1、引言
進(jìn)入鋼鐵工廠內(nèi)的大塊原燃料無(wú)法直接使用，必須經(jīng)過(guò)整粒加工處理，使其粒度滿(mǎn)足有關(guān)生產(chǎn)用戶(hù)的精料要求，故必須在廠內(nèi)配套設(shè)置破碎處理工序。鋼鐵廠內(nèi)金屬礦物整粒設(shè)施主要有鐵礦石、錳礦石、鉻鐵礦石破碎篩分設(shè)施等，非金屬礦物整粒設(shè)施主要有熔劑、電煤、焦煤、焦炭破碎篩分設(shè)施等。各種破碎篩分設(shè)施技術(shù)特點(diǎn)皆是針對(duì)不同的物料特性，配置適合的破碎工藝流程，選用適合的機(jī)械裝備，達(dá)到理想的破碎效果。
鋼鐵工廠內(nèi)較為典型的破碎工序有：鐵前系統(tǒng)對(duì)中高硬度的大塊鐵礦石破碎加工以供高爐和燒結(jié)的生產(chǎn)使用；煉焦系統(tǒng)對(duì)于中低硬度的煤在配料前進(jìn)行預(yù)破碎用以提高成品焦炭品質(zhì)；煉鋼系統(tǒng)對(duì)高碳鉻鐵礦等高硬度物料破碎以滿(mǎn)足鋼水精煉和生產(chǎn)不銹鋼的要求。
2、破碎機(jī)理和原則
破碎是依靠機(jī)械力克服大塊固體物料內(nèi)力而將其分裂為小塊的過(guò)程。當(dāng)施加的外力超過(guò)物料的機(jī)械強(qiáng)度極限時(shí)就發(fā)生裂變，物料的機(jī)械強(qiáng)度越大就越難破碎，所消耗的動(dòng)力自然就越大。從物料破碎的效果分，可將破碎作業(yè)分為粗碎、中碎、細(xì)（粉）碎三級(jí)。物料在破碎過(guò)程中，每經(jīng)過(guò)一級(jí)破碎，都有一定程度的碎裂并變小，破碎前后物料最大塊直徑之比稱(chēng)為破碎比，即：
破碎比取決于
破碎機(jī)的型式、工藝流程類(lèi)型和礦石硬度。而對(duì)于破碎機(jī)械來(lái)說(shuō)，破碎比是評(píng)定機(jī)械效能的一項(xiàng)重要指標(biāo)也是確定破碎工藝流程和設(shè)備選型的重要依據(jù)。
破碎篩分設(shè)施一般設(shè)置在受料系統(tǒng)和供料系統(tǒng)中，其生產(chǎn)能力應(yīng)與上游輸送系統(tǒng)匹配一致。當(dāng)破碎篩分的物料品種較多時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種物料的可碎性、粒度組成及產(chǎn)品粒度要求，選擇一種或幾種破碎篩分機(jī)組。當(dāng)某物料中細(xì)粒級(jí)部分較多而又要求產(chǎn)品含粉率較低時(shí)，可考慮設(shè)置預(yù)先篩分，以減少物料過(guò)粉碎和充分發(fā)揮破碎機(jī)的能力。對(duì)于含泥、含水量較高的礦石，可考慮配套設(shè)置洗礦或干燥設(shè)施。破碎篩分工藝流程應(yīng)遵循穩(wěn)定可靠、高效低耗的原則，同時(shí)能最大限度地實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，降低生產(chǎn)成本。
3、破碎設(shè)備類(lèi)別及性能特點(diǎn)
鋼鐵工廠內(nèi)原燃料處理量巨大，常用的破碎機(jī)械有
顎式破碎機(jī)、
圓錐式破碎機(jī)、
反擊式破碎機(jī)、
錘式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)等。各類(lèi)破碎機(jī)有不同的規(guī)格，不同的使用條件和范圍。
3.1顎式破碎機(jī)
