論立式衝擊破碎機製砂工藝

摘要：立式破（pò）碎機（jī）(VSI製砂機)是（shì）現今國（guó）內外製砂設備製造商爭奪市場的（de）主導產品，而轉子的轉速（sù）直（zhí）徑影響（xiǎng）到（dào）產砂率和砂石（shí）料的質量。從水利（lì）水電係統眾多砂石生產係統實際使用情況來看，隻有立式破碎機的轉子速度突破臨界轉速，才能明顯提高產砂率。

水利水電、公路、鐵路、機場和建築等行業都需要有砂石料係（xì）統，砂石料（liào）係統作為項目的（de）主（zhǔ）要組成部分，越來越（yuè）受到重視，特（tè）別是砂石料的質（zhì）量直接影響到工程質量，使得砂石料生產和管（guǎn）理漸（jiàn）漸成為一項較為（wéi）專業的項目工程。所以如何選好、管（guǎn）好製砂石料設備，生產（chǎn）出成（chéng）本低、滿足質量要（yào）求的砂石料，是從事砂石料生產管理人員的主要工作內容。

特大型（xíng）大壩使工（gōng）程項目對砂、骨料要求極其嚴格，產（chǎn）品質（zhì）量要求較高。如：砂的含水率 < 6%，不允許有泥塊，細度模數 2.4~2.8，石粉含量較（jiào）高，骨料的含泥量 < 1% 或更低，超遜徑指標苛（kē）刻，為（wéi）了達到以上骨料技術指標，隻有利用較先進（jìn）的人工砂石料設備，有（yǒu）機組合並科學應用，才能滿足項目業主和水（shuǐ）電（diàn）工程規範的要求（qiú）。

立式（shì）衝擊破碎機是國內外製砂設備商爭奪市場的焦點，以較早的國外 Svedala 生產的 B 係列“石打石” 立式衝擊破碎機和近期生產的 VI 係列 “石打鐵（tiě）” 立式衝擊破碎機為主導，國內也有這兩種類型的立式衝擊破碎（suì）機（jī）。這些年（nián）有用立式衝擊破碎機替（tì）代棒磨機（jī）製砂的趨勢。

三峽下岸溪是（shì） BARMAC B-9000/ 9100 與棒磨機（jī）聯合製砂，BARMAC B-9000 利用石打石原理，產砂率 32%~34%，彭水電站使用石打鐵 VI400 與棒（bàng）磨（mó）機聯合製砂。由（yóu）於 VI400 目前產砂率僅 30%，而國（guó）內同類型設備處理（lǐ）能力超過 VI400 的處理能力，達到300~400 t/ h，產砂（shā）率 >40%，所以立式破碎機國內市場有被國（guó）產設備占領的趨勢。

1 “石打石”與“石打鐵（tiě）”工（gōng）作原理

以三峽下岸溪的（de）Barmac9000 (見圖 1) 和重（chóng）慶彭水的 VI400 (見圖 2)為例。

1、工作原理

1.1 “石打石”原理

物料由進料鬥進入破碎（suì）機，經分料器將（jiāng）物料分成兩部分：一部分由（yóu）分料器中（zhōng）間進入高速旋轉的葉輪中，在葉輪內被（bèi）迅速加（jiā）速，其加速度可達數倍重力加速度，然（rán）後以 60~64m/ s 的速度從葉輪三個均布的流道內拋射出去，首（shǒu）先同由分（fèn）料器四周自（zì）由落體的一（yī）部分物料衝擊破碎，然後一（yī）起衝擊到渦動腔物料襯板上，被物料襯墊反彈，斜向上衝擊到渦動腔的（de）頂部，又改變其運動方向，偏離向下運（yùn）動，從葉輪道發射出來的物料（liào）形成連續的物料幕。這樣，一塊物料在渦動破碎腔（qiāng）內受到兩次以至多（duō）次（cì）幾率撞擊、摩擦和研磨破碎，形成相對（duì）穩定的雲狀懸浮顆粒，在破碎腔內作環繞衝（chōng）擊等多種（zhǒng）運動形（xíng）式。旋轉（zhuǎn）顆粒持（chí）續這種狀態5~20 s 後，在重力作用下（xià），離開破碎腔，進入下道工序。其特征（zhēng）是物料在加速時靠心髒部件葉輪加速，大多數顆粒直接與葉輪耐磨件接觸獲得能量，一旦射出葉輪，所有破碎（suì）過程中的物料均不再與設備金屬元件直接接觸，而是與物料襯層發生衝（chōng）擊（jī）、摩擦或者物料與物料作高（gāo）速（sù）撞擊而破碎，即 “石（shí）打石”。

