1、慣性圓錐破碎機特點
     慣性圓錐破碎機是俄羅斯圣·彼得堡米哈諾布爾科技股份公司在20世紀(jì)50年代研制開發(fā)的，采用了先進的破碎理論和獨特的設(shè)計思路，具有合理的機械結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，破碎比大。
    慣性圓錐破碎機機體通過隔振元件坐落在底架上，工作機構(gòu)由定錐和動錐組成，錐體上均附有耐磨襯板，襯板之間的空間形成破碎腔。動錐軸插人軸套中，電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過傳動機構(gòu)傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力，迫使動錐繞球面瓦的球心做旋擺運動。在一個垂直平面內(nèi)，動錐靠近定錐時，物料受到?jīng)_擊和擠壓被破碎，動錐離開定錐時，破碎產(chǎn)品因自重而下落，最后由排礦口排出。慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    在慣性圓錐破碎機中，動錐和傳動機構(gòu)之間無剛性聯(lián)接，動錐振幅的大小取決于物料層抗壓阻力與破碎力的平衡。破碎機剛啟動時，動錐的振幅較小，因此啟動力矩也較小。同時由于該設(shè)備運轉(zhuǎn)時若破碎腔中無料，機器會在短時間內(nèi)損壞，所以，慣性圓錐破碎機必須帶負(fù)荷啟動和停車且運轉(zhuǎn)中不得中斷供料。
  慣性圓錐破碎機動錐的旋擺頻率很高，根據(jù)不同機型在750一2200 r/min，動錐沿物料層每滾動一周都伴隨有100多次的振動。在破碎過程中，物料在破碎腔中被破碎達(dá)幾十次，這種強烈的脈沖振動加強了破碎作用，另外，慣性圓錐破碎機中動錐的旋擺運動主要受物料層抗壓阻力制約，會盡可能靠近定錐。因此，慣性圓錐破碎機的破碎比很大，其產(chǎn)品最大粒度只有排料間隙的1/3～1/4．而且可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
    在由慣性力引起的強烈脈沖振動作用下，物料顆粒之間互相作用，承受交變的剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，物料顆粒內(nèi)部結(jié)合薄弱部位，即物料晶體相間聯(lián)系逐漸被破壞。這樣，物料主要沿晶體間的區(qū)域破碎，從而實現(xiàn)了物料的選擇性破碎。這種選擇性破碎，不僅消除了顆粒內(nèi)部缺陷，提高了顆粒強度，且產(chǎn)品的粒形大多呈立方體。因此，慣性圓錐破碎機破碎的產(chǎn)品中形狀為等積狀顆粒的比例，要比其它粉碎設(shè)備的高。由于制造硅磚使用的原料多為變質(zhì)巖，因沉積物、生成條件不同，其巖石結(jié)構(gòu)存在較大差異，所以破碎后顆粒形狀也存在較大差異。同種原料在不同粉碎設(shè)備的產(chǎn)品中各種形狀顆粒的比例見表1。
    在破碎過程中，由于物料層受到強烈慣性振動，可以清除掉物料表面的粉末，從而既提高了物料間的破碎作用，又減小了過粉碎現(xiàn)象。
    由于動錐與傳動機構(gòu)之間無剛性聯(lián)接，如果物料中混入不可破碎的物體，動錐暫時停止運動，激振器將繞動錐軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，絕對不會破壞傳動系統(tǒng)和主機。由于慣性圓錐破碎機是擠滿給料，通過向物料層施加嚴(yán)格定量的由慣性力形成的壓力，可以使物料層適當(dāng)?shù)貕簩崳�使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒之間相互作用，從而實現(xiàn)“料層粉碎”，所以備件磨損較輕，物料增鐵較少。慣性圓錐破碎機采用二次隔振，基礎(chǔ)振動小，工作噪音小，安裝時不需龐大基礎(chǔ)，也不需要地腳螺栓。
