唐 威

(北京礦冶研究總院，北京100044)

1 概 述

我國金屬礦產(chǎn)資源有如下特點：①貧礦多，雜質(zhì)含量高。鐵礦石平均品位只有30%，比世界鐵礦石平均品位低12個百分點；錳礦石平均品位約為22%，符合國際商品級的富礦石(錳礦石品位≥48%)幾乎沒有；銅礦石平均品位為0.8%，品位大于1%的儲量僅占總儲量的35%。②多金屬共生、伴生礦多，選冶難度大。③大部分金屬礦的嵌布粒度細，礦物不易解離，要磨至-200目才能有效進行選別[1]。

目前，大多數(shù)金屬礦山選廠粉碎過程中，電耗、鋼耗和原材料消耗極大，功耗和鋼耗構(gòu)成了整個生產(chǎn)成本的主要部分，占選廠成本的60%以上。特別是磨礦，其單位能耗遠比破碎高得多，占整個礦物粉碎作業(yè)的89%～93%，占整個選廠的40%～70%。因此，在金屬礦山實行節(jié)能降耗，可產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

破碎和磨礦的作用原理表明：強化破碎，盡量減少入磨粒度，是提高碎磨效率、降低選礦成本的重要途徑。磨機的效率只有1%，破碎機的效率達10%。而且與磨機相比，破碎機能耗低、運轉(zhuǎn)維護簡單。因此，使用超細碎破碎設(shè)備，用破碎機部分取代磨機，實現(xiàn)“多碎少磨”，是當(dāng)前粉碎工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

“多碎少磨”是粉碎工程領(lǐng)域普遍公認的節(jié)能降耗的重要途徑，“料層粉碎”是粉碎機理的一大突破。慣性圓錐破碎機便是基于“料層粉碎”機理，實現(xiàn)“多碎少磨” 節(jié)能降耗的代表設(shè)備之一。

2 慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)特點和工作原理[2]

慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

慣性圓錐破碎機機體通過隔振元件座落在底架上，工作機構(gòu)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(zhuǎn)運動通過傳動機構(gòu)傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)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(nèi)，動錐靠近定錐時，物料受到?jīng)_擊和擠壓被破碎；動錐離開定錐時，破碎產(chǎn)品因自重由排料口排出。動錐與傳動機構(gòu)之間無剛性聯(lián)接。

1-底架；2-皮帶傳動裝置；3-隔振元件；4-激振器；5-外殼；6-球面瓦；7-襯板；8-定錐；9-動錐；10-動錐支座；11-軸套

在慣性圓錐破碎機中，動錐和傳動機構(gòu)間無剛性聯(lián)接，動錐的振幅不受傳動系統(tǒng)的限制，是可以變化的，它的大小取決于物料層抗壓阻力與破碎力的平衡。破碎機剛啟動時，動錐擺動頻率小，破碎力較小，動錐的振幅較小，因此啟動力矩也較小，帶負荷啟動不會損壞破碎機。所以，慣性圓錐破碎機無需專門的給料機，可滿負荷啟動和停車，操作、監(jiān)測和控制十分方便。同樣道理，在慣性圓錐破碎機中，擠滿給料只是增大了物料層的抗壓阻力，動錐的振幅減小，不會造成破碎機“悶車”，不需安裝給料機。在破碎力的作用下，動錐將盡可能靠近定錐，從而將物料破碎得更細，其產(chǎn)品最大粒度只有排料間隙的1/3～1/4左右。

由于動錐與傳動機構(gòu)之間無剛性聯(lián)接，如果物料中混入不可破碎的物體，動錐暫時停止運動，激振器將繞動錐軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，絕對不會破壞傳動系統(tǒng)和主機。

