粉碎理论及设备

第三章粉碎及预均化第一节粉碎理论一 粉碎的定义用外力克服固体物料各质点间的内聚力使其破裂的过程 粉碎是破碎 大块变小块 与粉磨 小块变粉状 的统称 破碎分粗碎 产品粒度100mm以上 中碎 产品粒度20 100mm 细碎 产品粒度20mm以下 磨作业分粗磨 产品粒度0 1mm以下 细磨 0 06mm左右 超细磨 产品粒度0 004 0 02mm及以下 二 粉碎比粉碎前后物料粒径的比值 破碎作业 破碎比名义破碎比 i 0 85B bB 破碎机入料口宽度 mmb 破碎机排料口宽度 mm 三 粉碎理论1 物料粉碎过程机理在粉碎过程中 如果施加的力超过了物料强度极限 则物料就破裂 如果施加的力没有超过物料强度极限 则物料被压缩作弹性形变 撤去施加力后物料将保持原有形状而未被粉碎 但这时大块物料内部生成了若干裂缝或原有裂缝扩展 产生许多强度薄弱面 或在局部应力集中 这时继续施加的力的大小即使没有增加也会使原来未被粉碎的大块颗粒破裂成较小的颗粒 继续施加外力 小颗粒数目增加 但其粒度减小很少 这是因为粒度较小时内部的强度薄弱面逐渐减少 受力后往往不破裂 由此可见 大颗粒的粒度与粉碎过程有密切的关系 而小颗粒的粒度主要与物料性质有关 2 粉碎功耗假说物料粉碎时 粉碎机消耗的能量包括 粉碎发生前颗粒本身产生的弹性变形颗粒产生非弹性变形而导致粉碎克服颗粒之间和颗粒与机件之间的摩擦阻力产生粉碎中的噪音 发热和机械振动使破碎机本身发生弹性扭变粉碎机本身运动部分的摩擦损失粉碎机消耗的能量大约只有10 有效的消耗在物料的粉碎上 a表面积假说粉碎物料所需要的功耗与物料新生成的表面积成正比 根据表面积假说 对于m千克物料 物料粉碎过程所消耗的功为 W K 1 dp 1 Dp m式中W 粉碎物料所消耗的功 焦耳 K 系数 与物料的性质 形状 密度等有关dp 粉碎前物料平均粒径 米 Dp 粉碎后物料平均粒径 米 表面积假说只考虑了新生成表面的能量消耗 只能近似的用于细磨作业粉碎功耗计算 b体积假说在相同的技术条件下 将几何形状相似的物料粉碎成几何形状也相似的产品时 所消耗的功与其体积或质量成正比 W Kvlg D d mKv为与粉碎物料和粉碎方法有关的功耗常数 体积假说的基本出发点 外力作用下物料内部产生应力及变形 粉碎物料所作的功是用于物料的应变能 体积假说仅考虑粉碎时能量消耗在被碎物料的应变上 因此只能近似的用来计算块状物料粉碎比较小时的能量消耗 c裂纹理论粉碎物料所需要的有效功与生成碎粒的直径的平方根成反比 出发点 物料破碎是由于能量在裂纹附近集中 能耗与形成裂纹的长度成正比 而对于形状相似的颗粒单位体积内裂纹长度与颗粒的直径平方根成反比 W 粉碎单位质量物料消耗功 千瓦 时 吨P 成品粒径 以80 通过的筛孔孔径表示 微米F 粉碎前物料粒径 以80 通过的筛孔孔径表示 微米K 系数 粉碎能耗理论主攻方向 降低能耗 水泥粉磨技术经济数据 1 生产1t水泥需粉碎各种原 燃材料4t左右 2 粉碎电耗占水泥生产总电耗的65 一75 3 研磨体 衬板消耗占全厂钢材消耗的50 左右 4 粉碎占水泥生产总成本的35 左右 5 设备投资40 左右 粉碎方法粉碎分非机械和机械方法两类 机械粉碎五大方法 压碎 击碎 磨碎 劈碎 折断非机械方法 电热效应法 