1.2 “石打鐵”工作原理

物料由進料鬥進入破碎機內（nèi），經進料槽進（jìn）入高速旋轉的葉輪中，在葉（yè）輪內被迅速加速，其加速度可達數百倍重力加速度，然後以 56~66 m/ s 的速（sù）度從葉輪三個均布的流道內拋射（shè）出去，具有較大動能的物料與破碎腔內周邊鐵砧相碰撞，大部分物料將動能瞬間轉化，產生撞擊力和摩（mó）擦力，物料在撞擊力作用（yòng）下，沿物料薄弱（ruò）斷麵如礦物的分界線、接合（hé）部（bù）位和微小裂隙處斷裂（liè），變成細（xì）小顆粒，在重力作用下落入下部卸料鬥；部分還（hái）具有動能的物料，經鐵砧撞擊後反彈（dàn），與（yǔ）葉（yè）輪流道口發射出來的物料碰撞，再次與鐵砧撞擊。這樣，一塊物料（liào）在破碎腔內兩次或多（duō）次撞擊（jī）鐵砧，通過撞擊、摩擦和研磨破碎，形成流體狀物料混合物，從（cóng）卸料鬥內排出。

2、適用環境

三峽下岸溪（xī）破碎物料是斑狀花崗岩，幹抗壓強度 138.8~175 MPa，主要化學（xué）成分 SiO2占 72.21%，花崗岩對葉輪的接觸部位磨蝕相當快（kuài），利用 “石打石” 原理減（jiǎn）少鐵耗，減少（shǎo）維護、保（bǎo）養時間是選型的主要依據（jù），在 1996 年試運行中 Barmac9000 剛投入使用，每 100 h 左右就需要更換一次拋料頭，每180 h 左右就（jiù）必（bì）須更換拋料（liào）頭夾塊耐磨板（bǎn），所以“石（shí）打（dǎ）鐵” 原理不適於這種高強度、高磨蝕性物料的破碎（suì）。而重慶彭水砂石係統是石灰岩，飽和抗壓強度78 ~ 92 MPa，磨蝕性低，為了防（fáng）止 “石打石” 出現過粉碎現象，選用“石打鐵”的 VI400，目前生產中磨損量（liàng）小。

3、Barmac9000與VI400力、產砂（shā）率比較

3. 1進料量與級配檢（jiǎn）測

1#與2# Barmac進料分別在（zài）1#與z2#進料帶式輸送機上取樣，測試情祝見表1。

每台 Barmac 設計處理（lǐ）能力為 385 t/ h，從表 1 中可（kě）以看出，1#Barmac 進料（liào）量偏低，但進料（liào）級配都比較理（lǐ）想。

1#與 2#Barmac 出料分別在 1#與（yǔ） 2#出（chū）料帶式輸（shū）送機上取（qǔ）樣，測試情況見表 2。

由表 2 可知，1#Barmac 生產能力較設計（jì）值偏小，主要原因（yīn）是進料（liào）量偏低，2#Barmac 生產能力達到設計值。2 台 Barmac 產品中砂的百分率分（fèn）別達到 46.11%和 40.25%，分別（bié）扣除進料中砂的百分率 9.78% 和6.58% (見表 1)，得出實（shí）際產砂率分別為 36.33% 和33.67%，已達到（dào）或接近設計產砂率 35%。

Barmac 製砂細度模數一般在 2.7~2.9 之間，單台產量可（kě）達到 70 多 t/ h，經調節進料粒度、進料量，細度模數可以達到 2.5~2.7。

比較兩台 Barmac，當進料量超過其額定生產能力，產（chǎn）砂率有所下降，另外，40~20 mm 粒徑料偏多時也會降低產砂率。這一結論，在後續生產實踐中得到了證明。當主要進料為 40 ~ 20 mm 時，產砂率很低；當主（zhǔ）要進料（liào）為 20~ 5 mm 時，產砂率也不理想，隻有當（dāng） 40~20 mm 粒徑料占 30%~35%，其餘為 20~5mm 時，產砂率最高，可以達到 40% 的產砂率。但係（xì）統中無法保證最好的進料級配，因為受到成品（pǐn）砂中石粉含量（liàng）與細度模（mó）數製約。一般情況下，進料中 40~20mm 與 20~5 mm 各占（zhàn）一半，產砂率在 30%左右波動。

