對輥破碎機在肥料行業中的應用

曹 輝

(威海恒邦化工有限公司 山東煙臺 264109)

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

在生產過程中，原料制備、渣的處理回用、中間物料的處理回用等環節需對物料進行破碎處理，過去選用的傳統破碎機對工況適應性不佳，近幾年采用對輥破碎機收到了滿意的效果，其實際應用情況介紹如下。

1 對輥破碎機簡介及選型

對輥破碎機由2根轉速相同、運行方向相反的輥子組成，采用雙驅動模式，物料由上方進入2根輥子之間的間隙，在高壓研磨擠壓力的作用下被擠壓破碎為細物料。輥子壓緊系統有彈簧和液壓2種形式，整體由電動機、減速機、對輥破碎機本體和壓緊系統組成。因對輥破碎機破碎流程配置簡單、投入少、效率高、噪聲低等優點，逐漸被應用至諸多物料破碎領域。

對輥破碎機主要是根據物料性質、破碎前后顆粒大小、處理能力等來確定設備規格和材質。主要規格包括輥子直徑和長度，直徑由破碎前后的物料顆粒大小決定，處理能力由輥子長度和轉速決定；輥子材質應根據所破碎物料的硬度和強度來確定，要求所選輥皮材質高于物料的硬度。

1.1 輥子直徑的確定[1]

如圖1所示，輥子直徑、輥子間隙與物料直徑之間的關系可以用式(1)和式(2)表示：

(1)

(2)

式中：R——輥子半徑，mm；

d——輥子間隙的一半，mm；

r——物料半徑，mm；

D1——輥子直徑，mm；

S——輥子間隙，mm；

D2——物料直徑，mm。

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

(3)

實際應用時，由已知的摩擦系數μ、物料直徑D2、確定的輥子間隙S(約為破碎后物料直徑)可核算出輥子的最小參考直徑。

1.2 輥子長度的確定

對輥破碎機的處理能力[2]可參照式(4)計算：

Q=60πD1LdnδK

(4)

式中：Q——處理能力，t/h；

L——輥子長度，m；

n——輥子轉速，m/s；

δ——礦石真密度，t/m3；

K——松散系數，取值0.1～0.3，金屬礦石取0.1，物料軟時取大值。

當處理能力確定時，可根據式(3)確定輥子直徑，再根據其他已知條件按式(4)計算出輥子長度。

2 對輥破碎機的實際應用

威海恒邦化工有限公司涉及破碎的環節以及過去所采用的設備：磷肥生產中的磷礦石采用顎式破碎機粗破+標準圓錐破碎機中破+短頭圓錐破碎機細破；合成氨生產中三廢混燃爐原料采用環錘破碎機破碎；復合肥生產中的大顆粒返料采用鏈式破碎機破碎。對于以上各環節所采用的破碎機在實際應用過程中存在的問題、設備改進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破碎機+一級檢查篩分，改造前破碎流程及設備規格如圖2所示。

1. 顎式破碎機PE400×600 2. 1#皮帶B800 3. 標準圓錐破碎機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PYD1750 8. 4#皮帶B800圖2 改造前磷礦石破碎流程及設備規格

顎式破碎機粗破后的磷礦石粒度≤60 mm，標準圓錐破碎機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進行磨礦；檢查篩分篩上粗塊返回至短頭圓錐破碎機細破至磷礦石粒度≤30 mm，然后與中破后的磷礦石混合，再送至檢查篩分。此流程的設計初衷是中、細破后的磷礦石經檢查篩分后，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。但實際應用效果并不理想，短頭圓錐破碎機受自身性能以及磷礦石水分含量、黏度等因素的影響，磷礦石不能真正達到細破的目的。

2.1.2 改造措施

根據磷礦石的性質，選用對輥破碎機作為替代設備，重新配置了流程，停用檢查篩分和短頭圓錐破碎機，將部分閉路破碎改為中破后磷礦石不經檢查篩分而全部送對輥破碎機細破，再送至球磨機進行磨礦。

生產中所采用的湖北和貴州地區的磷礦石屬沉積巖，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。考慮到標準圓錐破碎機中破性能和實際出料粒度情況，磷礦石入料粒度以60～80 mm為基準，破碎后要求粒度為10～20 mm，鋼材與磷礦石摩擦系數取0.35，依據式(3)計算得到輥子直徑為1 080 mm，圓整選定直徑為1 200 mm。

對于礦石類破碎，輥子轉速選60 r/min，處理能力60～90 t/h，日運行18～20 h，中等硬度礦石取松散系數K為0.2，根據式(4)計算得到輥子長度為0.615 m，圓整選定輥子長度為800 mm，有效長度約700 mm。

最終選定對輥破碎機輥子直徑1 200 mm，輥子長度800 mm，輥皮厚度120 mm，轉速60 r/min，出料粒度15 mm(可調)，功率2×75 kW。

輥皮材質確定選擇耐磨高鉻合金，經調質處理后內韌外硬，表面洛氏硬度達到HRC 60以上，可滿足破碎磷礦石要求。對輥采用帶儲能器的液壓壓緊方式，自動控制，當有高硬度鐵件等無法破碎的物料時，自動擴張放出鐵件后自行恢復間隙，以防止設備損壞。為避免鐵件進入設備內，在進料皮帶上設置了強磁鐵。改造后磷礦石破碎流程及設備規格如圖3所示。

1. 顎式破碎機PE400×600 2. 1#皮帶B800 3. 標準圓錐破碎機PYB1750 4. 2#皮帶B800 5. 對輥破碎機PDG- Ⅲ 6. 4#皮帶B800圖3 改造后磷礦石破碎流程及設備規格

