對(duì)輥破碎機(jī)在肥料行業(yè)中的應(yīng)用

曹 輝

(威海恒邦化工有限公司 山東煙臺(tái) 264109)

威海恒邦化工有限公司生產(chǎn)中所用磷礦石外采自湖北、貴州等地，磷礦石經(jīng)加工后制取磷酸，磷酸再與氨、鉀肥等生產(chǎn)磷肥或復(fù)合肥料產(chǎn)品。

在生產(chǎn)過程中，原料制備、渣的處理回用、中間物料的處理回用等環(huán)節(jié)需對(duì)物料進(jìn)行破碎處理，過去選用的傳統(tǒng)破碎機(jī)對(duì)工況適應(yīng)性不佳，近幾年采用對(duì)輥破碎機(jī)收到了滿意的效果，其實(shí)際應(yīng)用情況介紹如下。

1 對(duì)輥破碎機(jī)簡(jiǎn)介及選型

對(duì)輥破碎機(jī)由2根轉(zhuǎn)速相同、運(yùn)行方向相反的輥?zhàn)咏M成，采用雙驅(qū)動(dòng)模式，物料由上方進(jìn)入2根輥?zhàn)又g的間隙，在高壓研磨擠壓力的作用下被擠壓破碎為細(xì)物料。輥?zhàn)訅壕o系統(tǒng)有彈簧和液壓2種形式，整體由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、對(duì)輥破碎機(jī)本體和壓緊系統(tǒng)組成。因?qū)伷扑闄C(jī)破碎流程配置簡(jiǎn)單、投入少、效率高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被應(yīng)用至諸多物料破碎領(lǐng)域。

對(duì)輥破碎機(jī)主要是根據(jù)物料性質(zhì)、破碎前后顆粒大小、處理能力等來確定設(shè)備規(guī)格和材質(zhì)。主要規(guī)格包括輥?zhàn)又睆胶烷L度，直徑由破碎前后的物料顆粒大小決定，處理能力由輥?zhàn)娱L度和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定；輥?zhàn)硬馁|(zhì)應(yīng)根據(jù)所破碎物料的硬度和強(qiáng)度來確定，要求所選輥皮材質(zhì)高于物料的硬度。

1.1 輥?zhàn)又睆降拇_定[1]

如圖1所示，輥?zhàn)又睆?、輥?zhàn)娱g隙與物料直徑之間的關(guān)系可以用式(1)和式(2)表示：

(1)

(2)

式中：R——輥?zhàn)影霃?，mm；

d——輥?zhàn)娱g隙的一半，mm；

r——物料半徑，mm；

D1——輥?zhàn)又睆剑琺m；

S——輥?zhàn)娱g隙，mm；

D2——物料直徑，mm。

當(dāng)α等于物料摩擦角時(shí)，摩擦系數(shù)μ=tanα，在已知摩擦系數(shù)μ的情況下，摩擦角α=arctanμ，則可推導(dǎo)得到式(3)：

(3)

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由已知的摩擦系數(shù)μ、物料直徑D2、確定的輥?zhàn)娱g隙S(約為破碎后物料直徑)可核算出輥?zhàn)拥淖钚⒖贾睆健?/p>

1.2 輥?zhàn)娱L度的確定

對(duì)輥破碎機(jī)的處理能力[2]可參照式(4)計(jì)算：

Q=60πD1LdnδK

(4)

式中：Q——處理能力，t/h；

L——輥?zhàn)娱L度，m；

n——輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速，m/s；

δ——礦石真密度，t/m3；

K——松散系數(shù)，取值0.1～0.3，金屬礦石取0.1，物料軟時(shí)取大值。

當(dāng)處理能力確定時(shí)，可根據(jù)式(3)確定輥?zhàn)又睆剑俑鶕?jù)其他已知條件按式(4)計(jì)算出輥?zhàn)娱L度。

2 對(duì)輥破碎機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

威海恒邦化工有限公司涉及破碎的環(huán)節(jié)以及過去所采用的設(shè)備：磷肥生產(chǎn)中的磷礦石采用顎式破碎機(jī)粗破+標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)中破+短頭圓錐破碎機(jī)細(xì)破；合成氨生產(chǎn)中三廢混燃爐原料采用環(huán)錘破碎機(jī)破碎；復(fù)合肥生產(chǎn)中的大顆粒返料采用鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)破碎。對(duì)于以上各環(huán)節(jié)所采用的破碎機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的問題、設(shè)備改進(jìn)措施以及取得的效果分別介紹如下。

