劉世端

NPG 2020大型齒輥式破碎機(jī)在電石行業(yè)的研發(fā)與應(yīng)用

劉世端

NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大慣量、超高齒、液壓彈性定位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)電石破碎所要求的大入料粒度、抗壓強(qiáng)度低而韌性較高的物料特性、低粉塵、低火星、高安全性等方面適應(yīng)性高，首次在電石行業(yè)得到成功應(yīng)用。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、故障率低、人工成本少和運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，值得大力推廣應(yīng)用。

NPG2020；大型齒輥式；破碎機(jī)；電石破碎

1　概述

目前，電石行業(yè)初級(jí)破碎以顎式破碎機(jī)為主。普通規(guī)格顎式破碎機(jī)對(duì)大塊電石的適應(yīng)性較差，往往需要采用沖擊鉆將大塊電石打碎后，才能喂入破碎系統(tǒng)。該破碎系統(tǒng)喂料采用吊車或裝載機(jī)喂入物料的半自動(dòng)方式進(jìn)行。另外，顎式破碎腔對(duì)特大塊的適應(yīng)性差，易產(chǎn)生卡料現(xiàn)象。傳統(tǒng)的破碎系統(tǒng)存在自動(dòng)化程度低、人工成本高、可靠性低等缺點(diǎn)。

中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京）長(zhǎng)期以水泥生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)建設(shè)為主業(yè)，在本項(xiàng)目中首次跨行業(yè)進(jìn)行了一系列開拓性工作，進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和嘗試。

2013年初，公司組建大型齒輥破碎研發(fā)項(xiàng)目組，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人劉世端，組員詹旺明、陳宇飛、樊猛猛。

針對(duì)電石的力學(xué)和物理特性，我們研發(fā)出大型齒輥式破碎機(jī)。該破碎設(shè)備成功應(yīng)用在青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項(xiàng)目20萬噸/年電石項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化連續(xù)喂料破碎，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

2　齒輥式破碎機(jī)工作機(jī)理

齒輥式破碎機(jī)具有兩個(gè)相向作差速旋轉(zhuǎn)帶齒的輥?zhàn)?，?dāng)物料從進(jìn)料口全寬度喂入后，在壓力和剪力共同作用下，物料被擠壓或撕裂而破碎，破碎后的物料從兩輥之間強(qiáng)制排出，粘在輥?zhàn)由系奈锪嫌晒文嘌b置將其刮下。在兩個(gè)輥?zhàn)又校粋€(gè)為固定輥，另一個(gè)為活動(dòng)輥?；顒?dòng)輥軸承座利用帶液壓缸的蓄能器在水平方向彈性定位。當(dāng)異物進(jìn)入破碎機(jī)時(shí)，活動(dòng)輥及時(shí)退讓將異物排出，保護(hù)設(shè)備不受損壞。液壓裝置也可方便地調(diào)整兩輥間隙，以保證產(chǎn)品粒度。此類設(shè)備適用于破碎中等強(qiáng)度以下的物料。

3　電石的力學(xué)和物理特性

石灰和碳素原料焦炭，加熱熔融發(fā)生化合反應(yīng)，之后，液態(tài)物質(zhì)流入大型耐熱容器中冷卻形成固態(tài)電石（圖1）。

圖1　電石熔煉及冷卻

為了掌握其力學(xué)特性，我們到電石廠實(shí)地取樣，并進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度、易碎性沖擊功指數(shù)和磨蝕性指數(shù)等試驗(yàn)（圖2、表1）。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，電石的抗壓強(qiáng)度≤89.9MPa，屬于中等偏下；電石的易碎性實(shí)驗(yàn)中，沖擊功指數(shù)平均值為19.35kWh/t，韌性較高；金屬磨耗實(shí)驗(yàn)中，磨蝕性指數(shù)為0.002 1g，磨蝕性很低。齒輥式破碎機(jī)破碎作業(yè)時(shí)，既有壓力的擠壓破碎，也有剪切力的撕裂作用，能夠適應(yīng)電石的抗壓強(qiáng)度低而韌性較高的力學(xué)特性。

