破碎作用

2024-06-05

破碎作用（精选九篇）

破碎作用篇1

关键词：静态破碎剂,作用机理,氧化钙,膨胀压力

静态破碎剂产生膨胀力的作用过程是一个化学反应过程,因此,研究静态破碎剂首先要从研究其化学反应过程入手。运用热力学方法对其主要反应进行研究,可以得出反应进行的方向及其反应平衡常数;静态破碎剂膨胀压力的产生是由于其反应后体积增大所引起的。研究反应过程的物质转移及反应前后体积的变化,可以得到静态破碎剂的膨胀机理及其产生体积膨胀的条件,进一步指导静态破碎剂膨胀压力提高的研究。另外,静态破碎剂的反应过程是一个放热过程,反应一旦开始,热量将不断增加。当热量的散失小于所产生的热量时,反应温度将升高,反应速度不断加快,将有可能导致冲孔现象的发生。而随着反应的进行,温度逐渐下降,但膨胀压力仍持续增长,而且静态破碎剂受环境温度影响非常大,在冬季寒冷季节反应缓慢,有时会失去作用;而在夏季高温时又易产生冲孔。因此,研究其反应放热,对提高静态破碎剂的反应速度及防止冲孔现象的发生具有重要意义。

1 静态破碎剂的基本化学反应式

目前,静态破碎剂的主要成分都是氧化钙。氧化钙和水反应生成氢氧化钙,在放出热量的同时,其体积增大。静态破碎剂正是利用这种化学反应和氢氧化钙结晶发育时所产生的膨胀压力来破坏岩石和混凝土等脆性材料。其基本的化学反应式如下:

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.8 kJ

从式中可以看出,这是一个放热反应。

2 反应的物质转移

氧化钙和水混合后,立即发生两类物质的转移过程:1)水分子进入CaO粒子内部,并与之发生水化反应;2)水化反应产物向原来充水空间转移。如果前者与后者相适应,即水化速度和水化产物的转移速度相等时,CaO—水系统的体积不会发生膨胀,但是,由于CaO的结构特性,即内比表面积大,水化速度很快,水化速度大于水化产物的转移速度,这时,由于CaO粒子周围的反应产物还没有转移走,而里面的反应又大量的产生了,这些新的反应物将冲破原来的反应层,使粒子产生机械跳跃,因而发生体积膨胀,产生膨胀压力,将约束介质破坏。在没有约束条件下,氧化钙将散裂成粉末。

3 反应前后体积的变化

静态破碎剂膨胀压力的产生是由于其反应后体积增大所引起的。CaO和水反应时,生成Ca(OH)2的固相体积在一定的条件下要比CaO的固相体积增大97.92%。固相体积增大,固相体积空隙体积增量之和超过CaO—水系统的空间,从而引起CaO体积的增大,膨胀压力增大。生石灰的水化反应在没有约束的自由膨胀状态下,其体积将增大2倍～3倍。在有约束的条件下,其膨胀体积变小。当约束力非常大时,其体积没有变化,即不产生膨胀,这就是在实际应用常出现的静态破碎剂装入炮孔后失去作用的情况。出现这种情况的原因有:首先从反应物和生成物的摩尔体积变化来讨论。静态破碎剂主要是利用生石灰的水化反应,但从其标准状况的体积和生成物的摩尔体积进行比较可以看出,并不是在所有的情况下,都会产生体积膨胀。下面具体讨论什么情况发生体积膨胀。

下列反应式给出了反应物生成物的摩尔体积和比重等数据。

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.8 kJ

摩尔体积:16.764 cm3,18.069 cm3,33.056 cm3;

比重:3.2 g/cm3～3.4 g/cm3,1.0 g/cm3,2.1 g/cm3～2.3 g/cm3。

从上面所列数据来看,生成物的摩尔体积为33.065 cm3,而反应物的摩尔体积为16.764+18.069=34.833 cm3,反应之后体积应该变小,而不是增大。这好像与实际情况相矛盾。这是由于摩尔体积为分子最紧密堆积时的体积,而在静态破碎剂中实际应用的是其表观体积,也就是说在一般情况下,静态破碎剂中生石灰的水化反应的生成物很难达到分子状态的最紧密堆积,因为在缺水状态下,生成的氢氧化钙比表面积非常大,不是最紧密堆积状态,因此,就表现出体积膨胀。相反,在大量水存在时,如在水溶液中,氧化钙与水反应生成氢氧化钙,其体积变小,而不产生膨胀力。一般缺水情况下(干态,不是在水溶液中),是用容重来衡量氧化钙和氢氧化钙,而不是用比重。生石灰是由碳酸钙煅烧而成,由于CO2的逸出,产生了许多微孔,氧化钙保持了碳酸钙的假象,其容重略大于1,与其3.2 g/cm3～3.4 g/cm3的比重相差甚远。氢氧化钙在干粉状态下,容重也很小,仅为1左右。这样生石灰的水化反应中(缺水状态)就表现出体积增大的现象。

当外界约束力非常大时,迫使生成的氢氧化钙的容重接近其比重,所产生的体积也就越来越小,甚至不产生膨胀。

4 反应放热

静态破碎剂的主要反应是放热反应,其放出热量的大小随温度而变化,如表1所示。

当温度小于100 ℃时,温度升高放出的热量增加;当温度超过100℃时,氧化钙与水蒸气发生反应放出更多的热量;当温度进一步升高时,放出的热量逐渐减小。由此可看出,反应一旦开始,热量将不断增加;当热量的散失小于所产生的热量时,反应温度将升高,反应速度不断加快,将有可能导致冲孔现象的发生从表1中也可以看出,静态破碎剂受环境温度的影响非常大,在冬天寒冷季节反应缓慢,有时甚至会失去作用;而在夏季高温时又易产生冲孔。

5结语

通过以上运用热力学方法对静态破碎剂主要反应的简单分析,可以得出下面的结论:1)如果要增加膨胀压力,就需要提高氢氧化钙的容重,同时减少水灰比,使静态破碎剂处于缺水状态;2)如果要提高反应速度,就需要增加反应物的活性或提高反应温度;3)为防止冲孔现象的发生,就需要添加能强烈吸收水蒸气又能在以后的反应中将水释放出来的物质。以上3条结论,就是我们设计静态破碎剂研制方案时遵循的原则。

参考文献

[1]马志钢,王瑾.试论静态破碎剂及其性能改进[J].煤矿爆破,2002(1):4-5.

[2]郭瑞平,杨永琦.静态破碎剂膨胀机理及可控性的研究[J].煤炭学报,1994,19(5):23-24.

说破碎就破碎的友谊550字作文篇2

人的这一生，交不到几个真心朋友。友谊就像泡沫一样，一触到就破了;友谊就像一杯水，你一把握不住，这杯水就会没了.....

我们六年朋友，小学一年级开始一直到现在，已经六年了，这六年的友情，是说忘了就忘了的吗?我们原本说过要做一辈子的朋友，可是现在，却实现不了了!

你却因为新同学的挑拨离间，却不理我。那天下午，我怎么也忘不了你对我说的那句话。。。。

星期四，那天下午第二节是体育课。我看到了你，我去告诉你说:“××妍，你听我说，我没有背地里说你的坏话!是那个×××在挑拨我们啊!我...”“××颖你够了!不要再诬陷×××了，你不就是个混血吗?”她怒气冲冲的说。我身体一征，随后冷笑了一声，冷冷的说:“好，××妍，曾经是你说的我们会互相信任，现在说绝交的人还是你，六年了，我们做了六年的朋友，你却不信任我!好，我们绝交!”说完我就转身离开了。

转身离开后，我在心里想:××妍，六年的好朋友，你就是这么不信任我的，以前是多么友好，多么真诚，那么信任啊!我没有变，可是现在的你变了!

你下课的时候，总是和×××一起玩，还故意在我的座位边晃悠。现在我也不会像刚开始那样伤心了，因为我现在知道了，这一份友情，毕竟不会属于我们俩。

现在我终于交到了一位真心的朋友，她也是一位混血，我们俩现在很友好。现在的`我明白了一个道理:你这一辈子，永远也交不到一个十全十美的朋友，朋友之间，最起码要有信任，如果没有信任，那你的朋友，就不是真心的...

破碎作用篇3

随着汽车工业及交通运输业的飞速发展,日益增加的废旧轮胎成为人们关注的焦点。据统计,2010年,我国废旧轮胎产生量约为2.5亿条。这些被称为黑色污染物的废旧轮胎难以降解,给处理工作带来了极大麻烦。目前其处理方法主要有三类:整体利用、生产胶粉和能源利用。其中废旧轮胎破碎分离后得到的橡胶粉用途广泛,因此, 研究高效经济、清洁环保的轮胎橡胶破碎方法对废旧轮胎的回收利用具有重要意义。高压水射流是20世纪60年代发展起来的一项新技术,目前已在清洗、切割、石油钻孔、海洋开发中得到广泛的应用[1]。作为一种超细粉碎技术,水射流具有清洁安全的特点。利用超高压水射流破碎废旧轮胎,实现废旧轮胎的回收,具有重要的经济价值和环保价值。

尽管水射流破碎技术应用领域广泛,但对水射流作用下的破碎机理,学者们依然没有统一的认识[2,3],其中空化现象产生的冲击波和微射流对轮胎的破碎作用研究较少[4,5]。空化现象是指流体流动过程中局部压力低于饱和蒸汽压力时出现的空泡生成、长大及溃灭的现象。当含有这些空泡的水射流冲击物体时,空泡在物体表面及其附近破裂,由于空泡破裂时产生的能量高度集中并局限在极小的面积上,从而在物体表面局部区域产生极高的冲击压力和应力集中,使物体表面迅速被破坏。

空泡溃灭理论研究最早可追溯到1917年Rayleigh提出的球对称空泡运动方程。随后,在对空泡产生、发展、溃灭机理深入研究的基础上[6,7,8],Kohl等将空化作用引入高压水射流技术领域,创造了空化水射流[9,10,11]。空化作用对物体表面造成空蚀破坏的机理有机械作用理论、化学腐蚀理论、电化学理论、热作用理论等。机械作用理论认为,表面空蚀破坏是由于空泡溃灭时产生微射流和冲击波的强大冲击作用所致,这种观点为大多数人所接受[12]。本文基于FLUENT软件环境,采用VOF模型求解Navier-Stokes方程, 数值模拟近壁面空泡溃灭产生的冲击波和微射流,结合超高压水射流破碎轮胎试验,通过对胎面胶的断面微观形貌进行观察,研究微射流与冲击波对橡胶材料的破坏作用,从而为超高压水射流作用下轮胎破碎机理研究提供参考。