2.1 磷礦石破碎

2.1.1 存在的問題

磷礦石原破碎流程為三級(jí)破碎機(jī)+一級(jí)檢查篩分，改造前破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖2所示。

1. 顎式破碎機(jī)PE400×600 2. 1#皮帶B800 3. 標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)PYB1750 4. 2#皮帶B800 5. 檢查篩分YAF1548 6. 3#皮帶B800 7. 短頭圓錐破碎機(jī)PYD1750 8. 4#皮帶B800圖2 改造前磷礦石破碎流程及設(shè)備規(guī)格

顎式破碎機(jī)粗破后的磷礦石粒度≤60 mm，標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)中破后的磷礦石粒度≤30 mm，檢查篩分篩下粒度≤30 mm的磷礦石送至球磨機(jī)進(jìn)行磨礦；檢查篩分篩上粗塊返回至短頭圓錐破碎機(jī)細(xì)破至磷礦石粒度≤30 mm，然后與中破后的磷礦石混合，再送至檢查篩分。此流程的設(shè)計(jì)初衷是中、細(xì)破后的磷礦石經(jīng)檢查篩分后，不合格的大塊磷礦石閉路返回重新破碎，以保證磷礦石粒度。但實(shí)際應(yīng)用效果并不理想，短頭圓錐破碎機(jī)受自身性能以及磷礦石水分含量、黏度等因素的影響，磷礦石不能真正達(dá)到細(xì)破的目的。

2.1.2 改造措施

根據(jù)磷礦石的性質(zhì)，選用對(duì)輥破碎機(jī)作為替代設(shè)備，重新配置了流程，停用檢查篩分和短頭圓錐破碎機(jī)，將部分閉路破碎改為中破后磷礦石不經(jīng)檢查篩分而全部送對(duì)輥破碎機(jī)細(xì)破，再送至球磨機(jī)進(jìn)行磨礦。

生產(chǎn)中所采用的湖北和貴州地區(qū)的磷礦石屬沉積巖，莫氏硬度為5，屬于中等硬度礦石，礦石真密度3.18～3.21 t/m3?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)中破性能和實(shí)際出料粒度情況，磷礦石入料粒度以60～80 mm為基準(zhǔn)，破碎后要求粒度為10～20 mm，鋼材與磷礦石摩擦系數(shù)取0.35，依據(jù)式(3)計(jì)算得到輥?zhàn)又睆綖? 080 mm，圓整選定直徑為1 200 mm。

對(duì)于礦石類破碎，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速選60 r/min，處理能力60～90 t/h，日運(yùn)行18～20 h，中等硬度礦石取松散系數(shù)K為0.2，根據(jù)式(4)計(jì)算得到輥?zhàn)娱L度為0.615 m，圓整選定輥?zhàn)娱L度為800 mm，有效長度約700 mm。

最終選定對(duì)輥破碎機(jī)輥?zhàn)又睆? 200 mm，輥?zhàn)娱L度800 mm，輥皮厚度120 mm，轉(zhuǎn)速60 r/min，出料粒度15 mm(可調(diào))，功率2×75 kW。

輥皮材質(zhì)確定選擇耐磨高鉻合金，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后內(nèi)韌外硬，表面洛氏硬度達(dá)到HRC 60以上，可滿足破碎磷礦石要求。對(duì)輥采用帶儲(chǔ)能器的液壓壓緊方式，自動(dòng)控制，當(dāng)有高硬度鐵件等無法破碎的物料時(shí)，自動(dòng)擴(kuò)張放出鐵件后自行恢復(fù)間隙，以防止設(shè)備損壞。為避免鐵件進(jìn)入設(shè)備內(nèi)，在進(jìn)料皮帶上設(shè)置了強(qiáng)磁鐵。改造后磷礦石破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖3所示。

1. 顎式破碎機(jī)PE400×600 2. 1#皮帶B800 3. 標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)PYB1750 4. 2#皮帶B800 5. 對(duì)輥破碎機(jī)PDG- Ⅲ 6. 4#皮帶B800圖3 改造后磷礦石破碎流程及設(shè)備規(guī)格

