某铁矿技改工程可移式破碎站选型有关问题的探讨.doc

某铁矿技改工程可移式破碎站 选型有关问题的探讨 一、岩石分级标准和破碎机理 ㈠、岩石分级标准 岩石力学性质表明，岩石的破碎是岩石受到外力时，岩石的应力遭到破坏而形成的。岩石破碎所能承受的最大应力为岩石的强度，岩石的强度随外力的加载方式不同而变化，故岩石有抗压、抗拉、抗剪等强度。岩石在单轴压力下达到破坏的极限强度为岩石的抗压强度，由于岩石抗压强度最大，抗拉强度最低，抗剪强度介于两者之间，而且因剪断面的倾角不同而异，因此，一般以岩石的抗压强度作为岩石强度的分级标准。 ①按照1991年国家颁布的工程岩体分级标准，对岩石坚硬程度的定量分级划分为 岩石抗压强度Rc≥120 Mpa ， 属极坚硬岩； Rc∈（120～70）Mpa ， 属坚硬岩； Rc∈（70～30） Mpa ， 属较坚硬岩； Rc∈（30～15） Mpa ， 属较软岩； Rc∈（15～5） Mpa ， 属软岩； Rc≤15 Mpa ， 属极软岩。 ②英国MMD公司研磨指数分级标准 研磨指数 4.5 超高指数物料 4.0～4.5 高指数物料 2.5～4.0 中等指数物料 2.5 低指数物料 ㈡、某铁矿岩石与矿石力学对比分析 某铁矿矿床，属于鞍山式沉积变质石英岩矿床，Fe3O4占铁矿物的98，原矿品位28.90，围岩属前震旦纪片麻岩，有少量的半假象赤铁矿和赤铁矿。脉石有石英、黑云母、角闪石、辉石、长石、绿泥石等。 矿石呈条带状和片麻状构造。嵌布粒度比较均匀，磁铁矿和脉石连生体简单易分离。矿石硬度f8～12，脉石硬度f8～10。 1、矿石的化学组成 表1 矿石的化学分析 组分 TFe SFe FeO SiO2 Al2O3 CaO 含量（） 28.90 28.58 9.68 54.29 0.76 0.20 组分 MgO K2O S P As 烧灼 含量（） 2.19 0.98 0.013 0.049 0.0004 0.88 表2 矿石的物象分析 物象 磁性铁 赤铁矿 其它铁矿 总铁 相对含量（） 25.85 1.88 0.93 28.66 占有率（） 90.2 6.56 3.24 2、矿物种类及主要矿物的嵌布特征 ①矿物种类及其含量 表3 主要矿物的种类及其含量 铁矿物 脉石矿物 矿物名称 含量 （） 矿物名称 含量（） 磁铁矿 37.33 石英、长石 50.07 赤铁矿 2.72 闪石类 5.31 其它铁矿 1.34 其它脉石矿物3.23 铁矿物总量 41.39 脉石矿物总量58.61 ②主要矿物的嵌布特征 1）磁铁矿 磁铁矿以单体形式存在的现象较少，绝大部分与石英密切嵌生，使矿石硬度增大。 2）脉石矿物 脉石矿物主要以石英为主，占脉石总量的85以上。嵌布粒度和嵌布特征主要有两类一类是粒状集合体组成的适应条带、条纹等，粒度较粗；另一类是与铁矿物密切嵌生，粒度较细，只有在细磨时才能单体解离。 3、铁矿物和脉石矿物的粒度组成 表4 综合铁矿物和综合脉石矿物粒度组成 粒级（mm）＞0.5 0.5～ 0.3～ 0.074～ 0.043～ 0.037 0.02～＜0.010.3 0.074 0.0430.037 ～0.020.01 矿物 综合含量（） 1.04 5.31 42.63 23.90 4.28 13.49 6.00 2.35 铁矿物 累计（） 1.04 7.35 49.98 73.88 78.16 91.65 97.65 100.00 综合含量（） 17.43 11.88 54.29 9.32 1.88 3.66 1.40 0.14 脉石累计（） 17.43 29.31 83.60 92.92 94.80 98.46 99.86 100.00 从表4看出，综合脉石的粒度比综合铁矿物的粒度粗。