    本研究主要探討該設(shè)備對硅磚生產(chǎn)的適應(yīng)性。
2、制硅磚用硅石的機械性能
    被破碎物料的機械性能對其破碎效果有影響，同時破碎機的工作特性決定了對機械性能不同的物料有不同的破碎效果。被破碎物料的機械性能主要是強度、硬度以及物料內(nèi)部的裂紋和解理發(fā)育情況等。一般常見礦石的強度和硬度見表2。
    一般情況下，制造硅磚使用的原料為S102含量>96%的石英巖、石英砂巖或燧石巖等，因產(chǎn)地、生成條件和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，其機械性能也存在較大差異。但由表2可以看出，它們除少數(shù)砂巖外基本都屬于高硬或極硬礦石。本試驗采用了6種國內(nèi)硅磚生產(chǎn)常用的硅石原料，其基本性能如下四：
    1)原料A:為中粒石英砂巖，系中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英砂屑和分布于其間的硅質(zhì)膠結(jié)物組成，少量長石、絹云母、不透明礦物等。其中石英砂屑呈圓狀一次圓狀，粒度比較均勻，一般為0.2一0.4 mm，普遍具次生加大邊，形成硅質(zhì)膠結(jié)，使巖石中的石英呈粒狀鑲嵌分布。耐壓強度104 MPa。
  2)原料B：為中細(xì)粒石英砂巖，中細(xì)粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英砂屑和分布于其間的硅質(zhì)膠結(jié)物組成，少量長石、不透明礦物，副礦物為鋯石、磷灰石、電氣石等。其中石英砂屑呈圓狀一次圓狀，粒度比較均勻，一般為0.1～0.25 mm，普遍具次生加大邊，形成硅質(zhì)膠結(jié)，使巖石中的石英呈粒狀鑲嵌分布。耐壓強度135 MPa。
    3)原料C：為細(xì)中粒石英砂巖，細(xì)中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英砂屑和分布于其間的硅質(zhì)膠結(jié)物組成，少量玉髓及泥質(zhì)雜基，副礦物為锫石、磷灰石等。其中石英砂屑呈圓狀一次圓狀，粒度比較均勻，一般為0.2~0.5 mm，少量為0.1~0.2 mm，普遍具次生加大邊，形成硅質(zhì)膠結(jié)，使巖石中的石英呈粒狀鑲嵌分布。局部可見少量玉髓呈次圓狀砂粒分布于石英砂屑間。耐壓強度158 MPa。
    4)原料D：為粗中粒石英砂巖，粗中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英砂屑和分布于其間的硅質(zhì)膠結(jié)物組成，其次為玉髓、石英巖巖屑，少量長石及泥質(zhì)巖屑等。石英砂屑呈次棱角狀一次圓狀，粒度一般為0.2～0.5 mm，少量為0.5·1 mm，普遍具次生加大邊，形成硅質(zhì)膠結(jié)，使巖石中的石英呈粒狀鑲嵌分布。玉髓呈次圓狀砂粒分布于石英砂屑間，石英巖巖屑呈次棱角狀，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，有的為顆�；�集合體。粒度一般為0.2~0.5mm。耐壓強度115 MPa。
