PCXG系列超高细破碎机的研制与应用

　　1  PCXG系列超高细破碎机的研制目的
　　在建材、冶金、化工、煤电等行业，经常会遇到希望仅仅通过单一的破碎作业就能直接获得细小粒径和狭窄级配的粉粒状产品的生产需求，一般情况下，要求95%以上为<2~3mm的粉粒料，同时又不希望含有过多的微粉粒级，产品终粒级主要分布在0.08~2.80mm之间。合肥水泥研究设计院破碎工程机械厂十年前推向市场的PCX系列高效细碎机，以及目前市场上类似的其它型式细碎机，只能将块状物料细碎到3~8mm以下，其中<2~3mm的粉状料一般不超过50%，为了获得合格的0.08~2.80mm的终粒级产品，只能在初次破碎后进行筛选复破，这样不仅会增加工艺装备、导致流程繁杂，还会增加并不需要的微粉含量，耗能而无益。应对这一市场需求，合肥水泥研究设计院破碎工程机械厂专门研制了PCXG系列超高细破碎机，可广泛适用于对石灰石、白云石、硅灰石、叶蜡石、铝矿石、瓷石、页岩、石膏和煤矸石等中等以上硬度的干燥矿物或其煅烧后的产物进行超高细破碎。

　　2  PCXG系列超高细破碎机的基本构造及工作原理
　　2.1  PCXG系列超高细破碎机的基本构造
　　PCXG系列超高细破碎机是一种反击式和锤击式相结合的新型冲击式破碎设备，其基本构造见图1。由上机体、下机体和转子体三大部分组成。上机体内正面安装各种反击齿板，上下机体内侧面安装各种侧衬板并设有观察和检修孔，下机体内安装不同形式和功用的出料篦板，转子上铰接能自由转动的扇形锤头，转子体通过三角皮带与电机连接获得动力，整机构成粗碎、中碎、细碎三个破碎工作腔。

          图 1

　　2.2  PCXG系列超高细破碎机的工作原理
　　在第一破碎腔，高速旋转的锤头直接仰击入机的大块物料，并使之撞击大平反击板和弧形反击板，构成第一次粗碎；粗碎后的物料落下后，仍受到后续锤头的平击，进入第二破碎腔，并使之撞击小平反击板和弧形反击板以及前反击板，构成第二次中碎；继之，在锤头与前反击板之间逐渐变小的区域内达到大部分细碎。由此可见，物料在上机体内受到锤头连续不断的打击、三道反击板的反复撞击和物料相互之间的碰撞，大致可完成80%以上的细碎工作。余下的粗颗粒在锤头与篦板面之间受到锤击、挤压、剪切、搓磨、铣削等共同破碎作用，直至达到小于篦板孔缝的粒径时才能排出机外，少量漏破的粗粒物料返回到上腔体内与新进入物料一起受到重复破碎，决无超标大颗粒排出机外。因此，出机物料的粒度均匀超细，可控制在绝大部分<2~3mm以内，达到超高细破碎效果。

　　3  PCXG系列超高细破碎机的主要结构特点及技术性能
　　在结构上，综合了反击式和锤击式破碎机的优点，结合国外破碎机高破碎腔的特点，研究设计出了最适宜的卧式单转子、铰结式锤头、逆击式多级破碎高腔、篦条或篦孔限制排料的结构形式，使物料在破碎过程中有一个曲折有序的运动轨迹，受到多机理、高频率的有效破碎，最终以合格粒径排出机外。

　　在材料上，根据不同工作部件的不同磨损失效机制，研究选用了不同耐磨特性的最佳材质及其组合结构为之配套使用。独特新颖的结构设计和优质耐磨材料的采用使得PCXG系列超高细破碎机具有如下特点和性能：

　　3.1 特殊的粗、中、细三级破碎腔型结构优化设计使得破碎效率大大提高
　　破碎机的腔形结构决定着物料的破碎效率。PCXG系列高细破碎机承袭了PCX系列高效细碎机的优点，与一般反击式和锤击式破碎机腔型设计有明显区别：一是上机体反击腔空间容积大，成特殊的三曲面腔型结构，上反击腔高度大约为下机体的1.5~2倍；二是破碎腔中的各种齿面反击板的几何形状，对物料运动起着导向作用，能延长物料在上机体的滞留时间，增加“锤击料”、“料撞板”、“料打料”的破碎几率；三是上机体的前反击板下沿和下机体出料篦板与锤头之间的间隙可调，对物料的挤压、剪切、搓磨作用大而恒定。合理的三级破碎腔设计，能充分发挥反击式破碎效率高和锤击式细碎能力强的功效，实现最有效破碎及最大限度降低易损件磨损的目的。与其它细碎机相比节电20~30%，同等入料粒度和产量条件下，出机粒度最小，装机功率最小，电耗、磨耗最低。