1空化数

天然水中含有大量不溶于水的直径为10-3~ 10-4mm的小气泡,这些小气泡称为气核。射流系统中在喷嘴的收缩段,流速变大,压力降低,当压力降低到低于液体的蒸汽压时,液体就以气核为基础形成空化气泡。大量的空泡在喷嘴处形成后由射流带走,空泡随射流运动,形成空泡云,空泡云实为液气混合体。

在射流系统中,决定空化效果强弱的关键因素为量纲一参数———空化数 σ,空化数是抑制空化产生的力与促使空化产生的力之比[13],即

式中,pv为饱和蒸汽压力;u0为喷嘴出口速度;p∞为环境压力(围压);ρ为流体密度。

空化数σ表征流场中是否出现空化和出现空化的程度。σ值越大流场越不容易空化,反之,越易产生空化。

2空泡溃灭过程数值模拟

2.1计算模型

空泡溃灭过程受溃灭时其周围流场的影响, 如压力、速度以及壁面条件等,此外还涉及热效应等因素,本文仅从空泡溃灭产生的冲击力的角度描述、简化问题。作如下假设:1气泡中的气体为纯水蒸汽,忽略不可凝结性气体;2不考虑空泡随射流液体运动时的变形,溃灭开始时空泡为球形,忽略重力影响;3不计流场和空泡内的温度变化;4忽略表面张力和液体压缩性的影响; 5在空泡溃灭问题中,由于空泡体积较小,在空泡缩小变形过程中,忽略空泡内因蒸汽液化进入流场的液体量,并认为空泡在溃灭初始时恰好达到最大半径。

当外部压力超过0.1MPa时,空泡与液体介质的相对运动速度差别所引起的空泡溃灭时间变化就不明显[14],因此物理模型可以简化为静止流场中空泡在壁面附近的溃灭,且空泡在溃灭初始时刻的运动速度为0。由于空泡溃灭为轴对称过程,为简化计算,物理模型如图1所示,计算区域为边长为1mm的正方形,半圆形区域为半空泡, 其中AB和BC为压力边界,OC为固体壁面,AO为对称轴,R为空泡初始半径,H为初始时刻空泡中心到壁面的距离。

2.2初始条件

对于本文的空泡溃灭物理模型,假设流场静止,一个充满理想气体的空泡置于壁面附近。将初始时刻空泡内的气体压力设为水的饱和蒸汽压力。由于空泡内外存在压力差,所以空泡将变形、收缩,直至溃灭消失。非淹没条件下,空泡外流体压力各处相等,空泡溃灭过程的最大半径取决于空泡周围的初始压力,其数值见表1,在该压力下取空泡最大半径R为25μm。定义近壁泡溃灭特征距离M为空泡中心到壁面初始距离H与空泡初始半径R的比值,即M = H/R。射流中的空泡在喷嘴内产生并随射流一起冲击到物面,因而射流中的空泡属游离的运动空泡,而非附壁空泡,显然M>1。由于空泡溃灭产生的压力随距离H增大而快速衰减,M越小,空泡溃灭的作用力越大,因此取M= 1.1,即空泡中心到壁面的距离为27.5μm。

2.3边界条件及网格划分

边界条件主要包括:固壁边界条件,即vx= 0,vy=0(vx、vy分别为沿x、y方向上的速度量);压力边界条件,即(n为边界法向向量);轴对称边界条件,即

计算区域集中在半圆形区域,因此此处网格需要加密,采用品质较高的Pave方式划分Quad/Tri类型的网格;而外围区域的形状较为规则,采用Map方式划分Quad类型的网格,整个区域的网格数量为74 391。

2.4基本控制方程

连续性方程为

式中,u为流体速度矢量;t为时间;▽为哈密顿微分算子。

Navier-Stokes方程为

式中,μ为流体的动力黏度;p为流体微元体上的压力。

界面方程。空泡界面采用V OF方法求解, V OF将界面看作物质面。引入流体体积分数函数f来实现界面跟踪(f表示流体在网格中占据空间的比例),从而将离散网格分成三类:f=1, f=0以及0<f<1,分别表示网格中充满流体、无流体及含有界面,并满足

运用FLUENT软件模拟空泡溃灭过程,选用压力基求解器,时间采用隐式格式,空间采用迎风格式。压力插值算法采用PRESTO!方法,压力与速度耦合采用PISO算法。时间步长为10-9s,固定步长求解。

3计算结果

3.1溃灭过程中空泡形态的变化

空泡在周围压力作用下向中心收缩并向壁面偏移,形态变化如图2所示,从圆形 → 椭圆 → 心形,最后溃灭。空泡在溃灭初始阶段,由于内外压力差,周围流体对其做功使其收缩,但收缩速度较

小,壁面对其影响尚未体现出来,因此收缩时仍保持圆形形态。随着溃灭的进行,空泡收缩速度加快,空泡顶端的水体不受限制,收缩对其影响不大,液体密度保持不变。近壁面处的液体受壁面限制,周围的水体来不及填充,因此该处密度变小且越接近主轴线区域,其变化越大。由于空泡周围液体密度分布不均匀,泡壁收缩速度不一样,下部区域由于密度较小,收缩速度相对较慢,远离壁面的顶部收缩速度明显大于其他部位,因此在空泡顶部产生向壁面的凹陷。另外由于空泡上下半球的压力差导致空泡向壁面移动(趋壁效应)。

理想球形空泡溃灭时间可通过下式计算:

由式(5)计算得出的理想孤立球形空泡 (不考虑黏性和固壁条件的影响 )溃灭时间为2.271μs。由图3可知,仿真结果为6.947μs,由此可知,黏性和壁面的影响延缓了空泡溃灭过程, 黏性越大,空泡离壁面越近,溃灭时间越长。

3.2空泡溃灭产生的微射流

当空泡顶部的凹陷到达底部并贯穿整个空泡时形成高速微射流而冲击壁面。空泡溃灭时,空泡周围的液体在大气压力作用下向空泡中心运动,填充空泡收缩的空间,而壁面附近的液体由于受壁面限制,液体的填充速度较低,导致空泡底部的泡壁收缩速度最小,从而产生指向壁面的凹陷, 形成垂直指向壁面的微射流[15]。空泡溃灭时的速度矢量如图4所示。

空泡被击穿产生环泡的瞬间产生的微射流速度高达49.758m/s。由于空泡离固壁的初始距离较小,且空泡在溃灭过程中具有趋壁效应,因此固壁处的微射流速度近似等于49.758m/s。靶体在射流冲击作用下,其受到的冲击压力根据时间变化可分水锤压力和滞止压力两个阶段。在射流作用初期较短的时间内,在射流与靶物的高速碰撞下会形成射流压缩区,水被压缩的同时也会在靶面上形成具有强冲蚀效力的峰值压力,即水锤压力。高速微射流射向固体壁面时产生较高的水锤压力,可通过水锤方程计算:

式中,ρL、ρs分别为液体、固体的密度;cL、cs分别为液体、固体中的声速;v为流体指向壁面的速度。

由于声音在轮胎橡胶中的传播速度与水中的速度接近,且两者密度也接近,因此水锤方程可简化为

其中,cL取1500m/s,ρL为1000kg/m3。可计算出由水锤作用对橡胶壁面产生的压力为37.32MPa。另外,微射流的直径不超过气泡直径的10%,一般为2~3μm。

3.3空泡溃灭产生的冲击波

如图5所示,空泡溃灭产生的溃灭压力高达494.48MPa,但由于冲击波衰减较快,空泡溃灭在壁面产生的压力脉冲的压力峰值为93.54 MPa,如图3所示。

4超高压水射流破碎轮胎试验

4.1试验设备、材料和参数

试验材料采用废弃的汽车子午线轮胎米其林Energy XM1系列,型号为205/65R15 94H,使用最高压力为380MPa的DWJ1525-FB型超高压水切割机对轮胎复合结构进行非淹没条件下的破碎分离试验,试验过程不添加磨料,试验参数如表2所示。

4.2试验结果

使用超高压水射流设备对子午线轮胎复合结构进行破碎分离后,收集破碎得到的轮胎橡胶断面进行扫描电镜观察分析。不同泵压下的复合结构断面微观形貌如图6所示,可知不同的泵压下, 得到的橡胶断面的微观形貌具有较大差别。在其他参数不变的情况下,冲击压力越大,针孔状凹坑越少。

5分析与讨论

观察图6轮胎橡胶断面扫描电镜图可知,在胎面胶断面微观形貌中分布有许多直径小于10μm的针孔状凹坑,且凹坑的边缘齐整。在其他参数相同、泵压不同的条件下,200MPa时断面针孔状凹坑数目最多。

在水射流冲击固体物面的短暂过程中涉及流体、固体和流固耦合等众多学科,水射流作用下材料的破坏和失效问题相当复杂。目前水射流作用下的破碎机理可以归为以下几种理论:准静态弹性破碎理论、应力波破碎理论、空化破碎理论、裂纹扩展破碎理论等[16]。准静态弹性破碎理论将射流的冲击力视作准静态的集中力,其大小等于射流滞止压力,分析射流打击在材料上产生的应力波,以材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度作为材料破坏的判据。应力波破碎理论认为在水射流作用初期,水受到压缩从而使被冲击材料因压缩波的作用处于绝对受压状态,此时的压力称为水锤压力。当液滴向四周做径向流动时,固体材料表面的压力由水锤压力降至滞止压力,由于压力急剧下降,压缩波反射在材料表面形成强大的径向拉力,当拉力超过材料的拉伸强度时材料内部将会产生裂纹。裂纹扩展理论认为,水射流作用前基体内部存在初始裂纹,初始裂纹扩展交汇使得材料颗粒从基体上剥离下来,造成基体的破坏。这些理论均不能解释断面的微观形貌,而从空化角度能给予很好的解释。

空泡被击穿形成环泡的瞬间产生的微射流速度高达49.758m/s,直接作用于轮胎橡胶材料壁面,由式(7)可知,对其产生的压力为37.32MPa。由于微射流速度大,所以形成了高应变率冲击载荷,橡胶表面应力集中区在短的断裂时间内来不及松弛,橡胶材料的黏弹特性得不到充分发挥,断裂应变降低,从而显示出“冲击脆化”现象,在断面上形成边缘齐整的针孔状凹坑,数量众多的空泡因其在溃灭阶段的初始半径以及距壁面的距离不同,溃灭时间也不相同,致使形成的微射流直径不同,从而呈现直径不一致的凹坑。

空泡溃灭产生的压力脉冲远大于微射流产生的冲击压力。冲击应力波的破坏作用远大于静态应力,从图3中可以看出,空泡溃灭对壁面产生的压力脉冲的压力峰值达到93.54MPa。溃灭时, 胎面胶的被冲击区受到巨大的压缩波作用,压缩波受到轮胎表面的反射而使其周围处于受拉状态。由于作用时间短,橡胶分子没有充足时间进行重排,橡胶的剪切模量增大,其弹性势能降低, 材料更易发生拉伸破坏。由轮胎胎面胶的断面微观形貌可知,在针孔状的凹坑附近普遍存在光滑的断面形貌,光滑断面上边界形状规则完整,没有剪切划痕,属于拉伸作用造成的沿晶破坏。

