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1、慣性圓錐破碎機(jī)特點(diǎn)
     慣性圓錐破碎機(jī)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(jìn)的破碎理論和獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路，具有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，破碎比大。
    慣性圓錐破碎機(jī)機(jī)體通過(guò)隔振元件坐落在底架上，工作機(jī)構(gòu)由定錐和動(dòng)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(dòng)錐軸插人軸套中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生慣性力，迫使動(dòng)錐繞球面瓦的球心做旋擺運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)垂直平面內(nèi)，動(dòng)錐靠近定錐時(shí)，物料受到?jīng)_擊和擠壓被破碎，動(dòng)錐離開定錐時(shí)，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(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
    在慣性圓錐破碎機(jī)中，動(dòng)錐和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間無(wú)剛性聯(lián)接，動(dòng)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(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，動(dòng)錐的振幅較小，因此啟動(dòng)力矩也較小。同時(shí)由于該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若破碎腔中無(wú)料，機(jī)器會(huì)在短時(shí)間內(nèi)損壞，所以，慣性圓錐破碎機(jī)必須帶負(fù)荷啟動(dòng)和停車且運(yùn)轉(zhuǎn)中不得中斷供料。
  慣性圓錐破碎機(jī)動(dòng)錐的旋擺頻率很高，根據(jù)不同機(jī)型在750一2200 r/min，動(dòng)錐沿物料層每滾動(dòng)一周都伴隨有100多次的振動(dòng)。在破碎過(guò)程中，物料在破碎腔中被破碎達(dá)幾十次，這種強(qiáng)烈的脈沖振動(dòng)加強(qiáng)了破碎作用，另外，慣性圓錐破碎機(jī)中動(dòng)錐的旋擺運(yùn)動(dòng)主要受物料層抗壓阻力制約，會(huì)盡可能靠近定錐。因此，慣性圓錐破碎機(jī)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(qiáng)烈脈沖振動(dòng)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(shí)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(qiáng)度，且產(chǎn)品的粒形大多呈立方體。因此，慣性圓錐破碎機(jī)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(guò)程中，由于物料層受到強(qiáng)烈慣性振動(dòng)，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(guò)粉碎現(xiàn)象。
    由于動(dòng)錐與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間無(wú)剛性聯(lián)接，如果物料中混入不可破碎的物體，動(dòng)錐暫時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，激振器將繞動(dòng)錐軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，絕對(duì)不會(huì)破壞傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)。由于慣性圓錐破碎機(jī)是擠滿給料，通過(guò)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?shí)，使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒之間相互作用，從而實(shí)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(jī)采用二次隔振，基礎(chǔ)振動(dòng)小，工作噪音小，安裝時(shí)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(duì)硅磚生產(chǎn)的適應(yīng)性。
2、制硅磚用硅石的機(jī)械性能
    被破碎物料的機(jī)械性能對(duì)其破碎效果有影響，同時(shí)破碎機(jī)的工作特性決定了對(duì)機(jī)械性能不同的物料有不同的破碎效果。被破碎物料的機(jī)械性能主要是強(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(yàn)采用了6種國(guó)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(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)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(qiáng)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(zhǎng)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)，有的為顆粒化集合體。粒度一般為0.2~0.5mm。耐壓強(qiáng)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(qiáng)度154 MPa(由于試樣壓裂后壓力值繼續(xù)上升，估計(jì)其耐壓強(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)度未檢測(cè)。
3、試驗(yàn)結(jié)果
3.1  對(duì)不同機(jī)械性能原料的破碎效果