脉石属于偏粗粒不均匀嵌布，铁矿物为中细粒不均匀嵌布。 4、力学分析 从上述各种数据可以分析出，某铁矿围岩大部分为石英，约80以上，但由于石英的嵌布粒度较粗，多呈片麻状构造。石英颗粒与颗粒之间的结合力较弱，加上块度越大，期间的裂隙越多，往往越容易实现破碎。同时，岩石的形成过程首先以沉积方式为主，石英与其它脉石大部分为条带状分布，相对降低了岩石的硬度。由于磁铁矿是与石英密切嵌布在一起的，粒度相对较小，结构致密，并且其它脉石矿物含有量很少，增大了铁矿石的硬度，特别是对大块度而言，硬度要略高于岩石。 但是，在矿石被磨到磁铁矿与脉石均呈单体解离的程度时，由于已经过了多次破碎，期间的薄弱环节基本已消失，这时的脉石绝大部分为石英，单体矿物往往呈晶体状态，继续细磨的难度越来越大，因石英比磁铁矿的硬度大，所以必然呈现脉石颗粒大于矿石颗粒的状况。 ㈢、破碎的一般原理 1、固体结构对破碎的影响 固体按照理想晶体的结构分类，可分为原子结构的晶体、离子结构的晶体、分子结构的晶体和金属结构，其中原子结构晶体是靠共价键结合的，硬度最大；离子结构晶体是靠离子间的静电引力结合的，硬度较大；分子晶体结构是靠分子间力结合的，硬度较小；金属结构具有塑性变形和不易断裂的特点。实际上，所有岩石的结晶均不是理想的，具有不连续性和不均匀性以及各种各样的缺陷和裂缝。其中金属矿石结构大多数呈不均匀状态，矿石中常常夹杂着其它共生矿物和脉石。在这些晶粒间界结合力比较小，容易实现破碎。同时，均匀晶体本身也存在着缺陷，如由于电子或离子从晶格点阵上错位、缺席、混杂造成的微观缺陷；晶体在生长过程中因条件变化、热应力、受撞击形成各种间隙、裂缝等的宏观缺陷；因晶体是由单元块累迭起来的，并具有不规则性，在单元与单元之间留下了许多薄弱的间隙点、间界线或界面。破碎时，物料往往沿着这些间界分裂，要破碎单元块是十分困难的。 2、破碎方法 目前岩石与矿石的破碎，主要是利用机械力来实现的。常用的破碎方法有压碎、劈碎、折断、磨碎、击碎。采用的破碎机械，一般都是这几种方法的联合作用。对于硬物料，以压碎方法较合理；粘性物料应采用压碎和磨碎方法；脆性和软性物料以劈碎和击碎方法为宜。但上述方法的划分并不是绝对的，目前随着新型耐磨材料的出现，采用击碎和劈碎方法对硬物料破碎的方式也得到了应用。同时，同一种物料在不同的破碎阶段，也常常采用不同的方法。中等硬度以上的物料粗碎阶段一般多采用压碎方法；细碎阶段几种方法经常联合应用。 3、破碎理论 目前破碎理论研究主要基于几种破碎假说上的， 如面积说、体积说、裂缝说以及相似理论。 ①面积说是1867年雷延智提出的。他认为破碎所消耗的功（A）与破碎物料所增加的表面积（S）成正比。认为破碎所消耗的功均变为表面能，只考虑到物料破碎过程中晶格裂开的分离功，没有考虑晶格分离前准备阶段（弹性变形及塑性变形）的变形功。只有用于脆性物料的细磨作业才能得出与实际近似结果。 ②体积说是1874年基尔皮切夫提出的。他认为物料破碎成几何形状相似的小粒，所需功耗与该物料的体积或重量成正比。考虑了物料受压力产生变形所耗的功。即考虑了克服内聚力所需的功。同时，物体破碎时所受的不仅是压力，还受弯曲力、剪应力、打击力等。