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层压破碎和中卸式柱磨机

2011-04-14来源：江苏省徐州万和机械制造有限公司

1 前言

众所周知，磨矿的效率远低于破碎的效率，而磨矿的单位能耗又远高于破碎的单位能耗。在实际生产中磨矿的成本是破碎成本的数倍之多，因此降低矿物加工作业的费用，降低能耗与钢耗，首先要降低磨矿费用。降低磨矿费用的途径可通过降低磨矿的给料粒度，即降低破碎产品最终粒度的办法来实现。从而使总的粉碎（包括碎矿和磨矿）费用大幅度下降，最终实现“多破少磨”，提高选矿效益。“多破少磨”主要指降低入磨粒度，可节约粉碎工艺的综合能耗。

破碎和粉磨粒度与单位产品的能耗在图1中曲线表示。曲线1为破碎机单位产品电耗，它随排料粒度减小而增加；曲线2表示为磨矿单位电耗，它随喂料粒度减小而降低；而曲线3表示为综合电耗近似于抛物线。由此可见，在一定的工况条件下，一定有最佳的入磨粒度，此时综合能耗最低。

图1 破碎和粉磨粒度与单位产品能耗关系

在相当长时期，各行业都把入磨粒度界定在25mm，即破碎机排料小于或等于25mm进入磨机。这是鉴于当时的破碎机技术而言。在没有引入新的技术、新的材料等情况下，如果刻意地把入磨粒度降为最小，如10mm，特别对难破碎物料，将会造成破碎机增加的能耗大于磨机的节能而得不偿失。自从层压破碎理论在破碎机械上运用之后，入磨粒度的界定值变小成为现实，据国外文献报道，按目前破碎机械可以达到的先进水平，入磨粒度可以控制在6～8mm之间，如若再进一步降低入磨粒度就有一定难度或要在设备设计理念上有所创新。

2 层压破碎

2.1层压破碎试验

层压破碎的试验方式示意见图2所示，从试验中可以得出单颗粒静压试验和集合体料层静压试验的载荷--位移曲线，见图3。当高度为25mm的砂岩单颗粒静压试验时，极限载荷约2t，位移约5mm，受压颗粒沿施载方向龟裂而压碎。

当颗粒在5～20mm的砂岩约300g中，在试验装置中形成50mm高的料层。试验时，开始载荷缓缓上升，位移增加到一定值后，曲线变陡，极限载荷达9.6t，位移接近20mm。

在对数表上，以不同筛分的颗粒粒度重量

百分比为纵坐标，单位产品的输入功为横

坐标，得出粒度--功耗曲线如图4所示，

单位功耗与细颗粒的产品的重量百分比率

在对数表上呈正比的线性关系。这种现象

表明，一旦输入功和位移足够大，在单位

功耗相当的条件下，层压破碎时可以得到单位功耗/（kw.h.t^-1）

比单颗粒破碎更多的细颗粒产品。 图4 粒度-功耗曲线

1—1×2.4t；2—2×2.4t；3—1×4.8t；4—1×7.2t；

5—1×9.6t；6—2×4.8t；7—2×9.6t

层压破碎不仅可以得到更多的细颗粒产品，而且在层压过程中，扁平、细长的针片状颗粒易被折断，故产品的立方体形将比单颗粒破碎更好。按照损伤破碎机理的分析，没有完全破碎的颗粒，在相当大的输入载荷挤压下，其内部将生成不少微小裂纹，即受到损伤或称为压酥。这种层压破碎的产品，对颗粒状使用的场合，例如作混凝土的骨料是不利的；而对后续进入磨机制粉的场合，例如水泥厂、选矿厂是十分有利的，带有众多微小裂纹的细颗粒容易被粉磨。

2.2 运用层压破碎设计中卸式柱磨机

要实现多碎少磨的目标，选用生产效能高和细碎性好的高效细碎机是关键所在。在生产实践中那些传统的压缩式细碎机如颚破机和传统圆锥破碎机其生产效率和细碎性能已达不到现代选厂的要求。而传统冲击式破碎机如锤破机和反击破碎机，由于工作部件的磨损率为压缩式细碎机的10倍，而能量利用率仅是压缩式细碎机的一半，所以对大量中硬以上物料的破碎一般不会被采用。

为满足现代选厂对优秀细碎机的需求，国内外的破碎机研发单位也为此投入大量人力物力进行了卓有成效的工作。希望开发出工作效能更高、细碎性能更好的高产细碎机械。在选择开发方向时，被所有专家达成共识的有两点，第一是采用连续渐进破碎，使机器达到最高的工作效率。第二是运用层压破碎原理，充分发挥层压破碎和次生破碎作用获得极高的破碎效率和极好的细碎效果。