由于慣性圓錐破碎機是擠滿給料，通過向物料層施加嚴格定量的由慣性力造成的壓力，可以使物料層適當(dāng)?shù)貕簩?，使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒之間相互作用，從而實現(xiàn)“料層粉碎”。同時，在由慣性力引起的強烈脈動沖擊作用下，物料在破碎腔中承受交變的擠壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。物料顆粒之間不斷改變方位，由于物料顆粒越小，晶格缺陷越少，強度越大，因此強度大的小顆?？善扑橄噜彽膹姸刃〉拇箢w粒；在等強度顆粒中，那些晶格缺陷與剪切力方向重合的顆粒被破碎。這樣物料主要沿晶格間的區(qū)域破碎而不破碎晶體本身，產(chǎn)品粒型好，強度高，破碎后的物料具有最低過粉碎，從而實現(xiàn)了物料的“選擇性破碎”，可輕松破碎抗壓強度高達5μPa的物料。

因為是料層粉碎，物料不單是被動錐沖擊破碎，物料之間也相互破碎，不但破碎效率大大提高，而且襯板磨損降低，使用壽命延長。

動錐的旋擺頻率很高，在破碎過程中，物料在慣性圓錐破碎機破碎腔中被破碎達幾十次，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沖振動加強了破碎作用。因此，慣性圓錐破碎機的破碎比很大，產(chǎn)品粒度細，而且可在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)偏心靜力矩、激振器轉(zhuǎn)速和排料間隙，可很方便地調(diào)節(jié)所需的破碎比(4～30)，根據(jù)需要可有效地防止過粉碎，提高某粒級段的產(chǎn)率或相反增加細粉的產(chǎn)量。

無需振動篩構(gòu)成閉路，可簡化碎磨流程，大大降低入磨粒度，單位破碎比功耗僅為普通設(shè)備的一半左右，減少輔助設(shè)備臺數(shù)，大大節(jié)省設(shè)備和基建投資。

慣性圓錐破碎機采用二次隔振，基礎(chǔ)振動小，工作噪音小，安裝時不需龐大基礎(chǔ)和地腳螺栓，可作為移動式選廠的組成部分，操作安裝方便。

3 慣性圓錐破碎機生產(chǎn)應(yīng)用情況

慣性圓錐破碎機目前已形成動錐底部直徑100～1200mm六種規(guī)格的產(chǎn)品，技術(shù)參數(shù)見表1。

慣性圓錐破碎機已廣泛用于礦山、冶金、建材、耐火材料、磨料磨具、玻璃、陶瓷、化工等行業(yè)的物料破碎領(lǐng)域。

表1 慣性圓錐破碎機技術(shù)參數(shù)

3.1 GYP -600慣性圓錐破碎機

撫州某鈾礦×××t/a滲濾浸出生產(chǎn)線，由核工業(yè)衡陽設(shè)計院設(shè)計，整個礦石破碎工藝流程布置緊湊，結(jié)構(gòu)簡單而高效。生產(chǎn)線采用2臺GYP-600慣性圓錐破碎機作為細碎設(shè)備，破碎后的產(chǎn)品，5～0.15 mm進入滲濾浸出，-0.15mm進入常規(guī)攪拌浸出。其破碎分級工藝流程如圖2。需說明的是，該礦常規(guī)攪拌浸出生產(chǎn)線中，球磨機的入磨粒度為-25 mm，從常規(guī)攪拌浸出生產(chǎn)線中分出一部分礦石作為滲濾浸出生產(chǎn)線的給料。因此，該生產(chǎn)線中GYP-600慣性圓錐破碎機進料粒度不是-50mm，而是-25mm。

圖2 破碎分級工藝流程圖

因為進料礦石中含有不少水分和細泥，而慣性圓錐破碎機對進料的含水量有一定要求，不能超過3%。因此，在USL1.2×3振動篩上方加了三排水管，在水管上鉆了許多小孔，以沖洗篩面上的物料，盡可能的把物料中的細泥沖洗下來，提高篩分效率，以免太多的細泥進入破碎機中堵塞破碎腔。