主要适用于破碎比小，功耗主要用于变形，如计算粗破功耗时，一般应用体积说。 ③裂缝说是1950年提出的。认为矿石在压力作用下，先产生变形。积累一定的变形功后，产生裂缝，最后破碎。破碎所需的功与裂缝成正比，而裂缝又和粒子的大小（直径或边长）的平方根成反比。认为物料先在压力作用下变形。变形功累计到一定程度，物料中的某一脆弱点（或面）的内应力达到极限强度，因而产生裂缝。此时变形的功（位能）就集中于裂缝附近，使裂缝加大，变为产生断裂面所需的功。因公式和系数是根据各种破碎机、磨矿机大量生产数据总结出来的，所以在合适的条件下，可用于破碎磨矿功耗的计算；各种破碎磨矿机械的选择并进行各种机械效率的比较。 ④相似理论认为几何相似的同一种物料，在同一类型的破碎机中破碎，其所受的各种力的影响相同。并且当受力后，生成相似的粒子。由于这一理论是通过小型模型进行大量试验的基础上得出的，同时可考虑许多系数，因而更切合实际。 总之，无论上述那种理论均不能真实的反应破碎过程所消耗的功，只能近似的计算破碎功耗。因为实际破碎时，所耗的功大致有三个方面，即有用功、破碎损失功、机械损失功。其中后两种功，上述各种理论均未考虑在内。 二、国内外各种破碎机的应用情况 目前国内外破碎机的种类较多，按构成和破碎原理可分为腭式破碎机、旋回破碎机（圆锥破碎机）、锤式破碎机、反击式破碎机、双齿辊式破碎机等。粗碎阶段，在加工坚硬物料（矿石和岩石等）时，以旋回破碎机和腭式破碎机为主，在大型金属矿山通常以旋回破碎机为主；80年代以来双轮齿式破碎机也有较多应用。下面对几种常建破碎设备在国内外应用情况进行简要介绍。 1、腭式破碎机 腭式破碎机自1858年问世以来，已有143年的历史，但其基本结构和工作原理，迄今仍无根本改变。由于它具有构造简单，高度较小、工作可靠、适应性强、制造容易、维修方便等优点，所以至今仍得到广泛应用。在金属矿山中，它多半用来对坚硬和中硬矿石进行粗碎和中碎。与旋回破碎机比，其缺点是生产率低、破碎比小，产品粒度不均匀，过大块多，要求给矿均匀，需要设置给矿设备等。腭式破碎机分为单肘板和双肘板两种类型。 腭式破碎机工作时，传动机构带动偏心轴转动，使连杆上下垂直运动。借助肘板（推力板），使可动腭板绕悬挂心轴作周期摆动。当连杆向上运动时，肘板使可动腭板靠近固定腭板，破碎腔中的矿石受到挤压、劈裂和弯曲的联合作用而破碎。当连杆向下运动时，可动腭板借助拉紧弹簧的恢复力离开固定腭板，已被破碎的矿石在重力作用下，经排矿口排出。 国外生产腭式破碎机的主要国家有美国、西德、日本、法国、英国、俄罗斯、捷克、瑞典、芬兰等。随着各种高级滚珠轴承、液压技术和高强度材料等的应用，提高腭式破碎机的设计和制造水平。日益向大型化发展；采用深破碎腔、小齿角，破碎腔设计为曲线型，以利于破碎比的提高，并防止堵塞；广泛采用焊接机架，结构性能得到提高；采用滚珠轴承，提高了破碎机负荷承受力；齿板多用锰含量12-14的高锰钢，有时锰含量达17-19，并且还加1-2的铬，大大提高了齿板的承受力。国内制造及生产使用的最大腭式破碎机规格为15002100mm。国外在金属矿山使用的最大规格有瑞典M.S公司的21002100mm，处理量1000t/h；美国制造的双肘板腭式破碎机为20003000mm；日本神户制钢所的单肘和双肘腭式破碎机，给矿口为18302440mm，排矿口为250mm时，处理能力1100t/h，在技术方面有一定的代表性。 