改造效果：磷礦石粒度由原流程的≤30 mm減小至≤20 mm，減小了進入球磨機的磷礦石粒度，對提高磨礦細度提供了保證；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(160.0 kW)，采用1臺對輥破碎機(2×75.0 kW)替代，設備總功率減小了50.5 kW，年節電303 000 kW·h。

該對輥破碎機投運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，采用現場磨具將兩端高點磨平后，對輥間隙均勻，可繼續使用。

實際運行情況表明，對輥破碎機使用效果良好、維護量小、破碎效果穩定，很好地替代了原有流程的破碎設備。

2.2 三廢混燃爐原料破碎

合成氨造氣以無煙塊煤為原料，塊煤燃燒后產生的爐渣中含部分殘碳和少量熔渣，殘留熱值為6 279～8 372 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。原破碎流程為一級顎式破碎機+一級環錘破碎機，破碎流程及設備規格如圖4所示。

1. 顎式破碎機PE250×750 2. 環錘破碎機PCH0808 3. 皮帶B650圖4 改造前三廢混燃爐原料破碎流程及設備規格

在實際應用過程中，環錘破碎機的環錘磨損快且不均勻，底部箅子板易堵塞，導致端襯板磨損也較嚴重，維修量很大，一般3～4 d需維修并更換環錘。

根據原料特性和處理量，經核算選用1臺2PG600對輥破碎機，輥子直徑600 mm，輥皮厚度100 mm，轉速60 r/min，出料粒度5 mm(可調)，功率2×15 kW。輥皮基體為碳鋼材質，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備規格如圖5所示。

1. 顎式破碎機PE250×750 2. 對輥破碎機2PG600 3. 皮帶B650圖5 改造后三廢混燃爐原料破碎流程及設備規格

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；設備運行功率由37 kW減小至2×15 kW，按日運行6 h計，每年可以降低電耗14 000 kW·h。

該對輥破碎機投運14個月以來，沒有更換部件；運行過程中間隔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原狀，保持對輥圓整、間隙均勻，可大幅縮短維修工時并降低檢修成本。

雖然采用對輥破碎機的使用效果優于原環錘破碎機，但在材質選擇上，應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異的D698耐磨焊條等進一步提高輥皮表面硬度，以延長使用壽命，進一步減少維修工作量。

2.3 大顆粒復合肥破碎

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

1. 二次烘干機Ф 2 800 mm×28 000 mm 2. 1#斗提機NE100 3. 一級滾筒篩Ф 2 000 mm×5 500 mm 4. 鏈式破碎機WP8000 5. 1#皮帶 6. 斗提機NE100 7. 二級滾筒篩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 改造前大顆粒復合肥破碎流程及設備規格

流程中一級滾筒篩上粒度≥4.5 mm的大顆粒復合肥原采用鏈式破碎機破碎，破碎后物料落至返料皮帶返回造粒機重新造粒。鏈式破碎機是利用中心軸上懸掛的鋼鏈來實現物料的破碎，破碎粒度并不均勻，且破碎機沖擊力大，落料沖擊粉塵多，密閉回收效果不佳，現場環境較差。

根據礦石和爐渣物料采用對輥破碎機破碎的成功經驗，經核算選擇了1臺2PG1000對輥破碎機替代鏈式破碎機。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的問題，因此要求制造企業設置了可調節刮刀以防止輥子出現物料黏結。對輥破碎機的輥子直徑為1 000 mm，輥子長800 mm，輥皮厚100 mm，轉速80 r/min，出料粒度2 mm(可調)，功率2×30 kW。輥皮采用碳鋼材質，表面洛氏硬度在HRC 30以上，可滿足破碎肥料的要求。改造后大顆粒復合肥破碎流程及設備規格如圖7所示。

1. 二次烘干機Ф 2 800 mm×28 000 mm 2. 1#斗提機NE100 3. 一級滾筒篩Ф 2 000 mm×5 500 mm 4. 對輥破碎機2PG800 5. 1#皮帶 6. 斗提機NE100 7. 二級滾筒篩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 改造后大顆粒復合肥破碎流程及設備規格

改造效果：采用對輥破碎機破碎大顆粒復合肥，通過調節對輥間隙的方式來保證破碎后肥料的粒度滿足工藝要求，實踐操作中對輥間隙調整至2～3 mm為宜；采用平面光輥，對輥擠壓后實際得到的是松散的餅狀肥料，該餅狀肥料在造粒機內回轉運動及與物料摩擦過程中很容易粉碎，并與噴漿物料混合成粒，造粒機出口物料成粒均勻，不會存在餅狀物料；因對輥破碎機轉速較慢且物料沖擊力大大減小，物料下落后粉塵大幅減少，現場環境大為改善；改造后設備運行功率由2×37 kW降至2×30 kW，年節電76 000 kW·h。

在正常生產工況下，對輥破碎機運行良好。需要注意的是，肥料類物料在空氣濕度大時易吸潮，導致在設備內黏結而引發故障。因此，初始開車時，需清空破碎機內物料并增大輥子間隙，待系統物料循環升溫、物料含水量恢復正常后，再將輥子間隙調節至正常值。

3 結語

通過近3年的運行，對輥破碎機在磷礦石破碎、爐渣破碎、大顆粒肥料破碎等方面均取得了良好的應用效果。實踐證明，只要選型、選材得當，對輥破碎機效率高、適應性強，可減少消耗及設備維修維護的工時和費用，同時可為改善操作環境創造條件，值得在肥料行業中推廣應用。