0、引言
    近年來(lái)投產(chǎn)的新型干法水泥線中，生料系統(tǒng)普遍應(yīng)用下列三種工藝布置方式：①單段錘破+立磨；②單段錘破+高效細(xì)碎機(jī)+管磨；③單段錘破+擠壓磨+管磨。但在已有的許多老線中，生料系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)單段錘破+管磨工藝布置方式，其入磨粒度僅能控制在≤25mm(篩余15%)范圍內(nèi)。而此粒度顯然無(wú)法滿足降低磨機(jī)系統(tǒng)綜合電耗的目的。受場(chǎng)地和空間限制，老線較難改造成新型破碎工藝系統(tǒng)。在工況條件不變前提下，要進(jìn)一步提高現(xiàn)有磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量并降低電耗，較佳途徑是降低入磨粒度。因此有必要研制一種出料粒度≤15mm（篩余5%～10%）的新型單段錘破。我院在多年來(lái)研制推廣PCX型高效細(xì)碎機(jī)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了PCZ強(qiáng)力破碎機(jī)。
1、破碎機(jī)理
    PCZ強(qiáng)力破碎機(jī)基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖l，其破碎是基于單顆粒破碎和顆粒體的群體料層破碎相結(jié)合的破碎方式。進(jìn)機(jī)的大塊礦石首先由錘盤(pán)支托，受高速旋轉(zhuǎn)的錘頭打擊，礦石被一塊一塊地敲脫下來(lái)。進(jìn)機(jī)的較小礦石，則直接飛向反擊板破碎并反彈，與后續(xù)飛來(lái)的礦石再次空中碰撞。此粗碎階段屬單顆粒破碎。反復(fù)擊打變小的礦石，在破碎腔里繼續(xù)被打擊破碎，在壓力作用下，料層厚度被逐級(jí)壓縮．快速通過(guò)破碎板與轉(zhuǎn)子之間的顎口進(jìn)入下機(jī)體，在轉(zhuǎn)子圓周與篦板之間狹小空間形成的“沸騰床”里，被擠壓、剪切、搓磨，合格粒度的礦石由篦縫排出機(jī)外。此細(xì)碎階段屬顆粒體的群體料層破碎。
2、技術(shù)特點(diǎn)
2.1破碎腔型優(yōu)化
    反擊破碎腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了設(shè)備的能力、功耗、磨耗及產(chǎn)品粒度等重要指標(biāo)。為了充分發(fā)揮單顆粒破碎和顆粒體的群體料層破碎的功能，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，分析了破碎腔內(nèi)破碎板與轉(zhuǎn)子圓周之間幾何曲線形狀及顎口間隙大小對(duì)物料的通過(guò)量以及破碎效果的影響，找出了兩者之間較佳破碎嵌入曲線和嵌入角，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了反擊破碎腔。使整個(gè)破碎腔的顆粒群密度保持了一個(gè)由疏變密的較佳速率以及破碎腔齒角的較佳動(dòng)態(tài)性能。其破碎腔型優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2（圖中R710是轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)半徑）。
2.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化
    為使轉(zhuǎn)子具有將大塊礦石瞬間擊碎并迅速達(dá)到所需粒度的能力，同時(shí)保證大塊礦石進(jìn)機(jī)時(shí)電動(dòng)機(jī)電流基本不發(fā)生大的波動(dòng)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：①盡量增加錘頭外伸量；②根據(jù)錘頭磨損及轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡情況，建立錘頭排列配置模型；③將錘盤(pán)、端盤(pán)等焊接成一體，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；④根據(jù)礦石特性和含土及水分不同，對(duì)轉(zhuǎn)子做針對(duì)性的設(shè)計(jì)。
2.3錘頭材質(zhì)合理選用
    根據(jù)石灰石中游離Si02含量、物理性能、泥沙和水分含量等，選用超高錳合金或合金鋼模鍛錘頭。