2、旋回破碎机 旋回破碎机是连续工作的破碎机械，由于其具有工作平稳、生产率高、易于启动、破碎比大、产品粒度均匀，同时可挤满给矿，辅助设备少，可两侧受矿等优点，是大型矿山破碎（特别是粗碎）坚硬物料的典型设备，在世界各国得到了广泛应用。但也存在着构造复杂、机身较高、要求有坚固的基础，基建费用贵等缺点。 旋回破碎机主要由机架、活动圆锥、固定圆锥、主轴、大小伞齿轮和偏心套筒等组成。偏心套筒转动时，使锥体绕中轴作连续的偏心旋回运动。活动圆锥靠近固定圆锥时，矿石受到挤压而破碎；离开时，破碎产品靠自重经排矿口排出。工作原理与腭式破碎机相同，可以看作连续作用的腭式破碎机，故生产率大大高于腭式破碎机。 目前国内制造最大规格为1400/220mm，国外最大规格有俄罗斯制造的ККЛ2000mm、德国的2130mm、英国及加拿大的1830mm、法国的1850mm、日本的1520mm，其中世界上最大的旋回破碎机之一是美国Fuller公司生产的TC和TCB型Traylor旋回破碎机，其动锥直径达3048mm，给矿口为21347620mm，电机功率746kw，在排矿口为279mm时，生产能力达5000t/h。旋回破碎机的发展方向，除不断向大型化方面发展外，在结构的坚固性和工作的可靠性方面也进行着不断的 完善。同时，破碎腔按使用条件，通过计算机进行设计，在很大程度上提高了破碎机的破碎性能。 3、锤式破碎机 锤式破碎机是一种以打击为主同时结合冲击、挤压或研磨进行破碎的机械。这种破碎机是利用高速旋转的锤子将物料击碎。可用于物料粗碎、中碎及细碎。 锤碎机的优点是结构简单、紧凑、破碎比大。用途广泛，特别使用于破碎各种脆性的、中等硬度（莫氏硬度2-5）磨蚀性较弱的物料如矿石、石灰石、煤块、建材用石等。其中最大型号之一是德国Krupp公司生产的DHB2526/6型，锤头旋转直径达2500mm，给料口宽度2690mm，处理能力3000t/h. 4、反击式破碎机 反击式破碎机是一种高效的新型设备。它主要靠冲击方式破碎。矿石在锤头和反击板之间反复受到冲击、碰撞而破碎。破碎产品借自重排出。具有结构简单；破碎比大（50-60）；生产能力高；功率消耗低；可进行选择性破碎；适应性强的优点。其主要缺点是锤头磨损严重，寿命很短。一般使用于脆性、纤维状和中硬以下的矿石。但随着设备结构的改进和新型耐磨材料的采用，现在已可用于磨蚀性强的坚硬物料破碎。如德国Hazemag公司生产的用于硬岩破碎的复合式双转子反击式破碎机给料口尺寸为21003020mm；最大给料粒度3m攩3攪；功率21900kw；处理能力2000t。 5、对辊式破碎机 对辊式破碎机是最常见的中硬矿石中、细碎机的一种。工作原理是两个相向回转的圆辊，借助摩擦力，将给入矿石卷进两辊之间的空间（破碎腔），使矿石受到挤压和研剥而被破碎。破碎产品靠自重排出。其优点是结构简单，维护方便，过粉碎少，产品粒度均匀，但存在着生产能力小，辊面磨损不均的问题，在应用方面受到一定限制，在小型重选厂较常使用。 6、双轮齿式破碎机 双轮齿式破碎机是一中高效的新型破碎设备，破碎机结构简单，破碎机构是安装在破碎轴上的破碎齿，传动部件由外露的电机偶合器减速器组成，技术成熟，轴承是球面滚动轴承，保护功能由偶合器/失速保护装置完成，无需液压系统。机腔为敞开式，机体检修方便，受力易磨部件破碎齿全套更换只需一个班次。具备筛分功能，小于输出粒度物料直接排出，减少了破碎齿的磨损和破碎动能消耗。