    5)原料E：為玉髓巖（或燧石巖），隱晶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由玉髓組成，少量石英、水云母及不透明礦物等。巖石中還含有少量菱形空洞，其中玉髓呈隱晶狀及顯微晶粒狀集合體，粒度一般<0.01 mm。局部可見少量石英，呈微粒狀集合體，主要沿巖石中的微裂隙分布，粒度一般為0.02～0.05 mm。耐壓強度154 MPa(由于試樣壓裂后壓力值繼續(xù)上升，估計其耐壓強度應(yīng)在200MPa以上)。
    6)原料F：為中粒石英砂巖，中粒砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英砂屑和分布于其間的硅質(zhì)膠結(jié)物組成，少量巖屑等，副礦物為鋯石等。石英砂屑呈圓狀—次圓狀，粒度一般為0.25~0.5 mm，少量>0.5 mm，砂屑顆粒邊緣的鐵質(zhì)氧化圈明顯，普遍具次生加大邊，形成硅質(zhì)膠結(jié)，使巖石中的石英呈粒狀鑲嵌分布。局部可見次圓狀巖屑分布于石英碎屑間，粒度一般0.2—0.3 mm，主要由長石組成，少量為石英巖。有呈微粒狀的鋯石包含于石英中。耐壓強度未檢測。
3、試驗結(jié)果
3.1  對不同機械性能原料的破碎效果
   試驗設(shè)備為CYP-600型慣性圓錐破碎機，激振器頻率為660 r/min，排料間隙為27 mm，激振器靜力距為85%~90%；給料粒度≤50 mm，進行開路破碎試驗。
3.2單一原料開路與閉路破碎流程效果對比
    使用原料D分別進行開路與閉路兩種破碎流程試驗，結(jié)果見圖4。
3.3對生產(chǎn)用原料破碎效果的影響
    由于實際生產(chǎn)中給料是由幾種原料混合配比而成，所以設(shè)計兩個混合配方，見表3。
    給料粒度≤50 mm，激振器頻率、激振器靜力距不變，排料間隙設(shè)定為32 mm，進行破碎試驗。結(jié)果如表4所示。
3.4顆粒形狀對硅磚生產(chǎn)工藝的影響
    由于硅磚在燒成過程中會發(fā)生11%—13%的體積膨脹（線膨脹約為3.5%~4.1%），除了使磚坯具有開裂的趨勢外，還會使燒成后的磚比磚坯的氣孔率增大，增大的值除與泥料的粒度組成緊密相關(guān)外，與顆粒形狀也與很大關(guān)系。所以對慣性圓錐破碎機破碎產(chǎn)品的粒度形狀對生產(chǎn)工藝影響進行了試驗。
    把燒成時轉(zhuǎn)化速度最慢的原料B分別用慣性圓錐破碎機、對輥破碎機和輪碾機破碎，所得的顆粒中等積狀顆粒的比例以輪碾機最高，慣性圓錐破碎機次之，對輥破碎機最少，大多為條、片狀顆粒。3種顆粒料分別以同樣工藝制成成型用泥料，其粒度組成見表5。
   試驗用泥料在300t摩擦壓磚機上壓制磚坯，在180 m隧道窯中燒成，試驗結(jié)果見表6。
4、討論
    1)慣性圓錐破碎機適應(yīng)高強度硅石原料的破碎作業(yè)，產(chǎn)品的粒度組成較好，過粉碎現(xiàn)象少，合格粒度顆粒產(chǎn)率高。其與西900短頭圓錐破碎機的產(chǎn)品粒度曲線對比見圖5，由圖5可以看出，∮900短頭圓錐破碎機的產(chǎn)品中適于制造硅磚用的< 2.4 mm的顆粒只有16.4%．而慣性圓錐破碎機的產(chǎn)品中<2.4mm的顆粒達(dá)到30.2%；前者產(chǎn)品中<3.0 mm的顆粒只有18.4%，而后者則高達(dá)35.7%。
    從產(chǎn)品粒度分布曲線中還可看出，慣性圓錐破碎機具有較小的過粉碎現(xiàn)象，在<3.0 mm的顆粒中，<0.5 mm的顆粒只占42,3%；∮900短頭圓錐破碎機<3.0 mm的顆粒中，<0.5 mm的顆粒則占到了53.3%。由此，慣性圓錐破碎機可在配料要求較小臨界粒度條件下，產(chǎn)出最多的“大顆粒”，使泥料粒度組成更接近最大堆積密度。