众所周知，固体物料受到外界压力时产生压力变形，形成内部应力集中，当应力达到颗粒在某最弱的破坏力极限时，颗粒就会在最弱处首先发生破裂和粉碎。

层压理论的基本观点是物料在每个移动循环中相对邻颗粒相对改变其方向，结果相互作用力和矢量也不断改变。由此达到被粉碎物料的负载改变方向的目的，同时造成强制性自磨的条件，结果结构缺陷少的最坚硬的颗粒可破碎相邻那些粒子间键力弱的颗粒。在等硬度颗粒中剪切与位错滑动力相重合的颗粒被破碎。

在破碎机的生产实践中，层压破碎的概念是岩石颗粒的破碎不仅发生在颗粒与衬板之间；同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎腔的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，将充分的破碎功作用于岩石颗粒群，充分发挥层压破碎和次生破碎作用获得极高的破碎率。（次生破碎是利用岩石破碎过程中所产生的强大碎片飞溅动能对相邻岩石进行再破碎）这时即便是比较大的排口间隙也能大量生产细粒产品。因此，显现出惊人的高产量和细产品。除此之外，那些强度低的针、片状岩石被首先破碎，故能生产出筛分率高和优粒形产品。由徐州万和机械制造有限公司研制的专利产品中卸式柱磨机正是按着上述原理进行设计，为此该机具有优化的破碎结构形式，配以最佳的机械状态参数，真正做到使高能化层压破碎完全实现，并表现出与众不同的优越性。

3 中卸式柱磨机的结构原理、特点与性能

3.1 中卸式柱磨机的结构、原理

中卸式柱磨机属于双回转体设备，内、外回转体分别通过电机经减速机驱动以不同速度旋转。内回转体是数个中速回转的辊轮组，外回转体是一个以超临界转速回转的镶有特殊结构衬板的筒体。物料由机体两个侧面进料，中间卸料，筒体旋转，磨辊组随主

公转本身又自转（图5、图6），采用低速、低压的方式对料层实施反复滚压及搓揉粉碎。通过调整内回转体的施压装置，可调整辊轮对料层施加的压力大小，以便满足不同工况要求（辊轮的压力是内回转体的施压装置施加的压力和内回转体旋转产生的辊轮离心力的叠加合力）。通过调整内回转体上的调整装置可以调整辊轮与衬板之间的间隙大小，并与挡料环配合最终控制料层厚度。通过内、外直接回转的动力元件对料层实施反复碾压，实现物料的细粉碎作业。

5中卸式柱磨机结构简图图6中卸式柱磨机原理简图

3.2 中卸式柱磨机的特点

3.2.1工作效率高。

中卸式柱磨机为双回转体结构形式，筒体旋转，辊轮组随主轴旋转，均为主动旋转体。从能量传递角度，电动机经减速机直接将能量传递到筒体和辊轮组上，其能量利用率高。同时进入中卸式柱磨机的物料在筒体超临界转速作用下迅速贴壁，紧贴筒体的物料在筒体360⁰范围内受到连续渐进的推动中形成合理的料层分布并随筒体旋转，不断地受到数个均布辊轮不受工作区域局限的反复碾压揉搓粉碎，其运动轨迹是规则有序的，在均布料层上实施多次粉碎其效率也是高效的。

3.2.2 细碎性能好。

中卸式柱磨机是层压粉碎机械，反复碾压粉碎是其重要特点，而且多层颗粒之间的相互作用，使针、片状颗粒大大减少，其获得的高破碎率使细粒产品增多。又由于该机筒体和破碎辊不断回转，使已被破碎的物料在向排料口下落的过程中要经过更多次的碾压粉

碎，从而使排料粒度大大变小。最后一个因素是高能化带来的细产品，其原理是“当给料

块度一定，产品越细，所消耗的能量越多，即产品细粒级含量百分数与输入功率成正比。要获得更多的细粒产品，则应给予更多的能量，而不一定是更小的排料口。”中卸式柱磨机是高能化的层压破碎机，可以对物料施以充分的破碎功，所以能生产出更多的细产品。以上三个因素共同保证中卸式柱磨机是细碎性能极好的细碎机械。

矿物名称		水泥熟料	红柱石	铁矿石	钢渣
物料特性		易碎性差	硬度极高	易碎性差、韧性大	硬度高
出料粒度	≥10 mm	3.92%	4.23%	1.89%	1.40%
	5～10mm	11.76%	3.90%	7.55%	14.28%
	3～5mm	10.78%	4.10%	9.43%	11.43%
	1～3mm	22.55%	19.31%	20.75%	21.43%
	≤1mm	50.98%	68.66%	60.38%	51.43%

表1

从表1试验数据中得出：中卸式柱磨机目前采用低压、低速操作对进料粒度≤40mm的矿石实施反复碾压方式比较容易地实现细碎作业（P₈₀≤1～3mm）,而且结构简单，操作方便，节能降耗明显。在一定条件下与其它设备配合可作细粉碎（20～400目），同时也可在适当工艺条件下可实现800～1250目的超细粉碎。

