釩鐵合金顎式破碎機(jī)的研究與應(yīng)用

王 方

（河鋼承鋼釩鈦事業(yè)部，河北 承德 067000）

釩鐵合金主要用作煉鋼的合金添加劑。鋼中加入釩鐵合金之后，可以顯著提高鋼的硬度、強(qiáng)度、耐磨度及延展性，改善鋼的切削性能。釩鐵合金主要以塊狀供貨為主，塊狀釩鐵供貨粒度范圍主要在10mm～70mm 且小于10mm 碎塊的數(shù)量不得超過總重量的5%。隨著冶金技術(shù)的發(fā)展及環(huán)保形勢(shì)的要求，鋁熱法冶煉釩鐵合金成為市場(chǎng)主流，其工藝生產(chǎn)的釩鐵合金抗壓強(qiáng)度在450MPa～1200MPa，國(guó)產(chǎn)破碎機(jī)可破碎材料的抗壓強(qiáng)度均低于300MPa，由于缺乏專業(yè)破碎設(shè)備，現(xiàn)釩鐵合金破碎作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，風(fēng)險(xiǎn)大，維護(hù)成本高，且破碎粒度不易控制。國(guó)內(nèi)少數(shù)企業(yè)進(jìn)口鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)，使用效果較好，但存在備件供貨及設(shè)備維護(hù)成本高的問題。因此，發(fā)展功能強(qiáng)大的國(guó)產(chǎn)強(qiáng)力破碎機(jī)是當(dāng)務(wù)之急。

1 顎式破碎機(jī)的類型

顎式破碎機(jī)最基本的機(jī)型有兩種，即簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)和復(fù)擺顎式破碎機(jī)。

圖1 簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)示意圖

圖2 復(fù)擺顎式破碎機(jī)示意圖

簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)，如圖1 所示，其工作原理是：電動(dòng)機(jī)8 驅(qū)動(dòng)皮帶7 和皮帶輪5，通過偏心軸6 使連桿11 上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)連桿上升時(shí)，肘板10、12 之間的夾角較大，從而推動(dòng)動(dòng)顎板3 向固定顎板1 接近，與此同時(shí)物料2 被壓碎；當(dāng)兩岸下行時(shí)，肘板10、12 之間的夾角變小，動(dòng)顎板在拉桿彈簧9 的作用下離開固定顎板，此時(shí)被壓碎的物料從破碎腔排出。隨著電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而破碎機(jī)動(dòng)顎做周期性的壓碎物料。這種破碎機(jī)由于動(dòng)顎是繞懸掛點(diǎn)做簡(jiǎn)單擺動(dòng)，故稱簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)。該機(jī)是曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)。動(dòng)顎繞懸掛軸的軌跡為圓弧。

復(fù)擺顎式破碎機(jī)是將簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)懸掛軸去掉，并將動(dòng)顎懸掛在偏心軸上，同時(shí)去掉前肘板和連桿，便構(gòu)成復(fù)擺顎式破碎機(jī)，如圖2 所示，由于該機(jī)動(dòng)顎繞偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還饒同一中心做擺動(dòng)，構(gòu)成一種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，故稱為復(fù)擺顎式破碎機(jī)。該機(jī)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡為連桿曲線，視為橢圓。

這兩種破碎機(jī)比較，前者優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)顎垂直行程較小，顎板磨損低輕；工作中，連桿施以較小的力而顎板就能產(chǎn)生很大的推力；其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜又比較重，其次它的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡不理想，其上部水平行程較小而下部水平行程較大。破碎腔中物料分布是：上腔里料塊較大而下腔里料塊較小，大塊要求有較大的壓碎行程而小塊剛好相反。若滿足大塊物料要求，則排料口水平行程又偏大，不能保證產(chǎn)品粒度。此外，動(dòng)顎在壓碎物料的過程中，有阻礙拍料作用。因此，在相同條件下，它比復(fù)擺顎式破碎機(jī)生產(chǎn)率低40%左右。隨著滾動(dòng)軸承質(zhì)量和耐磨材料耐磨性的提高以及采用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，減緩了顎板的磨損等，國(guó)內(nèi)主流市場(chǎng)上，復(fù)擺顎式破碎機(jī)基本代替簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)。

2 國(guó)內(nèi)外合金破碎機(jī)使用情況

由于鐵合金抗壓強(qiáng)度范圍較廣，部分鐵合金抗壓強(qiáng)度達(dá)到1200MPa 以上，因此國(guó)外鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)廠家均采用簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)，國(guó)外生產(chǎn)的鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)主要包括：日本BGM 破碎機(jī)；法國(guó)YERNAUX 公司的MPR 破碎機(jī)；德國(guó)KRUPP 公司的顎式破碎機(jī)。從結(jié)構(gòu)和使用效果來看，BGM 型破碎機(jī)更好。上個(gè)世紀(jì)90 年代我國(guó)生產(chǎn)的PEC 系列鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)是在充分研究這些國(guó)外同類設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)對(duì)鐵合金粒度的爐外精煉技術(shù)的要求以及鐵合金行業(yè)的現(xiàn)狀而開發(fā)的新型破碎設(shè)備。其采用簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)，減少了動(dòng)顎垂直行程，降低了顎板的磨損。工作中，連桿可以以較小的力推動(dòng)顎板產(chǎn)生很大的推力，利用顎板的牙形折斷鐵合金，實(shí)現(xiàn)合金物料的破碎。機(jī)器的機(jī)械部件由優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，特別是在改進(jìn)了顎板，肘板，肘板座，連桿體，活動(dòng)顎體等零件的材料選擇和熱處理工藝之后，在原來的基礎(chǔ)有效的延長(zhǎng)了使用壽命。