    2)破碎產(chǎn)品的粒度曲線不但與設(shè)備的主要破碎機理有關(guān)，也與被破碎物料的機械特性有關(guān)，由圖2可以看出：不同性能硅石開路破碎后產(chǎn)品中<3 mm顆粒的比率懸殊很大，較易破碎的原料C達(dá)到57.7%，而難破碎的原料B則只有18.4%。
   另外，產(chǎn)品中<0.5哪顆粒占<2 mm顆粒中的比率也存在一定差異，其中強度最高的原料E<0.5 mm顆粒含量最低，強度最低的原料D<0.5 mm顆粒含量最高。這就為在設(shè)備工況一定條件下調(diào)整產(chǎn)品粒度組成提供了方法，即要求在確定各
種硅石的配比時，不僅考慮轉(zhuǎn)化特性和成本，最好也適當(dāng)考慮顆粒料的粒度組成。
  3)原料D系一種極易產(chǎn)生“過粉碎”現(xiàn)象的礦石，尤其是采用閉路破碎流程時。由于慣性圓錐破碎機中物料層受到強烈慣性振動，物料表面的粉末會被及時清除掉，從而明顯地減小了過粉碎現(xiàn)象，所以從兩種破碎工藝的產(chǎn)品粒度曲線上可以發(fā)現(xiàn)：閉路流程并沒有明顯增加<0.5 mm的顆粒量（僅增加0.2%），而1~3 mm顆粒量卻由17.2%增加到20.6%，這對采用小臨界粒度制磚造成大量篩上料回流到破碎機再次破碎的工藝要求非常有利。
    4)由顆粒形狀對硅磚生產(chǎn)工藝的影響可知:
    ①輪碾機所產(chǎn)顆粒雖然多呈渾圓狀，對提高泥料堆積密度很有利，容易獲得低氣孔率的磚坯，但在燒成過程中由于石英晶型轉(zhuǎn)化膨脹開裂時會造成的較大應(yīng)力，致使磚坯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疏松傾向，其氣孔率增長值較大。而慣性圓錐破碎機所產(chǎn)顆粒雖然等積顆粒比輪碾機少，磚坯氣孔率較高，但在膨脹開裂時造成的應(yīng)力較小，燒后氣孔率增長值較小，反而其燒后制品的氣孔率達(dá)到最低。
    另外，由于慣性圓錐破碎機所產(chǎn)顆粒的粒度組成更接近最大堆積密度需要，所以在配料時可以較好地避免因細(xì)顆粒過多而無法理想配料的問題。
    ②出于對硅磚在高溫下體積穩(wěn)定的要求，希望燒成后的制品具有較低的比重，即含有最小量的殘存石英，試驗結(jié)果表明：使用慣性圓錐破碎機所產(chǎn)顆粒燒成的制品在燒成過程中具有較好的轉(zhuǎn)化速度。
    5)經(jīng)短期生產(chǎn)驗證，該設(shè)備破碎混合硅石，<2.5 mm的顆粒產(chǎn)量為12~15 t/h，電機工作電流38—50 A(在經(jīng)磨損后，破碎腔腔型最好階段)，比中齊公司硅磚生產(chǎn)線現(xiàn)使用的短頭圓錐+對輥破碎機流程產(chǎn)量提高30%一50%，噸料電耗降低約50%。
    由于慣性圓錐破碎機是擠滿給料，從而實現(xiàn)“料層粉碎”，所以備件磨損較輕，破碎混合硅石更換耐磨備件為0.10一0.14 kg/t。只有現(xiàn)用短頭圓錐+對輥破碎機流程(0.30~0.35kg/t)的30%~45%，不但大大節(jié)約了備件采購費用，也顯著降低了破碎過程中的物料增鐵，對第一個使用周期的考察，噸料增鐵僅為60 g，而現(xiàn)用短頭圓錐+對輥破碎機流程噸料增鐵達(dá)到了200 g以上。
5、結(jié)論
    經(jīng)過試驗和短期生產(chǎn)實踐證明，慣性圓錐破碎機的破碎比大、過粉碎小、產(chǎn)量高、能耗低，產(chǎn)品粒度曲線比較理想，顆粒形狀也完全能滿足硅磚生產(chǎn)的需要，是硅磚生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)首選的粉碎設(shè)備。
    另外在試驗中，對硬質(zhì)粘土熟料、高鋁礬土孰料、合成莫來石等原料也進行了破碎特性試驗，均取得了較好的效果。