顎式破碎機(jī)是靠可動(dòng)顎板作周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把進(jìn)入兩顎板間的物料壓碎。如圖1所示，該破碎機(jī)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪，通過(guò)偏心軸使動(dòng)顎上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)顎上升時(shí)動(dòng)顎板向固定顎板接近，使得物料被壓碎；當(dāng)動(dòng)顎下行時(shí)，動(dòng)顎板在拉桿彈簧的作用下，離開(kāi)固定顎板，此時(shí)已破碎的物料從破碎腔下口排出。隨著動(dòng)顎作周期性的壓碎和排泄物料，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
顎式破碎機(jī)適宜對(duì)中高硬度的原料進(jìn)行粗破，或在多級(jí)破碎工藝中作為一級(jí)破碎設(shè)備。該類(lèi)設(shè)備不適宜破碎軟硬度的物料，對(duì)物料的含水率和含粉率也有所要求，原料含水率和含粉率過(guò)高，顎板上易留料，影響破碎效率。顎式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、價(jià)格低、易維修、排料口易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是村板易磨損，運(yùn)行振動(dòng)劇烈、產(chǎn)品粒度不均勻．能耗較高。因動(dòng)顎和定顎承受巨大，的破碎力和物料的摩擦作用，一般在動(dòng)顎和定顎的表面安裝耐磨（白口鑄鐵或錳鋼）的齒型村板，村板的使用壽命直接關(guān)系到顎式破碎機(jī)的工作效率、使用壽命和生產(chǎn)成本。
3.2反擊式破碎機(jī)
反擊式破碎機(jī)是物料受高速運(yùn)動(dòng)的板錘的打擊，使物料向反擊板高速撞擊，以及物料之間相互撞擊而破碎。如圖2所示，該設(shè)備是利用沖擊能來(lái)破碎物料的機(jī)械裝置，工作時(shí)在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入板錘作用區(qū)時(shí)，與轉(zhuǎn)子上的板錘撞擊破碎后被拋向反擊裝置上再次破碎，之后從反擊襯板上彈回到板錘作用區(qū)重新破碎，物料由大到小進(jìn)入反擊腔重復(fù)進(jìn)行破碎，直到破碎成所需粒度后，由出料口排出。
反擊式破碎機(jī)適宜中低硬度物料的粗破，尤其適合煤、石灰石等易碎性物料。反擊式破碎機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、重量輕、破碎比大、調(diào)整方便、產(chǎn)品粒度均勻、易維修、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是板錘和反擊板易磨損，需經(jīng)常更換，另外設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音極大。
3.3圓錐破碎機(jī)
圓錐破碎機(jī)靠?jī)?nèi)錐體的偏心回轉(zhuǎn)，使處在兩錐體間的物料受到彎曲和擠壓而破碎。如圖3所示物料處于內(nèi)外兩圓錐之間，外圓錐固定，內(nèi)圓錐作偏心擺動(dòng)，將央在其中的物料壓碎或斷裂。
圓錐式破碎機(jī)適宜中高硬度物料的細(xì)破，在多級(jí)破碎工藝流程中往往作為二級(jí)和三級(jí)破碎設(shè)備。圓錐式破碎機(jī)具有破碎比大、效率高、能耗低、調(diào)整方便、零部件使用壽命長(zhǎng)、出料小、產(chǎn)品粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量重、價(jià)格高、不易維修。圓錐式破碎機(jī)以圓錐底圓直徑尺寸作為規(guī)格的劃分標(biāo)準(zhǔn)，主流產(chǎn)品有彈簧圓錐式破碎機(jī)和西蒙斯圓錐破碎機(jī)。