改造效果：磷礦石粒度由原流程的≤30 mm減小至≤20 mm，減小了進(jìn)入球磨機(jī)的磷礦石粒度，對(duì)提高磨礦細(xì)度提供了保證；停用檢查篩分(22.0 kW)、返料皮帶(18.5 kW)以及短頭圓錐破碎機(jī)(160.0 kW)，采用1臺(tái)對(duì)輥破碎機(jī)(2×75.0 kW)替代，設(shè)備總功率減小了50.5 kW，年節(jié)電303 000 kW·h。

該對(duì)輥破碎機(jī)投運(yùn)2年來，沒有更換部件；輥皮中部有約10 mm磨損，拆卸上部箱蓋，采用現(xiàn)場(chǎng)磨具將兩端高點(diǎn)磨平后，對(duì)輥間隙均勻，可繼續(xù)使用。

實(shí)際運(yùn)行情況表明，對(duì)輥破碎機(jī)使用效果良好、維護(hù)量小、破碎效果穩(wěn)定，很好地替代了原有流程的破碎設(shè)備。

2.2 三廢混燃爐原料破碎

合成氨造氣以無煙塊煤為原料，塊煤燃燒后產(chǎn)生的爐渣中含部分殘?zhí)己蜕倭咳墼瑲埩魺嶂禐? 279～8 372 kJ/kg(1 500～2 000 kcal/kg)，需予以回收，即爐渣與無煙煤末、煙煤按比例混合、粉碎后作為三廢混燃爐的原料。原破碎流程為一級(jí)顎式破碎機(jī)+一級(jí)環(huán)錘破碎機(jī)，破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖4所示。

1. 顎式破碎機(jī)PE250×750 2. 環(huán)錘破碎機(jī)PCH0808 3. 皮帶B650圖4 改造前三廢混燃爐原料破碎流程及設(shè)備規(guī)格

在實(shí)際應(yīng)用過程中，環(huán)錘破碎機(jī)的環(huán)錘磨損快且不均勻，底部箅子板易堵塞，導(dǎo)致端襯板磨損也較嚴(yán)重，維修量很大，一般3～4 d需維修并更換環(huán)錘。

根據(jù)原料特性和處理量，經(jīng)核算選用1臺(tái)2PG600對(duì)輥破碎機(jī)，輥?zhàn)又睆?00 mm，輥皮厚度100 mm，轉(zhuǎn)速60 r/min，出料粒度5 mm(可調(diào))，功率2×15 kW。輥皮基體為碳鋼材質(zhì)，表面堆焊5 mm厚耐磨焊材，表面洛氏硬度在HRC 50以上，滿足破碎混合料要求。改造后三廢混燃爐原料破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖5所示。

1. 顎式破碎機(jī)PE250×750 2. 對(duì)輥破碎機(jī)2PG600 3. 皮帶B650圖5 改造后三廢混燃爐原料破碎流程及設(shè)備規(guī)格

改造效果：破碎后的爐渣粒度≤10 mm，保證了破碎物料的均勻性；設(shè)備運(yùn)行功率由37 kW減小至2×15 kW，按日運(yùn)行6 h計(jì)，每年可以降低電耗14 000 kW·h。

該對(duì)輥破碎機(jī)投運(yùn)14個(gè)月以來，沒有更換部件；運(yùn)行過程中間隔7 d左右檢查一次輥皮堆焊表面，如有磨損，僅需打開上蓋的快開檢修口，采用506+D212耐磨焊條堆焊表面恢復(fù)原狀，保持對(duì)輥圓整、間隙均勻，可大幅縮短維修工時(shí)并降低檢修成本。

雖然采用對(duì)輥破碎機(jī)的使用效果優(yōu)于原環(huán)錘破碎機(jī)，但在材質(zhì)選擇上，應(yīng)按照混合物料中最高硬度的物料來確定。下一步考慮采用更優(yōu)異的D698耐磨焊條等進(jìn)一步提高輥皮表面硬度，以延長使用壽命，進(jìn)一步減少維修工作量。

2.3 大顆粒復(fù)合肥破碎

威海恒邦化工有限公司100 kt/a氨化造粒復(fù)合肥生產(chǎn)裝置采用兩烘一冷、兩級(jí)熱篩分+破碎返料流程，改造前大顆粒復(fù)合肥破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖6所示。

1. 二次烘干機(jī)Ф 2 800 mm×28 000 mm 2. 1#斗提機(jī)NE100 3. 一級(jí)滾筒篩Ф 2 000 mm×5 500 mm 4. 鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)WP8000 5. 1#皮帶 6. 斗提機(jī)NE100 7. 二級(jí)滾筒篩Ф 1 500 mm×3 800 mm 8. 返料皮帶B1000 9. 冷卻輥筒Ф 2 200 mm×22 000 mm圖6 改造前大顆粒復(fù)合肥破碎流程及設(shè)備規(guī)格

