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中碎齿辊破碎机在露天矿的应用

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李朋

(中煤科工集团唐山研究院有限公司;河北省煤炭洗选工程技术研究中心)

  【摘 要】:介绍了一种适用于露天煤矿中碎作业的齿辊破碎机,重点阐述了该齿辊破碎机的齿辊结构及齿板材质,并对传动系统采用耐低温措施,在实际应用中取得了较好的效果,具有推广前景。

  近年来随着煤炭行业的转型升级,对煤炭开发高效、环保的要求与日俱增,越来越多的露天煤矿所生产的褐煤均销往煤化工企业,进行下一步深加工。煤化工领域对产品粒度的要求极为严格,一般要求粒度在25~70mm之间,如果粒度过大就会堵塞炉膛,无法进行后续深加工。而齿辊破碎机是目前应用于煤炭破碎较为成熟的产品,因其处理能力大、过粉碎率低,受到广大煤炭用户的认可。但针对露天矿特有的冻块物料破碎难的问题以及特殊的低温作业环境,现有的齿辊破碎机并不适用,急需在原有齿辊破碎机的基础上加以优化改进,以适应露天开采物料的中碎作业,确保煤矿的正常生产。

  1 齿辊破碎机的结构

  齿辊破碎机一般采用双电动机驱动,通过2台电动机、偶合器和减速器传动系统,分别带动两套独立旋转运行的齿辊来破碎大块物料,减速器与破碎齿辊之间采用联轴器传递转矩,破碎齿辊与传动系统分别联接在整体机架上,最大限度地减小了设备的振动。齿辊破碎机的整体结构如图1所示,其主要工作部件即为破碎齿辊,齿形结构决定了整机的工艺性能。


  2 中碎齿辊结构

  传统出料粒度为70mm的齿辊破碎机普遍采用齿环结构或齿板结构。齿环结构稳定,可靠性高,缺点是破碎齿磨损后不易更换,必须返厂进行大修,无法在现场完成;传统的齿板结构主要靠高强螺栓及齿座进行联接,承载力较小,主要应用于精煤破碎作业。而露天矿用齿辊破碎机既要有较高的可靠性,又要有较强的可更换性,需要重新设计齿板联接结构,以保证设备稳定运行。

  如图2所示,新型齿辊座采用正八方型式,齿板与齿辊座通过平键及内六角螺栓进行联接(原有齿板只靠螺栓联接),齿板与齿辊座接触部位全部进行加工,并以平键传递转矩,使内六角紧固螺栓不受破碎物料产生的剪切力作用,更加紧固牢靠,不易松动。齿板紧固螺栓与齿辊座之间采用螺纹紧固块进行联接,在保证联接强度的同时,又具有良好的互换性及可更换性。


  2 新型齿辊结构

  因露天开采物料具有粒度偏大的特点,同时对齿板的齿型也进行了合理的优化设计。齿型布置在圆周方向,采用大小齿相间隔的布置形式,在保证出料粒度的前提下,可有效提高齿辊对物料的啮合能力,进而提高设备的处理能力,减小齿辊的磨损,延长齿板使用寿命。

  3 齿板材质及耐低温措施

  破碎齿板是破碎机上的关键易磨损部件,其材质的选择至关重要。要求齿板不仅要有较强的硬度、韧性、耐冲击性及耐磨性,同时还要兼顾后续的可加工性及可焊性。目前常用的耐磨材料有高锰钢、低合金调质钢加以表面堆焊和中碳贝氏体耐磨钢等。

  高锰钢是最常见的耐磨材料,热处理后的高锰钢冲击韧性极高,而硬度及强度则不高。但是,当高锰钢零件在使用过程中受到物料的反复强烈冲击而变形时,其表层奥氏体组织发生转变,产生马氏体组织,使零件表面硬度急剧增加,可高达HRC54以上,耐磨性显著提高,而中心仍保持韧性状态,从而形成良好的强韧性配合,这是高锰钢的重要特点。但齿辊破碎机对物料的作用主要为剪切和拉伸,并没有太大的冲击和挤压过程,这样高锰钢的强度和硬度都无法提高,故齿辊破碎机不宜采用高锰钢制作齿板。