根据伯努利方程,随着冲击压力的增大,射流速度也会随之增大,由式(1)可知,射流速度增大导致空化数减小,空化数的减小有利于空泡的形成。另外,射流速度增大,相同的溃灭时间,空泡运动距离增大,则空泡云长度增大,进而提高冲蚀效果。但如果靶距太短,空泡尚未发展就已溃灭, 则不会出现空蚀作用或者空蚀作用很微弱;如果靶距太长,空泡虽已发育长大,但是在到达材料壁面之前就已经开始溃灭,因此靶距越小,空蚀效果并非就越好,存在最佳靶距。通过对断面扫描电镜照片中针孔状形貌进行统计分析可知,在其他参数相同、泵压不同的条件下,200MPa时断面针孔状凹坑数目最多,即对断面有破坏作用的空泡数量最多,可见,50mm接近于此压力下的最佳靶距。

6结论

(1)空泡溃灭在轮胎材料壁面形成49.758m/s的微射流,在高速微射流作用下,轮胎橡胶材料的黏弹特性得不到充分的发挥,显示出 “冲击脆化”现象,在轮胎橡胶材料表面形成边缘齐整的“针孔”状的凹坑。

(2)在高达93.54MPa冲击波的作用下,橡胶材料变形速度大,橡胶分子没有充足时间进行重排,弹性势能降低,冲击波的反射使轮胎表面处于受拉状态,轮胎橡胶材料发生拉伸破坏。

破碎作用篇4

关键词：颚式破碎机砂石破碎机

国内生产破碎机的企业并不在少数，破碎机的种类也从颚式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、齿辊式破碎机再到圆锥式破碎机在不断地改进与更新，然而，要说历史最悠久，适用范围最广的还是颚式破碎机，无论是砂石线还是采石场石头破碎，无一不用到颚式破碎机，颚式破碎机一直是砂石骨料生产线的必备设备、而且发展到今天，一些新型的颚式破碎机还可以进行粗、中、细碎。

众所周知，国内知名破碎机生产厂家中意矿机一直致力于生产高效的大型破碎设备，其研制生产的鄂式破碎机主要包括新型双曲面深腔颚式破碎机、超细颚式破碎机、大型颚式破碎机等新型设备，适用于石灰石、页岩、玄武岩、河卵石、青石等各种矿石和岩石的粗、中、细的破碎，还具有构造简单、坚固、工作可靠、检修和维护方便，生产和建设费用比较低廉等特点，因此被广泛用于矿山、冶金、化工、建材、水利、交通等工业。中意矿机从事矿山机械行业十多年了对于颚式破碎机的研究中不断创新与发展，颚式破碎机如何能达到高效合理化生产，这将是现在面临的新挑战，中意矿机对颚式破碎机如何提高生产效率做了一下分析。

要想保证颚式破碎机具有高的生产率、合格的产品、低的动力消耗和稳定的长期运行的重要因素，就是正确的运转和合理的、及时的维护保养。颚式破碎机的维护保养工作，主要着重在润滑、紧固、调整和清扫等几方面。

破碎机在工作过程中，各摩擦面应及时可靠的润滑，从而确保破碎机的长期正常运行。因此，对各润滑部位的润滑必须特别注意。否则将引起事故，甚至大事故。对于复摆式破碎机的动颚轴承和推力板与支承垫同的润滑，一般采用干油润滑。在冬天时，如遇有干油有凝固可能时，可在其中再加入20%（按重量计算）的汽车润滑油进行润滑。各接触面的润滑必须全面，均匀。但在滚动轴承座内润滑油的装满程度，不应超过其容积的50—70%。根据运行使用情况，可每1-2天填注油一次，每季度最好换一次润滑油。同时，对轴承进行彻底清洗后检查。实践证明，能按期填加更换润滑油是能延长轴承等零件的使用寿命。

其中我们所用的稀油润滑系统一般是由油泵、过滤冷却器，油压调整阀、油箱、油管，仪表指示装置等组成。当油压过高或油流量过大时，可通过油压调整阀来进行调整，正常润滑过程中，油的流量必须适当。稀油润滑系统之回油温度不可高于600度，油箱中正常温度应控制在35～50℃。当油温过高时，应采取水冷却措施，水压应低于油压0.5大气压。在油过滤器前后压力差超过0.40大气压力时，应进行清洗过滤器。稀油润滑的润滑油（30～50号机械油）在正常运行状况下，应每3-6个月进行一次更换，并同时彻底用煤油清洗油箱及其他有关润滑部件，零件，以确保整个润滑系统的畅通无阻，油质清洁。对于定时用人工润滑之部位，更应注意及时、适量、准确的进行润滑。

破碎作用篇5

我们需要加工的是取之于自然界的矿物原料, 它们因产地不同, 形成的环境及其后经历的自然条件的变化各异, 即使定名相同的矿石, 不仅化学成分有差异, 且矿物晶粒组织、结构、致密程度、抗压抗冲击强度、硬度、对金属的磨蚀性、粘附性、吸水性等等也有相当大的差异。随之人们创造了各种类型的破碎机械, 它们的工作原理不同, 其适用条件自然也不一样。因此, 在工程建设中应该如何选择破碎机、如何配置破碎系统成为需要首先研究和解决的课题。

1.1 现状

水泥工厂原料的破碎很简单, 但是有的工厂却忽视了这一步骤, 给生产带来了很大的麻烦。诸如破碎机在雨季常被泥土堵塞, 需要不断地进机剔泥, 严重者甚至闷车拉断传动带;有的破碎机锤头 (或板锤) 寿命极短, 更换频繁, 不仅成本增加, 而且出料粒度难以稳定, 影响了后续磨机的稳定生产。

位于我国南方的某水泥厂的一个砂页岩矿建设的是一套最终一段带预筛分和检查筛分的三段破碎系统, 一破使用旋回式破碎机, 二破和三破使用圆锥式破碎机, 在二破和三破之间装有振动筛, 筛上物进三破破碎后返回振动筛, 筛下物为合格产品。所使用的设备除粗碎机外均由瑞典Svedala公司制造。矿石类型和强度如下:石英砂岩占总量的31%, 抗压强度为131~191MPa;泥质粉砂岩约占15%, 强度为25~111MPa;水云母页岩约占54%, 强度为6~59MPa。当地年平均降雨1413.9mm, 日最大降雨150.3mm, 连续降雨最长达15d。矿床表层风化严重, 最小风化深5.09m, 最大深度达23.78m。风化矿石的吸水性强, 石英砂岩为1.57%;泥质粉砂岩为5.98%;水云母页岩为8.96%。矿床顶部尚有第四纪坡积和残积物 (粘土、亚粘土、亚沙土、沙土和碎石) 。风化的粉砂岩浸泡后呈土状, 干后呈岩石状, 水云母页岩爆破后经风吹日晒遇水即崩解并大量吸水, 而石英砂岩则很坚硬。上述破碎系统建成后一投产就暴露出严重问题, 无法正常运转。为此在矿山建了可供生产11d的大型贮料棚存储干料供雨天使用, 还选择了一处无风化层的地带开辟了一处采矿工作面供雨季使用。尽管如此, 破碎系统的堵塞现象仍频繁发生, 据1995年统计, 仅二破堵塞已有31个班, 至于短时堵塞, 该年8月份就高达39次。三破只破碎筛上料, 也常发生堵塞。振动筛故障频繁, 严重威胁工厂的生产, 迫不得已将双层筛的下层20mm×20mm钢丝网取消, 将上层60mm×60mm胶孔筛换为40mm×40mm筛网, 进厂粒度放大到40mm使用。

上述事件是具有地质资料而不加以利用盲目建设造成的恶果, 然而类似现象仍时有发生, 因此有必要将原料的可破碎研究作为工程建设前期一个不可或缺的步骤。这项工作可以委托科研设计部门进行, 也可以由设备承包商来做。研究工作包括现场考察, 了解地质情况、开采方式, 取样和加工试验, 在对原料的可破碎性能有了基本了解和研究之后, 选择合理的破碎系统和相应的破碎机型。研究报告根据该种原料的处理难易程度可繁可简, 只要达到目的即可。由于影响矿石破碎性的某些因素可能是相互矛盾的, 需要综合权衡, 不能仅凭个别因素做出错误的判断, 造成决策的失误。报告的全面性除了技术内容之外, 也应该有经济内容。

1.2 国外经验介绍

国外的知名水泥公司在建厂时都很注意对原料加工性的研究, 根据原料性质制定最佳的破碎系统, 以保证取得合格的原料。现以印度海德堡水泥公司为例, 该公司的Damoh水泥厂扩建工程因原有矿山已枯竭, 需要在厂区西19km的Patharia新建一座石灰石矿山, 规模为450.7万吨/年。

当地的自然条件:

海拔:360~390m

降雨量:年最大为1350mm, 年最小为465mm, 年平均800mm, 24h最大降雨203mm。

降雨强度 (平均) :

冬季 (12~2月) 为50mm;

季风前期 (3~5月) 为35mm;

季风期 (6~9月) 为670mm;

季风后期 (10~11月) 为45mm, 因此最大降雨集中在季风期。

气温:最高45.5C, 最低4.5C。

湿度:最大 (季风期) 88%, 最小 (夏季) 31%。

矿床基本情况:

石灰石为灰~青灰色, 细晶结构, 薄层构造, 石灰石矿层的平均厚度为~9m。石灰石矿层中夹有页岩夹层, 并有粘土包裹体在内, 预计采出的原矿中混有10%~15%的黑棉土和页岩。石灰石的游离硅含量约为5%~5.5%。

石灰石体重:2.5t/m3;

水分:石灰石2.5%~3% (最大7%) ;粘土10%~15% (雨季) 。

印度海德堡水泥公司技术中心于2008年1月、2009年12月、2010年4月先后三次在现场用爆破法取得矿石共170.8 t进行了各种粒级占有率和氧化钙含量的测定 (见表1) , 最后得出结论, 需要将细碎料进行抛尾, 方能达到配料要求的指标 (见表2) , 并将抛尾定在20mm。上述矿石尚需外购~2.4%高钙灰岩配合使用。

1.3 东亚水泥公司砂岩的可破碎性研究

现将天津水泥工业设计研究院矿山室1999年2月为东亚水泥公司砂岩破碎所作的可破碎性研究报告摘录于后。

东亚水泥公司2000 t/d水泥生产线系利用亚行环保贷款项目, 并采取公开招标方式选取设备, 其中原料破碎部分标书中要求投标商应充分研究原料状况, 并赴现场调查矿床赋存条件, 取样进行加工试验, 据此提出最佳的破碎系统和最先进的破碎机型。