3.2.3 磨耗小。

一般粉碎设备所采取的粉碎措施是：要么高速，要么高压，两者必取其一或两者兼顾。而中卸式柱磨机既未采取高速也未采取高压，而是在这二者上选择低速、低压（其粉碎效果则是通过料层反复揉搓粉碎方式得以实现）。因为磨损与其回转工作件运转线速度平方成正比，线速度越快磨损就越大，线速度低磨损就小。从辊压工作状况看，辊面的磨损类型属于典型的受应力作用下的磨料磨损。在不同压力作用下，物料颗粒对辊面产生弹性和塑性变形不同，从而使辊面产生不同程度的循环压应力和拉应力，磨损量随压力大小而增减。

中卸式柱磨机磨损小的另外一个重要原因是料层粉碎。辊轮与筒体衬板之间为非接触，一方面辊轮与筒体衬板之间本身就有一定的间隙，而且间隙是可以调整的；另一方面

中卸式柱磨机几何结构形式又容易形成较厚的料层（附表2），所以采用耐磨性能强的特殊

合金钢，在技术措施上又弱化了对辊面磨损，故大幅度延长耐磨件使用寿命，让低磨耗为

企业带来低使用成本。

项目	立磨	辊压磨	中卸式柱磨机
原理	非密闭空间内一次性料层间挤压破碎	密闭空间内一次性料层间挤压破碎	非密闭空间内多次性料层间挤压破碎
磨床几何形状	柱面+平面	柱面+柱面	柱面+内环面
挤压角/°	12	6	18
名义挤压应力 F/MPa	0.5-0.7	5-10	1.5-3.0
辊面运动速度 /（m/s）	2-6 受离心力控制	1.5-2.0 受喂料特性控制	4-6 受离心力控制

表2

3.2.4 维护简单。

中卸式柱磨机零部件采用螺栓连接，所以拆装十分方便，反复拆装也不会影响紧配度。该机转速与压力调整方式简单、可靠，通过调速器可任意调整主轴（含辊轮）和筒体各自的转速；打开观察口即可调整压力及间隙，方便简捷；整机采用润滑脂润滑，所以维护简单、使用成本低。

中卸式柱磨机超凡的技术性能可大幅度提高破碎作业的效率和质量，使选矿厂在多碎少磨的流程中体会到高效率的实惠，低磨耗和低能耗尽显低成本生产带来的好处。

3.3 中卸式柱磨机的性能指标

性能指标：

型号	进料粒度（mm）	电机功率（kw）	处理量（t/h）
型号	进料粒度（mm）	电机功率（kw）	20～400目	P₈₀≤1～3 mm
ZXM 1000	≤15	22～37	1～2	5～10
ZXM 1300	≤30	37～55	2～6	10～30
ZXM 1600	≤40	45～75	6～10	30～60
ZXM 2000	≤50	75～110	10～20	50～100
ZXM 2400	≤60	110～160	20～30	90～160
ZXM 2800	≤70	160～250	30～50	150～250
ZXM 3200	≤80	220～315	50～80	250～350

注：表中标定物为中等硬度脆性石灰石。

4 结论

中卸式柱磨机目前主要采用中速、中低压对料层实施反复多次挤压粉碎，实现物料的细碎作业（P₈₀≤1～3mm），同时在一定的条件下，针对中、低硬度物料（如非金属矿石）在改变工艺等条件下也可实现（800～1250目）超细粉碎，具有结构简单、操作方便、节能降耗等特点，具有广泛的适用性。

同时中卸式柱磨机最明显的特征是：①筒体以超临界转速方式旋转，使物料环筒体360⁰范围内得到合理分布；②筒体内衬板和受主轴驱动的辊轮组两直接工作元件动力分别通过电机直接驱动，均为主动工作件，能量传递有效利用率高；③物料在筒体360⁰范围内紧贴筒体旋转运动，并受到辊轮组多次反复碾压，不受工作区域局限，效率高；④摈弃了传统粉碎机的高速或高压粉碎方式所带来机械损伤缺陷，采用低速、低压方式减少易损件磨损等缺点（通过反复揉搓的料层粉碎弥补低速、低压的不足，实现超细碎。）……。

中卸式柱磨机是21世纪初的高科技产品，它完美利用了层压破碎理论使该机能充分发挥层压破碎和次生破碎作用而获得极高破碎率，并可根据用户要求对产品粒形和破碎比提供多种选择，是选矿厂、水泥厂、公路碎石及其它各种非金属矿的理想破碎机，对破碎、粉磨领域带来的节能降耗意义也是深远的。

参考文献：

（1）、戴少生、廖中同、黄有丰 1994 《粉碎工程及设备》

（2）、李本仁《金属矿山》增刊 №.10.2003 《层压破碎和AF圆锥破碎机》

（3）、孙成林、徐正一《金属矿山》增刊 №.10.2003 《用层压理论设计高效PC破碎机》

（4）、沈君麟、杨连国《中国粉体工业》 №.2.2007 《中卸式柱磨机与辊压机、立磨、卧辊磨的工作原理及特点相比较》

文关键词：