破碎機創(chuàng)新、節(jié)能與發(fā)展的思考

　　破碎是當(dāng)代飛速發(fā)展的市場經(jīng)濟中必不可少的一個工業(yè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過程中，破碎作業(yè)要消耗巨大的能量，而且又是個低效作業(yè)。破碎過程中，由于作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動等作用，使能源大量消耗。因而多年來業(yè)內(nèi)人士，從理論研究到創(chuàng)新設(shè)備（包括改造舊有的設(shè)備），直至改變生產(chǎn)工藝流程，一直在研究如何達到節(jié)能、如何高效地完成破碎過程。 

　　目前破碎理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于：研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論突破人們已熟知的破碎三大理論；研究新的非機械力的高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還沒見有工業(yè)化的設(shè)備，只是研究階段；改進現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是根據(jù)用戶自己需要來進行。 

　　由于國外礦山自80年代以來發(fā)展緩慢，使得上述研究進展都不大。國內(nèi)由于國營大型礦山投入極少，也沒有什么發(fā)展，而中小礦山由于各地原料的需求不等，近幾年得到一定的發(fā)展。  

　　一般情況下，破碎機是指排料中粒度大于三毫米的含量占總排料量50%以上的粉碎機械。破碎機的種類很多，對于水泥行業(yè)來講，常用的破碎機有復(fù)合式破碎機、顎式破碎機、錘式破碎機和反擊式破碎機等幾種。 

　　節(jié)能 

　　破碎機也能夠在節(jié)能減排中起到重要作用？  

　　在許多人的思維當(dāng)中，破碎機和節(jié)能減排是扯不上邊的。目前破碎機廠家都在低端的破碎機市場競爭，以高效、環(huán)保、低能耗技術(shù)為核心的破碎機廠家并不多。由此破碎機帶給我們的是高能耗。 

　　但是事實上，破碎機在節(jié)能減排中，特別是節(jié)能方面，功不可沒，特別是有針對性開發(fā)的新型、節(jié)能破碎機。 

　　以下僅列舉大型單段破碎機的發(fā)展來說明。 

　　最初開發(fā)的大型單段錘式破碎機，可將最大礦石1立方米大塊原礦石一次破碎到符合入磨粒度，使過去需要多段或二段破碎的過程簡化為一段破碎，每小時產(chǎn)出300~800噸，廣泛適用于礦山、建材等行業(yè)，也填補了國內(nèi)大型破碎設(shè)備的空白。 

　　后來，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司開發(fā)了1200t/h級大型單段錘式破碎機。該破碎機在華新水泥股份有限公司得到應(yīng)用，具體實測結(jié)果如下：破碎機穩(wěn)定的產(chǎn)量為1200t/h；產(chǎn)品粒度<40mm占94.59%；破碎機主機電耗為0.415kWh/t。 

　　而今，天津院與合肥院共同研發(fā)了產(chǎn)量最大的大型單段破碎機破碎比可達1：100，最大進料粒度為1.8×1.2×1.2m，臺時產(chǎn)量1600t/h，適應(yīng)水份含量高達20%的粘濕性物料。 

　　據(jù)測算，全面實施《水泥工廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》要求，以4000t級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為例，與“十五”期間建設(shè)的水泥廠相比，可實現(xiàn)節(jié)能15%以上。而在《水泥工廠節(jié)能設(shè)計規(guī)范》當(dāng)中，為保障工廠節(jié)能指標(biāo)的實現(xiàn)，也對破碎機作出了明確的要求：采用單段破碎系統(tǒng)將石灰石資源利用率由目前的60%提高到80%；設(shè)置移動式破碎機或組裝式破碎機等。同時，這也為水泥行業(yè)破碎機的發(fā)展與創(chuàng)新指明了方向，增加了動力。 

　　理論 

　　無論什么事物的發(fā)展，總是離不開其根本。而發(fā)展新型高效節(jié)能的破碎機，必須從理論出發(fā)。 

　　從單顆粒破碎理論可知：單顆粒在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯地產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。 

　　從料層破碎理論可知：靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%～40%左右。Schonert進一步研究表明，如果使大批脆性物料顆粒受到50MPa以上的壓力，就能夠由“料層破碎”節(jié)約出可觀的能量。 理論只是理想的狀態(tài)，生產(chǎn)實踐證明，影響破碎機破碎的因素還有很多，如物料自身硬度、給料粒度大小、組成等等。 

　　破碎機破碎的方法有幾種，包括沖擊、擠壓、劈裂、磨剝等。眾所周知，任何一種破碎機破碎都不可能只采用單一的破碎方法。因為料層破碎較單顆粒破碎更能降低破碎產(chǎn)物粒度，即更高效、更節(jié)能，所以在研發(fā)上、生產(chǎn)中都應(yīng)盡量維持破碎機的破碎腔內(nèi)適宜的料層，即“多碎少磨”。 