水电效应法 热力法 超声波 粉碎机械 破碎机械 颚破 锤破 反击破 辊压机等 粉磨机械 球磨 立磨等 机械 重复简单动作 适应大批量生产 第二节颚式破碎机破碎不只在生料制备系统之内 对于烧成用煤 出窑头冷却机熟料 粉磨水泥时所加的石膏等 都需要破碎 一 原理及类型1 工作原理颚式破碎机的破碎工作面是固定颚板和活动颚板 工作时 活动颚板对固定颚板作周期性往复运动 当动颚摆向定颚时 物料在两颚板间被挤压破碎 当动颚摆离定颚时 已被破碎的物料由于重力作用而自动卸出 2 类型按动颚运动特征 可分为简摆式和复摆式 简摆作简单往复摆动 结构简单 可制造大型设备 复摆作往复运动的同时还作上下运动 空载行程比简摆式少 物料不仅受挤压 而且还受到研磨作用 但动颚受到的巨大反作用力直接传递到偏心轴及轴承上 一般制成中 小型的 二 主要部件1 颚板 分为固定颚板和活动颚板 2 传动机构 偏心轴是颚式破碎机的主轴 两侧分别装有飞轮和胶带轮 使动力负荷均匀 破碎机稳定运转 3 拉紧装置 由弹簧拉杆及调节螺母等组成 4 调节装置 颚式破碎机的出料口宽度 可以通过调节楔铁位置来调整 5 保险装置 当破碎机负荷过大时 推力板或其螺栓断裂 活动颚板停止摆动 液压颚式破碎机连杆处的液压装置也具有保险作用 三 主要参数 1 钳角 钳角小 生产能力增加 但是破碎比小 钳角大 可以增大破碎比 但会降低生产能力 一般取180一220 动颚与定颚之间的夹角 称为钳角 tg tg2 f tg f摩擦系数 2 摩擦角 2 偏心轴的转速偏心轴转一圈 动颚往复摆动一次 前半圈为破碎物料 后半圈为卸出物料 为获得最大的生产能力 破碎机的转速n确定的条件为 当动颚后退时 破碎后物料应在重力作用下全部卸出 而后动颚立即返回破碎物料 转速过高或过低都会使生产能力不能达到最大值 动颚行程为s 能卸出的物料高度为 h s tg 自由落体时间 动颚空转行程经历的时间 t 60 2n 30 n t从而 n 偏心轴转速 r mins 动颚行程 cm 钳角 实际上 由于在动颚空转行程的初期 物料处于压紧状态 不能立即落下 因此偏心轴的转速应比算出的值低30 于是一般对于破碎坚硬物料 转速应取小些 脆性物料取大些 对于大尺寸的破碎机 转速应适当降低 以减小惯性振动 节省动力消耗 偏心轴的转速还可用经验公式确定 对于进料口宽度B 1200mm时n 310 145Br min对于进料口宽度B 1200mm时n 160 42Br minB为进料口宽度 m 3 生产能力破碎机的生产能力与被破碎的物料的性质 物料强度 节理 喂料粒度组成等 破碎机的性能和操作条件 供料情况和出料口大小 等因素有关 采用经验公式计算 Q K1K2K3qet hq 标准条件下 指开路破堆容积密度喂1 6t m3的中等硬度物料 的单位出口宽度的生产能力 t mm h 如下表所示 e 破碎机出料口宽度 mmK2 物料堆积密度修正系数 K2 s 1 6 s为堆积密度 t m3 K1 物料易碎性系数 见下表 K3 进料粒度修正系数 见下表上述公式并未考虑到破碎机工作特性对生产能力的影响 事实上 复摆式和综合摆动式颚破机的生产能力比之简摆式颚破机的分别提高20 30 和90 95 4 功率颚破机的功率可采用经验公式计算 a N CLB式中 N 破碎机的轴功率 