唐威

摘要：慣性圓錐破碎機是具有良好過鐵性能的高效節能細破碎設備，破碎機構和傳動機構之間是柔性聯結，過鐵時不會損壞機器，破碎比大，可將鋼渣破碎至-5mm占80%以上，“鋼”和“渣”能充分解離，極大提高了鋼渣中鐵的回收率，能耗低，襯板使用壽命長，尾渣容易處理，已成為鋼渣細碎首選設備。使用慣性圓錐破碎機的新鋼渣破碎工藝流程簡潔高效，技術性能優異，運營成本低。實際工業應用證明該機在鋼渣破碎領域具有極其廣闊的應用前景。

1  前言

要變廢為寶，實現鋼渣的“零排放”，破碎是不必可少的工序之一。鋼渣的初碎普通顎式破碎機就能適用，但以前一直沒有理想的鋼渣細碎設備，傳統鋼渣破碎設備及工藝存在的主要問題是：⑴、由于鋼渣中含有鋼塊，傳統破碎設備存在“卡鋼”問題，很容易導致設備損壞，無法保證設備的連續正常運轉，生產效率低下；⑵、傳統破碎設備很難將鋼渣破碎到需要的粒度， “鋼”和“渣”不能充分解離，鋼渣中鐵的回收率低，尾渣粒度大；⑶、傳統鋼渣破碎采用三段甚至四段閉路循環工藝流程，設備數量多，流程復雜，占地面積大，投資成本大，運行費用高。

傳統的鋼渣破碎設備有錘式破碎機、液壓圓錐破碎機和棒磨機等：

⑴錘式破碎機破碎鋼渣時錘頭磨損十分嚴重，錘頭使用壽命短，更換頻繁，生產效率低，工人勞動強度高，而且錘頭一旦磨損，產品粒度迅速變粗。

⑵液壓圓錐破碎機產品粒度一般80%為-40mm，很難將鋼渣破碎到需要的粒度，“鋼”和“渣”不能充分解離。特別是液壓圓錐破碎機動錐的運動軌跡是固定的，過鐵時會發生動錐和鐵硬碰硬、動錐硬憋過去的情況，即我們常說的“卡鋼”，很容易導致傳動齒輪損壞、偏心軸套壞或者主軸斷裂等事故發生，而鋼渣中含有大量鐵塊，頻繁過鐵讓設備難以連續正常運轉，生產效率低下。國外品牌的液壓圓錐破碎機如美卓、山特維克在我國礦山行業應用很廣泛，處于壟斷地位，但在鋼渣破碎領域應用基本為零，不是他們不想干，而是他們知道確實干不了。

⑶由于以前沒有其它適合的鋼渣細碎設備，不少企業只能選用投資大、生產成本高的棒磨機細碎鋼渣。

研究表明，因為工作原理不同，磨機的電耗只有不到10 % 用于礦石的破碎，而絕大部分都消耗在發熱、發聲和磨機筒體的滾動上，磨機的破碎效率遠低于破碎機，要達到相同的破碎效果，磨機的電耗和鋼耗都遠大于破碎機，在同樣產量和產品粒度的情況下進行比較，棒磨機的能耗是破碎機的5倍以上，鋼耗是破碎機的10倍以上，所以磨機的生產成本遠高于破碎機，“多碎少磨”已成為粉碎工程領域的共識，目前公認的最佳入磨粒度為-10mm，在礦山選廠，那種經顎式破碎機初碎后的大顆粒物料直接進磨機細碎的落后生產工藝早已被淘汰。

因此棒磨機適用于將鋼渣中已經磁選出來的磁性料進行提純，以得到高品位的渣鋼，而不適合直接用來細碎鋼渣。

央企礦冶科技集團有限公司與俄羅斯合資成立的北京凱特破碎機有限公司引進俄羅斯先進技術，生產出在破碎領域具有革命性突破的高效節能細碎設備——慣性圓錐破碎機，在過鐵和產品粒度方面與傳統破碎設備相比具有明顯的優勢，特別適合于鋼渣的細碎。