2000 年前后，部分脫氧類鐵合金行業(yè)廠家采購(gòu)?fù)队昧藝?guó)產(chǎn)PEC 系列鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)，使用效果上滿足產(chǎn)品工藝要求，但設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)要求較高，設(shè)備投入運(yùn)行成本較大。隨后，國(guó)內(nèi)破碎設(shè)備制造廠家根據(jù)鐵合金行業(yè)反饋的問題，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，逐步完善了設(shè)備的性能指標(biāo)。2012 年以后，釩合金行業(yè)廠家逐步引入PEC 系列鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)。

3 PEC系列鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)主要特點(diǎn)

3.1 強(qiáng)度高

該機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，機(jī)架采用優(yōu)質(zhì)鋼板焊接而成，支架和偏心軸均采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成。整機(jī)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于普通破碎機(jī)，可破碎抗壓強(qiáng)度不超過1500MPa 的各種鐵合金。

3.2 破碎腔

圖3 表示了兩個(gè)破碎機(jī)的腔室曲線。從圖中可以看出，普通顎式破碎機(jī)的腔體形狀只有一個(gè)嚙合角（通常為18°-22°）。理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐證明，該腔體形狀不合理，不適合破碎釩鐵合金，這種高強(qiáng)度材料。并且腔體形狀加工能力低，顎板磨損不均勻。PEC 系列破碎機(jī)的腔是可變嚙合角彎曲腔。嚙合角從進(jìn)料口開始逐漸減小。主破碎區(qū)的嚙合角也比普通顎式破碎機(jī)小。優(yōu)點(diǎn)是物料被排出，加工能力強(qiáng)，產(chǎn)品尺寸均勻，更適合破碎釩鐵合金。

圖3 破碎機(jī)腔形曲線比較

PEC 系列破碎機(jī)顎板上的齒形采用弧形，有利于提高顎板的使用壽命和物料的向下運(yùn)動(dòng)而不會(huì)阻塞或阻塞物料。使用效果也優(yōu)于普通顎式破碎機(jī)。

3.3 顎板

顎板是直接粉碎物料的部分。顎板的壽命是衡量破碎機(jī)的重要指標(biāo)。經(jīng)過調(diào)查和理化分析測(cè)試，國(guó)外鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)基本上使用特殊的高錳鋼材料。根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)研究，顎板采用ZGMn13Cr 材料，顎板橫斷面結(jié)構(gòu)形狀采用三角形。

3.4 肘板和肘板座

肘板和肘板座是破碎機(jī)的主要力傳遞部分之一。肘板的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，并且其與肘板座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)或滑動(dòng)或滾動(dòng)和滑動(dòng)的組合。為了減少摩擦，PEC系列破碎機(jī)的肘板和肘板座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)主要設(shè)計(jì)為滾動(dòng)結(jié)構(gòu)。

由于肘板和肘板座承受巨大的沖擊和擠壓力，因此必須具有足夠的強(qiáng)度和良好的耐磨性。 PEC 系列破碎機(jī)的托架和托架由優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛造而成，并且接觸面也經(jīng)過熱處理以使其表面具有較高的硬度。普通顎式破碎機(jī)的支架由普通灰鑄鐵制成。

3.5 連桿

連桿是破碎機(jī)的主要部分，它將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動(dòng)。連桿的下部承受巨大的擠壓力。

3.6 動(dòng)顎

進(jìn)口破碎機(jī)動(dòng)顎下部在使用時(shí)也出現(xiàn)過裂紋，問題的原因除嚴(yán)重超載外，本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也存在問題。本機(jī)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，在選材上也優(yōu)于進(jìn)口破碎機(jī)。

4 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)齒板，肘板，肘板，連桿和其他零件已在進(jìn)口鐵合金強(qiáng)力破碎機(jī)上使用了很多年。經(jīng)過多年的生產(chǎn)評(píng)估和系統(tǒng)測(cè)試，PEC 系列破碎機(jī)證明其主要性能和技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)外同類設(shè)備的先進(jìn)水平。該機(jī)的成功開發(fā)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，解決了國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)高強(qiáng)度鐵合金的難題，確保了爐外精煉的順利進(jìn)行，提高了我國(guó)鐵合金行業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

5 釩鐵合金顎式破碎機(jī)發(fā)展新方向

隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)高端化發(fā)展趨勢(shì)，釩鐵合金對(duì)表面氧化膜提出更高的要求，傳統(tǒng)水淬及空冷作業(yè)無法滿足市場(chǎng)需求，隨爐冷卻技術(shù)呼之欲出，釩鐵合金抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步提升，國(guó)內(nèi)部分破碎設(shè)備廠家參考國(guó)外破碎機(jī)新趨勢(shì)，正在研究高強(qiáng)度等級(jí)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)方案，以適應(yīng)市場(chǎng)新需求。