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分级破碎技术在节能环保中的应用

时间:2022-06-24 来源网站:湖南化工机械网

分级破碎技术在节能环保中的应用

节能减排是国民经济转型的关键,随着技术的进步和经济的快速发展,对破碎设备的节能要求越来越高。分级破碎技术是目前新型节能破碎技术,其技术特点是通过破碎齿的特殊设计,只对大子粒度要求的物料进行破碎,实现对物料分级破碎,从而降低破碎过程的能耗。鉴于分级破碎技术的节能优势,国内多家单位对分级破碎技术展开了研究,设计了多款分级破碎设备。但是,由于目前国内缺乏分级破碎技术的理论支持,无法很好地满足分级破碎设备处理能力提高、能耗降低的技术需求,因此制约了分级破碎设备的系列化及大型化发展。

在长期的研究过程中,巍立路桥总结出了分级破碎设备的设计方法和系统参数、运转参数的选取准则,为开发高效、低能耗大型分级破碎设备提供了可能的技术支持。

l 三级破碎过程节能原理分析

根据破碎过程的不同特点,物料破碎过程不同阶段的功耗可由弹性变形(基克)、开裂和裂缝扩展(邦德)、断裂形成新表面(雷廷格)三种理论之一模化。基克的弹性学说适用于低破碎比、粗粒级破碎情况;邦德学说适用于中等破碎比、中等粒级破碎;雷廷格的表面积学说适用于高破碎比、粉磨过程。大块物料破碎到符合要求粒度的过程,都伴随着三种学说所适用的子破碎过程或者局部过程。分级破碎技术就是依据大块物料破碎过程的特点,将破碎过程分为大块物料破碎、中等尺度物料破碎和物料尺度控制破碎三级过程,并针对每一个过程的破碎特点,进行了节能设计。

第一级是大块物料的破碎。被破碎物料由相对的破碎齿头咬合住,使得物料在破碎齿头施加的集中载荷作用下产生应力集中,这种应力使岩石沿其自然纹理破碎。研究表明,在尖锐形破碎工具与矿石物料接触处,随着加载过程的进行,会依次产生几条扩展裂纹和局部破碎,当裂纹扩展到几条后,其中的一条就会出现失稳状态,使物料发生大体积脆断。因此,分级破碎技术采用尖齿支撑咬合大块物料,以减少接触点,避免相邻接触点的局部扩展裂纹连接,减少局部不可控破碎引起的过破碎,同时也减少了接触点处裂纹扩展的总数量,减少能耗;另一方面,大块物料破碎后,使物料沿破碎辊分布的宽度增加,从而降低了大块物料通过破碎辊时自身受压引起的过粉碎,减少能耗。

第二级是中等尺度物料的破碎。一根破碎辊上的齿头和另一根破碎辊上的齿背所夹持的空间随着破碎辊的旋转而减小,为第一级破碎产物和尺度较小物料的进一步破碎提供了条件。破碎辊上齿头和齿背所形成的支撑点线速度有所差异,形成对物料施加托伸载荷作用,降低了物料破碎所消耗能量。

第三级是物料尺度控制破碎。经过第一级和第二级的破碎,物料的尺度变小,但有些物料的尺度有可能会超出要求。设计破碎辊上和破碎梁上破碎齿所形成的夹持空间,使尺度满足要求的物料从空间内通过,而粒度不满足要求的物料则在破碎齿之间形成的剪切作用下破碎,从而避免了物料的过度破碎,降低了破碎过程能耗。

这三级破碎过程可对不同粒度组成的入料进行选择性分阶段破碎,既可使符合粒度要求的物料直接通过,又保证了产品全部满足粒度要求,降低了破碎过程能耗。

2 系统参数与运转参数的优化

2.1 系统参数优化

系统参数优化包括三方面:

(1)首先是深度螺旋布齿结构设计。根据较大破碎物料块尺度,优化设计螺旋齿齿高、螺距和破碎齿辊直径,使螺旋布齿结构可推动大块物料在破碎腔体内沿轴向移动,将物料布满整个破碎机腔体,实现破碎辊全长破碎,提高破碎效率;超出破碎尺度的物料则在螺旋布齿推动下,从破碎机的端部出口流出破碎机。

(2)系统参数设计的第二个方面是破碎齿的

强度优化设计。根据破碎物料的尺度、强度参数,设计破碎齿的齿根和沿齿高的截面面积。基于有限元分析技术,优化破碎齿的弯曲角度、形状和破碎齿根部的连接强度,可使破碎齿具有合适的强度和足够的使用寿命。

(3)系统参数设计的第三方面是破碎机的柔性设计。如前所述,物料的破碎粒度是由齿辊和破碎齿所形成的通过空间决定,因此可以通过调节齿辊问的距离来实现对物料破碎粒度的调节。巍立新型研发的2PSG-Y液压双辊式分级破碎机就是采用偏心轴承杯实现对齿辊间距离的调节,不仅具有连续刚性可调的特点,还能够保证两辊之间的平行度、齿辊安装座的强度和刚度。

2.2运转参数优化

运转参数主要是指破碎机的转速。根据破碎理论,在慢加载情况下,只有低应力下活化的缺陷对破碎过程有实际贡献,能够降低材料破坏的阈值,起作用的缺陷数目少,破碎后的粒度较大,在快速加载情况下,应力水平的升高速度高于缺陷扩展速度,在缺陷兼并之前,已经有较多的缺陷形成扩展,提高了材料破坏的阈值,起作用的缺陷数目多,破碎后的粒度较小(图1)。

由分级破碎技术的实现原理可知,在破碎过程中物料从大粒度到中粒度再到符合要求的粒度的破碎是可控的。因此,第一级的破碎过程宜使用慢加载方法,使物料由大粒度破碎为中等粒度。因而需要对破碎辊的转速进行优化设计,使破碎辊的转速尽量降低,降低大尺度物料破碎时的能耗。然而,提高破碎辊的转速又有利于提高破碎机的处理能力,因此破碎辊转速的设计需要综合考虑节能和处理能力两种凶素的影响。

分级破碎机破碎齿的线速度与物料在破碎区的下降速度相同时,一方面可使物料无阻碍通过,提高设备的处理能力,另一方面还能够减少由于物料下落速度与破碎辊速度差异造成的物料与破碎辊之间的撞击,从而减少这一过程产生的过粉碎。不同破碎物料的下落速度有所差异,因此在设计时需要针对物料选择合适的破碎辊转速。

破碎机工作在大负荷时,需要较大的驱动扭矩,工作在小负荷时,需要较小的扭矩。然而,物料的下落速度与负荷没有关系,这就需要尽量减小破碎机转速随负荷变化的幅度。

分级破碎技术是根据破碎过程中物料的破碎规律和特点,利用破碎机的几何特征,将破碎过程分为三个阶段,在一定程度上实现对破碎过程的控制。减少物料的过粉碎;同时,分级破碎技术又针对每一个破碎过程,充分利用该过程的破碎特点,从而降低了该过程的破碎能耗。生产实践表明,应用分级破碎技术的破碎机具有减少粉尘排放、降低能耗的优点。而根据物料特点和处理能力要求,优化设计系统参数和运转参数是实现分级破碎技术节能目的的关键点。

巍立2PSG-Y液压双辊式破碎机是分级破碎技术的典范,在破碎行业中装备2PSG-Y液压双辊式破碎机,可使产量提高30%-40%,总能耗可降低20%-30%。因此应用前景广泛,

实为矿山、采石等行业的优选设备。更多产品相关信息请登录巍立官方网站查询。

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