1.3.1 原始条件和业主要求

1.3.1. 1 系统描述

来自矿山的砂岩由卡车卸入受料仓, 然后通过安装在受料仓下的板式给料机喂入破碎机。破碎后物料卸到胶带输送机上, 由胶带输送机送至预均化堆场。

1.3.1. 2 原料

(1) 原料类别及化学成分

第I矿层——薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含粉砂质页岩。

第II矿层——中厚层细粒长石石英砂岩为主, 夹少量薄层泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。

第ll I矿层——薄层泥质粉砂岩、夹少量中厚层细粒长石石英砂岩、粉砂质泥岩和页岩。

I、III矿层称为硅铝质原料, II矿层称为硅质原料, 其平均化学成分见表3。

(2) 原料物理性质

a抗压强度。I矿层:56~46MPa;II矿层:73.2~40.8MPa;III矿层:47.6~26.4MPa (上述各矿层抗压强度值摘自地质报告) 。

b体积重量 (未经湿度校正) 为2.63 t/m3。

c湿度 (原岩) :硅铝质平均为5.0%, 硅质平均为1.4%。

该地区年平均降雨天数为130d, 最长连续降雨天数为13d。年最大降雨量为1463.5mm, 最小为525.5mm, 平均值为980.18mm。雨季在6月中旬~7月上旬, 期间矿石水分必将增加, 由于硅铝质矿石为薄层状, 遇水易崩解, 其中的页岩易泥化, 因此雨季水分按硅铝质矿石15%, 硅质矿石5%考虑。

d重新取样进行试验

抗压强度是委托天津地质研究所测得, 结果如下:湿态抗压强度为66.2~83.3MPa, 干态为105.8~182.7MPa, 大大超过了地质报告中的数值。

经磨蚀性测试, 粉砂岩的Ai=0.09905, 石英砂岩的Ai=0.7322。

1.3.1. 3 规模

年处理砂岩15万吨, 破碎系统的平均生产能力为100 t/h。砂岩用自卸汽车运输, 最大粒度为700mm, 产品粒度为50mm。

*硅铝质原料占32%, 硅质原料占总储量的68%。

1.3.2 破碎系统的制定

鉴于该矿年降雨量较大, 矿床中有较多的泥质岩, 雨季易泥化, 最适用的破碎机型应是齿辊式破碎机。但是齿辊式破碎机不适于破碎强度高的矿石, 为慎重起见, 我们对矿床中的硅质矿层重新取样, 作了湿态和干态的抗压强度测试, 结果表明干态强度较湿态高出一倍, 而且这种既硬、磨蚀性又高的原料并不适于齿辊式破碎机破碎, 因此不予选用。

前已述及, 该砂岩矿床的石英砂岩、泥质粉砂岩和页岩呈互层产出, 且质硬的石英砂岩为中厚层结构, 质软的泥质粉砂岩和页岩为薄层结构, 因此爆破后粗块多是石英砂岩, 而细碎料多是泥质粉砂岩和页岩以及表土。进行预筛分将细碎料和泥土筛除后可选用适于破碎单一性质矿石的破碎机, 这种分析也由我们进行的筛析试验得到证实。因此该项目决定采用带预筛分的单段破碎机的破碎系统, 其破碎机为抗磨型硬料的单段破碎机, 预筛分机需具备防堵功能, 将粘湿料筛除。

1.3.3 机型的选择

1.3.3. 1 破碎机

KRUPP (O&K) 公司、KHD公司、F.L.Smidth公司等世界知名水泥机械制造商对破碎机的选型都有明确的介绍。我国曾由O&K公司引进了MAMMUT单段锤式破碎机制造技术, 该公司己明确说明这种机型只适于破碎硅含量<8%、抗压强度<200MPa的脆性矿石, 因此该项目中不能选用。

按挤压原理工作的颚式和旋回式破碎机能够适应高硅质原料, 但是它们的破碎比小, 需要两段破碎才能达到要求的出料粒度, 从而使系统复杂, 投资增加, 也不宜采用。

常规的反击式破碎机也不适于破碎这种高硅原料, 但是一些专业的破碎机制造商制造出一种高抗磨型反击式破碎机, 可用于破碎花岗岩、玄武岩和砂岩, 通常在建筑骨料的破碎筛分厂使用。例如KHD公司的Hardopact破碎机是中碎机型, HAZEMAG公司的AP-PKM破碎机是粗碎机型, AP-KM破碎机是中碎机型。这种破碎机因具有特殊结构和采用高耐磨性材料制造板锤、反击板和衬板, 获得了高抗磨性能。我们将借鉴国外的经验开发高破碎比的抗磨型粗碎用硬料反击式破碎机以填补这方面的空白。

1.3.3. 2 预筛分机

常见的振动筛不具备筛分粘湿料的能力 (除非冲水筛洗) , 不能作为本系统的预筛分机型。辊轴筛坚固结实且结构简单, 在国内有用作石灰石预筛分除土的案例 (例如北京西山大灰厂、首钢龙泉务石灰石矿) 。据报导, 在国外有一种波动辊式筛分机, 因其辊盘为椭圆形, 在运转中使料层产生颠簸作用, 加强了碎料的分离, 又由于辊子下面装有剔料装置, 可以使辊缝保持洁净, 具有防粘堵功能。拉法基在摩洛哥的CADEM水泥公司采用石灰石和粘土混合破碎, 由于石灰石和粘土都含有很多细料, 从而变得非常粘, 特别是雨季 (11月到次年2月) , 粘土含水量达20%, 它们裹住石块, 致使破碎机无法使用。工厂在由湿法改干法生产的过程中采用了在给料机和破碎机之间加波动辊式筛分机的做法将粘湿料筛出, 获得成功, 筛分机的规格是2000mm×5000mm, 辊缝为85mm×120mm, 破碎系统的能力是1000t/h, 所使用的破碎机为KRUPP公司制造的Titan72D75K双转子锤式破碎机, 生产能力是400t/h。该系统于1993年建成并投入使用, 效果良好 (详见世界水泥1997年第10期《粘湿物料的筛分装置的使用效果》) 。因此本处选用波动筛分机作为预筛分设备, 筛分辊共10支, 带有椭圆形辊盘以加强料层的颠簸能力。为了节约建设投资, 在筛分辊前增加了一组低速的圆形辊作为给料机构以取代给料机, 这种低速的辊子主要起给料作用, 同时也有一定的筛分能力, 与筛分辊合为一体, 结构简单, 费用增加不多, 成为给料和筛分双重功能齐备的新设备。

1.3.4 规格和主参数

1.3.4. 1 给料筛分机

型式:辊子式 (Wobbler roller) ;

尺寸:1250mm×5800mm, 其中, 给料段长约2.6m;

给料段辊子为圆形, 共有7支, 其速度由首根向后逐步增加以利于将料仓中的矿石拉出。筛分辊为椭圆形, 共10支, 各辊具有相同的转速, 但相邻辊椭圆盘的长短轴呈90°相位角排列。

筛孔 (即辊缝) 尺寸:60mm×100mm;

功率:11+18.5 k W;

机重:~26 t。

1.3.4. 2 破碎机

型式:抗磨型重型反击式

转子尺寸:ϕ1300mm×1300mm (事后设计中改为ϕ1400mm×1200mm) ;

进料粒度:<700mm;

出料粒度:<60mm, 占90%;

生产能力:120t/h;

电动机:YR355-6160k W;

机重 (不包括电动机) :~38t。

反击板、板锤均由含钼高铬铸铁制造, 板锤和反击板均可掉头使用。均整板也是采用耐磨的高铬材料铸造。

1.3.5 预算费用

(1) 价格估计

给料筛分机:43万元 (人民币) ;

破碎机:81.7万元;

合计:124.7万元 (电气控制部分在工程设计中已计入) 。

(2) 主要磨耗件寿命估计

板锤 (按10g/t计) :3.75万t (或3个月) ;

反击板:7.5万吨 (或半年) ;

均整板:15万吨 (约一年) 。

2 破碎新工艺新设备介绍

2.1 混合破碎

将两种或三种原料同时喂入一台破碎机进行破碎的方式称为混合破碎。最简单的混合破碎是将两种原料按一定比例卸入一个共用的料斗的方式破碎, 例如数车石灰石掺一车低品位夹石或覆盖土。大多数矿山都有这样的方式生产。由此产出物料的化学成分难免波动较大, 进厂的矿石需要加强均化调制, 它是基于现有条件下实施利废的措施。本处所称的混合破碎是指具备两种或三种原料按动态比例配合而后破碎的正规破碎系统, 它除了主要原料有卸料斗和将原料送给破碎机的主给料机之外, 其他原料也有各自的卸料斗和给料机, 它们将这些原料送到主给料机之上, 一并供给破碎机破碎。辅料给料机需要随主给料机的速度变化而变化。同时辅料与主料的配比由装在混合料胶带输送机上的在线分析装置获取化学成分信息, 经处理后对各给料机速度予以自动调整。

石灰石和粘土的混合破碎, 当粘土水分高、塑性大时, 难度增大。现将这种原料的破碎介绍如下。

2.1.1 越堡水泥公司的混合破碎

2.1.1. 1 矿区基本情况和覆盖物的利用

矿山位于花都区炭步镇辖区, 与工厂相距约9km, 当地人口稠密, 土地稀缺。矿床位于洪冲击平地, 地势低洼, 矿区地表大部分为鱼塘。石灰岩层的初采标高已低于海平面。开采境界是在征地范围内圈定的, 其上部的第四纪覆盖层平均厚15.87m, 最厚30.82m, 总量达2800万m3。覆盖物主要是粘土、淤泥和砂层。当地没有堆置这些覆盖物的场地, 而它们的化学成分又符合配料要求。这就需要研究加工处理方法, 达到零排放的要求。

根据深井的数据资料, 第四纪覆盖物除地表腐植层 (厚约0.5m) 外, 其下部共有六层。YJ-1、YJ-4、YJ-6为粘土, 层厚分别为2.4m、1.0m、2.8m, 主要为浅灰色、质软而有很大塑性, 水分大致在15%~20%之间;YJ-3为淤泥层, 厚4.9m, 含有~7%有机质, 色黑、膏状、塑性大, AM为2.52, 水分高达80.5%~90.4%;YJ-2、YJ-5为细砂层, 层厚分别为1.2m、1.3m, 为浅黄~浅灰色, AM分别为13.73和24.67。

由于粘土的AM波动大 (2.5~4.6) , 需要根据不同地段的产出成分, 搭配不等的细砂。因此细砂单独开采且不需破碎。采用单独处理方式, 分采分运, 利用长9km的胶带输送机空闲时间进厂, 单独存取, 按需配入原料中。

