第三节 破碎

第3章破碎破碎是在外力作用下使大块物料变成小块物料的过程。它是用外力(包括人力、机械力、电力、化学能、原子能或其他方法等)施加于被破碎的物料上，克服物料分子间的内聚力，使大块物料分裂成若干小块的过程。破碎与磨碎在使用的方法及产物粒度上有所不同，破碎产物的粒度较大，而磨碎产物的粒度细小。第一节概述一、破碎作业在选煤厂和选矿厂中的作用破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位。然而，由于选煤厂和选矿厂在所破碎物料的物理机械性能和破碎产品粒度要求方面存在较大区别，两者在破碎机选型等方面有明显差异。破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中的作用主要有以下几方面：1）满足选煤机械和选矿机械对入选物料最大入选粒度的要求例如，我国入选原煤粒度一般在50mm以下，而从煤矿运来的原煤最大粒度可达300mm，所以，应对大块原煤进行破碎；井下和露天开采的矿石的粒度分别可达600mm与1500mm，也需破碎。2）有些煤块是煤与矸石夹杂共生的夹矸煤，为了从中选出精煤，需要将它破碎成更小的粒度，使煤和矸石分离。3）满足用户对粒度的要求，把选后产品后煤块破碎到一定的粒度。二、破碎作业的分类破碎作业按其在选矿(煤)上艺中的作用不同可分为：准备破碎(分选前)；最终破碎(分选后)。破碎作业按破碎产物的粒度不同分为：粗碎、中碎、细碎与粉碎，见表1-3-1。破碎作业按其所消耗的能量形式不同分为：机械能破碎，即用机械力破碎物料；非机械能破碎，即应用电能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破碎。机械能破碎有五种基本方式(图1-3-1)：①挤压破碎[图1-3-1(a)]——物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破碎。这种方法大多用于脆性、坚硬物料的粗碎。②劈裂破碎[图l-3-l(b)]——用一个尖棱(或平面)和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石将沿压力作用线的方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂平面仁的拉应力达到或超过矿石拉伸强度极限。由于矿石的拉伸强度极限比抗压强度极限小很多，因此，在其他条件相同情况下，劈裂破碎比挤压破碎所需的压力小。③折断破碎[图1-3-1(c)]一一矿石受弯曲作用而破碎。被破碎的矿石被视为承受集中载荷的两支点梁或多支点梁。当矿石内的弯曲应力达到矿石的弯曲强度时，矿石即被折断。④研磨破碎[图1-3-1(d)]——矿石与运动的工作面之间存在相对运动而受一定的压力和剪切力作用。当剪切应力达到矿石的剪切强度时，矿石即被粉碎。研磨破碎多产生细粒，效率低、能量消耗大。这种方法多用于小块物料的细磨。⑤冲击破碎[图1-3-1(e)]——物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎，其破碎效率高、破碎比大、能量消耗少。这种方法主要用于脆性物料的破碎。煤矿运到选煤厂的原煤的最大粒度可达300mm。我国目前主要采用跳汰与重介质选煤，一般入选粒度小于50mm，所以应对入选原煤进行破碎，使其粒度小于最大允许入选粒度。为满足这一粒度要求，有两种常用破碎系统，一种是带有准备筛分的开路系统，如图1-3-9(a)；另一种是带有检查筛分的闭路系统，如图1-3-9(b)。闭路破碎系统的优点是能保证产品粒度小于规定尺寸；缺点是设备较多，流程复杂，破碎机的负荷量应考虑检查筛分的筛上物料量。三、选煤厂常用的破碎工艺流程破碎机械已在越来越多的行业中得到广泛应用。随着科学技术的发展，各种新型、高效的破碎设备正在逐渐出现并开始应用在工业中应用的破碎设备种类繁多，其分类方法也有多种。按照使用的粒度范围可将破碎设备分为破碎机与磨碎机两大类。两者的根本区别是：破碎机的破碎部件在工作中不直接接触，破碎面之间总有一间隙，破碎物料就夹在这些间隙中；而磨碎机的工作部件(或介质)相互接触，工作时可能被物料隔开。