　　實踐 

　　當(dāng)前，落后產(chǎn)能被淘汰，新型干法項目大規(guī)模上馬。新建的新型干法水泥生產(chǎn)線絕大多是都是4500t/d以上的，新型干法的大型化已成必然趨勢。此時大型單段破碎機正是大顯身手的絕佳時機，它大大簡化生產(chǎn)工藝，替代多段破碎，符合生產(chǎn)工藝簡單化、大型化的思想。 

　　難道破碎機只能夠大型化，沒有別的選擇了嗎？ 

　　答案是不言而喻的。破碎機在水泥行業(yè)中，不僅能破碎原料，而且還能夠擔(dān)當(dāng)起破碎熟料的重任。 

　　“集中燒成，分散粉磨”將是水泥生產(chǎn)格局的主要形式。因此，熟料的硬度將有所上升，對水泥的細(xì)度要求也有一定的提高。只有在磨前增加預(yù)破碎，才能使水泥磨達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。  

　　輥壓機是目前國內(nèi)外公認(rèn)的破碎水泥熟料效果比較好的產(chǎn)品，但它存在諸多弊端：一是耐磨材料消耗大，噸熟料耐磨材料損耗1.5~5元；二是耗電量高，80噸/小時輥壓機裝機容量在800千瓦以上；三是故障率高，輥壓機的輥面60個工作日就要補焊一次，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益；四是造價高，一臺80噸/小時國產(chǎn)輥壓機動輒幾百萬元，進口價格更高。 

　　簡而言之，輥壓機是以大功率、高電耗來實現(xiàn)高效能的。因此，要用高效、節(jié)能、低耗、投資少的產(chǎn)品取代輥壓機，此時，破碎機就浮出水面。 

　　國內(nèi)經(jīng)過近幾年來的深入研究，已經(jīng)取得了的一些實質(zhì)性的成果。高效滾式破碎機、內(nèi)篩分雙轉(zhuǎn)子破碎機、水泥熟料細(xì)碎機等等可用于熟料破碎的產(chǎn)品相繼問世，在結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面都有很大的進步，基本能夠替代輥壓機的作用。 

　　同時，應(yīng)用“多碎少磨”的理念，對已有生產(chǎn)線老式的破碎機進行技術(shù)改造，讓“老樹發(fā)新芽”。 

　　如對老式細(xì)碎顎式破碎機采用“固定容積”式直線──修正高斯曲線高深式破碎腔，使物料在破碎腔內(nèi)受到了一定程度的“層壓粉碎”，提高機器破碎效果；同時，嚙角由零變?yōu)樨?fù)值，使物料不僅不會堵塞，反而與直線型動顎板構(gòu)成較長的“平衡區(qū)”，使排料受到一段時間的平行擠壓作用，進一步使物料變細(xì)。  

　　除此之外，也有對破碎機腔型進行改造，甚至現(xiàn)有技術(shù)還可以對破碎機潤滑系統(tǒng)進行改造。 

　　比較 

　　盡管近年來我國無論在破碎理論、破碎技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及設(shè)備制造等方面都有很大的進步，但是不得不承認(rèn)與國外破碎機械相比，仍存在一定的差距。 

　　以破碎機結(jié)構(gòu)設(shè)計為例。 

　　國外從上世紀(jì)中后期開始利用計算機仿真技術(shù)對破碎機機構(gòu)、腔型、產(chǎn)量和磨損等進行優(yōu)化，從而大大提高了破碎機的性能，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。然而國內(nèi)對破碎機的仿真優(yōu)化設(shè)計的研究主要限于對特定型號的破碎機編寫相應(yīng)程序進行優(yōu)化設(shè)計，這些程序大多重用性差，只能解決特定型號中的特定問題。 國內(nèi)也有科研工作者開始嘗試?yán)孟冗M的運動學(xué)與動力學(xué)仿真設(shè)計工具對破碎機進行快速開發(fā)，對機構(gòu)設(shè)計參數(shù)進行仿真優(yōu)化設(shè)計，從而大大減小了仿真設(shè)計的工作量，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了仿真模型重用率。要縮短這一差距，趕上同期國際水泥，這仍然是一個比較長的過程。 以復(fù)擺顎式破碎機制造為實例。 我國復(fù)擺顎式破碎機運動方法的四連桿機械設(shè)計理論有很大進展，接近同期國際水平。但是復(fù)擺顎式破碎機破碎腔的雙向嚙角，短肘板大擺角，減少傳動角與偏心距等，國外公司所提供的產(chǎn)品往往已采用這些經(jīng)過驗證的先進設(shè)計理論來提高產(chǎn)品性能和使用可靠性。我國國內(nèi)制造商由于種種原因采用先進設(shè)計理論甚少，其主流產(chǎn)品幾乎都是20世紀(jì)70年代之前定型的產(chǎn)品，采用耐磨材料（如高錳鋼）和重要配套件（如調(diào)心滾子軸承）等國產(chǎn)基礎(chǔ)件，使用壽命低于國際先進水平的同類產(chǎn)品。此外，主機廠的加工和裝配工藝也與國外有較大的差距。 