另外，我們?cè)贜PG1414中等規(guī)格的齒輥式破碎機(jī)進(jìn)行了實(shí)際破碎實(shí)驗(yàn)。我們?cè)陔娛瘡S取400mm左右的電石塊，在破碎制造廠車間進(jìn)行了實(shí)際破碎實(shí)驗(yàn)（圖3、圖4）。實(shí)驗(yàn)表明，齒輥式破碎機(jī)能夠?qū)﹄娛M(jìn)行有效破碎作業(yè)。

圖2　電石取樣

表1　抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

表2　電石易碎性試驗(yàn)（比重：2.22g/cm3）*

圖3　制造廠破碎實(shí)驗(yàn)

4　NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)的研發(fā)

青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項(xiàng)目20萬噸/年電石項(xiàng)目電石預(yù)破碎的工藝要求：

最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

根據(jù)電石的力學(xué)特性和工藝性能要求，采用NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)型，其主要性能參數(shù)如下：

設(shè)備規(guī)格：NPG2020

轉(zhuǎn)子直徑：2 000mm

轉(zhuǎn)子寬度：2 000mm

允許最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

裝機(jī)功率：2×315kW

表3　電石磨蝕性試驗(yàn)（金屬磨損指數(shù)：0.002 1）*

圖4　固態(tài)電石

NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)（見圖5、圖6）由傳動(dòng)裝置、窄V帶、框架、殼體、固定輥、活動(dòng)輥、液壓站和刮泥裝置等組成。固定輥剛性地被定位在框架上，活動(dòng)輥被液壓缸彈性定位在框架上。殼體將兩輥?zhàn)迎h(huán)繞，形成破碎腔，與物料接觸的部位設(shè)耐磨襯板。兩傳動(dòng)裝置通過窄V帶驅(qū)動(dòng)兩輥?zhàn)?，兩輥?zhàn)酉嘞虿钏倩剞D(zhuǎn)。由于采用較低轉(zhuǎn)速，物料的破碎作用主要通過輥齒的有效嚙合進(jìn)而壓入、切碎電石大塊，與電石之間的沖擊，比錘式、反擊式等破碎機(jī)要小得多，不易產(chǎn)生火星，在電石破碎這種特殊作業(yè)中尤為安全、可靠。

圖5　NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)外形圖

圖6　NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)外形圖

NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

（1）采用大輥齒設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)初破入料粒度大、破碎力大、減少過粉碎降低能耗的要求，采用大直徑2 000mm輥皮和加強(qiáng)型大輥齒設(shè)計(jì)，輥齒工作面堆焊有耐磨層，磨損后可在線堆焊。為了增加兩輥?zhàn)右Ш衔锪系哪芰?，輥齒專門設(shè)計(jì)有高齒、中齒和低齒。

（2）齒輥式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

齒輥式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，齒尖線速度僅有3～10m/ s，是錘式和反擊式破碎機(jī)錘頭及板錘端部線速度的五分之一。根據(jù)摩擦學(xué)，磨損與相關(guān)摩擦件的相對(duì)速度的平方成正比，因此相較于錘式、反擊式破碎機(jī)，齒輥式破碎機(jī)易損件的使用壽命將大大延長(zhǎng)。同時(shí)，具有維護(hù)量少、震動(dòng)小、揚(yáng)塵少和噪音低等顯著特點(diǎn)。

（3）活動(dòng)輥采用液壓定位

齒輥式破碎機(jī)活動(dòng)輥采用新型液壓彈性定位設(shè)計(jì)，適應(yīng)高壓安全破碎要求。當(dāng)異物進(jìn)機(jī)時(shí)，活動(dòng)輥及時(shí)退讓將異物排出，保護(hù)設(shè)備不受損壞。