3.4錘式破碎機(jī)
錘式破碎機(jī)是物科受高速回轉(zhuǎn)的錘頭的沖擊快速向固定襯板沖擊而發(fā)生破碎。該破碎機(jī)的主要工作部件為帶有錘頭的轉(zhuǎn)子，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。物料自上部給料口進(jìn)入機(jī)內(nèi)，受高速運(yùn)動(dòng)的錘子的打擊、沖擊、剪切、研磨作用而碎裂。碎裂物料中粒度小于轉(zhuǎn)子下方篩孔尺寸的通過(guò)篩板排出，大于篩孔尺寸的粗粒阻留在篩板上繼續(xù)受到錘頭的打擊和研磨，直至最后通過(guò)篩板排出。錘式破碎內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖4。
錘式破碎機(jī)用于破碎各種中低硬度且磨蝕性弱的物料，適用于煤矸石、白堊、石灰石、頁(yè)巖等脆性且韌性強(qiáng)的物料。錘式破碎機(jī)分單、雙轉(zhuǎn)子兩種形式，單轉(zhuǎn)子又有單向與可逆兩種，按結(jié)構(gòu)形式又有立式與臥式的區(qū)分。錘式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、破碎比大、生產(chǎn)效率高、排出粒度可調(diào)、易維修等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音大，錘頭損耗率高，需經(jīng)常更換。
3.5輥式破碎機(jī)
輥式破碎機(jī)有單輥、雙輥和四輥式，按輥面型式分有齒輥式和光面輥式。該型式破碎機(jī)主要是靠輥?zhàn)拥臄D軋和磨剪力進(jìn)行破碎，以雙齒輥式破碎機(jī)為例，物料落在兩個(gè)相互平行而旋回相反的輥?zhàn)娱g（相向滾動(dòng)），在輥?zhàn)颖砻娴哪Σ亮ψ饔孟�，物料被扯進(jìn)轉(zhuǎn)輥之間，受到輥?zhàn)拥臄D壓而破碎，齒形輥面還有劈碎作用。
輥式破碎機(jī)適用于各種高、中等硬度以下的礦石和巖石的中細(xì)碎。主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備輕便、工作可靠、調(diào)整破碎比較方便、振動(dòng)較弱。缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力低，要求喂料連續(xù)均勻，輥面磨損不均、產(chǎn)品粒度不均勻，易發(fā)濺料，要經(jīng)常修理維護(hù)，另外需配置給礦除鐵裝置。
4、塊礦破碑
為改善高爐爐料的透氣性和傳熱條件，強(qiáng)化高爐冶煉和降低焦比，要求人爐鐵礦石的粒度均勻，粉末含量減少。由于部分鋼鐵廠進(jìn)廠的原礦中塊度大、品味低，故需要破碎加工成合格粒度的鐵礦石供高爐、燒結(jié)生產(chǎn)。
以三段開(kāi)閉路破碎篩分流程為例，進(jìn)廠塊礦粒度0～300mm需破碎加工成8～30mm粒度塊礦產(chǎn)品供高爐生產(chǎn)，另將≤8mm粒度粉礦篩分出來(lái)參與混勻配料供燒結(jié)生產(chǎn)，破碎流程見(jiàn)圖6所示。第一段為開(kāi)路粗破碎，配置1臺(tái)顎式破碎機(jī)將原礦破碎至160mm粒度以下，并篩分成3種粒級(jí)，中間級(jí)粒度為合格塊礦。第二段為開(kāi)路中破碎，配置1臺(tái)圓錐破碎機(jī)將塊礦破碎至50mm粒度以下，并篩分成3種粒級(jí)，中間級(jí)粒度為合格塊礦。第三段為閉路細(xì)破碎，配置1臺(tái)圓錐破碎機(jī)將塊礦細(xì)碎篩分成粉礦，篩上大料返回重新篩分破碎。