粘土和淤泥即使均匀混合, 其水分也高达27%左右, 因其很高的水分和塑性, 单独处理, 需要另增一套破碎系统。另外这种物料不能用胶带输送机运输, 需要专门的运输车辆。高水分和塑性引起的压实性, 在厂内存放和挖取均甚困难。可见另增一套加工系统不仅投资高, 经营费高, 而且使用中困难重重, 工厂无法正常生产。

将粘土掺入石灰石一并破碎是一种新的加工方法, 根据国外某些资料介绍, 掺入的粘土在破碎过程中被石粉和碎粒石料拌和, 其塑性和粘性大大减轻, 物性发生改变, 因此加工后的这种混合料可用传统的胶带输送机运输, 同时后续的贮取工作也不困难。但是像我们这种性质的粘土的混合破碎尚未见有报导。业主要求供应商提供的原料破碎机具有适用于对付这种特别粘的第四纪物料的自清能力。

常熟中材装备重型机械有限公司以其对破碎系统独有的配置和对给料机、破碎机的特殊结构设计获得业主的认可, 成为该系统主要设备的供应方。

2.1.1. 2 混合破碎的工艺介绍

石灰石和粘土各有一台给料机。石灰石用量占总量的80%左右, 其卸料斗、给料机与破碎机居于同一轴线上 (可称为主轴线, 此给料机也称主给料机) , 粘土用量较少, 其卸料斗和给料机居于侧面, 并与主轴线垂直, 它将粘土喂到石灰石给料机的前段。由此, 可将粘土铺到主给料机的石灰石上面, 一并送入破碎机。两台给料机均由变频调速电机驱动, 由在线分析装置测出混合料的化学成分之后, 自动调节两种原料的配比, 以确保混合料的成分 (图1) 。

本系统加工的石灰石入料粒度<1500mm, 粘土<800mm, 要求出料粒度<80mm占90%, 极限最大粒度<100mm, 设计处理能力为1200t/h。

根据原料条件和生产规模我们选用适应性最好的双转子锤式破碎机来处理这种混合料。破碎机具有两个相向转动的转子, 两个转子之间具有承击砧, 由于物料的破碎发生在两个转子之间, 使粘湿物料粘附在固定腔壁的机会大大减少。对破碎机的壳体进行了专门设计, 降低了高度, 减少了大块物料对转子的冲击, 设计独特的篦子调整方便, 便于粘湿料通过。除了锤头抽取装置之外, 增添了独创的液力盘车装置, 两者配合使用, 使锤头的更换工作更轻便安全。

大泥团坠入破碎机很易将排料篦缝顷刻间堵住, 这种情况发展下去将造成破碎机的堵塞。为了防止这种现象的发生, 在粘土给料机上添加了切泥机, 经切碎的泥料小于300mm。鉴于本矿的覆盖物中难免有>300mm的石块存在, 它们的出现将给切碎机工作造成困难。本切碎机的独特结构是旋刀轴装在悬臂上, 一旦遇到石块可抬升避让。

石灰石卸料斗端壁倾角达80°, 落差6.5m, 采用重型汽车运矿 (目前汽车载重量是45t, 今后将改用60t汽车) , 卸矿时对给料机的冲击载荷相当大。本给料机是重型结构, 受料段为带有减震装置的浮动床。槽板底面用自润滑滑道支承, 槽板搭接处带有防漏唇边, 底部用“H”型钢加强, 并用履带式牵引链牵引。驱动的行星齿轮减速器悬挂在轴端, 不用另设基础。大梁为很结实的自承重结构, 除后部支承在混凝土基础上之外, 前端托在破碎机壳体上, 中部不用立柱支撑, 给料机倾角为23°。

粘土卸料斗端壁倾角达90°, 落差4.2m, 料斗斗壁均铺上聚酯板以减轻粘土附着。粘土给料机与石灰石给料机具有相同的结构。考虑到粘土水分高, 采用了较缓的倾角 (15°) 。其下部装有刮料机以防止碎料撒落。

破碎机出料漏斗斗壁是直立的, 以减少碎料附着, 因此出料胶带输送机带宽达2600mm, 其后的胶带输送机则为正常带宽。

2.1.1. 3 使用效果及完善措施

(1) 调试中出现的问题

尽管我们对加工这种原料可能出现的问题作了多种设想及相应的处置, 但是不如人意的情况仍在所难免, 这些问题在调试期间逐个暴露出来。经越堡水泥公司、中材建设公司和常熟中材装备重型机械有限公司三方的共同努力, 逐一予以解决, 很快达到可使用的状态。

调试以破碎单一的石灰石开始, 运转表明, 两个转子的负荷相近。破碎机顺利达到预期的生产能力, 并有很大潜力。继后添加粘土, 发现破碎机因篦缝和篦板后部空腔逐步积料, 造成锤盘转子及锤头受阻面积增大, 工作负荷增高 (2号转子负载电流超出额定值) , 未能达到预定的设计产能。

(2) 原因分析、改进措施及效果

由于物料粘性大, 含水量高, 粘性物料进入破碎机的分配位置至关重要。分布不匀造成了机内局部粘性物料比例过大, 进而堆积堵塞, 逐步扩大堵塞范围, 加剧了转子及锤头受阻的程度。

分布不匀主要与给料机下料点有关, 粘土落入主给料机导料槽内时偏向外侧, 经修改溜子后, 得以纠正。主给料机头轮位置与分配到两个转子物料的多少有关, 调试中发现当仅破碎石灰石时, 两个转子的负荷是基本相近的, 但是一旦掺加粘土, 两个转子的负荷即发生变化, 2号转子的负荷明显增加, 这表明粘性物料主要偏向2号转子, 从而使它的工作状况恶化。根据这种情况在破碎机进料口上方的头罩内添加了链幕以调节落料点。同时适当放宽了篦缝, 修改了篦子形状。篦板后部机壳加装衬板, 改善了粘性物料的排出条件, 减少了转子与积料的摩擦。

改进后, 破碎机的运行状态得到了改善, 在保证物料条件及比例满足设计控制范围的条件下, 产能达到1200t/h的设计能力, 主机负荷较均匀地保持在较低的水平。1号转子平均电流约为20A, 2号转子平均电流约为30A。

(3) 使用经验

破碎混合料的破碎机有别于一般仅破碎石灰石的破碎机, 它既要具有很高的排料和防堵塞能力, 又要防止粗料排出。两者的矛盾给破碎机的使用提出了更高的要求。越堡公司矿山部在使用中采取了如下措施:

a采取多种措施尽量减少进入破碎机的粘土的含水量。

b篦板与锤头的间隙过大易使出料变粗, 为了防止粗料排出, 经常检查和调节篦子, 使间隙保持在5~10mm之间 (说明书原规定的间隙是<25mm) 。

c锤头的破碎效率和它磨损面形状有很大关系。锤头磨损后角度过大将过分偏离正常碰撞点, 物料受碰后运动轨迹改变, 因此采取了勤掉边的措施, 每副锤头都掉边数次 (而有些工厂只掉边一次) , 达到能保持锤头最佳打击受力点的作用, 使得锤头单位磨损金属的破碎量更大。

采取以上措施后, 锤头的使用寿命得到了延长, 基本达到了125万吨/副的设计预期寿命, 且出料粒度总体上达到了设计指标的要求, 只有个别物料超出最大控制粒径。

破碎作用篇6

2.1.2混合破碎的优化

由于混合破碎具有很大的经济效益和社会效益, 随后土耳其Askale (两套) 、也门UCC、伊拉克苏莱曼尼亚、俄罗斯Tula等工程也采用了这种破碎工艺, 且粘土掺入量也从15%逐步提高, 其中伊拉克苏莱曼尼亚 (陆续提供了三套) 的粘土掺入量达28.2%, 均取得了成功应用。

苏莱曼尼亚的原料情况如下:

石灰石:

进料粒度<1000mm×1000mm×1000mm;水分≤5%;混合比71.8%;出料粒度≤80%, 不少于90%。

粘土:

进料粒度<500mm×500mm×500mm;水份≤20%;混合比28.2%;出料粒度不少于90%。

混合破碎的优化具有如下要点:

(1) 选用适应性最佳的双转子锤式破碎机作为这种原料的破碎机。

(2) 对原料情况采用合理的设备配置。例如越堡水泥公司的粘土粘性大、水分高、分散性差, 大块泥团进机是打不散的, 势必顷刻堵死篦缝。对于这种原料, 宜在粘土板式给料机上装设切碎机, 把泥团切碎到200~300mm以下。越堡的掺入量为15%, 土耳其Askale的掺土量为20% (粘土的粘湿性不及越堡) , 更多的掺入量应加设混配机。混配机装在破碎机的进料口上方 (图2) , 它的功能是将原来板式给料机的送来料进行一次预混合, 提供两个转子相同的原料, 一改原来只有2号转子破碎掺土料而为两个转子都破碎同样的掺土料, 从而使掺土量提高了一倍。目前伊拉克苏莱曼尼亚的三条生产线和俄罗斯Tula的混合破碎均装有这种混配机。

(3) 辅料必须能顺利地喂进主板式给料机, 获得合理的混合料层高度后才能实现混合破碎。某单位设计的混合破碎系统在调试时发现主板式给料机上的石灰石料层已高达辅料板式给料机下料口的高度, 辅料无法喂入。这个事例必须引起我们的重视。主板式给料机石灰石料层厚度主要与卸料斗的几何形状、车辆卸料堆积线位置、料块大小及粒度组成状态等因素有关, 在工程设计时应该有个预判。总的要求是石灰石料层不宜过厚, 以便为辅料留出足够的空间。辅料给料机的头轮高度也要满足这一要求, 允许通过调整溜子使辅料堆积在石灰石料层居中位置。

(4) 根据预判的料层高度确定给料机头轮与破碎机中轴线的水平距离, 使破碎机的两个转子负载基本相等。

(5) 破碎机出料漏斗宜采用直立的斗壁, 以减少碎料附着, 出料胶带输送机的带宽要满足这一要求。

2.2预筛分破碎

在如下的情况下值得预筛:预筛分抛尾, 去除有害组分, 使死矿变成活矿;预筛分去除不适破碎物, 使得系统通畅;预筛分减少破碎量, 提高系统生产能力, 降低能耗和材料消耗量;预筛分减少过粉碎, 提高成品率。