流程中一級(jí)滾筒篩上粒度≥4.5 mm的大顆粒復(fù)合肥原采用鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)破碎，破碎后物料落至返料皮帶返回造粒機(jī)重新造粒。鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)是利用中心軸上懸掛的鋼鏈來實(shí)現(xiàn)物料的破碎，破碎粒度并不均勻，且破碎機(jī)沖擊力大，落料沖擊粉塵多，密閉回收效果不佳，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差。

根據(jù)礦石和爐渣物料采用對(duì)輥破碎機(jī)破碎的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)核算選擇了1臺(tái)2PG1000對(duì)輥破碎機(jī)替代鏈?zhǔn)狡扑闄C(jī)。肥料硬度不高，但含有一定量的水分和熱量，存在肥料在輥皮表面黏結(jié)的問題，因此要求制造企業(yè)設(shè)置了可調(diào)節(jié)刮刀以防止輥?zhàn)映霈F(xiàn)物料黏結(jié)。對(duì)輥破碎機(jī)的輥?zhàn)又睆綖? 000 mm，輥?zhàn)娱L800 mm，輥皮厚100 mm，轉(zhuǎn)速80 r/min，出料粒度2 mm(可調(diào))，功率2×30 kW。輥皮采用碳鋼材質(zhì)，表面洛氏硬度在HRC 30以上，可滿足破碎肥料的要求。改造后大顆粒復(fù)合肥破碎流程及設(shè)備規(guī)格如圖7所示。

1. 二次烘干機(jī)Ф 2 800 mm×28 000 mm 2. 1#斗提機(jī)NE100 3. 一級(jí)滾筒篩Ф 2 000 mm×5 500 mm 4. 對(duì)輥破碎機(jī)2PG800 5. 1#皮帶 6. 斗提機(jī)NE100 7. 二級(jí)滾筒篩Ф 1 500 mm×3 800 mm 8. 返料皮帶B1000 9. 冷卻輥筒Ф 2 200 mm×22 000 mm圖7 改造后大顆粒復(fù)合肥破碎流程及設(shè)備規(guī)格

改造效果：采用對(duì)輥破碎機(jī)破碎大顆粒復(fù)合肥，通過調(diào)節(jié)對(duì)輥間隙的方式來保證破碎后肥料的粒度滿足工藝要求，實(shí)踐操作中對(duì)輥間隙調(diào)整至2～3 mm為宜；采用平面光輥，對(duì)輥擠壓后實(shí)際得到的是松散的餅狀肥料，該餅狀肥料在造粒機(jī)內(nèi)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及與物料摩擦過程中很容易粉碎，并與噴漿物料混合成粒，造粒機(jī)出口物料成粒均勻，不會(huì)存在餅狀物料；因?qū)伷扑闄C(jī)轉(zhuǎn)速較慢且物料沖擊力大大減小，物料下落后粉塵大幅減少，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大為改善；改造后設(shè)備運(yùn)行功率由2×37 kW降至2×30 kW，年節(jié)電76 000 kW·h。

在正常生產(chǎn)工況下，對(duì)輥破碎機(jī)運(yùn)行良好。需要注意的是，肥料類物料在空氣濕度大時(shí)易吸潮，導(dǎo)致在設(shè)備內(nèi)黏結(jié)而引發(fā)故障。因此，初始開車時(shí)，需清空破碎機(jī)內(nèi)物料并增大輥?zhàn)娱g隙，待系統(tǒng)物料循環(huán)升溫、物料含水量恢復(fù)正常后，再將輥?zhàn)娱g隙調(diào)節(jié)至正常值。

3 結(jié)語

通過近3年的運(yùn)行，對(duì)輥破碎機(jī)在磷礦石破碎、爐渣破碎、大顆粒肥料破碎等方面均取得了良好的應(yīng)用效果。實(shí)踐證明，只要選型、選材得當(dāng)，對(duì)輥破碎機(jī)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，可減少消耗及設(shè)備維修維護(hù)的工時(shí)和費(fèi)用，同時(shí)可為改善操作環(huán)境創(chuàng)造條件，值得在肥料行業(yè)中推廣應(yīng)用。