（4）采用大慣量輥?zhàn)釉O(shè)計(jì)

采用大慣量飛輪輥?zhàn)雍图訌?qiáng)型V帶傳動(dòng)，轉(zhuǎn)子運(yùn)行中能儲(chǔ)存大量的動(dòng)能。因此設(shè)備進(jìn)行破碎作業(yè)時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定，破碎大料能力增強(qiáng)，產(chǎn)量也會(huì)得到提高。

5　NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)在電石行業(yè)的應(yīng)用

NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)成功應(yīng)用在青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項(xiàng)目20萬噸/年電石項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化連續(xù)喂料破碎，整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、故障率低、人工成本少和運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

該項(xiàng)目電石預(yù)破碎系統(tǒng)主要由大料斗（70t儲(chǔ)量）、B2200板式喂料機(jī)、NPG2020齒輥式破碎機(jī)、B1200槽式輸送機(jī)、火星捕捉器和袋式收塵器等組成（見圖7）。冷卻后的大塊電石可直接用卡車運(yùn)送并傾倒進(jìn)大料斗，再經(jīng)板式喂料機(jī)將大塊電石均勻連續(xù)地喂入破碎機(jī)，破碎后的小塊礦石經(jīng)由槽式輸送機(jī)輸送至下一工序。

圖7　電石預(yù)破碎系統(tǒng)工藝流程圖

整個(gè)破碎系統(tǒng)采用以下安全監(jiān)控措施：

（1）齒輥式破碎機(jī)各個(gè)軸承設(shè)有PT100溫度監(jiān)控，設(shè)置80℃報(bào)警并調(diào)停。

（2）液壓系統(tǒng)由控制箱自動(dòng)控制，并輸出油壓、油溫高低報(bào)警型號(hào)。

（3）轉(zhuǎn)子設(shè)有轉(zhuǎn)速監(jiān)控裝置。

（4）為了減少揚(yáng)塵，系統(tǒng)增設(shè)袋式收塵器。

（5）因電石遇水會(huì)產(chǎn)生乙炔氣體，易產(chǎn)生燃燒爆炸，增設(shè)火星捕捉器，確保系統(tǒng)安全。

（6）現(xiàn)場(chǎng)所有電機(jī)采用防爆電機(jī)，確保安全生產(chǎn)。

（7）整個(gè)破碎系統(tǒng)采用PLC全自動(dòng)聯(lián)鎖控制，確保破碎系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。

該破碎系統(tǒng)于2013年12月主機(jī)設(shè)備發(fā)貨，2014年1月進(jìn)行安裝，2014年4月完成整個(gè)破碎系統(tǒng)調(diào)試并投產(chǎn)至今，各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到合同要求，破碎系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率極低，除各軸承的定期潤(rùn)滑外，設(shè)備基本免維護(hù)。

圖8　破碎系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

6　結(jié)語

中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京）研發(fā)的NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)是首次成功應(yīng)用在國(guó)內(nèi)電石行業(yè)。該破碎系統(tǒng)克服了顎式破碎腔易產(chǎn)生卡料故障和傳統(tǒng)的破碎系統(tǒng)自動(dòng)化程度低、人工成本高、可靠性低等缺點(diǎn)，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化連續(xù)喂料破碎。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、故障率低、人力成本少和運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，取得了很好的應(yīng)用效果。

青海鹽湖海納化工有限公司在隨后的生產(chǎn)線中又采購(gòu)應(yīng)用了另外2套相同設(shè)備，也取得了令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

NPG2020大型齒輥式破碎機(jī)在電石行業(yè)的應(yīng)用取得了圓滿成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大型齒輥式破碎機(jī)的空白，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

Development and Application of NPG2020 Large-scale Toothed Roll Crusher in Calcium Carbide Industry

TQ172.611.7

A

1001-6171（2016）03-0023-04

通訊地址：中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司，江蘇南京211100；2016-02-22；編輯：趙蓮