    對(duì)高硬度物料選用超高錳合金錘頭(ZCMn17Cr2MoVTi)。該材質(zhì)的錘頭由于加入Cr、Mo和V等元素使晶粒細(xì)化，提高了錘頭的強(qiáng)度和韌性。通過(guò)采用合理的熱處理工藝，錘頭的金相組織以?shī)W氏體為主，加少量的碳化物和馬氏體。這種錘頭在高硬度物料的劇烈沖擊下會(huì)迅速產(chǎn)生奧氏體的冷作硬化效果，可由原始硬度HB200左右提高到HB460-500。圖3為PC21414強(qiáng)力破碎機(jī)在破碎20萬(wàn)噸石灰石后超高錳合金錘頭的磨損情況。
    對(duì)中硬或偏軟的物料則選用合金鋼模鍛錘頭。這種錘頭不僅整體抗拉強(qiáng)度達(dá)850MPa，而且有相當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。在錘孔加工后對(duì)錘端打擊區(qū)進(jìn)行淬火，其表面硬度可達(dá)HB410-460。
2.4排料篦子優(yōu)化
    優(yōu)化排料篦子的主要目的是提高破碎效率及對(duì)原料的適應(yīng)性。通過(guò)研究篦條的截面形狀及走向、刃口角度、篦縫大小及變化、排列方式，找出了較佳的顆粒體的群體料層破碎密度及密度變化率。另外，老式篦子的調(diào)節(jié)只能使中部達(dá)到與轉(zhuǎn)子有合理的間隙，而前后兩段均擴(kuò)張?jiān)龃�，從而極易形成墊層，不僅使篦子的通過(guò)能力減小，產(chǎn)量降低，而且墊層又加速錘頭的磨損并縮短壽命。優(yōu)化后篦子采用可收縮結(jié)構(gòu)，可以消除墊層現(xiàn)象的產(chǎn)生，使破碎機(jī)在錘頭磨短之后仍保持正常的工作狀態(tài)。
2.5安全保護(hù)裝置
    除本體內(nèi)設(shè)計(jì)了排鐵門(mén)安全機(jī)構(gòu)、在強(qiáng)力作用下可后退的反擊破碎板、能3600轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接錘頭速三項(xiàng)進(jìn)鐵保護(hù)功能外，在自動(dòng)控制上考慮了下列兩個(gè)安全保護(hù)措施：
    1)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)控制原理，破碎機(jī)主電動(dòng)機(jī)裝有功率變送器，根據(jù)其檢測(cè)到負(fù)荷信號(hào)可自動(dòng)調(diào)節(jié)喂料設(shè)備的速度，使破碎機(jī)始終在較佳負(fù)荷和較合理電耗狀態(tài)下運(yùn)行。在超負(fù)荷等異常情況下控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或給出停車(chē)控制動(dòng)作。
    2)控制系統(tǒng)將根據(jù)軸承溫度檢測(cè)裝置傳輸?shù)男盘?hào)，設(shè)定上限報(bào)警值，異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或給出停車(chē)控制動(dòng)作。
2.6加工和裝配工藝改進(jìn)
2.6.1  錘盤(pán)和端盤(pán)表面堆焊
    錘盤(pán)及端盤(pán)外緣部分要求有較高的耐磨性，同時(shí)錘軸孔的部位還需較高的韌性。為此，先在錘軸孔外周用D212焊條堆焊2.5 mm厚緩沖層，然后整個(gè)輪緣再用TM-55焊條堆焊8mm厚的耐磨層。錘盤(pán)及端盤(pán)母材采用低碳厚鋼板，焊接性較好，但由于板材及堆焊層較厚，焊接時(shí)熱影響區(qū)有可能產(chǎn)生熱裂紋。為避免此現(xiàn)象，采用火焰對(duì)錘盤(pán)及端盤(pán)進(jìn)行預(yù)熱，堆焊時(shí)保持該溫度。圖4為采用上述堆焊工藝的錘盤(pán)使用6個(gè)月后的情況，從圖中可見(jiàn)，幾乎未磨損。
2.6.2  主軸承裝配
    由于高載荷和工作條件苛刻，PCZ強(qiáng)力破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子選用了大游隙的圓錐調(diào)心滾子軸承，它的自調(diào)心功能可補(bǔ)償兩軸承座的不同心及可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子偏斜。主軸承裝配水平直接影響到軸承溫度及使用壽命。我們通過(guò)測(cè)量由于內(nèi)圈的受力膨脹而減少的徑向游隙來(lái)決定圓錐調(diào)心滾子軸承的配合。
