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0、引言
    近年來投產(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)。而此粒度顯然無法滿足降低磨機(jī)系統(tǒng)綜合電耗的目的。受場地和空間限制，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。我院在多年來研制推廣PCX型高效細(xì)碎機(jī)經(jīng)驗和技術(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。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，料層厚度被逐級壓縮．快速通過破碎板與轉(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，通過在計算機(jī)上進(jìn)行動態(tài)模擬試驗，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物料的通過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)計了反擊破碎腔。使整個破碎腔的顆粒群密度保持了一個由疏變密的較佳速率以及破碎腔齒角的較佳動態(tài)性能。其破碎腔型優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)見圖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，同時保證大塊礦石進(jìn)機(jī)時電動機(jī)電流基本不發(fā)生大的波動，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)子動平衡情況，建立錘頭排列配置模型；③將錘盤、端盤等焊接成一體，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，對轉(zhuǎn)子做針對性的設(shè)計。
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。通過采用合理的熱處理工藝，錘頭的金相組織以奧氏體為主，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20萬噸石灰石后超高錳合金錘頭的磨損情況。
    對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原料的適應(yīng)性。通過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)張增大，從而極易形成墊層，不僅使篦子的通過能力減小，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)計了排鐵門安全機(jī)構(gòu)、在強(qiáng)力作用下可后退的反擊破碎板、能3600轉(zhuǎn)動的鉸接錘頭速三項進(jìn)鐵保護(hù)功能外，在自動控制上考慮了下列兩個安全保護(hù)措施：
    1)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)控制原理，破碎機(jī)主電動機(jī)裝有功率變送器，根據(jù)其檢測到負(fù)荷信號可自動調(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)自動發(fā)出報警信號或給出停車控制動作。
    2)控制系統(tǒng)將根據(jù)軸承溫度檢測裝置傳輸?shù)男盘枺�設(shè)定上限報警值，異常時發(fā)出報警信號或給出停車控制動作。
2.6加工和裝配工藝改進(jìn)
2.6.1  錘盤和端盤表面堆焊
    錘盤及端盤外緣部分要求有較高的耐磨性，同時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，然后整個輪緣再用TM-55焊條堆焊8mm厚的耐磨層。錘盤及端盤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，采用火焰對錘盤及端盤進(jìn)行預(yù)熱，堆焊時保持該溫度。圖4為采用上述堆焊工藝的錘盤使用6個月后的情況，從圖中可見，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。我們通過測量由于內(nèi)圈的受力膨脹而減少的徑向游隙來決定圓錐調(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月該廠委托我院對石灰石破碎系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。
3.1  技改工程簡介
    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）分別喂入兩臺破碎機(jī)。
    存在的問題：
    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、來料中泥沙含量較多時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，但仍無法滿足生料磨實際生產(chǎn)需求。
    2)因礦山資源緊張，外購石灰石粒度已無法滿足≤350mm要求。
    3)來料中泥沙含量高達(dá)10%—30%，水分高達(dá)5%～10%，經(jīng)常造成破碎機(jī)篦子堵塞，電動機(jī)過載跳閘。
    另外，為了不影響全廠正常生產(chǎn)，整個改造工程要求在7d內(nèi)完成。
    針對上述情況，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)，對轉(zhuǎn)子及篦子結(jié)構(gòu)作了針對性設(shè)計。該機(jī)工藝簡圖見圖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)一個鋼結(jié)構(gòu)過渡架。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)計了一個八字型鋼結(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，上部長方形鋼梁用膨脹螺栓與承載梁底部固定。新做一個較大鋼結(jié)構(gòu)支架作為電動機(jī)基礎(chǔ)，其內(nèi)圈利用原電動機(jī)基礎(chǔ)地腳螺栓進(jìn)行固定，外圈周邊用地腳螺栓穿過樓板固定。其加固簡圖見圖6。由于準(zhǔn)備工作充分，整個工程僅用5d時間就順利結(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型測振儀測出主軸承座最大振動烈度為4mm/s．最大振幅為0.12mm。均符合IS02372的振動評定標(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。
    針對調(diào)試中暴露的問題，進(jìn)行了及時處理：
    1)電動機(jī)傳動裝置小軸承座水平方向振動偏大，超過了IS02372中≤11.2mm/s評定標(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)，解決了水平振動過大問題。調(diào)整前后小軸承座振動烈度見表2。
    2)檢測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與溫度顯示儀上分度號不匹配。我們更換了分度號為Pt100的XMT智能溫度數(shù)顯儀，并將上限報警溫度設(shè)定為75℃。
    3)頂襯板螺栓易松動。我們將螺栓由M20增大到M27，強(qiáng)度等級由4.8級提高到8.8級，機(jī)腔和襯板上螺孔用手提式旋磨機(jī)現(xiàn)場擴(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)計圖上密封環(huán)內(nèi)徑與主軸公差為∮180H7/h6，實際加工件間隙為上限，加之破碎機(jī)運(yùn)行后振動使大帶輪與密封環(huán)端面未壓緊，造成密封環(huán)與主軸間有相對轉(zhuǎn)動而發(fā)熱。為此在密封環(huán)上增加了4個緊定螺釘，避免了相對轉(zhuǎn)動。
    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鋼板重做了一個頭罩，里面鑲16Mn襯板。對前墻及頂部作了進(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，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，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，累計破碎石灰石40多萬噸。
    1)原料適應(yīng)性
    由于該廠外購右灰石受制于供應(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，一般能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在上海6、7月梅雨季
節(jié)，曾發(fā)生過被堵的事件。后來通過降低板喂機(jī)轉(zhuǎn)速，
減少破碎量以及對泥沙含量超過30%、水分超過
10%的原料先晾曬后破碎，使問題得到了解決。
   2)安全性
   在調(diào)試階段曾發(fā)生過頂襯板螺栓松動脫落，頂襯板落人下機(jī)腔情況。在運(yùn)行2個月后因振動停機(jī)檢查時發(fā)現(xiàn)斷了一個錘頭，錘軸上只剩錘柄，而錘頭已從排鐵門中穿過進(jìn)入料庫。檢查篦子、錘盤及反擊板等均無損傷，說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型測振儀測定空載和負(fù)載時振動烈度為：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)，沒有大起大落的現(xiàn)象，表明設(shè)計的主參數(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，并留有20%的余量。實際使用表明，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160kW電動機(jī)拖動，其負(fù)載電流波動范圍160~200A，實際運(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個月后更換，共破碎石灰石約18萬噸，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。更換錘頭時檢查篦板、反擊板、破碎板、錘盤及端盤等均未發(fā)現(xiàn)明顯磨損，錘軸抽取檢查基本無磨損。
    8)不足之處
    由于板喂機(jī)改造受資金限制，沒有達(dá)到預(yù)期效果，最大進(jìn)料粒度限制在500mm以下，破碎機(jī)能力沒有充分發(fā)揮出來。另外，破碎含泥沙和水分高的石灰石時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
    從上述測試數(shù)據(jù)和實際使用效果來看，PCZ強(qiáng)力破碎機(jī)基本上達(dá)到了原定各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過一年多連續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行，表明該機(jī)設(shè)計參數(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。