2  慣性圓錐破碎機結構特點

2.1  慣性圓錐破碎機結構

慣性圓錐破碎機的結構如圖1所示。

圖1  慣性圓錐破碎機結構原理圖

1-定錐  2-動錐  3-機殼  4-激振器  5-減震器  6-底架

慣性圓錐破碎機主機座落在底架上的橡膠減震器上，破碎機構由定錐和動錐組成，錐體上均附有耐磨襯板，襯板之間的空間形成破碎腔。動錐軸插入軸套中，電動機的旋轉運動通過傳動機構傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉時產生慣性力，迫使動錐繞球面瓦的球心做旋擺運動。在一個垂直平面內，動錐靠近定錐時，物料受到沖擊和擠壓被破碎，動錐離開定錐時，破碎產品因自重由排料口排出。動錐與傳動機構之間是柔性聯結。

2.2  慣性圓錐破碎機特點

普通圓錐破碎機動錐的運動軌跡是固定的，產品粒度的大小由緊邊排礦口尺寸決定。

慣性圓錐破碎機工作時，激振器旋轉產生的慣性力推動動錐做旋擺運動，動錐的運動軌跡不是固定的。破碎腔內無物料時，動錐在慣性力作用下可以碰到定錐，因此慣性圓錐破碎機不管實際排礦口尺寸為多大，緊邊排礦口尺寸都可以視為是無限??；破碎腔內有物料時，動錐在慣性力作用下將盡量的沖擊和擠壓破碎物料。這是慣性圓錐破碎機產品粒度細的原因之一。

慣性圓錐破碎機動錐的旋擺頻率遠大于普通圓錐破碎機動錐的擺動頻率，物料從進入破碎腔到被排出這個過程中被破碎達上百次，遠大于物料在普通圓錐破碎機破碎腔中被破碎的次數。另外，與普通圓錐破碎機相比，慣性圓錐破碎機的動錐運動軌跡可變，動錐沿物料層每滾動一周都伴隨有100多次的振動，由附加的這種強烈脈動沖擊加強了破碎效果。

慣性圓錐破碎機工作時破碎腔是擠滿給料，在由慣性力引起的強烈脈動沖擊作用下，物料層被充分地壓實，承受全方位的剪切、擠壓、扭轉和彎曲應力，物料顆粒之間相互作用，從而實現了“料層粉碎”。

與單顆粒破碎相比，“料層粉碎”有三大好處：①因為破碎腔是擠滿給料，破碎腔內的物料承受全方位的破碎作用，所以能充分利用破碎能量，提高破碎效率，單位破碎比功耗僅為普通設備的一半左右；②物料的破碎不僅發生在物料顆粒和襯板之間，同時主要發生在物料顆粒之間，破碎腔內的物料承受全方位的破碎作用，因此破碎得更細；③因為物料的破碎主要發生在物料顆粒之間，從而減少了襯板的磨損，延長了襯板的使用壽命。

基于以上原因，慣性圓錐破碎機產品最大粒度只有排礦口尺寸的1/5～1/6左右，即使在排礦口為60mm的情況下，也能將物料破碎至10mm以下，開路破碎的產品粒度為毫米級。

普通圓錐破碎機由齒輪帶動偏心軸套和動錐一起轉動，動錐的運動軌跡是固定的，如果物料中混入了不可破碎物體，因為動錐運動軌跡不能改變，就會出現動錐和不可破碎物體硬碰硬、動錐硬憋過去的情況，導致破碎機零部件的損壞。

慣性圓錐破碎機的排礦口比普通圓錐破碎機大，如GYP-1200排礦口可達50～60mm，而給料粒度小于80mm，稍微經過破碎就會小于排礦口尺寸，因此基本上不會出現“卡鋼”的情況，一般鋼渣中的渣鋼、一般的鋼塊如螺栓等硬物進入破碎腔都會被軋扁排出。

如果物料中混入了不可破碎物體如鏟齒，由于動錐與傳動機構之間無剛性聯接，動錐被卡住不動，激振器繞動錐軸繼續轉動，絕對不會破壞傳動機構和主機。因為動錐被卡住不動，破碎機的電流、震動和聲音都減小，也不再排料。此時只要停機，從破碎機上的觀察孔中找到此物體，用氣割割掉即可繼續開機運行，因為慣性圓錐破碎機是帶負荷啟動，不需要清空破碎腔。