慣性圓錐破碎機破碎產(chǎn)品取樣篩分結(jié)果見表2。

從表2可知，GYP-600慣性圓錐破碎機產(chǎn)品中，+5mm的產(chǎn)率為13%以上，-0.15mm的產(chǎn)率占3%左右。前3次取樣，單機產(chǎn)量在9 t/h左右，而第4次取樣單機產(chǎn)量達到15t/h，前后對比產(chǎn)量相差較大。這是因為第4次取樣時，排礦口尺寸與前3次相差較大，而排礦口尺寸直接影響破碎機的產(chǎn)量。第4次取樣時，排礦口尺寸為30mm，已經(jīng)達到GYP-600慣性圓錐破碎機排礦口的極限尺寸。一般情況下，不允許破碎機在極限排礦口尺寸下工作。

目前，該礦滲濾浸出生產(chǎn)線中2臺GYP-600慣性圓錐破碎機同時工作，1d大約破碎400 t鈾礦石。按1個月工作25d計，月破碎量為10000t左右[3]。

湖南郴州某有色金屬礦山選廠，在破磨系統(tǒng)改造中，應(yīng)用GYP-600慣性圓錐破碎機，開路破碎產(chǎn)品粒度-5mm占90%，整個破磨系統(tǒng)比原系統(tǒng)能耗下降20%，產(chǎn)量提高28%，經(jīng)濟效益十分顯著。

表2 GYP-600慣性圓錐破碎機破碎鈾礦產(chǎn)量和產(chǎn)品粒度篩分結(jié)果

3.2 GYP -900慣性圓錐破碎機

鞍山某礦業(yè)發(fā)展有限公司原采用三段一閉路破碎生產(chǎn)工藝流程，使用GYP-900慣性圓錐破碎機后，破碎生產(chǎn)工藝流程改為兩段開路破碎，如圖3所示。

在生產(chǎn)應(yīng)用中取樣6次，不同排料間隙下破碎產(chǎn)品取樣測試結(jié)果見表3。

新生產(chǎn)工藝流程與原生產(chǎn)工藝流程相比，磨機產(chǎn)量提高42%，單位磨碎能耗下降28.5%，單位磨碎鋼耗降低27%。

河北秦皇島某鈾礦為含鈾碎屑巖和高硅酸鹽鈾礦石，品位為0.15%，硬度低，破碎時容易產(chǎn)生過粉碎。該鈾礦采用堆浸工藝，過粉碎太多影響礦堆滲透性。在實際生產(chǎn)中，該鈾礦選用了1臺GYP-900慣性圓錐破碎機。該礦的破碎工藝流程非常簡單，如圖4所示。

表3 GYP-900慣性圓錐破碎機破碎鐵礦產(chǎn)量和產(chǎn)品粒度篩分結(jié)果

圖3 新破碎生產(chǎn)工藝流程圖

圖4 破碎生產(chǎn)工藝流程圖

GYP-900慣性圓錐破碎機工業(yè)應(yīng)用期間，在排礦口尺寸為25 mm、激振力為91.5%時，取樣篩分結(jié)果見表4，產(chǎn)量為25～30 t/h。

破碎產(chǎn)品中，-0.12 mm的過粉碎顆粒產(chǎn)率為2.9%，所占比例很小，十分適合于后續(xù)的轉(zhuǎn)鼓造粒工序，淋浸效果良好。

3.3 GYP -1200慣性圓錐破碎機

昆明某銅礦破碎生產(chǎn)工藝流程采用兩段破碎, 如圖5所示。粒度為-350 mm的原礦給入PD600×900外動顎顎式破碎機， 破碎產(chǎn)品經(jīng)過振動篩，+12mm的物料進入GYP-1200慣性圓錐破碎機，-12mm的物料進入粉礦倉。因為GYP-1200慣性圓錐破碎機產(chǎn)品粒度集中，加權(quán)平均粒度小，實行開路破碎，產(chǎn)品直接進入粉礦倉，GYP-1200 慣性圓錐破碎機破碎產(chǎn)品取樣篩分結(jié)果，見表5。

