。采用液壓旋回破碎機作為粗碎設備可在人員工資、能耗和維修費等方面為企業(yè)節(jié)約上百萬元成本。

表5 經(jīng)濟性比較

5 結(jié)語

液壓旋回破碎機在大型砂石礦山加工系統(tǒng)中優(yōu)勢明顯，其與顎式破碎機在永靖項目中的應用結(jié)果表明：與顎式破碎機相比，液壓旋回破碎機破碎后粒度在350 mm以上的物料質(zhì)量分數(shù)減少了約13個百分點，350～100 mm范圍內(nèi)的物料質(zhì)量分數(shù)增加了20%以上，在粗碎加工過程中破碎效果更好；液壓旋回破碎機的人員編制可減少75%，材料維修費可減少56.38%。綜合而言，使用液壓旋回破碎機可為企業(yè)節(jié)約逾百萬元的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益顯著。