2.2.1预筛分抛尾, 去除有害组分, 使死矿变成活矿

前已叙及, 印度海德堡集团Damoh水泥厂的Patharia矿就是一个典型的例子。该矿是一个低钙矿床, 其中含有一些泥灰岩夹层, 使得Ca O平均品位更低。由于泥灰岩质软易碎, 爆破后细料的Ca O含量低于粗料, 因此筛除细料后矿石则可以使用。该矿开采的难度不仅在于低钙夹层, 而且还有大量的土难以剥净, 土的水分为15%~20%, 预计混入量达20%。印度海德堡技术中心经过研究后决定将抛尾界限划定在20mm, 并提出了如下的生产流程:原矿先进行预筛分 (波动预筛分机) , 将<75mm料筛下, >75mm料进破碎机破碎。筛下料进二级筛分机 (该筛分机具有抗粘功能) , 将<20mm细料筛除并排弃, >20mm碎料返回主生产线。当地雨季长达3个月, 为了保证生产不致中断, 还要求在矿山建一个43万吨容量的应急堆场。

中材国际工程公司承建的沙特南方水泥公司 (SPCC) 项目, 所使用的石灰石矿床为Si O2含量较高的低钙石灰石, 其中高品位矿石的Ca O含量也仅有46%, 平均品位达不到使用要求 (<42%) 。为此, 采用了抛尾措施, 在破碎机前设有波动辊式筛分机, 将<80mm的料分离出来再筛分除土, 破碎机出来的料也进行一道筛选。除去了碎石和夹土之后石灰石品位得以提高。据介绍, 筛分处理的废弃碎石的Ca O为36.98%, 筛分后的成品石灰石Ca O达到42.87%, 满足了生产的需要。

2.2.2预筛分去除不适破碎物, 使系统通畅

我国水泥用硅质原料矿床常是砂页岩互层产出, 表面强度风化吸水而成为粘湿料和高磨蚀性料的混合物。例如柳州水泥厂的牯牛岭砂岩矿和亚东水泥公司的砂岩矿均属于这类矿床。将粘湿料预先筛除, 方可使用抗磨型高破碎比的破碎机进行单段破碎。东亚水泥公司以波动辊式筛分给料机和硬料反击式破碎机组成破碎系统。目前这种生产方式在国内也得到较为广泛的使用, 其规模覆盖2000~10000 t/d生产线。但是使用中还需要注意, 若主体矿石是硬质砂岩、石英岩, 当前的抗磨型反击式破碎机的抗磨蚀能力还嫌不足, 预筛分机辊子的耐磨性也需要进一步提高。有的单位采用常规结构的反击式破碎机, 板锤寿命只有一周, 更不恰当。

预筛分去除粘湿料也是防止石灰石破碎机堵塞的有效途径, 可以与单转子锤式破碎机配合使用, 其筛分功能主要在于改善破碎机的工作条件, 减少堵塞而达到高的破碎效率。并不在乎它的筛分量的多少。筛分机的辊子可酌情减少, 一般约6支即可。

2.2.3预筛分减少破碎量, 提高系统生产能力, 降低消耗

由于添加预筛分机增加了一个生产环节, 通常是带来更多的好处方值得实施, 其中也包括提高系统生产能力、降低消耗。一般认为原矿中合格料占20%以上即可添加预筛分机。

前已叙及, 拉法基摩洛哥CA-DEM水泥公司的一套能力为1000 t/h的混合破碎系统中, 因为使用了预筛分机把粘湿料和碎料筛分出来, 破碎机的负荷只有400t/h, 因此配用了规格较小的双转子锤式破碎机 (Titan72D75k) 。

台湾幸福水泥公司和仁矿的石灰石粒度组成见表4。

根据业主提供的资料, 原矿中合格料 (<100mm) 已占30%, 我方在破碎系统中装设了波动辊式筛分机。筛上料进入双转子锤式破碎机破碎。筛分机的出料口配置在最佳位置, 以尽量减少大块料进机的落差, 而且使破碎机两个转子的负载基本一致。按照如上理念设计的破碎系统投入使用效果良好。在给料机75%~85%转速运转下, 破碎机的负荷基本在120~200k W范围内波动。现将2010年1月23日实测负荷及运转记录列于表5中。整个破碎系统五天的平均电耗仅0.37k Wh/t。由于业主指定选用了大规格的破碎机, 因而它的负荷很低, 只有20%~22%, 但是节能效果仍很明显。

随后在青海祁连山水泥公司的石灰石系统中采用预筛分机时, 适当地减小了破碎机的规格, 使用了一台LPC1020R20单转子锤式破碎机加波动辊式筛分机, 其系统能力为1200t/h, 与传统破碎系统相比, 主要设备重量基本相当, 装机功率由1495k W减小为1015k W, 减少了32%, 投产后效果良好, 能耗和材料消耗都有明显降低。

事实上, 由于矿山采出矿石粒度很难一直保持稳定, 对于这种破碎系统配置破碎机时要留有一定的富余量, 以免一旦合格料比例减少时生产被动。

2.3采场内的移动和半移动破碎

移动和半移动破碎是指在矿山采场内进行的一种破碎方式。矿石被破碎成碎块之后就可以用胶带输送机替代重型汽车将矿石运出采场, 直达工厂。

在矿山生产中, 燃油消耗量是很大的, 由于它是战略物资, 自产率还跟不上国家发展的需要。因此节省燃油具有重要意义, 它不仅可以降低生产成本, 还可以减轻碳排放量, 改善空气质量, 而且是企业大型化、高效化的重要手段。这种生产工艺已成为当今金属、非金属、煤炭开采都十分重视的研究课题。

世界上最早采用移动破碎开采的是德国汉诺威北方水泥公司 (1956年) , 这种破碎装置装在履带行走机构上, 破碎能力250t/h。随后类型不断增多, 使用范围也从水泥业扩展到煤炭和金属矿业, 地域遍及欧、亚、美、非。目前最大的半移动破碎站的能力达万吨/h。

在我国大型露天煤矿、金属矿采用半移动破碎站的项目急骤增加, 它们的装备主要来自德国KRUPP公司和英国MMD公司, 价格昂贵。我国水泥业界赴欧考察的同仁对水泥厂采用移动破碎带来的高效率都有深刻体会, 但因受资金限制, 都望而却步。

2.3.1移动式破碎站的类别及使用条件

移动式破碎站除了破碎机之外, 还带有进出料装置及配套设施。按移动功能不同可分为全移动、半移动和可搬式三类。三类的使用条件各不相同, 需要从多方面考虑之后才能选定。即性能优良的破碎机和合理的破碎站型式。破碎机的性能 (包括破碎程序) 必须要适应矿石条件, 否则一切是空谈。

破碎站的型式和使用方法见表6。表6是针对只用一套破碎站而言。若规模较大, 拟采用两套破碎站, 在质量搭配上易于实现, 则随行式和围绕装料式的应用范围将有所扩大。

当采用随行式破碎时, 破碎机必须紧跟单斗挖掘机, 使挖掘的矿石能卸进破碎站的装料斗。挖掘机与破碎站是一对一的关系, 挖掘机的移动也需要破碎站随行移动。随行式破碎主要使用履带自行式的破碎站, 并且装载和卸出均处在同一平台上。破碎后的矿石需要经过转载机、工作面胶带输送机、干线胶带输送机运出采场, 并要配备胶带机的移铺设备, 生产组织是比较复杂的。

*2010年因系春节前, 派车少, 影响了产量。

采用围绕装料的破碎方式时, 所使用的破碎站的移动频度可以降低, 它大体可以供半径在50m范围 (大致拥有20万吨矿石) 的装载机服务。一般配用2台轮式装载机供料。因为装载机具有多点挖料的灵活性, 也可适量搭配少量的低品质矿石, 破碎后的矿石亦需要经过转载机、工作面胶带运输机、干线胶带机运出采场, 但是搬移次数大为减少, 铺移难度也降低。围绕装料破碎方式最为常用的是步行式破碎站, 也可使用胶轮自行式或履带式破碎站。

车辆供料破碎方式的破碎站一般可3~5年挪动一次, 其位置尽量靠近采挖区。破碎站浮搁在地面, 没有基础, 特点是上一平台供料, 主机站立平台出料。尽管采场内免不了还用汽车, 但是它比数十年不动的永久性破碎站还是大大地减少了车辆数量及燃油消耗。不论采场形状是山坡或是凹陷、矿石品级分布是否复杂, 工作台阶不局限于一个, 因此适应性最好, 使用最简单, 易于实现。这类破碎站的搬迁间隔数年才一次, 通常不自带行走机构, 而是依靠外力完成, 称为半移动式破碎站。按拆迁方式, 有驮迁式和组装式两种。半移动破碎站的设计制造比较简单, 造价也低, 因此具有更广泛的使用前景, 同时也可为我国设计制造自行式破碎站积累经验。

图3是德国Deuna水泥公司按围绕装料方式使用的步行式破碎站的生产方式图, 生产能力是2000t/h。

鞍钢齐大山铁矿按车辆供料方式使用的半移动破碎站由两个单体组成 (图4) , 首钢水厂铁矿半移动破碎站是直立的一个单体 (图5) , 没有给料机。它们的生产能力是3000~4500t/h, 都是由德国KRUPP公司制造的。

常熟中材装备重型机械有限公司制造的半移动破碎站 (两套) 用于台湾幸福水泥公司的见图6, 用于四川亚东水泥公司的见图7。

2.3.2关键技术及创新点

2.3.2.1选择最适合的破碎系统和破碎机

(1) 根据台湾花莲和仁矿的矿石特点, 成功地将预筛分破碎系统应用在了移动破碎站上。

国外知名公司带预筛分的破碎系统的车间布置, 需要占用很大的空间 (图8) 。因为筛分机是从一端向破碎机中部的进料口供料, 它需有一个斜溜道, 从而在两者之间产生一个很大的落差。这种布置方式块石进机冲击力大, 而且还会造成两个转子负担的破碎量不平衡, 所以至今未发现在移动破碎中使用的案例。

我们采取将两台设备拼合一起的方式进行结构设计, 将筛分机摆在最理想的位置给破碎机喂料。在这种前提下处理筛下料流与破碎机壳之间的关系 (壳体部分位置因两侧均有料流, 采用了特殊耐磨材料制造) , 解决1号转子的排料篦子抽出通道与筛下料流通道的干扰, 让两机无缝连接, 合为一体。与国外某工程车间内的布置相比, 矿石的进机落差减少近1m, 对破碎机转子的冲击力大大减少, 两个转子的负荷也达到了平衡, 其优点是非常明显的。

(2) 四川亚东水泥公司卧牛坪矿山拥有大量覆盖土和低品位夹石, 业主要求尽量搭配使用。由于当地雨量多, 覆盖土和矿石水分高、粘性大, 我公司成功地制造出适应粘湿料的双转子锤式破碎机, 其转子、机腔和篦子等方面都作了专门设计, 既保持了足够的打击机率, 又不致引起腔内挂料、篦缝堵塞, 性能大大优于原有的1号、2号机。原来需要排弃的覆盖土和废料得以掺入使用, 获得了很大的经济效益。