   試驗(yàn)設(shè)備為CYP-600型慣性圓錐破碎機(jī)，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(jìn)行開路破碎試驗(yàn)。
3.2單一原料開路與閉路破碎流程效果對(duì)比
    使用原料D分別進(jìn)行開路與閉路兩種破碎流程試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。
3.3對(duì)生產(chǎn)用原料破碎效果的影響
    由于實(shí)際生產(chǎn)中給料是由幾種原料混合配比而成，所以設(shè)計(jì)兩個(gè)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(jìn)行破碎試驗(yàn)。結(jié)果如表4所示。
3.4顆粒形狀對(duì)硅磚生產(chǎn)工藝的影響
    由于硅磚在燒成過(guò)程中會(huì)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(shì)外，還會(huì)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(duì)慣性圓錐破碎機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度形狀對(duì)生產(chǎn)工藝影響進(jìn)行了試驗(yàn)。
    把燒成時(shí)轉(zhuǎn)化速度最慢的原料B分別用慣性圓錐破碎機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)和輪碾機(jī)破碎，所得的顆粒中等積狀顆粒的比例以輪碾機(jī)最高，慣性圓錐破碎機(jī)次之，對(duì)輥破碎機(jī)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(yàn)用泥料在300t摩擦壓磚機(jī)上壓制磚坯，在180 m隧道窯中燒成，試驗(yàn)結(jié)果見表6。
4、討論
    1)慣性圓錐破碎機(jī)適應(yīng)高強(qiáng)度硅石原料的破碎作業(yè)，產(chǎn)品的粒度組成較好，過(guò)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(jī)的產(chǎn)品粒度曲線對(duì)比見圖5，由圖5可以看出，∮900短頭圓錐破碎機(jī)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(jī)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(jī)具有較小的過(guò)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(jī)<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(jī)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(jī)理有關(guān)，也與被破碎物料的機(jī)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(qiáng)度最高的原料E<0.5 mm顆粒含量最低，強(qiáng)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(shí)，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(guò)粉碎”現(xiàn)象的礦石，尤其是采用閉路破碎流程時(shí)。由于慣性圓錐破碎機(jī)中物料層受到強(qiáng)烈慣性振動(dòng)，物料表面的粉末會(huì)被及時(shí)清除掉，從而明顯地減小了過(guò)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(duì)采用小臨界粒度制磚造成大量篩上料回流到破碎機(jī)再次破碎的工藝要求非常有利。
    4)由顆粒形狀對(duì)硅磚生產(chǎn)工藝的影響可知:
    ①輪碾機(jī)所產(chǎn)顆粒雖然多呈渾圓狀，對(duì)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(guò)程中由于石英晶型轉(zhuǎn)化膨脹開裂時(shí)會(huì)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(zhǎng)值較大。而慣性圓錐破碎機(jī)所產(chǎn)顆粒雖然等積顆粒比輪碾機(jī)少，磚坯氣孔率較高，但在膨脹開裂時(shí)造成的應(yīng)力較小，燒后氣孔率增長(zhǎng)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(jī)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(shí)可以較好地避免因細(xì)顆粒過(guò)多而無(wú)法理想配料的問(wèn)題。
    ②出于對(duì)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(yàn)結(jié)果表明：使用慣性圓錐破碎機(jī)所產(chǎn)顆粒燒成的制品在燒成過(guò)程中具有較好的轉(zhuǎn)化速度。
    5)經(jīng)短期生產(chǎn)驗(yàn)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(jī)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(duì)輥破碎機(jī)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(jī)是擠滿給料，從而實(shí)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(duì)輥破碎機(jī)流程(0.30~0.35kg/t)的30%~45%，不但大大節(jié)約了備件采購(gòu)費(fèi)用，也顯著降低了破碎過(guò)程中的物料增鐵，對(duì)第一個(gè)使用周期的考察，噸料增鐵僅為60 g，而現(xiàn)用短頭圓錐+對(duì)輥破碎機(jī)流程噸料增鐵達(dá)到了200 g以上。
5、結(jié)論
    經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和短期生產(chǎn)實(shí)踐證明，慣性圓錐破碎機(jī)的破碎比大、過(guò)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(yàn)中，對(duì)硬質(zhì)粘土熟料、高鋁礬土孰料、合成莫來(lái)石等原料也進(jìn)行了破碎特性試驗(yàn)，均取得了較好的效果。