為了防止動錐和定錐碰撞，慣性圓錐破碎機要求帶料啟動，啟動力矩較大，因此啟動電流較大。為了保證破碎機安全平穩的啟動，選用了較大功率的電機。破碎機正常運轉時的工作電流只有額定電流的60%左右，因此破碎機實際消耗功率只有電機額定功率的60%左右。

慣性圓錐破碎機可破碎任何硬度下的脆性物料，甚至可破碎硬質合金刀頭。

鋼渣抗壓強度為169～306MPa，莫氏硬度為6～8，很容易破碎。破碎時鋼渣中渣鋼被軋扁，尾渣被破碎到10mm以下，鋼渣中的“鋼”和“渣”基本解離。

慣性圓錐破碎機擠滿給料，無需給料機，產品粒度細，無需振動篩構成閉路，能簡化碎磨流程，減少輔助設備臺數，大大節省設備和基建投資。

慣性圓錐破碎機的襯板是用螺栓固定，不需要灌鉛或樹脂，更換方便省時，維護簡單。

工作時慣性圓錐破碎機的破碎腔是封閉的，只有排料口處會產生大的粉塵，只要在排料口處做好除塵，就能保證環境清潔，完全滿足國家環保要求。

慣性圓錐破碎機的主機坐落在減震橡膠彈簧上，工作基礎振動小，噪音小。

2.3慣性圓錐破碎機技術參數

應用于鋼渣破碎的慣性圓錐破碎機主要有五種規格，其技術參數見表1。

表1  慣性圓錐破碎機技術參數

3  高效鋼渣破碎工藝流程

相對于傳統的鋼渣破碎工藝流程，采用慣性圓錐破碎機的新鋼渣破碎工藝流程十分高效、簡潔，如圖2所示。

圖2  高效鋼渣破碎工藝流程

1-顎式破碎機  2-磁滾筒Ⅰ  3-振動篩  4-慣性圓錐破碎機  5-磁滾筒Ⅱ  

鋼渣經顎式破碎機初碎后，通過磁滾筒Ⅰ選出磁性鋼塊，初碎產品由振動篩分級，篩上產品進入慣性圓錐破碎機細碎，篩下產品和慣性圓錐破碎機細碎產品合并進行磁選和分級。

磁選可根據產品的要求選擇一段磁選或兩段磁選甚至是多段磁選，磁選的鋼和分離出的尾渣可根據需要篩分分級，以滿足不同應用的要求。

與傳統鋼渣破碎工藝流程相比，新高效鋼渣破碎工藝流程具有如下特點：

⑴流程配置簡單：開路細碎，流程簡潔，輔助設備少，基建投資低。

⑵技術性能優異：產品粒度為-10mm，“鋼”和“渣”能充分解離。

⑶系統穩定性高：破碎機構和傳動機構之間是柔性聯結，過鐵不會損壞機器，生產效率高。

⑷運營成本低：能實現24小時連續工作，單位破碎比功耗低，襯板使用壽命長，有效處理量大，運營成本僅為使用其他設備的一半左右。經過多家鋼渣處理企業的比較，每處理1噸鋼渣，慣性圓錐破碎機生產線的生產成本要比棒磨機生產線節約10～20元。

⑸尾渣利用好：尾渣粒度細，尾渣中磁性鐵的含量只有1%左右，便于磨礦，附加值高。

4  應用情況

慣性圓錐破碎機已廣泛應用于鋼渣細碎，傳統的鋼渣細碎設備如液壓圓錐破碎機、錘式破碎機已基本上被淘汰。目前大型國有企業如寶武集團、首鋼、龍門鋼鐵、湘潭鋼鐵、漢中鋼鐵，大型民企如山西晉鋼、浙江元立，還有更多的中小型企業都在使用慣性圓錐破碎機細碎鋼渣，已有上百條鋼渣處理生產線使用慣性圓錐破碎機，年細碎鋼渣超過2000萬t。

4.1   GYP-600和GYP-1200細碎鋼渣情況

河北某鋼鐵集團的鋼渣都由其附屬企業處理。鋼渣原料粒度為-200mm，要求尾渣中磁性鐵含量＜2%，-8mm尾渣作為燒結混合料，在燒結混合料中配3%～4%的鋼渣尾渣；+8mm尾渣用作建材，磁性料直接回轉爐，所有鋼渣百分之百得到利用。