2.3.2.2半移动破碎站的实施

半移动破碎需要借助外力搬迁, 大型半移动破碎站通常都由2~3个单体组成, 以减轻搬迁难度。上述半移动破碎站主体均分解为两个单体, 料仓和给料机为一个单体, 筛分机、破碎机和出料胶带输送机为第二个单体, 物料从第一单体通过给料机和刮板机输送到第二单体的进料口。两个单体在运转中如果各自晃动或者蠕动, 都将使结合部位相互扯动损坏, 影响正常使用。

(1) 在各个受冲击部位都设计了吸震缓冲装置。这些缓冲装置对减轻冲击载荷、保护机器和实现平稳运转发挥了重要作用, 也减轻了钢构的动荷载。

(2) 合理的结构设计, 防止自振频率与机器运转频率相叠加。采用了较低的着地比压和支撑范围, 保证了各单体的稳定和运转平稳。

(3) 采用紧凑型设计, 并研究出连体形设备, 起到了降低高度、节省空间和减轻重量的作用。常规固定厂房的破碎车间由卸料平台到出料平台的高度在15~21m范围内。而在采场内, 其高度应紧缩到一般开采台阶的高度10~12m, 本机达到了这个要求。

(4) 解决了破碎站浮搁地面 (没有基础) 使用的技术, 可以根据开采的需要在采场内挪迁, 从而能缩短汽车的运距。

2.3.3主要技术经济指标

移动和半移动破碎站没有标准产品, 一般都是根据业主要求而设计。很难找到工作条件完全相似的工程进行对比。现将德国O&K公司、KRUPP公司的两个接近的半移动破碎站进行对比如下 (表7) 。

由表7中指标对比可看出, 基本性能是相当的。而我方的两种破碎站更有其独到的特点。带预筛分的破碎站具有明显的节能效果, 测定期系统平均单耗只有0.37k Wh/t, 大大优于一般0.8 k Wh/t的水平。

四川亚东破碎站的破碎机具有破碎粘湿料的功能, 使得原本需要排弃的覆土得到了掺入使用, 带来了很大的经济效益 (根据投入使用17个月的统计, 节能利废节省费用即达750万元) 。

常熟中材装备重型机械有限公司半移动破碎站的成功使用与产品内部的特殊设计是分不开的。其中预筛分机和破碎机的减震装置, 破碎机的防堵结构, 无缝拼合型结构均系独创技术。整个破碎站均为自主开发, 填补了国内的空白。

在采场内破碎, 再由胶带输送机外运是水泥矿山节能降耗的一种手段, 而半移动破碎站是实现它的重要装备。当今只有少数国家能够生产, 我国能够自行生产可以成倍降低购价, 有利于这种生产工艺的推广应用, 也具有在国外工程中应用的前景。

2.4新型单段筛分破碎机的应用

石灰石不仅水泥厂需要, 金属冶炼、发电厂脱硫、电石生产等所使用的活性石灰, 也是由一定粒度的石灰石颗粒在窑炉中煅烧而得, 筛选后剩余的碎料只能作其他用途。因此不希望破碎机把矿石破碎得很碎 (过粉碎) 。目前为了防止过粉碎, 都采用多段破碎, 相应的生产流程比较复杂, 建设投资也大。

应青海盐湖集团海纳化工有限公司的要求, 常熟中材装备重型机械有限公司开发了这种过粉碎较少的单段筛分破碎机。该公司的门旦峡石灰石矿山是生产电石灰岩和水泥灰岩的原料基地。两种产品的化学成分要求如下 (见表8、表9) 。

石灰岩矿体赋存于中元古界花石山群克素尔组下部。矿体在地貌上形成几个基本独立的陡峭山脊, 矿体内夹层较多。

Ⅰ矿体分布于矿区南部, 走向延伸960~1010m。倾向出露宽143~228m。倾角50°~75°。Ca O:49.8%~55.79%, 平均53.54%, Mg O:0.09%~3.71%, 平均1.42%。

II矿体分布于矿区中部, 走向延伸810~1100m, 倾向出露宽90~320m。倾角46°~73°。Ca O:48.5%~55.65%, 平均53.28%;Mg O:0.13%~4.95%, 平均1.49%。

矿体下盘围岩分布于矿区北部, 由薄层含白云砂质灰岩组成。Ca O:43.22%;Mg O:2.14%;Si O2:6.83%;可以综合利用。

矿体上盘围岩分布于矿区南部, 为含砂灰质白云岩及白云岩化灰岩组成。

矿体内夹石有两种, 一种是含砂灰质白云岩, 另一种是白云岩化灰岩, 前者Ca O在44%~50%之间, Mg O在3%~8%之间, 可以综合利用生产水泥。

I矿体的矿石呈灰——深灰色、粉晶——细晶结构, 中厚层状构造。II矿体的矿石为灰——深灰色, 以深灰为主, 粉晶——细晶结构, 薄层——中厚层状构造。

矿区内的废石主要是未能搭配净的高镁夹层, 开采境界内的顶底板岩石和第四纪表土。

设计开采境界内的电石灰岩为3972万吨, 水泥灰岩5738万吨, 废石2433万吨, 可供生产24年用量。由于电石灰岩只占总量的40%, 尤为珍贵, 加工中尽量减少过粉碎, 提高成品率是本机的首要任务。

本机的进料粒度为<1000mm×1000mm×1000mm, 排料粒度为<80mm, 占90%以上。当加工电石灰岩时, 需要将破碎后的碎石进行一次筛分, 把>40mm的粗料筛出供生产电石使用, 筛下细料用于生产水泥。破碎机也用于破碎水泥灰岩, 此时不用再筛分。此种机型同时签了两套合同, 其生产能力分别是800t/h和1200t/h。

单段筛分破碎机是一种特殊形式的锤式破碎机 (见图9) , 其中心思路是采取多种途径尽量减少过粉碎, 采用自始至终都离不开筛分的结构。破碎机的前一部分是一组筛分辊, 在这里先把矿石中那些已达到需要的料粒筛出来, 保证了这一部分料不产生过粉碎。筛上料被送进主破碎区, 主破碎区由转子和居于它正前方的格栅破碎室组成。破碎室的底面为较缓倾斜的格栅, 送进破碎室的料块在格栅斜坡道上逐步前移, 当行进到打击带时受到锤头的打击, 击碎料瞬间即可从底部的格栅通道排出而不致滞留。大块料在格栅斜坡道上借助自身的下滑力和后面料块的推力逐步推进到打击带而被击裂、脱落、打碎和排出, 因此它具有随破随排的特征。格栅体的上端铰接在主破碎室的侧壁上, 下端与转子工作圆的距离是可调的, 这样可以控制排出粒度及在格栅破碎室的停留时间。排料篦子居于转子的下方, 由格栅破碎室送来的未透筛料在进入篦子与转子形成的工作区后, 继续受到锤头的打击, 在这个过程中也是随破随排, 不致堆积。因为与担负的较少破碎量相比, 篦子具有较大的通过面积。篦筛包角根据要求的排料粒度和原料的易碎性而定, 排料粗、矿石易碎时篦筛包角可以减小, 甚至取消。

转子采用较低的速度和较稀的锤头排列, 其目的也是为了尽量减少粉料的产生。

1200t/h的破碎系统设在峒室内, 因工程量很大, 尚未完工。

800t/h的破碎系统于2012年6月初完成基建工作, 经调试后投入了使用, 同时根据试生产中发现的一些问题, 对某些部件作了改进设计, 并于11月初检修期中予以更换, 达到了设计要求。本机破碎电石灰岩料时, 当给料机处于40Hz左右运转, 破碎系统的产量为750~800t/h, 破碎机主电机的负荷为~20A。破碎水泥灰岩料时, 当给料机在43~45Hz左右运转, 破碎系统的产量为800~1050t/h, 破碎机主电机的负荷为18.5~20.5A。

2.5可逆式中碎、细碎机的使用

LPC11××.××N系列是一种专为水泥工厂石灰石中碎和细碎使用的锤式破碎机。前已叙及, 当石灰石的磨蚀性较高时, 不宜采用单段破碎, 而需要两级破碎, 本机即可以作为与颚式破碎机配套使用的中碎机。

整机是针对磨蚀性较高的原料而设计的。采用可逆式结构, 壳体内具有两套破碎板, 一套在转子顺时针旋转方向时工作, 另一套在转子逆时针旋转方向时工作, 这样无疑使破碎板的使用周期延长了一倍, 而且锤头工作边磨损后不存在翻边问题, 只需要改变驱动电机的旋转方向即可, 因此也大大减少了维修时间。破碎板的下部是可调的, 调节它与转子工作圆的距离, 即可控制排料粒度, 使用方便。由于没有排料篦子, 锤头的磨损大大减轻, 以葛洲坝水泥公司的第二级破碎为例, 原有中碎机的锤头寿命不足15万吨, 而且出料粒度粗, 影响磨机的生产, 经更换为本中碎机后, 出料粒度减小, 锤头寿命提高了一倍以上。破碎机的锤头材质根据原料磨蚀性选择, 可用高锰钢或更耐磨的合金钢制造。辽宁金刚白山水泥公司使用的LPC1120.18N中碎机的锤头寿命达到了120万吨。

这种破碎机由于具有优良的破碎性能, 也常被用来作为细碎机使用, 将现有单段破碎机的来料进一步破碎到<15mm的细料, 以提高球磨机的生产能力。例如辽宁本溪工源水泥公司, 即采用了一套能力为800t/h的细碎机。

湖南双峰海螺水泥公司是用它作为水泥添加料的破碎机使用, 将已经过单段破碎机破碎的石灰石再破碎一次。破碎系统设有预筛分机, 型号为WRS1534的波动辊式筛分机将<25mm的碎料筛分出来, 100~25mm的粗料进入破碎机破碎, 筛分机的能力是300t/h, 型号为LPC1114.14N的中碎机的生产能力是150~200t/h。利用较小规格的破碎机达到了较高的产能。

新型破碎机篇7

新型的煤矸石破碎机替代了早期单级有筛底的破碎机,完美解决了高湿物料破碎困难问题,煤矸石破碎机针对个体用户和中小型企业是最有效的投资,有效节约了客户购买设备的成本。该设备产量高、噪音小、细度低,整套设备便于维护而且无须特殊安装即可开机使用。煤矸石破碎机采用双转子上下两级粉碎,没有筛网篦底,对物料含水率没有严格要求,完全不存在糊堵筛板的问题,更不存在细粉不能及时排出、重复粉碎的问题,故粉碎效率高,不存在锤头无效磨损现象;高合金耐磨锤头,锤头磨损后不需修复,移动位置反复使用,一副锤头可顶三副锤头使用。只需要一人即可轻松启闭,不仅轻巧快捷且安全可靠,便于维护,整体结构合理简单操作。