超标大块经专设通道排出后，另行处理。破碎机理是通过破碎轴和破碎齿将扭矩转化为剪切力，对物料实施剪切破碎。具有高度低、重量轻、移动较方便、装机功率低、运行动力消耗低和购置投资省等一系列优点。该类型破碎机自1978年问世以来，已有2000多台套在几十个国家和地区使用，如英国MMD公司生产的双轮齿式4齿9环1300型破碎机处理能力达到4500t/h，排料粒度0300mm；4齿12环的1500型，其处理能力可以达到5500t/h，排矿粒度0250mm。 三、MMD双轮齿式半移动破碎站与旋回式半移动破碎站初步对比分析 1、主要可比项目情况 序对比项目 MMD双轮齿式 旋回式 对比结果 4齿9环1300型 60″89″型 ⅠⅡ 号 Ⅰ Ⅱ 1 生产能力 4500 4500以上 基本相当 t/h 2排料粒度 300 350 -50 mm 1500型可达250 3 筛分功能具备，小于输出无，全部物料需 减少了磨损和动 粒度的物料直接经动、定锥之间力消耗 排出，不经破碎通过 4 外形尺寸 9.615 2614.8 高度低 高宽 m 5 破碎原理对物料施剪切力对物料施挤压力致物料破碎的极限 为主 为主 剪切力远小于极限 压力 6 超标大块经专设通道排出机上液压锤破碎排出后，另行处理 处理方式 7 破碎站 660 1300 轻一半以上 总重 t 齐大山铁矿1700 8 钢结构 220～460 820 轻一半左右 重量 t 布置方式不同 9 迁移最大 100～120 330 轻2/3以上 部件重 t 齐大山铁矿670 10维护时最 28 68 轻40 大件重t 11检修及受破碎机结构简单结构复杂，机体易于检修，更换受 力易磨部，机腔为敞开式检修不易，受力力易磨件方便 件更换难，机体检修方便易磨部件衬板全 易情况 ，受力易磨部件套更换需3～5天 破碎齿全套更换 只需一个班次 序对比项目 MMD双轮齿式 旋回式 对比结果 4齿9环1300型 60″89″型 ⅠⅡ 号 Ⅰ Ⅱ 12进、卡异打反转开关即可较困难，有时需 容易 物处理 退出 切割 13装机总功 795 1600 少一半 率 KW 14磨损成本西班牙梅拉马矿某铁矿西排破各地矿岩性质差异 ，物料抗压强度碎机，物料抗压较大，数据仅供参 178MPa，破碎齿强度95188MPa考。 消耗成本0.012破碎机易损件消 美元/t，约合 耗为0.0582元/t 0.1元人民币,澳。某选厂粗破 大利亚WORISEY 机，物料抗压强 矾土矿物料抗压度185230MPa 强度230MPa，磨破碎机易损件消 损成本0.003 耗为0.357元/t 美元/t，约合 0.025元人民币 ├─┼────┼───────┼───────┼────────┤ 15电费单耗0.4元795 0.4元1600 少一半 元/t 0.84500＝ 0.84500＝ 0.057 0.114 ├─┼────┼───────┼───────┼────────┤ 16移动所需 100～120 800 车辆的最 半挂拖车 履带驮车 小且容易解决 大载重 t（国内可解决） （需租用） ├─┼────┼───────┼───────┼────────┤ 17制造周期 6～8个月 12～15个月 短一半左右 ├─┼────┼───────┼───────┼────────┤ 18购置投资 5414 7969 少2555,接近1/3 （初步询（栈桥方案 ， 初步设计概算 价）万元出厂价1.35） └─┴────┴───────┴───────┴────────┘ 2、英国MMD公司委托诺丁汉大学对某铁矿矿岩样品测试结果 试验小组按目前国际上通行的试验程序和标准， 将矿岩样品分成六组，进行自由抗压强度、杨氏抗压强度和研磨指数的试验。