    例：將22344CAKJW33/C3軸承(PC21414強(qiáng)力破碎機(jī)選用)裝配到主軸錐套上，用塞尺測(cè)到起始游隙為0.286mm。從表l查得，當(dāng)起始游隙減少0.102~0.140mm時(shí)為適宜的配合，所以鎖緊螺母必須擰至徑向游隙達(dá)到0.146—0.184mm范圍內(nèi)，取0.166mm。
3、應(yīng)用
    上海浦東水泥廠原為700t/d熟料生產(chǎn)線，2003年燒成系統(tǒng)技改后達(dá)到了1100/d規(guī)模，但石灰石破碎系統(tǒng)未作同步改造，嚴(yán)重制約了生料磨能力，并影響到窯的產(chǎn)量。2004年2月該廠委托我院對(duì)石灰石破碎系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。
3.1  技改工程簡(jiǎn)介
    改造前有兩條相同的∮l130mmx1150mm雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)(允許人料粒度≤350mm，臺(tái)產(chǎn)約30t/h，出料粒度≤20mm)破碎石灰石生產(chǎn)線，受板喂機(jī)及破碎設(shè)備制約，要求外購(gòu)石灰石粒度≤350mm，物料由駁船運(yùn)到碼頭后卸人地坑，經(jīng)800mm中型板喂機(jī)（允許物料粒度$350mm，輸送量l5—110m3/h）分別喂入兩臺(tái)破碎機(jī)。
    存在的問(wèn)題：
    1)該破碎機(jī)屬老式雙轉(zhuǎn)子錘破，由于設(shè)有盛料筐、轉(zhuǎn)子上錘頭排列稀疏和轉(zhuǎn)速慢(錘頭線速度僅為19.3m/s)等原因，存在產(chǎn)量低、排料中粗顆粒多、來(lái)料中泥沙含量較多時(shí)排料篦子易堵塞等缺陷。由于破碎機(jī)與生料磨產(chǎn)量不匹配，實(shí)際生產(chǎn)中放寬了篦縫，出料粒度放寬至20—40mm，單機(jī)產(chǎn)量約50t/h，但仍無(wú)法滿足生料磨實(shí)際生產(chǎn)需求。
    2)因礦山資源緊張，外購(gòu)石灰石粒度已無(wú)法滿足≤350mm要求。
    3)來(lái)料中泥沙含量高達(dá)10%—30%，水分高達(dá)5%～10%，經(jīng)常造成破碎機(jī)篦子堵塞，電動(dòng)機(jī)過(guò)載跳閘。
    另外，為了不影響全廠正常生產(chǎn)，整個(gè)改造工程要求在7d內(nèi)完成。
    針對(duì)上述情況，確定改造一條石灰石破碎線，生產(chǎn)能力達(dá)到90~130t/h，最大進(jìn)料粒度達(dá)到600mm。另一條線保持原狀不變，作為備用和補(bǔ)充。
    具體技改措施如下：
    新?lián)Q一臺(tái)PC21414強(qiáng)力破碎機(jī)，最大進(jìn)料粒度增大到600mm左右，出料粒度≤15mm(篩余5010~10%)。板喂機(jī)輸送量達(dá)130t/h左右，角度從22。抬高到23°，并相應(yīng)縮短長(zhǎng)度。并根據(jù)該廠石灰石原料中泥沙和水分含量大特點(diǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)子及篦子結(jié)構(gòu)作了針對(duì)性設(shè)計(jì)。該機(jī)工藝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。
    破碎機(jī)基礎(chǔ)利用原機(jī)地腳螺栓固定，兩者之間設(shè)一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)過(guò)渡架。因原破碎機(jī)基礎(chǔ)承載力不夠，利用原基礎(chǔ)下方出料皮帶廊空間，設(shè)計(jì)了一個(gè)八字型鋼結(jié)構(gòu)支架加固原基礎(chǔ)承載梁，其下部支腿與預(yù)埋鋼板焊接固定，上部長(zhǎng)方形鋼梁用膨脹螺栓與承載梁底部固定。新做一個(gè)較大鋼結(jié)構(gòu)支架作為電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)，其內(nèi)圈利用原電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)地腳螺栓進(jìn)行固定，外圈周邊用地腳螺栓穿過(guò)樓板固定。其加固簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6。由于準(zhǔn)備工作充分，整個(gè)工程僅用5d時(shí)間就順利結(jié)束。
3.2調(diào)試