  为了更好地提高辊齿的耐磨性能,常采用低合金调质钢加以表面堆焊硬质耐磨材料。一般使用40Cr加工破碎齿,经调质处理,以提高破碎齿的综合力学性能,在齿头的表面堆焊耐磨焊条,从而提高了辊齿的使用寿命。但由于齿头表面只有区区几个毫米厚的耐磨层,这就需要在使用过程中经常加以堆焊修补,工人维修量大,效率低。现大多用于破碎精煤等较软的物料,不适用于露天矿冻块的破碎作业。

  综合以上分析,中碎齿辊破碎机齿板采用整体铸造成型工艺,对耐磨材质的各种主要元素C、Cr、Mn、Mo、Si、Ni等进行优化配比,并进行正交试验,最终选择中碳贝氏体耐磨铸钢作为破碎齿板的材质。该材质具有较好的淬透性,可得到较深的淬透层,经过淬火、回火热处理工艺后,得到强韧的贝氏体,尤其是下贝氏体,下贝氏体具有优良的强韧性,硬度和耐磨性也很高。材质热处理后具有较好的综合力学性能,淬透层硬度在HRC50左右,其抗拉强度可达1500MPa,保证了足够的破碎强度。经磨损试验对比,该材质的耐磨性较40Cr调质加表面堆焊耐磨层提高40%左右。另外对整个齿辊结构,包括齿板、齿辊座、螺纹紧固块进行材质的合理匹配,使各部件强度、硬度更为均衡合理。

  由于内蒙古地区冬季寒冷,最低温度甚至达到-30℃,为了保证齿辊破碎机能够在低温下长期可靠运行,必须采取相应的技术措施。电动机配备电加热系统,液力偶合器和减速器采用低温合成油,并配备电加热器系统(见图3)。通过采取以上措施,保证了传动系统的可靠运行。


  4 齿辊破碎机的使用效果

  蒙东锡林浩特煤矿原煤开采采用单斗卡车半连续开采工艺,原煤粒度大、矸石多且硬度大。原煤首先经2号破碎站破碎至300mm以下,再由一台环锤破碎机破碎至70mm以下,然后经转运胶带运至储煤仓,经筛分后,25~70mm的最终产品销往化工企业。

  原有的环锤破碎机经长期使用后存在以下问题:①产品过粉碎率高,成块率低,严重影响企业的经济效益;②销轴、锤头、篦子磨损严重,经常需要更换维护,维修量大;③设备故障率高,维修成本高。

  现场急需进行技术改进,以减轻企业运行成本及工人的劳动强度,保障生产系统的正常运行。用户最终选用一台齿辊破碎机替换原有的环锤破碎机。

  自齿辊破碎机投入使用以后,设备运行稳定,产品的出料粒度得到了明显改善,过粉碎率低,成块率高(见表1)。通过表1数据对比可以看出,设备更换前后合格产品相差18.2%,大幅度提高了合格产品的产量,给企业创造了极大的经济效益。


  另外,由于齿辊破碎机对物料进行拉伸、剪切破碎,转速较低,因而设备运行稳定,振动小、噪声低,环境友好;齿辊破碎机齿板耐磨性高,紧固螺栓不易松动,减少了大量的维修时间,减轻了工人的劳动强度,极大地降低了煤矿后期维护成本。

  实践证明,齿辊破碎机破碎露天煤矿的冻块,较环锤破碎机有更大的技术优势,具有处理能力大、过粉碎低、可靠性高及维护量小等优点,取得了较好的使用效果。

  5 结语

  随着煤炭行业的转型升级,大力发展煤化工是必然趋势。煤化工领域对煤炭粒度的要求严格,这对破碎设备提出了更高的要求。而新型中碎齿辊破碎机通过对齿辊的结构型式和材质进行一系列优化,并对传动系统采取耐低温措施,较好地完成了露天煤矿的破碎作业,其成块率高,维护量小,具有明显的技术优势,应用及推广前景广阔。

  引文格式:

  [1]李朋.中碎齿辊破碎机在露天矿的应用.[J].矿山机械,2016,44(11):42-44.

来源:《矿山机械》2016年11期