3.2 VI400 進料量及級（jí）配檢測結果選擇進料帶式輸（shū）送機中（zhōng）的一條（tiáo），每次開啟 2 個（gè）弧（hú）門放料，在出（chū）料帶式輸（shū）送機上取樣（yàng）篩析，級配情況按表（biǎo） 4、表 5 記錄。

(1) 從表 4 和 表 5 可以看出，進料為混合料，其中（zhōng）當進料中 20~40 mm、5~20 mm 比例為 1:2，破碎後的（de）產品中 <5 mm 的僅 28.8%；當進料中 20~40 mm含量（liàng）占 30%時，產砂效果較好，產砂率（lǜ）在 32%左右，且進料含水率（lǜ）不大於（yú） 10%和 <5 mm 顆粒不大於 3%；當進料（liào）中 20~ 40 mm 含量 <25%時，產砂效果變差，產砂率下降到 20% 左右。

(2) 從表 6 可以看出（chū），VI400 所產砂在上述處理條件下，細度模數為 3.16，石粉含（hán）量為 9.53%，由於經第三層（céng） 3.5×3.5 mm 篩網後，<5 mm 物料中 3.5 mm 以下占 75%，按照 VI400 產砂（shā）率 30%計算，進入成品倉的砂為 55~60 t/ h·台（tái）。

4、Barmac9000 與 VI400 產砂率因素探討

(1) Barmac9000 與 VI400 平均進（jìn）料量均可達 350t/ h，產砂（shā）率為 30%~35%。兩種設備轉子（zǐ）的線速度均在 66 m/ s 以下，根據國內（nèi）有關生產廠家對（duì）製砂機的研究，當轉子的線速度大於 71 m/ s 時，按“石打鐵” 原理可以突破 50%的產砂率，甚至接近 65%的產砂率，所以提高轉子速度（dù）是提高產砂率的關鍵。三峽下岸溪因配置 5 台 Barmac9000，沒有就（jiù）大幅度提高產砂率作深入研究，僅僅圍繞進料級配、進料量如何影響產砂率作了多次試驗，但產砂率最好時隻能達到（dào） 33%~35%。在彭水（shuǐ）工地（dì），由供貨廠商提供（gòng）資料表明：VI400 產砂率可以達到 56% (指中軟的石灰岩)，但實際產砂率在 30%左（zuǒ）右徘徊。我（wǒ）們為了尋求提高產砂率的途徑作了 5 次試驗，在設備轉子的線速（sù）度在（zài） 59m/ s、62 m/ s、66m/ s 三（sān）種條件下試驗，產（chǎn）砂率並（bìng）沒有明顯變化。

(2) 進料級配對（duì）產砂率（lǜ）有一定影響，立（lì）式破碎機製砂原料主要是中石和小（xiǎo）石的混合料，中石比例偏多，中石（shí）被加速後攜帶的能量（liàng）就多，衝擊（jī）和碰撞時能量轉化也多，物料 破碎的幾率更（gèng）大，使粗顆粒變成細顆粒的比例增大，所以產砂率較高。彭水砂石（shí）係統由於生產工（gōng）藝的限製，不可能實現中（zhōng）石多於小石的進料狀況，調整進料級配在彭（péng） 水砂石係統沒有多大研究（jiū）價值，這（zhè）就要求必須提高轉子速度獲得較高的產砂率（lǜ）。

(3) 當 VI400 破碎機的轉子速（sù）度提高到 65 m/ s時，設備振動顯著加大，設備不能（néng）正常（cháng）運行。正在彭水使用的 3 台（tái） VI400 破碎機已不能突破 65 m/ s 的轉子速度，這與該設備（bèi）的主軸結構和軸承（chéng）配置存在必然聯係。主軸部結構設計和軸（zhóu）承（chéng）等級選用是製約轉子線速度提高的主要（yào）原因。

5、結論

(1)"石打石” 立（lì）式衝擊破碎機適用於（yú）中硬以上磨蝕性大的物料（liào）破碎，如花崗岩等；“石打（dǎ）鐵” 立式衝擊破碎機適用於中（zhōng）硬以下（xià）磨蝕性小（xiǎo）的物料破碎，如石灰石等。

(2) 隻有將立式破碎機的轉子速度突破臨界轉速（sù），才能（néng）明（míng）顯提高產砂率。處理能（néng）力（lì）在不超過設備最大能力的範（fàn）圍內，隨（suí）著進料量的（de）增加，絕對產砂（shā）量相應增加，但產砂率沒有（yǒu）明顯變化。進料級配也對（duì）產砂率有一（yī）定影響，但影響較小。

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