　　3.2 出料粒度均匀齐整、调控机构方便快捷
　　根据工艺需要，本机配备了180°整体钻孔钢板和60°分体铸造两种结构型式的出料篦板件供定货时选用：①对于入机物料磨蚀性较小、温度较低或破碎后产品粒级要求较细窄的工况，采用厚度25mm的HARDOX焊达耐磨钢板，先钻出Ф8~10mm的圆柱孔，而后卷制成180°弧形面加工而成，经过塑性变形，圆柱孔变成适合排料的内径小外径大的椭圆锥台孔。该篦板整体悬挂在破碎机下机体内，与机内其它相邻机件配合处的缝隙小，决无漏料，排出机外的终产品粒径任一维度尺寸都不会超标，获得的产品粒度可以小至2~3mm以下，其中95%以上为粉粒料。②对于入机物料磨蚀性较大、温度较高或破碎后产品粒级要求较宽泛以及难免混入铁件杂物的工况，采用合肥水泥研究设计院研制的铬钼镍多元合金钢材料，按照60°弧形面10~12mm篦缝宽度分三块铸造而成，通过两上一底三个篦子架固接拼装在破碎机下机体内，优点是篦板更耐磨、有一定排铁功能，缺点是出料产品中夹有少量长片状颗粒。通过改配篦板的构造和孔缝尺寸，或者通过变频调速方式改变转子工作转速，可以获得不同终粒级范围的产品。

　　锤头、前反击板、篦板使用一段时间后必然会磨损，其间隙增大，破碎效率降低，篦板面上的粗颗粒量增多，机器的负荷增大，出机粒度虽不会陡然增大，但细粉的比例会减少。为解决这一难题，锤头一端磨损后可换面使用，前反击板及篦板的位置均设计为可调。在锤头使用的中间阶段或前反击板及篦板本身受到磨损造成间隙增大需要弥补时，可通过各自的调节机构将它们向转子中心调整。前反击板的调节，可通过旋转门上的两个水平调节丝杆进行；前反击板设计成上下对称结构，当下沿齿面磨平后，还可以上下倒置换面，再使用一次。两种结构出料篦板件的调整方法是：①180°整体篦板可通过下机体外侧连接篦板支撑梁的两个垂直调节丝杆进行调节。②60°分体篦板中的两个上篦板件可通过下机外与其连接的四个平衡配重杠杆下的垂直调节丝杆进行调节。底篦板件坐落在破碎机底板两条角钢刀口上，用下机体内侧面箱板上的四个限位板固定，可轻松地从下机体两端拉出和推进，通过在原角钢上叠放或撤除角钢可方便地抬高或降低底篦板。打开旋开门或下机体观察孔，即可看到或测量各易损件的磨损量，计算出应调节的距离，相应调节各部件，使间隙稳定在控制距离之内。前反击板下沿及篦板内弧面相对于锤头之间的间隙控制在5~10mm左右，可获得最佳破碎效果。间隙过小，有可能打坏机件；间隙过大，影响破碎效果并易造成锤头磨损加剧。当锤头、前反击板、篦板进行调换时，可将前反击板、篦板调整回原位置，再逐渐向转子中心调整。

　　3.3 多重安全保护装置减免损坏
　　高速旋转的破碎机内严禁进入铁件，否则会造成毁机伤人的严重事故。在安装了电磁除铁器之后，仍可能有耐热钢、高锰钢等无磁性铁件或漏除铁件入机。为消弭这一大隐患，转子上的锤头可绕锤轴自由回转，对铁件有避让作用，不会造成连续断裂。前反击板铰接悬挂，其背后的调节丝杆压板上有保险螺栓，受到超负荷应力后会拉断向后退让。60°分体结构的两个上出料篦板件也称为排铁安全门，是一种重锤杠杆式平衡保护机构，入机铁件受到锤头打击后会对篦板产生突然增大的正压力，依靠杠杆原理，使上篦板与下篦板接缝处闪开较大缺口，将铁件排出破碎机外，实践表明排铁的成功率在70～80%。作为配合措施，在转子受到突然牵制时，可借助皮带打滑的传动特性，部分地释放传递动力；同时，在电机的电器控制运行回路上，正确地设定安全运行电流峰值，在破碎机出现故障的瞬间迅速切断电力，使电动机停转。因此，能有效的保护破碎机机件免受过大损坏。

