破碎机创新、节能与发展的思考

　　破碎是当代飞速发展的市场经济中必不可少的一个工业环节。在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，破碎作业要消耗巨大的能量，而且又是个低效作业。破碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动等作用，使能源大量消耗。因而多年来业内人士，从理论研究到创新设备（包括改造旧有的设备），直至改变生产工艺流程，一直在研究如何达到节能、如何高效地完成破碎过程。 

　　目前破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新理论突破人们已熟知的破碎三大理论；研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还没见有工业化的设备，只是研究阶段；改进现有设备，这方面经常是根据用户自己需要来进行。 

　　由于国外矿山自80年代以来发展缓慢，使得上述研究进展都不大。国内由于国营大型矿山投入极少，也没有什么发展，而中小矿山由于各地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。  

　　一般情况下，破碎机是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50%以上的粉碎机械。破碎机的种类很多，对于水泥行业来讲，常用的破碎机有复合式破碎机、颚式破碎机、锤式破碎机和反击式破碎机等几种。 

　　节能 

　　破碎机也能够在节能减排中起到重要作用？  

　　在许多人的思维当中，破碎机和节能减排是扯不上边的。目前破碎机厂家都在低端的破碎机市场竞争，以高效、环保、低能耗技术为核心的破碎机厂家并不多。由此破碎机带给我们的是高能耗。 

　　但是事实上，破碎机在节能减排中，特别是节能方面，功不可没，特别是有针对性开发的新型、节能破碎机。 

　　以下仅列举大型单段破碎机的发展来说明。 

　　最初开发的大型单段锤式破碎机，可将最大矿石1立方米大块原矿石一次破碎到符合入磨粒度，使过去需要多段或二段破碎的过程简化为一段破碎，每小时产出300~800吨，广泛适用于矿山、建材等行业，也填补了国内大型破碎设备的空白。 

　　后来，天津水泥工业设计研究院有限公司开发了1200t/h级大型单段锤式破碎机。该破碎机在华新水泥股份有限公司得到应用，具体实测结果如下：破碎机稳定的产量为1200t/h；产品粒度<40mm占94.59%；破碎机主机电耗为0.415kWh/t。 

　　而今，天津院与合肥院共同研发了产量最大的大型单段破碎机破碎比可达1：100，最大进料粒度为1.8×1.2×1.2m，台时产量1600t/h，适应水份含量高达20%的粘湿性物料。 

　　据测算，全面实施《水泥工厂节能设计规范》要求，以4000t级标准设计为例，与“十五”期间建设的水泥厂相比，可实现节能15%以上。而在《水泥工厂节能设计规范》当中，为保障工厂节能指标的实现，也对破碎机作出了明确的要求：采用单段破碎系统将石灰石资源利用率由目前的60%提高到80%；设置移动式破碎机或组装式破碎机等。同时，这也为水泥行业破碎机的发展与创新指明了方向，增加了动力。 

　　理论 

　　无论什么事物的发展，总是离不开其根本。而发展新型高效节能的破碎机，必须从理论出发。 

　　从单颗粒破碎理论可知：单颗粒在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。 

　　从料层破碎理论可知：静压粉碎效率为100%，单次冲击效率在35%～40%左右。Schonert进一步研究表明，如果使大批脆性物料颗粒受到50MPa以上的压力，就能够由“料层破碎”节约出可观的能量。 理论只是理想的状态，生产实践证明，影响破碎机破碎的因素还有很多，如物料自身硬度、给料粒度大小、组成等等。 

　　破碎机破碎的方法有几种，包括冲击、挤压、劈裂、磨剥等。众所周知，任何一种破碎机破碎都不可能只采用单一的破碎方法。因为料层破碎较单颗粒破碎更能降低破碎产物粒度，即更高效、更节能，所以在研发上、生产中都应尽量维持破碎机的破碎腔内适宜的料层，即“多碎少磨”。 

　　实践 

　　当前，落后产能被淘汰，新型干法项目大规模上马。新建的新型干法水泥生产线绝大多是都是4500t/d以上的，新型干法的大型化已成必然趋势。此时大型单段破碎机正是大显身手的绝佳时机，它大大简化生产工艺，替代多段破碎，符合生产工艺简单化、大型化的思想。 

　　难道破碎机只能够大型化，没有别的选择了吗？ 

　　答案是不言而喻的。破碎机在水泥行业中，不仅能破碎原料，而且还能够担当起破碎熟料的重任。 

　　“集中烧成，分散粉磨”将是水泥生产格局的主要形式。因此，熟料的硬度将有所上升，对水泥的细度要求也有一定的提高。只有在磨前增加预破碎，才能使水泥磨达到优质高产的效果。  

　　辊压机是目前国内外公认的破碎水泥熟料效果比较好的产品，但它存在诸多弊端：一是耐磨材料消耗大，吨熟料耐磨材料损耗1.5~5元；二是耗电量高，80吨/小时辊压机装机容量在800千瓦以上；三是故障率高，辊压机的辊面60个工作日就要补焊一次，严重影响企业的经济效益；四是造价高，一台80吨/小时国产辊压机动辄几百万元，进口价格更高。 

　　简而言之，辊压机是以大功率、高电耗来实现高效能的。因此，要用高效、节能、低耗、投资少的产品取代辊压机，此时，破碎机就浮出水面。 

　　国内经过近几年来的深入研究，已经取得了的一些实质性的成果。高效滚式破碎机、内筛分双转子破碎机、水泥熟料细碎机等等可用于熟料破碎的产品相继问世，在结构设计等方面都有很大的进步，基本能够替代辊压机的作用。 