    從2004年5月31日至6月3日，共負(fù)荷投料25h，主機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，用HY-103型測(cè)振儀測(cè)出主軸承座最大振動(dòng)烈度為4mm/s．最大振幅為0.12mm。均符合IS02372的振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和JC/T922-2003《水泥工業(yè)用破碎機(jī)技術(shù)條件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。主軸承溫度穩(wěn)定在40~60℃，小軸承溫度30-40。C，空載電流30～50A，負(fù)載電流160~200A。進(jìn)料平均粒度約200mm，最大粒度500mm，平均產(chǎn)量約100t/h。
    針對(duì)調(diào)試中暴露的問(wèn)題，進(jìn)行了及時(shí)處理：
    1)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置小軸承座水平方向振動(dòng)偏大，超過(guò)了IS02372中≤11.2mm/s評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。用千分表檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器同軸度安裝誤差過(guò)大，為此經(jīng)重新調(diào)整，將其最大誤差控制在0.2mm以內(nèi)，解決了水平振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題。調(diào)整前后小軸承座振動(dòng)烈度見(jiàn)表2。
    2)檢測(cè)主軸承溫度的顯示儀不工作。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)WZPM-201型端面熱電阻上分度號(hào)與溫度顯示儀上分度號(hào)不匹配。我們更換了分度號(hào)為Pt100的XMT智能溫度數(shù)顯儀，并將上限報(bào)警溫度設(shè)定為75℃。
    3)頂襯板螺栓易松動(dòng)。我們將螺栓由M20增大到M27，強(qiáng)度等級(jí)由4.8級(jí)提高到8.8級(jí)，機(jī)腔和襯板上螺孔用手提式旋磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)孔，最后上緊頂襯板并用雙螺母鎖緊。
    4)大帶輪一側(cè)密封環(huán)發(fā)熱。設(shè)計(jì)圖上密封環(huán)內(nèi)徑與主軸公差為∮180H7/h6，實(shí)際加工件間隙為上限，加之破碎機(jī)運(yùn)行后振動(dòng)使大帶輪與密封環(huán)端面未壓緊，造成密封環(huán)與主軸間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)熱。為此在密封環(huán)上增加了4個(gè)緊定螺釘，避免了相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
    5)板喂機(jī)頭罩嚴(yán)重變形。頭罩系原破碎機(jī)頭罩改裝而成，鋼板太薄強(qiáng)度不夠。為此，用lOmm鋼板重做了一個(gè)頭罩，里面鑲16Mn襯板。對(duì)前墻及頂部作了進(jìn)一步加固。
    6)出料皮帶上間隔3—4m有40 ~60mm大塊漏料。經(jīng)實(shí)地觀察，漏料系破碎機(jī)內(nèi)反彈石塊從鏈板與接料溜子底邊之間空隙中彈射出來(lái)，并經(jīng)料斗直接落入出料皮帶上造成的。其原因是板喂機(jī)頭輪伸人頭罩接料溜子的深度不夠，鏈板與接料溜子底邊之間空隙過(guò)大，膠皮不起作用。改進(jìn)措施是將接料溜子接點(diǎn)移到頭輪中垂線之下，并盡量減少與鏈板間空隙，接料溜子底部安裝一塊伸入鏈板凹槽內(nèi)厚橡皮擋板，使機(jī)內(nèi)反彈石塊重新進(jìn)入機(jī)腔內(nèi)破碎。
3.3使用效果
    PC21414強(qiáng)力破碎機(jī)自2004年6月初投運(yùn)以來(lái)，已成為該廠1100t/d生產(chǎn)線提供原料的主導(dǎo)設(shè)備，到2005年9月，累計(jì)破碎石灰石40多萬(wàn)噸。
    1)原料適應(yīng)性