　　3.4 耐磨材料配备合理、易损件寿命长
　　合理的结构设计以及选用合肥水泥研究设计院耐磨耐热材料厂研制的各种高硬度配合高韧性的耐磨材料，使得机内各部分易损件的抗磨性能和可利用率大大提高，从而显著地增加了易损件的使用寿命。与一般破碎机相比，易损件使用寿命提高3~5倍。

　　3.4.1锤头的磨损和材料选择
　　锤头主要承受物料的撞击凿削磨损和高应力的切削冲刷磨损。为了对入机物料达到超高细破碎，获得出料粒度<2~3mm的粉粒状产品，转子转速设计的比较高，锤头线速度较大。在此工况条件下，锤头承受的撞击凿削磨损适中，但承受的高应力犁削和冲刷磨损还是很大的，采用高锰钢等传统耐磨材料不能发挥其加工硬化的特性，不耐磨，锤头材质需要有足够的高硬度配合高韧性才能耐磨，同时还要具有高的抗回火性能。

　　因此，锤头选用了高韧性超高铬钼镍合金铸铁，主要化学成分：C2.6~3.0、Cr20~22、Mo1.8~2.2、Ni0.8~1.2、Cu0.8~1.2、Si和Mn<1.0；热处理后的综合机械性能优异，硬度高达HRC60~64，冲击韧性αk = 14～20J / cm2。既耐磨又可在<500℃温度下使用，锤头磨耗仅为1~3g/t，使用寿命可比高锰钢提高3~5倍。

　　3.4.2反击板、侧衬板的磨损和材料选择
　　反击板主要承受物料的冲击凿削磨损，侧衬板主要承受切削冲刷磨损。因此，反击板要选择有一定韧性的高硬度材料，侧衬板要选择以硬度为主的材料。为了减少耐磨材料品种，综合两者的工况条件，选用了中碳多元合金钢，主要化学成分：C0.45~0.55、Cr4.5~5.5、Mo0.1~0.4、Si和Mn<1.0；热处理后的综合机械性能为：硬度HRC48~54，冲击韧性αk = 20～40J / cm2。使用寿命可比高锰钢提高2~3倍。

　　3.4.3出料篦板的磨损和材料选择
　　篦板受排出物料的切削冲刷磨损和锤头施加给物料的挤压力，其磨损失效机理为切削冲刷磨损为主、小能量的多次冲击挤压为辅的磨料磨损。为抵抗切削冲刷磨损，需要材料的硬度高；受冲击挤压，需要材料有足够的强韧性。因此要选择高韧性、高硬度的合金钢。

　　在入机物料磨蚀性较小、温度较低或破碎后产品粒级要求较细窄的工况条件下，选配HARDOX焊达耐磨钢板钻孔卷制焊接而成的180°整体篦板。HARDOX焊达耐磨钢板由瑞典钢铁奥克隆德有限公司（SSAB）独家生产，目前有6个品种，本机选用的是H500型钢板。在<300℃的场合，硬度高达HB500，耐磨损；同时冲击韧性也很高αk = 32J/cm²，比同等硬度的铸造耐磨材料韧性高很多；弯曲性能好，25mm厚的H500钢板最小可弯曲半径为100mm；可焊性好，相当于中碳结构钢，有利于整体篦板的卷制焊接加工。

　　在入机物料磨蚀性较大、温度较高或破碎后产品粒级要求较宽泛以及难免混入铁件杂物的工况条件下，选配分体铸造篦板，选用铬钼镍多元合金钢材料制造。其主要化学成分：C0.32~0.42、Cr4.5~5.5、Mo0.2~0.8、Ni0.2~0.8、Si和Mn<1.0；热处理后的综合机械性能为：硬度HRC48~54，冲击韧性αk = 40～60J / cm2。已广泛应用在各类破碎机出料篦板上，使用寿命可比高锰钢提高2~3倍。

　　3.5 人性化设计使得维修更换方便
　　打开旋开门和侧面退轴孔盖就可以方便地调换锤头；打开各部分盖板就可以方便地更换各种衬板；无需吊开上机体和转子总成或钻入破碎机基础下的卸料通道，就可以方便地调整和更换篦板。可大大的减轻工作量，缩短检修时间。