齿轮破碎失效分析篇8

1 破碎分析

1.1 宏观观察

现场对破碎小齿轮进行分析, 观察到小齿轮已碎裂成多块, 主要是沿齿沟方向纵裂, 如图1所示。通过观察其中掉下的一整齿的碎块断口可知, 断裂起源于齿根, 齿根表面粗糙, 存在严重应力集中、高名义应力双向弯曲疲劳断裂和过应力冲击脆断, 如图2所示。完成对一件较大的4连齿碎块横截面和纵向试块的取样工作, 进行下一步实验分析。

1.2 低倍实验分析

取齿轮轴横向截面试样, 用1∶1的盐酸水溶液热侵蚀后进行观察。低倍组织一般疏松1.5级, 整个试面枝晶偏析粗大的情况较为明显, 淬硬层左右厚度不均, 齿根未淬硬, 有多条裂纹, 如图3所示。再取齿轮轴纵向截面试样, 用1∶1的盐酸水溶液热侵蚀后进行观察。低倍组织一般疏松2.0级, 中心疏松1.0级, 区域偏析1.0级, 整个试面枝晶偏析粗大的情况较为明显, 还有1条裂纹, 长约10 mm, 如图4所示。

实验结果表明, 锻件致密度、均匀性差, 枝晶偏析粗大。齿轮部位齿面有淬硬层, 齿根部位无淬硬层, 齿根裂纹均位于无淬硬层区域, 裂纹性质有待进一步研究。

1.3 化学成分分析

对小齿轮的基体化学成分进行分析, 结果表明, 各元素均符合40Cr Ni Mo A成分范围的要求, 属于合格产品, 具体结果如表1所示。

1.4 力学测试实验

对小齿轮各部位进行硬度试验, 结果如表2所示。

小齿轮经过调质、渗碳淬火加高温回火, 其齿轮表面硬度应该在50~60 HRC, 芯部不淬火, 硬度应该在241~269 HBW。实验结果表明, 齿根硬度为未淬硬硬度, 心部硬度略高于标准要求。

1.5 微观实验分析

1.5.1 小齿轮基体

非金属夹杂物按GB/T 10561—2005评定, 评定结果如下:A类, 2.0级;B类, 0.5级;C类, 0.5级;D类, 1.0级;Ds类, 0.5级;晶粒度7.0级;组织为回火索氏体+贝氏体+少量铁素体, 组织分布不均匀。

实验结果表明, 小齿轮锻件纯净度合格, 晶粒度合格。基体组织为调质组织, 但是出现了少量的铁素体组织, 这说明其冷速偏慢。

1.5.2 轮齿部位

轮齿部位金相组织监测结果详见表3.

实验结果表明, 表面淬火后组织为3级马氏体, 是合格的。微观硬度表明, 齿根各点均未淬硬, 这与宏观酸浸结果相符。

1.5.3 裂纹分析

1.5.3. 1 齿根裂纹分析

从低倍4连齿处取含齿根裂纹试样进行观察, 发现齿根处有3条微观裂纹, 长短不一, 裂纹形态较直, 开口处较宽, 尖端尖细, 偶有小台阶波动, 无杂质伴生, 经过质量分数为4%的硝酸酒精溶液浸蚀后, 裂纹两侧无氧化脱碳, 裂纹穿晶扩散。裂纹旁组织为回火索氏体+贝氏体+少量铁素体, 晶粒度7.0级, 与基体组织无差别, 裂纹走向与组织偏析无直接关联。

实验结果表明, 裂纹属于典型疲劳裂纹微观形态, 如图5、图6所示。

1.5.3. 2 纵向试片裂纹分析

纵向低倍试片花键附近裂纹宽窄不一, 多条无规则分布, 或断续、或连续。裂纹旁组织与集体相同, 属于典型的应力裂纹形态, 如图7、图8所示。

实验结果表明, 花键处裂纹是疲劳扩散到一定程度后, 小齿轮花键部位受到过应力导致的过载碎裂。

2 讨论与分析

小齿轮的化学成分符合成分要求, 锻件致密度、均匀性差, 锻件整身枝晶偏析粗大的情况较为明显, 这表明锻件铸造不佳。表淬组织为3级马氏体, 表淬层内无裂纹, 这表明表淬温度和冷速控制合理, 但是, 小齿轮低倍组织和宏观硬度、微观硬度曲线、微观组织都可以确定齿根未表淬, 这说明表淬工艺问题严重。齿根未表淬会导致齿根处硬度低、接触疲劳强度低、抗弯曲疲劳强度低, 直接导致其在使用过程中弯曲疲劳裂纹在此处萌生、扩展, 直至断裂。

3 结论

小齿轮的化学成分符合40Cr Ni Mo A材质的要求, 锻件纯净度合格, 但是, 其致密度、均匀性差, 枝晶偏析粗大。

参考文献

[1]孙志, 江利, 应鹏展.失效分析——基础与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T 10561—2005钢中非金属夹杂物含量的测定—标准评级图显微检验法[S].北京:中国标准出版社, 2007.

静态破碎技术的研究篇9

近年来, 随着工业、交通和城市建设的飞速发展, 拆除工程量急剧增加, 迫切需要发展一种破碎效率高, 施工安全, 没有环境污染的破碎方法及其所用的破碎剂。静态破碎剂属于非燃、非爆、无毒物品, 是一种含有铝、镁、钙、铁、氧、硅、钛等元素的物质, 用适量水调成流动浆体, 直接装入炮孔中, 经水化后, 产生巨大膨胀压力并施加给孔壁, 破碎 (或切割) 岩石和混凝土。这种新的破碎技术己经引起人们的关注和重视, 许多国家都在积极开展静态破碎剂理论及应用方面的研究和开发。

2 静态破碎影响因素

2.1 作用原理

静态破碎是利用装在炮孔中的静态破碎剂的水化反应, 即:

当氧化钙转变为氢氧化钙时, 其晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面晶体, 这种晶型的变化会引起晶体体积的膨胀。根据测定, 在自由膨胀的前提下, 反应后的体积可增大3~4倍。膨胀压力缓慢地施加给孔壁, 经过一段时间后压力可上升到30~40Mpa。

2.2 破碎原理

静态破碎剂在炮眼中所产生的膨胀压力, 可以通过测定静态破碎剂在钢管中水化后所产生的轴向和切向应变值后, 利用下式来计算出管中的径向和轴向压力:

式中:Pr、Pz为分别表示径向和轴向膨胀压力;a、b为测试管子的内径和外径;E、μ为测试管子的弹性模量和泊松比;为测试管子外壁的切向和轴向应变值。

静态胀裂剂的破碎机理如图1所示。把破裂圈内的岩石看成是一个弹性体的厚壁筒。其内半径 (炮眼半径) 为r1, 其外半径为r2, 作用在炮眼壁上的膨胀压力为Pr, 则在厚壁筒内任一半径r处的切向拉伸应力可用 (30-27) 式求得:

当切向拉伸应力σe所产生的变形超过介质的抗拉断变形量时, 介质中便会产生破裂, 继而发生破碎。

2.3 影响破碎效果的因素

静态胀裂剂的破碎效果与介质的性质、胀裂剂在炮眼中水化以后所产生的膨胀压力的大小和选取的破裂参数是否合理有关。而膨胀压力的大小又与下列一些因素有关。

2.3.1 时间因素。

根据CaO水化反应特点, 破碎剂加水后, 膨胀压力在24小时之前膨胀压力随时间增加而迅速增长, 其后增长平缓, 所以介质破碎多发生在24小时之后, 见图2。

2.3.2 温度。

对于普通型静态破碎剂, 水化反应的速度与温度有密切的关系。例如SCA-II破碎剂在温度13℃和20℃条件下使用时, 在同一时间上所产生的膨胀压力相差达1.0倍, 见图3。因此, 要根据季节的气温来正确选用破碎剂的型号, 即使在一天中的早晨、中午和晚上的温度不同也会对破碎剂的膨胀压力产生影响。

2.3.3 水灰比。

水灰比是指水与破碎剂拌合时, 所用水的重量与破碎剂重量之比。试验表明水灰比为20%时, 有最大膨胀压力。随水灰比增大, 压力将减小。若水灰比过小, 则破碎剂流动性差, 填孔效率低。

2.3.4 孔网参数因素。

静态爆破的孔网参数对破碎效果有直接的影响。若最小抵抗线、孔距和排距都相等时, 破碎结果是对破碎体切割成条状;若最小抵抗线减小为孔距的一半, 排距为孔距的0.6~0.9倍, 孔深为破碎高度的0.8倍以上时, 破碎结果则是破孔互相贯穿产生不规则裂缝, 破碎体破裂成小块。

3 静力破碎剂的现场试验

根据某矿4271B9b煤顶板岩石的物理力学性质, 采用四川省珙县建洪化工厂生产的静态破碎剂。由于是顶板, 采用药柱式静态破碎剂。

孔距与排距均为350mm (图4) , 钻孔深度1800mm。以后根据施工效果再进一步修改孔距与排距。根据我国目前静态破碎成熟的经验, 钻孔孔径选为42mm。钻孔深度1800mm, 装药长度为1.7m, 然后用粘土炮泥封堵。每个炮眼装药6~7卷。装药前将钻孔内余水和余渣用高压风吹洗干净, 孔口旁清理干净至无土石渣。将药剂在下井之前装入特制的纸袋之中, 然后在施工现场装有静态破碎剂的纸袋泡入水中, 待30~50秒后, 静态破碎剂充分泡透, 不再冒泡时迅速装入炮眼, 并用略小于钻孔的捣棍捣实捅紧。岩石开裂后, 立即向裂缝中加水, 以支持药剂持续反应。药剂反应时间控制在15~30min为宜, 以利于加快施工进度。第二天下井观察发现一个炮眼附近有一大块岩石崩落。

试验结果表明:

a.这说明静态破碎剂具有一定的膨胀力, 在没有自由面的情况下可以崩掉一大块岩石。

b.没有自由面, 静态破碎剂的力量发挥不出来。

c.炮孔布置太少, 且间距太大, 各炮孔的膨胀力不能连成一个面, 有效的发挥力量。

4 结论

4.1 静态爆破技术可以在无振动, 无污染,

不影响周围建筑结构的情况下对地基或建筑物实施爆破, 即安全, 又大量节省人力, 工期, 材料。因而, 在不适用炸药爆破环境条件下, 以及其他安全要求高的敏感区, 更显其优越性。

4.2 静态破碎时应注意其适用性, 对有自

由面的素混凝土和岩石采用静态破碎, 效果比较理想。对于抗拉强度特别大的岩石或抗拉强度较大的钢筋混凝土, 静态破碎不明显。

摘要：针对静态破碎剂的重要性, 通过实验探讨了静态破碎剂作用的重要影响因素, 并应用于实际工程当中。

关键词：静态破碎剂,作用原理,膨胀压力

参考文献