    由于該廠外購(gòu)右灰石受制于供應(yīng)商，進(jìn)廠原料中摻雜了大量濕泥沙，當(dāng)泥沙含量高達(dá)10%—30%，水分5%～10%時(shí)，一般能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在上海6、7月梅雨季
節(jié)，曾發(fā)生過(guò)被堵的事件。后來(lái)通過(guò)降低板喂機(jī)轉(zhuǎn)速，
減少破碎量以及對(duì)泥沙含量超過(guò)30%、水分超過(guò)
10%的原料先晾曬后破碎，使問(wèn)題得到了解決。
   2)安全性
   在調(diào)試階段曾發(fā)生過(guò)頂襯板螺栓松動(dòng)脫落，頂襯板落人下機(jī)腔情況。在運(yùn)行2個(gè)月后因振動(dòng)停機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)斷了一個(gè)錘頭，錘軸上只剩錘柄，而錘頭已從排鐵門(mén)中穿過(guò)進(jìn)入料庫(kù)。檢查篦子、錘盤(pán)及反擊板等均無(wú)損傷，說(shuō)明它的安全性是比較好的。
    3)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性
    主軸承座用HY-103型測(cè)振儀測(cè)定空載和負(fù)載時(shí)振動(dòng)烈度為：水平0.10—0.34cm/s，軸向0.10 ~0.4cm/s，垂直0.12~0.16cm/s，表明它的運(yùn)轉(zhuǎn)是平穩(wěn)的。而且工作電流穩(wěn)定在160~200A范圍內(nèi)，沒(méi)有大起大落的現(xiàn)象，表明設(shè)計(jì)的主參數(shù)和慣量恰當(dāng)。
    4)生產(chǎn)能力
    根據(jù)用戶要求，本機(jī)按90—130 t/h設(shè)計(jì)，并留有20%的余量。實(shí)際使用表明，上述指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到。目前喂料量控制在100—130 t/h范圍內(nèi)。通常在黃梅雨季喂料量適當(dāng)減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)全年平均產(chǎn)量約lOOt/h。
    5)出料粒度
    經(jīng)取樣篩分后出機(jī)粒級(jí)分布如下：0～3mm占35%，3～5mm占25%，5～lOmm占20%，10～15mm占16%，≥15mm占4%。比預(yù)期指標(biāo)要好。
    6)電耗
    本機(jī)由一臺(tái)160kW電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其負(fù)載電流波動(dòng)范圍160~200A，實(shí)際運(yùn)行功率約在74—92kW范圍，平均電耗小于0.92kWh/t。
    7)易損件的磨耗
    第一套錘頭使用6個(gè)月后更換，共破碎石灰石約18萬(wàn)噸，新錘頭總重1 564.65kg，換下錘頭總重1283.0lkg，凈消耗量281.64kg，錘頭金屬磨耗為1.56g/t，錘頭消耗成本約為0.13元／t。更換錘頭時(shí)檢查篦板、反擊板、破碎板、錘盤(pán)及端盤(pán)等均未發(fā)現(xiàn)明顯磨損，錘軸抽取檢查基本無(wú)磨損。
    8)不足之處
    由于板喂機(jī)改造受資金限制，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，最大進(jìn)料粒度限制在500mm以下，破碎機(jī)能力沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。另外，破碎含泥沙和水分高的石灰石時(shí)其電耗和錘頭磨耗尚不十分理想，錘頭消耗成本也偏高。
4、結(jié)束語(yǔ)
    從上述測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際使用效果來(lái)看，PCZ強(qiáng)力破碎機(jī)基本上達(dá)到了原定各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過(guò)一年多連續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行，表明該機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)較合理，制造加工質(zhì)量較好，為老線石灰石破碎技術(shù)改造提供了一種比較可靠的破碎設(shè)備。今后的研制方向是進(jìn)一步降低出機(jī)粒度，并向大型化發(fā)展。