　　3.6 工艺布局随意
　　本机运行平稳，振动小，容许安装在库顶楼层；耐高温，运转率高，可安全用于热工窑炉下。

　　4  PCXG系列超高细破碎机的主要性能参数

注：表格中为已经定型制造的机型，更大规格型号的机型正在研制中。

　　5  PCXG系列超高细破碎机的部分应用实例简介
　　5.1  两台PCXG0804型超高细破碎机在河北邯郸新兴铸管股份有限公司球团分厂投用，一台破碎煅烧石灰石，一台破碎煅烧白云石。由于工艺设计上在两台破碎机后都配置了3×3mm方孔金属丝网振动筛进行产品终粒度控制，粒径超标颗粒可以返回破碎机复破，所以，在破碎机的配置上，电机功率选用30kW，出料篦子采用10~12mm缝宽分体铸造篦板，物料通过破碎机的能力大，不易堵机。该厂煅烧石灰石和煅烧白云石，料温40~120℃，入机粒度20~100mm，破碎后出料平均粒度<3mm，条状篦缝造成少量产品颗粒的单维度尺寸达到4~5mm，通过振动筛筛网的成品比率>85%，破碎机台时产量17~20t/h，煅烧石灰石经破碎产生的新鲜料粉比之煅烧白云石粉经破碎产生的新鲜料粉，粘滞性大一些，对破碎机篦板出料、振动筛筛分效率有一定影响，因此，前者比后者的产量低约20%。单产电耗0.8~1.2kWh，锤头的单位磨耗为2~3g/t，一副锤头使用寿命达到2.0~2.5万吨。

　　5.2  PCXG0806型超高细破碎机在安徽芜湖市白天鹅材料有限公司用于破碎煅烧石灰石，供芜湖钢铁厂掺入钢包中作为碱性再造渣溶剂使用。煅烧石灰石温度30~100℃，入机粒度20~100mm，要求破碎机产量20~25t/h，成品中<3mm粒径大于95%即为合格。在破碎机的配置上，电机功率选用37kW，出料篦子采用10~12mm缝宽分体铸造篦板，破碎后产量和粒度经过检测满足用户要求。但是在生产线上遇到另外一个问题，成品粉料库下卸料莲蓬头会慢慢地被粉料中极少量尺寸超标颗粒堵塞从而影响装车。为此，我们又给用户改配了5~8mm缝宽的分体铸造篦板，破碎后成品粒度全部<3mm，成品粉料库下卸料不成问题了，但是由于铸造篦子板厚度达45mm，缩小篦缝后，通道变窄、有效出料面积减小，加上煅烧石灰石经破碎产生的新鲜料粉粘滞性大，排料阻力增大，使得破碎机产量下降了，时间长了还堵塞出料篦板篦缝，需要周期性停机清堵，对破碎机连续高效运转有影响，不是长久之计。后来，用户在破碎机后增加了一个滚筒筛，调回原配的缝宽10~12mm分体铸造篦板，整个生产线得以正常运转。

　　5.3  河北霸州前进钢铁集团有限公司石灰分厂采用回转窑煅烧石灰石，出窑块状熟石灰，温度100~300℃，粒度20~120mm，工艺设计上，是将出窑料提升到储存库顶板上经过破碎机破碎后不经筛分直接落入粉料库内，产品粒径要求全部<3mm。根据前两个用户的使用经验，我们重新设计制造了整体钻孔（Ф8mm）篦板，装配在PCXG0806型超高细破碎机上提供给该用户，电机功率37kW，经过近两年的生产实践证明，密布孔眼使得篦板出料通道变窄了，但有效出料面积并未减小，破碎产量达到20~25t/h，产品粒径全部<3mm，无一超标颗粒。高韧性超高铬钼镍合金铸铁锤头也经受了高温物料的考验，锤头的单位磨耗为2~3g/t，一副锤头使用寿命达到3.0~3.5万吨。整体钻孔篦板和各种反击板约一年更换一次，侧衬板使用近两年未更换。

　　5.4  新疆伊犁新源实业有限公司与河北霸州前进钢铁集团有限公司工况相当，也是短流程无筛分细破碎工艺，只是破碎机要求产量较小些，只需8~10t/h。我们为该用户提供了一台PCXG0804型超高细破碎机，配置整体钻孔（Ф8mm）篦板，电机功率减小到18.5kW，使用一年半，取得相同效果，锤头的单位磨耗为2~3g/t，一副锤头使用寿命达到2.0~2.5万吨。

　　5.5  此外，PCXG系列各型号超高细破碎机，还在山东日照钢铁有限公司、河南安阳市汤阴县亚新钢铁有限公司、印度加尔各答钢铁厂等球团生产线上投用，对石灰石、白云石及其煅烧产物进行超细破碎，都取得了良好效果。

　　6  结束语
　　PCXG系列超高细破碎机的研究制造和成功应用，为广大用户提供了更多选择。目前，正在积极选点，扩大在煤矸石制砖、耐火材料浇注料、火电厂高温烟气钙法脱硫等行业需要超细粉粒破碎的场合进行应用试验。同时，也在加快向大型化设备发展的研制步伐。

　　随着破碎理论和破碎技术的发展以及加工制造水平的提高，PCXG系列超高细破碎机也必将获得更大的改进完善和普及应用。