表4 GYP-900慣性圓錐破碎機破碎鈾礦產(chǎn)品粒度篩分結(jié)果

表5 GYP-1200慣性圓錐破碎機破碎銅礦產(chǎn)量和產(chǎn)品粒度篩分結(jié)果

GYP-1200慣性圓錐破碎機的破碎產(chǎn)品中，-10mm含量在85 %以上，加權(quán)平均粒度在4.5mm以下，極大的降低了礦石入磨粒度，減少磨礦時間，經(jīng)濟效益顯著。

鞍鋼集團某破碎車間所處理的鐵礦石質(zhì)地致密，硬度f=17～18，破碎生產(chǎn)工藝流程采用兩段開路破碎，如圖6所示。第一段用EP400×600顎式破碎機，第二段用GYP-1200慣性圓錐破碎機。粒度為-350mm的原礦給入EP400×600顎式破碎機，破碎產(chǎn)品經(jīng)過振動篩，+12mm的物料進入GYP-1200慣性圓錐破碎機，-12mm的物料進入粉礦倉。因為GYP-1200慣性圓錐破碎機產(chǎn)品粒度細，實行開路破碎，產(chǎn)品直接進入粉礦倉。

在生產(chǎn)應(yīng)用中多次取樣測試，GYP-1200慣性圓錐破碎機產(chǎn)量為62.3～79.2t/h，在給料粒度為-100～+12 mm時，產(chǎn)品篩分粒度見表6。

圖5 破碎生產(chǎn)工藝流程圖

圖6 破碎生產(chǎn)工藝流程圖

表6 GYP-1200慣性圓錐破碎機破碎鐵礦產(chǎn)量和產(chǎn)品粒度篩分結(jié)果

GYP-1200慣性圓錐破碎機的破碎產(chǎn)品中，-9mm含量在80%以上，加權(quán)平均粒度在4.9 mm以下[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，與傳統(tǒng)破碎設(shè)備相比，慣性圓錐破碎機作為物料加工的細碎設(shè)備，能實現(xiàn)物料的選擇性破碎，滿足“多碎少磨”新工藝的要求，具有破碎比大、單位電耗低、能破碎任何硬度的脆性物料的優(yōu)點，極大地簡化了破碎生產(chǎn)工藝流程，降低球磨機的入磨粒度，增加球磨機產(chǎn)量，節(jié)省破磨系統(tǒng)能耗和鋼耗；同時，由于破碎磨礦流程的簡化，可節(jié)省設(shè)備及基建投資，減少操作崗位和運行費用，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，十分適用于金屬礦山的物料破碎。推廣應(yīng)用后，對金屬礦山的技術(shù)升級，對增強企業(yè)實力、盡快縮短與國外企業(yè)在生產(chǎn)成本、技術(shù)裝備水平等方面的差距，提高我國金屬礦山在國際上的競爭力，均有重大的現(xiàn)實意義。

[1] 常前發(fā)．礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)、有效利用與可持續(xù)發(fā)展[C]．2000年全國礦產(chǎn)資源和二次 資源綜合利用學(xué)術(shù)研討與經(jīng)驗交流會論文集，2000：1-5.

[2] Г．?。ェΗ厂哀＃保┃¨钵哀ぇ¨揣厂?，В．Я．ТУРКИН．張國柱，葉振聲，譯．振動粉碎不同物理性質(zhì)物料的設(shè)備及工藝[J]．礦山機械，1993.

[3] 唐威，孫錫波，王?。畱T性圓錐破碎機在鈾堆浸礦山的應(yīng)用研究[J]．鈾礦冶，2010(1)：49-52.

[4] 唐威，羅秀建，等．利用GYP-1200慣性圓錐破碎機降低入磨粒度的研究[C]．第六屆中國有色金屬學(xué)會青年學(xué)術(shù)論壇專輯．2006:111-114.