采用多級(jí)破碎閉路流程不僅主體設(shè)備數(shù)量多，而且要額外增加輔助設(shè)備，整體工程投資高�，F(xiàn)今隨著重機(jī)制造業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和破碎機(jī)械性能的改進(jìn)，出現(xiàn)了具備大處理能力、高破碎比、細(xì)出料粒度的新型高效破碎設(shè)備。采用先進(jìn)的設(shè)備雖然價(jià)格昂貴，但可以簡(jiǎn)化破碎篩分段數(shù)，減少工藝流程和減少設(shè)備臺(tái)數(shù)，反倒具有更好的投資建設(shè)經(jīng)濟(jì)性。
5、焦煤預(yù)破碎
煉焦用煤的粉碎細(xì)度和粒度組成對(duì)焦炭質(zhì)量影響較大。實(shí)際生產(chǎn)中不應(yīng)當(dāng)把各種煤先混合再粉碎，而是要根據(jù)不同煤種巖相組成的硬度差異，按不同粒度要求進(jìn)行篩分破碎。對(duì)于易粉碎的焦煤和肥煤可有較大的粒度，對(duì)于難粉碎的硬質(zhì)煤先一次破碎后再配煤，使二次粉碎后混合煤的粒度分布更均勻，從而達(dá)到提高焦炭質(zhì)量的目的。
圖7為焦煤預(yù)破碎流程，由原料場(chǎng)運(yùn)來(lái)的氣煤等難破碎的煤，先經(jīng)除鐵裝置將煤料中的鐵件去除后，分別進(jìn)入2臺(tái)可逆反擊錘式破碎機(jī)同時(shí)進(jìn)行預(yù)破碎加工，破碎后的煤經(jīng)帶式輸送機(jī)送往配煤槽。不需要預(yù)破碎的肥煤，可通過(guò)三通翻板調(diào)整煤料經(jīng)帶式輸送機(jī)直接送往配煤槽。如原料場(chǎng)輸煤系統(tǒng)能力大，而難以選用與系統(tǒng)能力匹配的大，破碎機(jī)時(shí)，則可以在破碎室內(nèi)建緩沖料倉(cāng)進(jìn)行緩沖，以減小破碎機(jī)能力。
6、高碳鉻鐵礦破碎
鉻鐵是生產(chǎn)不銹鋼的最重要的原料，每種不銹鋼都含有鉻。煉鋼車(chē)間冶煉鋼水所添加的原料為高碳鉻鐵（礦中Cr203≥40%，冶煉生產(chǎn)粒度為10～80mm）。高碳鉻鐵作為滾珠鋼、工具鋼和高速鋼的合金劑可提高鋼的淬透性，增加鋼的耐磨性和硬度；用作鑄鐵的添加劑，可改善鑄鐵的耐磨性和提高硬度，同時(shí)使鑄鐵具有良好的耐熱性，
鋼鐵廠外購(gòu)的高碳鉻鐵礦品質(zhì)參差不齊，自然塊中含有大量的大塊料，需要破碎成小塊并將細(xì)粉篩出。如圖9所示，自然塊粒度范圍為0～200mm，其中大塊料(粒度80～200mm)占～80%，合格礦（粒度10～80mm占- 10%，粉狀礦（粒度0～10mm）占～10%。自然塊卸至料槽后由大傾角膠帶機(jī)運(yùn)至顎式破碎機(jī)一次性碎破至80mm以下粒度，之后進(jìn)行一次篩分，篩上合格礦及篩下粉礦分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)料倉(cāng)貯存。
7、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，要設(shè)計(jì)一個(gè)完整合理的破碎篩分系統(tǒng)，本著節(jié)約工程投資、充分利用資源的原則，除考慮鋼鐵廠規(guī)模、物料特性、處理量之外，還需充分掌握破碎機(jī)理和破碎機(jī)械設(shè)備性能特點(diǎn)，才能設(shè)計(jì)出合適的工藝方案和選用適合裝備，最終構(gòu)建出理想的生產(chǎn)廠房，降低后序生產(chǎn)運(yùn)行成本，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
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