千瓦L B 入料口的长度和宽度 cmC 与进料口有关的系数 见下表 b N 1 13925 10 4bD式中 N 破碎机的轴功率 KWb 动颚板的宽度 mmD 喂入物料的最大粒度 mm上述计算结果都是颚式破碎机的轴功率 在选配电机时应增大10 15 以克服喂料中发生的不正常情况 四 性能特点 颚式破碎机的构造简单 工作可靠 适用范围广泛 操作维护方便 设备费用低 破碎能力大 适宜石灰石 砂岩等块状硬质物料的粗碎 中碎 颚破机的规格是用进料口的宽度B乘长度L表示 例如PJ F 900mm 1200mm 表示其型号为简单 复杂 摆动颚式破碎机 进料口宽度为900mm 长度为1200mm 颚式破碎机破碎比较小 往往不能单独使用 需要二级破碎 第三节锤式破碎机 一 工作原理物料受到高速旋转锤头的冲击而被破碎 又以高速冲击衬板而第二次破碎 较小的物料通过蓖条排出 较大的物料再次受到锤头的冲击被破碎 直至全部通过篦条排出 冲击破碎法 二 类型分为单转子和双转子两类 按转子的旋转方向 分为不可逆式和可逆式两种 按锤头的排列方式 分为单排式和双排式两类 锤式破碎机的规格用转子的直径和长度 mm 表示 三 结构单转子锤式破碎机的主要结构由转子 破碎板 排料篦板 保险门 给料辊 壳体和驱动部分等部件组成 进料口装有打击板 首先承受物料冲击和磨损转子静止时 由于重力关系 锤子下垂 当转子转动时 锤子在惯性离心力的作用下作辐射状向四周伸开 进入机内的物料块 受到锤子打击而破碎 继而料块获得动能 以较高的速度向打击板冲击或互相冲击而破碎 小于篦缝的物料 通过篦缝向下卸出 少部分尚未达到要求尺寸的料块 仍留在筛面上继续受到锤子的冲击和磨剥作用 直到达到要求尺寸后从篦缝卸出 特点 锤子自由悬挂 当遇到难碎物件时 能沿销轴回转 避免机械损坏 起着保护作用 破碎方式 锤式破碎机主要以冲击兼施磨剥作用粉碎物料 四 主要工作参数1 生产能力Q 60ZLBKdn 经验公式 Q 30 45 DL 2 功率公式 3 3 3 4 在选配电动机时 可根据以下经验公式来估算 NM KD2LnkW式中 L 转子长度 mD 转子直径 mn 转子转速 r minK 系数 K 0 1 0 15 3 转子转速随着转速的增加可使粉碎度及产品中细粒级含量增加 但转速过大 将显著增加功率消耗 同时会引起锤子 篦条和衬板的强烈磨损 转子的回转线速度一般在30 50m s 五 性能及应用优点 破碎比大 生产能力高 电耗低 机械结构简单 体型紧凑 操作维护容易 产品粒径小而均匀 过粉碎少 缺点 粉碎坚硬物料时 锤头 篦条 衬板磨损大 金属材料消耗多 检修时间较长 在硅酸盐工业中 锤式破碎机广泛用来破碎石灰石 白云石 长石 泥灰石 煤 石膏等 用于细碎的锤式破碎机 可获得0 10mm的产品粒度 用于粗碎的锤式破碎机 喂料尺寸可达2500mm 一般则为500 600mm 可获得25 35mm之间的产品粒度 锤式破碎机一般不适宜破碎粘湿物料破碎机的操作与维护 第四节反击式破碎机 一 工作原理工作部件为带有板锤 打击板 的高速旋转的转子和固定的反击板 物料在转子回转范围内受到板锤冲击 并被高速撒向反击板 再次受到冲击 然后又从反击板反弹到板锤 类型 单转子反击式破碎机双转子反击式破碎机 二 构造 1 转子2 