另外，破碎机比磨碎机的产物粒度大。第二节破碎机械破碎机可按工作原理和结构特征划分为：颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机和冲击式破碎机。图1-3-10为主要类型破碎和磨碎设备的原理示意图。磨碎设备将在下章中讲述。一、颚式破碎机颚式破碎机(出现于1885年)俗称“老虎口”，是历史悠久的破碎机之一，至今仍是破碎硬物料最有效的设备。它具有结构简单、工作可靠、使用和维护方便等优点，在冶金、建筑、交通及化工等工业部门中得到广泛应用。选矿厂常用颚式破碎机。在选煤厂，若原煤混有较多矸石与黄铁矿，或将矸石破碎作为沸腾炉的燃料时，采用颚式破碎机比较合适。颚式破碎机的规格以给料口宽度B和长度L来表示，即B×L(mm)。通常按给料口的宽度B的大小把颚式破碎机分为三类：大型颚式破碎机(B≥600mm)；中型颚式破碎机(300≤B＜600mm)；小型颚式破碎机(B＜300mm)。国产颚式破碎机的技术特征见表l-3-5。图1-3-11为国产1500×2100型简单摆动颚式破碎机的构造图。图中固定颚板1又是机架的前壁，可动颚板2悬挂在悬挂轴11上，两块颚板上均镶有破碎齿板3和4。在垂直连杆7的下部装有前、后肘板8和9。当传动飞轮5带动偏心轴6旋转时，垂直连杆作上下运动。当连杆向上运动时，肘板8推动可动颚板2向固定颚板1靠近，后肘板9一端支承在肘板支座10上，另一端则支承在调节楔块16的肘板座中。此时，在固定颚板1和可动颚板2以及侧衬板构成的破碎腔内的物料即被破碎。当连杆向下运动时，可动颚板退到起始位置，破碎产物经排料口自动排出。1.简单摆动颚式破碎机2.复杂摆动颚式破碎机复杂摆动颚式破碎机的结构如图1-3-12所示。比较图1-3-11和图l-3-12可知，复杂摆动颚式破碎机较简单摆动颚式破碎机少了一根可动颚板的悬挂轴；可动颚板与连杆合为一个部件，没有垂直连杆；肘板也只有一块。可见，复摆式破碎机的构造比简摆式破碎机的构造简单。但可动颚板达动却复杂了，当破碎机工作时，飞轮8带动偏心轴6转动，由于偏心轴的偏心作用，悬挂在它卜边的可动颚板2在肘板，的制约下，相对于固定颚板往复地做一种复合摆动运动实际［，复摆式可动颚板的运动相当于简摆式破碎机中垂直连杆的运动。当可动颚板2靠近固定颚板3时，物料被破碎。在破碎过程中，当可动颗被推向前方时，拉杆l之未端的弹簧13即受压缩，由于弹簧企图恢复原状，因此可以帮助可动颚板后退至原来位置水平拉杆的作用还在于阻止当可动颚板作返回运动时肘板9不致脱落。二、辊式破碎机辊式破碎机基本结构与工作原理见图1-3-10(c)和图1-3-16。辊式破碎机的工作部分是两个相对回转的辊子辊子表面可以带齿牙，称为齿辊式破碎机。1.齿辊破碎机的构造图1-3-17为双齿辊破碎机的结构图。它由对同步反向回转的齿辊、机架及传动机构等部件组成。机架1由型钢焊接而成，固定齿辊2安装在机架的固定轴承3上可动齿辊4安装在可动轴承5上，可动轴承可以在固定于机架上的轴承座6上滑动，利用弹簧7将可动轴承压紧。电动机通过皮带轮8和传动齿轮9、l0使固定齿辊转动，利用连动齿轮对11使固定齿辊和可动齿辊相对回转。单齿辊破碎机的结构如图1-3-18所示。其工作原理是：大块煤给到破碎板和齿辊中间，当齿辊作逆时针回转时，大块煤在破碎腔上部被长齿轧碎，破碎后的煤块继续落在破碎腔的卜部，进步被齿辊轧碎，破碎产物从下部排出。三、冲击式破碎机冲击式破碎机[见图1-3-10(d)]扫可分为锤式破碎机和反击式破碎机。冲击式破碎机有一个高速旋转的转子，上面装有冲击锤当物料进入破碎机后，被高速旋转的锤子击碎或从高速旋转的转子获得能量，高速抛向破碎机壁或特设的硬板而被击碎两种破碎机的破碎方式都是冲击破碎，所不同的是在反击式破碎机中．物料受到更多次的反复冲击而破碎，具有高频冲击的特点。两种破碎机的破碎比都很大．适合于破碎脆性软物料。1.锤式破碎机锤式破碎机是利用高速回转锤子的打击作用而进行破碎的。