　　同时，应用“多碎少磨”的理念，对已有生产线老式的破碎机进行技术改造，让“老树发新芽”。 

　　如对老式细碎颚式破碎机采用“固定容积”式直线──修正高斯曲线高深式破碎腔，使物料在破碎腔内受到了一定程度的“层压粉碎”，提高机器破碎效果；同时，啮角由零变为负值，使物料不仅不会堵塞，反而与直线型动颚板构成较长的“平衡区”，使排料受到一段时间的平行挤压作用，进一步使物料变细。  

　　除此之外，也有对破碎机腔型进行改造，甚至现有技术还可以对破碎机润滑系统进行改造。 

　　比较 

　　尽管近年来我国无论在破碎理论、破碎技术、结构设计以及设备制造等方面都有很大的进步，但是不得不承认与国外破碎机械相比，仍存在一定的差距。 

　　以破碎机结构设计为例。 

　　国外从上世纪中后期开始利用计算机仿真技术对破碎机机构、腔型、产量和磨损等进行优化，从而大大提高了破碎机的性能，缩短了产品开发周期，提高了产品的市场竞争力。然而国内对破碎机的仿真优化设计的研究主要限于对特定型号的破碎机编写相应程序进行优化设计，这些程序大多重用性差，只能解决特定型号中的特定问题。 国内也有科研工作者开始尝试利用先进的运动学与动力学仿真设计工具对破碎机进行快速开发，对机构设计参数进行仿真优化设计，从而大大减小了仿真设计的工作量，缩短了产品开发周期，提高了仿真模型重用率。要缩短这一差距，赶上同期国际水泥，这仍然是一个比较长的过程。 以复摆颚式破碎机制造为实例。 我国复摆颚式破碎机运动方法的四连杆机械设计理论有很大进展，接近同期国际水平。但是复摆颚式破碎机破碎腔的双向啮角，短肘板大摆角，减少传动角与偏心距等，国外公司所提供的产品往往已采用这些经过验证的先进设计理论来提高产品性能和使用可靠性。我国国内制造商由于种种原因采用先进设计理论甚少，其主流产品几乎都是20世纪70年代之前定型的产品，采用耐磨材料（如高锰钢）和重要配套件（如调心滚子轴承）等国产基础件，使用寿命低于国际先进水平的同类产品。此外，主机厂的加工和装配工艺也与国外有较大的差距。 

　　思考 

　　造成国内外差距的原因很多，这些原因并不是“理论与技术落后”就能够概括的。 

　　市场需求不同的客观原因是我们不能回避的。国际市场上优秀的破碎设备制造商集中在欧美地区，其市场所需破碎设备规格大、自动化程度很高、机动性强。而我国正处于大规模的基本建设时期，只求上马快、投资少，供不应求的市场直接导致粗制滥造、技术水平低下、耗能高、污染环境严重的产品纷纷进入。 

　　客观原因不是短时间能够弥补的，但是技术的差距可以通过技术引进、消化吸收、自主创新，迅速向世界破碎行业的高端移动。虽然这种“暴饮暴食”的方法可以让我们短时间内能够重上几斤，但是这也不是长久之策。我们应该在这一个不太光彩的“抄袭”过程中，学会别人先进的研究方法和独特的创新思路。

　　例如，国外有一个创新思路——“以料代材”，是值的学习。 破碎机是一个耐磨材料消耗严重的设备。减少耐磨材料的消耗也是许多业内人士所研究的课题。提高耐磨材料的性能是减少耐磨材料的一种方法，但是一味只提高耐磨材料的性能终究是一条死胡同，并不能从根本上解决耐磨材料的消耗问题。 国外的研究思路是采用以物料来代耐磨材料的方式达到减少耐磨材料消耗的目的。这在国外已经投入初期的实践阶段。 国外的立轴冲击式破碎机采用物料的料垫来取代衬板作为易损件（零件设计采用料垫保护方式，取消了价格昂贵的铬合金钢堆焊），这就是很好的例子。差距是存在的，但是经过近年来的努力，我国在破碎领域某些方面的也取得了实质性进展。 

　　“新型干法水泥生产线重大配套装备研制和工程化应用”项目中独创的减震装置以及液压系统和柔性疏水技术在齿辊式破碎机得到运用，其各项技术指标均达到国际同类技术的先进水平。 

　　这也充分显示了我国在自主创新方面所取得的良好业绩和创新能力。 

　　选择 

　　尽管国内外有一定的差距，但是对于水泥企业来讲，选择符合企业生产线的破碎机，获得最大的效益才是最重要的。 近年来，国家发改委颁布了《水泥工业用破碎机技术条件》（JC/T922－2003），大体确定了水泥企业使用的破碎机类型，但是我们仍然不能大意。因为各类破碎机的侧重点不同，适应的工况也就不一样，而且生产线的大小不同，所需要的型号也不一样，所以必须对破碎机进行严格的选择、选型。 

　　虽然具体的型号需要实际的工况来决定，但是仍然可以通过各类破碎机自身的技术优势来选择具体的类型。例如：锤式破碎机出料处设有固定的筛子，用户可以根据自己的需要选用合适孔径的筛子来控制出料粒度；反击式破碎机出料粒度均匀，出料呈立方体形状，细粉料和粉尘含量低，特别适合立磨的运行。 

　　最后，水泥厂家选择水泥熟料细碎机时，建议考虑如下几点原则：锤头工作线速度慢，耐用，运转率高；出机物料粒度分布窄而稳定，有利于磨机球段优化级配；耗电低，配件费用低；结构设计合理，加工制作精细；配件维修方便；避免金属物误入机内，需安装除铁器及金属探测仪。