該鋼鐵集團附企鋼渣廠于2011年3月購買了兩臺GYP-600慣性圓錐破碎機細碎鋼渣，新鋼渣破碎磁選生產線開路破碎產品粒度近90%在5mm以下，磁性鐵回收率在98%以上，回收的磁性料品位也得以提高，生產效率高，成本費用大大降低，使用效果良好，經濟效益突出。該廠鋼渣破碎工藝流程取樣篩分結果見表2，兩條鋼渣生產線產量為35～40t·h^-1，一天產量為800～1000 t。

表2  GYP-600慣性圓錐破碎機細碎鋼渣取樣篩分結果

圖3為鋼渣原料、顎式破碎機產品和慣性圓錐破碎機產品粒度對比圖，其中標注的小圓圈中為慣性圓錐破碎機軋扁的小鋼塊。

圖3  原料和產品粒度對比

    因為慣性圓錐破碎機細碎鋼渣效果很好，為了擴大產量，附企鋼渣廠于2011年7月又購買了一臺GYP-1200慣性圓錐破碎機，該機生產取樣篩分結果見表3。

表3  GYP-1200慣性圓錐破碎機細碎鋼渣取樣篩分結果

經實測，GYP-1200慣性圓錐破碎機把鋼渣從-80mm破碎到-8mm單位功耗為1.2～1.3kW·h·t^-1，遠低于其它鋼渣破碎設備。GYP-1200慣性圓錐破碎機產量為69～108 t·h^-1，破碎產品粒度十分理想，充分滿足了該鋼鐵集團生產的需要。

圖4為GYP-1200慣性圓錐破碎機軋扁的渣鋼塊，大約半個巴掌大，厚約25 mm。

圖4  GYP-1200慣性圓錐破碎機軋扁的渣鋼塊

附企鋼渣廠的3條鋼渣破碎磁選生產線都是由民企承包，每處理1噸鋼渣附企支付加工費28元。

承包該廠運營的張總介紹：使用GYP-600慣性圓錐破碎機時，整條破碎磁選生產線每處理1噸鋼渣的全部成本，包括人工、水電、備品備件、鏟車（鏟車是雇傭的，每裝卸1噸3元）等合計為15元；后來使用GYP-1200慣性圓錐破碎機時，整條生產線的噸處理成本只有10元，每處理1噸鋼渣凈利潤為18元。

4.2 GYP-900細碎鋼渣情況

山東某鋼鐵集團采用一臺GYP-900慣性圓錐破碎機細碎鋼渣，在不同排料間隙下，測試GYP-900慣性圓錐破碎機的破碎產品，兩次取樣，篩分結果見表4，產量為38～42t·h^-1。

表4  GYP-900慣性圓錐破碎機細碎鋼渣取樣篩分結果

4.3   GYP-1500細碎鋼渣情況

陜西某鋼鐵集團采用一臺GYP-1500慣性圓錐破碎機細碎鋼渣，在排料間隙為65 mm時，產量為250t·h^-1左右，取樣篩分結果見表5。

表5  GYP-1500慣性圓錐破碎機細碎鋼渣取樣篩分結果

    因為GYP-1500慣性圓錐破碎機產量大，只用了1年時間，不但鋼廠每天新產生的鋼渣處理完了，連堆放多年的鋼渣山都清空了。

4  結語

慣性圓錐破碎機的研制應用已榮獲國家省部級科技進步一等獎2項、二等獎7項，國家專利46項。

慣性圓錐破碎機具有兩大特點：1、破碎機構與傳動機構之間是柔性聯結，過鐵時不會損壞設備；2、可將鋼渣開路破碎（不用過篩）至10毫米以下，將“鋼”和“渣”充分解離,極大提高了鋼渣中鐵的回收率。因此慣性圓錐破碎機特別適合于細碎鋼渣, 已成為鋼渣細碎首選設備。采用慣性圓錐破碎機的新鋼渣破碎工藝流程簡潔高效，技術性能優異，運營成本低，實現了鋼渣破碎領域的節能降耗。推廣應用后，將推動鋼鐵工業的技術進步，提高企業的競爭力，為實現鋼渣的“零排放”、促進二次資源高效利用和保護環境作出重大貢獻，為企業取得巨大的經濟效益和社會效益。