如图1-3-21所示，工作时，铰接的锤头高速回转，对给入的大块物料进行打击，并使其抛向机体内壁的承击板上，在承击板上物料进一步冲击破碎后，落到下向的蓖条上，粒度合格的产物从蓖条缝隙中排出，蓖条上的物料继续被锤头打击、挤压或研磨，直至全部透过蓖条为止。锤式破碎机适用于破碎脆性物料，可将煤破碎到3-13mm以下，而且保证产物中不混入过大粒度的颗粒，故在选煤厂中多用于中煤的中碎和细碎作业。2.反击式破碎机反击式破碎机的基本结构如图1-3-22所示。它与锤式破碎机的仁要区别为：①反击式破碎机有反击板和较大的破碎胶．物料的破碎不仅靠锤头的冲击，更主要的是利用物料与反击板或物料与物料之间的反复冲击；②反击式破碎机的锤头固定地安装在转子上，破碎时能充分利用整个转子的能量，有利于破碎大块物料；③反击式破碎机底部没有蓖条，产物粒度由反击板与锤头间的问隙决定，所以能够避免破碎湿物料时堵塞蓖条的现象。反击式破碎机的破碎过程：物料由给料口进入破碎腔，受到锤头的冲击并以很大的速度抛向第一反击板，再次受到冲击破碎，然后又从反击板弹回到锤头打击区，继续重复上述破碎过程。经过数次反复冲击的物料就进入第二反击板与转子形成的破碎腔，再经过数次反复冲击。物料在锤头和反击板间的往返途中，还有相互碰撞的作用。物料在多次冲击下，沿本身节理界面产生裂缝而碎成小块，最后由机体下部排出。反击式破碎机的优点：①利用冲击进行破碎，使物料沿脆弱面碎裂，破碎效率高，能量消耗少，产量大，产品粒度均匀；②破碎比大，可将300mm的入料破碎搭配3mm以下；③结构简单，制造方便；④具有选择性破碎的特点。四、滚筒碎选机滚筒碎选机又称选择性破碎机。它在工作过程中具有破碎和筛分两种作用，并能达到分选的目的。早在l904年，人们就开始使用滚筒碎选机，目前仍在许多国家的选煤厂中得到应用。1.滚筒碎选机的构造国内外使用的听有滚筒碎选机的结构基本类似，都是由滚筒、支承装置、传动装置和机架四部分组成。1）滚筒——我国使用的带预筛段的滚筒碎选机结构如图1-3-25所示。滚筒由滚圈、型钢组合梁、筛板和提升板组成。2）支承装置——滚筒碎选机的支承装置是两对固定在工字钢机架上的托辊，其中一对托辊间的距离可以调整．如图1-3-26所示。调节调整螺杆，可使两托辊的轴间即变小或变大，从而使筒体轴线与水平面的夹角增大或缩小。3）传动装置——滚筒碎选机有以下三种基本的传动形式。摩擦传动：筒体侧边的两个托辊是主传动摩擦轮，由电动机通过减速器及一长轴带动，主传动摩擦轮与滚筒两端的滚圈接触，靠摩擦力带动滚筒旋转；齿轮传动：电动机通过减速器带动小齿轮，小齿轮与装在滚筒上的大齿圈啮合，使滚筒转动；链轮传动：电动机通过减速器带动小链轮，通过链条再带动固定在滚筒上的大链轮，使筒体一起转动。以上三种传动方式，以摩擦传动方式较为简单，易于加工制造。齿轮传动运转可靠，但齿轮(尤其是大齿圈)加工制造较为困难。国内使用的滚筒碎选机有摩擦传动和齿轮传动两种方式。2.滚筒碎选机的应用滚筒碎选机工作时，预筛段对原煤进行准备筛分；对不带预筛段的碎选机，可在给料槽上装一段固定筛，将末煤筛出随着滚筒转动，给入的煤块被提升板提起，转到一定角度，煤块被撞击而破碎，并透筛排出，而未被破碎的大块矸石、金属杂物及木块等，则经筛上从排料漏斗排出。我国选煤厂自行设计和制造的两种滚筒碎选机技术特征见表1-3-11。第三节破碎机工作效果和影响因素一、破碎效果评定方法选煤厂中，无论哪一种破碎作业都应该满足以下两方面要求：1)破碎产品达到规定粒度，或排料中大于规定粒度的煤块尽可能少.2)尽量避免过粉碎，即排料中过细的煤粒含量要少。因为过粉碎产品的含量多，会给分选作业带来困难，降低精煤产率，同时增加煤泥量，加大煤泥回收和洗水澄清设备的负荷。过粉碎还将加快设备的磨损和增加无谓的功耗，所以应尽量避免。破碎效果可用破碎效率及细粒增量来综合评定破碎效果。%100dddp破碎效率按下式计算：pdd——破碎效率；——入料中大于要求破碎粒度d的含量；d——入料中小于要求破碎粒度d的含量；——排料中小于要求破碎粒度d的含量；aa细粒增量按下式计算：aa——细粒增量；——排料中细粒含量；——排料中细粒含量；细粒粒度的下限规定为0mm；细粒粒度上限规定：对排料粒度大于和等于50mm的粗碎，采用13mm