板锤3 4 反击板5 悬挂螺栓6 机壳7 入料口8 链帘 三 性能及应用优点 物料反复多次受到打击 反击和互相撞击而破碎 效率高 动力消耗低 产品粒度均匀 破碎比大 一般为20左右 高的可达50 60 可以减少破碎级数 简化生产流程 缺点 板锤 反击板磨损快 特别破碎坚硬物料 防堵性能差不适宜破碎塑性和粘性物料 四 反击式破碎机与锤式破碎机比较 两者工作原理相似 都是以冲击方式破碎物科 但是其结构和工作过程各有差异 主要区别如下 1 反击破的板锤和转子刚性连接 利用整个转子的惯性对物料进行冲击 使其不仅被破碎 而且获得较大速度和动能 2 反击破的破碎腔较大 使物料有一定的活动空间 充分利用冲击 反击和碰撞作用被破碎 3 反击破的板锤是自下向上迎击投入的物料 并把它抛到上方的反击板上 锤破的锤头顺着物料落下的方向打击物料 4 反击破下部一般没有篦条 产品粒度靠板锤的速度以及与反击板之间的间隙来保证 第五节预均化技术一 原料预均化的原理水泥厂原料都要有储存和堆放的过程 在物料堆放时 尽可能地以最多的相互平行和上下重叠的同厚度的料层构成料堆 在取料时 则在垂直于料层的方向 尽可能同时切取所有料层 依次切取 直到取完 这样取出的物料成分比堆放时均匀的多 这就是所谓的 平铺直取 二 预均化的意义1 均化原料成分 减少质量波动 稳定生产2 扩大矿山资源的利用 放宽矿山开采的质量控制要求 降低开采成本3 可对不同组分的原料预配料三 采用预均化技术的条件CaCO3的波动R15 原料均匀性差 必须采用预均化要求预均化后的成分波动范围控制在 1 四 预均化堆场的类型石灰石 煤预均化堆场预配料堆场配料堆场 第六节预均化堆场的布置形式及堆取料方式一 堆场的布置形式1 矩形预均化堆场直线布置 堆料机 取料机易布置 不需转化台车 多采用平行布置 设中转台车 回转式或双臂式堆料机 较少采用 2 圆形预均化堆场原料由进料机送到堆场中心 由可绕中心360 回转的悬臂式皮带堆料机堆料 料堆为圆环 其截面是 人 字形料层 取料一般都用桥式刮板取料机 可回转360 取出的物料经刮板送到堆场中心卸料口 由地沟内的出料机运走 矩形和圆形堆场的比较 二 堆料方式1 人字形堆料法堆料点在料堆纵向中心线上定速往返卸料 人字形堆料的优点 堆料的方法和设备都较简单 可取得较好的化效果 因此这种方法使用得最普遍 主要缺点 物料颗粒离析比较显著 堆料两侧及底部集中了大块物料而料堆中上部分多为细粒 2 波浪形堆料法目的减小物料的离析作用 波浪形堆料法的优点 均化效果好 特别是当物料颗粒相差较大 如0 200mm 或者物料的成分在粒度大小不同的颗粒中差别很大的情况下 效果比较显著 缺点 堆料点要在整个堆场宽度范围内移动 堆料机必须能够横向伸缩或回转 设备价格贵 操作比较复杂 所以此法一般仅限于少数物料 3 水平层堆料法 优点 可以完全消除颗粒离析作用 每层内部也比较稳定 缺点 堆料机结构复杂 操作也不简单 一般都用于多种原料混合配料的堆场 4 横向倾斜层堆料法要求堆料机在料堆宽度的一半范围内能做伸缩或回转 可以采用耙式堆取料合一的设备 价格上特别便宜 但颗粒离析现象比人字形堆料法更严重 大块颗粒几乎全落到料堆底部 均化效果是很不理想的 只能应用于那些对均化要求不高的原材料 5 纵向倾斜层堆料法 