结果为 矿石 抗压强度 185～230MPa 最大230MPa 研磨指数 3.2～4.0 平均3.3 岩石 抗压强度 95～188 MPa 最大188MPa 研磨指数 1.5～3.2 平均2.7 2001年5月18日，MMD公司北京代表处在致矿业公司郝树华总经理关于试验报告的传真件中称“贵公司的矿石和岩石的抗压强度和研磨指数均属于中 等偏高类物料，不属于MMD破碎机所曾经历破碎过的高抗压强度和高研磨指数物料。至此，经MMD公司技、术专家的科学论证和确认，采用MMD破碎机破碎贵公司的矿石和岩石不会产生过高的磨损现象，贵公司可大胆放心地采用本公司的破碎机。” 3、九十年代以来应用情况 MMD公司成立于1978年，晚于拟投标旋回式半移动破碎站的德国克虏伯和曼.塔克拉夫两个公司和瑞典的旋回破碎机主机生产商斯维达拉公司，但MMD破碎机的销售数量却远高于德国的两家竞争对手和瑞典斯维达 拉公司。 查阅四家公司的业绩材料，九十年代以来，MMD公司销售双轮齿式、德国两家公司销售旋回式破碎机（站）情况如下 MMD双轮齿式用于破硬岩70台套，生产能力在 2500￣10000t/h大型机31台套， 大型机1300型14台、1500型9台。 旋回式 德国两公司合计20台。 克虏伯公司15台，其中6089、60110、 63114三种型号小计9台； 5474型6台。 曼.塔克拉夫公司 5台，其中6089和60109 两型号各2台, 60113型1台。 斯维达拉公司1990年以来，据不完全统计销售 大型初级旋回破碎机35台，其中 6089型12台，60110型1台， 5475型21台，6275 型1台。 该公司自称在大型初级旋回破碎 机的市场占有率为60以上。 4、初步分析 ①、从对比表的18个项目来看，MMD破碎站占明显优势的有15个项目；生产能力基本相当；超标大块处理是弱项，关键是排出超标大块现象发生比率的高低，如经实地考察排出比率过大则是缺陷，应引起注意；磨损情况，各地物料性质差异较大，仍需深入考察后做出正确判断。 ②、从九十年代两种类型破碎机销售业绩来看，MMD双轮齿式的销售数量相当于德国两公司销售旋回式总和的1.5倍，与瑞典斯维达拉公司销售量基本相当，这也从另一侧面说明MMD确有一定优势。 ③、从MMD公司业绩表来看，MMD破碎机1978年问世以来，已有2000多台套在几十个国家和地区使用，破碎处理的物料从煤炭、石灰石、铁矿、铜矿、铅锌矿、钒铁矿、金矿、镍矿、铀矿、金刚石矿，到花岗岩、砂岩和抗压强度高达546MPa的南非橄榄岩。从某铁矿矿岩样品试验数据来看，与MMD破碎机已经处理过的物料相比较，确属于中等偏上的物料，理论上该类型破碎机应当能够在某使用。 ④、鉴于MMD破碎机从破碎机理到结构形式均比旋回式先进，且具有高度低、重量轻、移动较方便、装机功率低、运行动力消耗低和购置投资省等一系列优点，有必要尽快选择国内外MMD破碎机的用户进行实地考察，进一步确认其破碎铁矿和硬岩的实际使用效果。尤其是掌握该类型破碎机破碎与某铁矿矿岩物理性 质相近的物料的使用效果的第一手资料，对技改工程破碎站选型的最终决策，至关重要。