　　思考 

　　造成國內(nèi)外差距的原因很多，這些原因并不是“理論與技術(shù)落后”就能夠概括的。 

　　市場需求不同的客觀原因是我們不能回避的。國際市場上優(yōu)秀的破碎設(shè)備制造商集中在歐美地區(qū)，其市場所需破碎設(shè)備規(guī)格大、自動化程度很高、機動性強。而我國正處于大規(guī)模的基本建設(shè)時期，只求上馬快、投資少，供不應(yīng)求的市場直接導(dǎo)致粗制濫造、技術(shù)水平低下、耗能高、污染環(huán)境嚴(yán)重的產(chǎn)品紛紛進入。 

　　客觀原因不是短時間能夠彌補的，但是技術(shù)的差距可以通過技術(shù)引進、消化吸收、自主創(chuàng)新，迅速向世界破碎行業(yè)的高端移動。雖然這種“暴飲暴食”的方法可以讓我們短時間內(nèi)能夠重上幾斤，但是這也不是長久之策。我們應(yīng)該在這一個不太光彩的“抄襲”過程中，學(xué)會別人先進的研究方法和獨特的創(chuàng)新思路。

　　例如，國外有一個創(chuàng)新思路——“以料代材”，是值的學(xué)習(xí)。 破碎機是一個耐磨材料消耗嚴(yán)重的設(shè)備。減少耐磨材料的消耗也是許多業(yè)內(nèi)人士所研究的課題。提高耐磨材料的性能是減少耐磨材料的一種方法，但是一味只提高耐磨材料的性能終究是一條死胡同，并不能從根本上解決耐磨材料的消耗問題。 國外的研究思路是采用以物料來代耐磨材料的方式達到減少耐磨材料消耗的目的。這在國外已經(jīng)投入初期的實踐階段。 國外的立軸沖擊式破碎機采用物料的料墊來取代襯板作為易損件（零件設(shè)計采用料墊保護方式，取消了價格昂貴的鉻合金鋼堆焊），這就是很好的例子。差距是存在的，但是經(jīng)過近年來的努力，我國在破碎領(lǐng)域某些方面的也取得了實質(zhì)性進展。 

　　“新型干法水泥生產(chǎn)線重大配套裝備研制和工程化應(yīng)用”項目中獨創(chuàng)的減震裝置以及液壓系統(tǒng)和柔性疏水技術(shù)在齒輥式破碎機得到運用，其各項技術(shù)指標(biāo)均達到國際同類技術(shù)的先進水平。 

　　這也充分顯示了我國在自主創(chuàng)新方面所取得的良好業(yè)績和創(chuàng)新能力。 

　　選擇 

　　盡管國內(nèi)外有一定的差距，但是對于水泥企業(yè)來講，選擇符合企業(yè)生產(chǎn)線的破碎機，獲得最大的效益才是最重要的。 近年來，國家發(fā)改委頒布了《水泥工業(yè)用破碎機技術(shù)條件》（JC/T922－2003），大體確定了水泥企業(yè)使用的破碎機類型，但是我們?nèi)匀徊荒艽笠?。因為各類破碎機的側(cè)重點不同，適應(yīng)的工況也就不一樣，而且生產(chǎn)線的大小不同，所需要的型號也不一樣，所以必須對破碎機進行嚴(yán)格的選擇、選型。 

　　雖然具體的型號需要實際的工況來決定，但是仍然可以通過各類破碎機自身的技術(shù)優(yōu)勢來選擇具體的類型。例如：錘式破碎機出料處設(shè)有固定的篩子，用戶可以根據(jù)自己的需要選用合適孔徑的篩子來控制出料粒度；反擊式破碎機出料粒度均勻，出料呈立方體形狀，細(xì)粉料和粉塵含量低，特別適合立磨的運行。 

　　最后，水泥廠家選擇水泥熟料細(xì)碎機時，建議考慮如下幾點原則：錘頭工作線速度慢，耐用，運轉(zhuǎn)率高；出機物料粒度分布窄而穩(wěn)定，有利于磨機球段優(yōu)化級配；耗電低，配件費用低；結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，加工制作精細(xì)；配件維修方便；避免金屬物誤入機內(nèi)，需安裝除鐵器及金屬探測儀。