对堆料设备要求不高 但料层较厚 物料颗粒离析现象较严重 相似于横向倾斜层堆料法 6 连续合成堆料法 Chevcon堆料法 Chevcon堆料法是人字形堆料法和纵向倾斜层堆料法的混合堆料法 适用于圆形堆场 堆料过程和人字形堆料法相似 但堆料机下料点的位置不是固定在料堆中心线上 而是随每次循环移动一定的距离 这种堆料法可克服 端锥效应 而且由于料堆中 前 后原料的重叠 长期偏差和原料突然变化产生的影响可被消除 均化效果较好 三 取料方式不同的堆料 有待于最适当的取料方式和相应的设备 只有这样才能获得预期的均化效果 预均化堆场有三种取料方式 1 端面取料最适用于人字形 波浪形和水平层的堆料 2 侧面取料一般都采用耙式取料机 又名链式耙取料机 3 底部取料堆料底部设有缝形仓 都采用叶轮式取料机 第七节堆料机和取料机一 堆料机堆料机大致上分为 各种型式天桥 顶部 皮带堆料机 悬臂式皮带堆料机 桥式皮带堆料机和耙式堆料机四类 1 天桥 顶部 皮带堆料机当预均化堆场设有厂房时这种堆料机也是比较经济的一种 它可以利用堆场的厂房屋架 使天桥皮带机沿堆料纵向中心线安设 2 悬臂式皮带堆料机悬臂式皮带堆料机式目前预均化堆场中用得比较普遍的堆料机 它最适用于矩形预均化堆场的侧面堆料和圆形堆场内围绕中心堆料 卸料点可以由悬臂皮带机调整附仰角而升降 使物料落差保持最小 悬臂式皮带机可以装成固定式 回转式 直线轨道式等各种形式 由于圆形堆场是中心进料 卸料点要随时升降 因此在新的圆形预均化堆场中采用较多 3 桥式皮带堆料机桥式皮带堆料安装在可以移动的桥架上 横跨料堆或者环绕圆环形料堆回转 利用S型卸料车卸料 可以在料堆任何点卸料 所以这种堆料机可以作人字形 波浪形 水平层等多种堆料作业 4 耙式堆料机主要用于侧面堆料 一般都能堆料和取料作业 设备的价格比较低廉 二 取料机1 桥式刮板取料机这种取料机适用于端面取料 也是目前国内水泥企业使用最普遍的取料机 不仅是因为它能基本上同时切取全端面上的物料 有较好的均化效果 而且它适用于各种形式的堆场 工作方式 自学2 桥式圆盘取料机3 桥式斗轮取料机4 耙式取料机堆料机和取料机的操作与维护 第八节均化效果的影响因素及其防止措施一 原料成分波动如果原料矿山开采时夹带其它废石 或者矿山原料本身波动剧烈 开采后进入预均化堆场的原料成分波动就会成非正态分布 原料低品位部分会远离正态分布曲线 甚至呈现一定的周期性的剧烈波动 使原料在沿纵向布料时产生周期性长的波动 即所谓长滞后的影响 这种影响在出料时会有所反映 增加出料的标准偏差 原料矿山开采时要注意搭配 特别在利用夹石和品位低的矿石时不仅要合理搭配开采时的台段 采区 而且要合理地规定各区的采掘量和运输方式 在使用多种产地不同 品质各异的煤炭时 也要注意使其经过搭配后进入预均化堆场 以保证取得较好的均化效果 二 物料离析作用物料颗粒总时有差别的 堆料时 物料从料堆顶部沿着自然休止角滚落 人字形 波浪形 横向倾斜层和纵向倾斜层堆料法都可能出现这种现象 较大的颗粒总是滚倒料堆的底部两边 而细料则留在上半部 大小物料颗粒的成分往往不同 特别是石灰石 大颗粒一般碳酸钙含量高 引起料堆横断面上成分的波动 这就是所谓短滞后现象 或称为横向成分波动 要减少物料离析作用的影响 可以从三个方面去