雙齒輥低速篩分破碎機(jī)的特點(diǎn)及其在我國的應(yīng)用

李 鵬 楊 健 吳林潔

(1.國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)洗選中心，陜西省榆林市,719315;2. 澳大利亞愛邦公司北京代表處，北京市朝陽區(qū), 100023)

雙齒輥低速篩分破碎機(jī)(Twin Roll Sizer)是英國人阿蘭·帕斯(Allen·Parth)為了解決煤炭機(jī)械化開采中大塊煤炭的破碎問題于1978年首先開發(fā)的。后來，澳大利亞人為解決煤炭過粉碎和產(chǎn)品粒度超限問題，又在英國人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了這種破碎機(jī)的設(shè)計(jì)和制造。這是一種適用于現(xiàn)代化煤礦煤炭破碎的大型新式破碎機(jī)。由于低速篩分破碎機(jī)采用的是先進(jìn)的剪切和擠壓破碎理論，設(shè)備具有較大的處理能力，可以較大程度地減少過粉碎，可以精確控制產(chǎn)品粒度，又能破碎大塊入料，因而逐漸受到普遍關(guān)注。

澳大利亞是世界主要的產(chǎn)煤國之一，又是世界上最大的煤炭出口國，由于煤質(zhì)的關(guān)系，對(duì)煤炭洗選工藝提出了較高的要求。作為一個(gè)老牌的雙齒輥破碎機(jī)的生產(chǎn)廠家，澳大利亞FLS愛邦有限公司從20世紀(jì)80年代開始研制開發(fā)低轉(zhuǎn)速篩分破碎機(jī)。當(dāng)時(shí)開發(fā)這種破碎機(jī)的一個(gè)主要目的，是減少破碎過程產(chǎn)生的過粉碎，從而降低后續(xù)選煤工藝的處理成本。由于具備先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、緊湊的外形設(shè)計(jì)、產(chǎn)品粒度精確可控和可連續(xù)破碎高抗壓強(qiáng)度的物料的優(yōu)異性能，愛邦低速篩分破碎機(jī)在礦物破碎領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

1 雙齒輥低速篩分破碎機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)

20世紀(jì)90年代初，英國MMD公司經(jīng)過多年的宣傳和推廣，終于成功地將1臺(tái)雙齒輥低速篩分破碎機(jī)引進(jìn)到山西安太堡露天煤礦使用。后來又過了大約7～8年的時(shí)間，陽煤集團(tuán)應(yīng)用了第2臺(tái)MMD破碎機(jī)。這2臺(tái)破碎機(jī)的使用效果良好，得到了用戶的接受和認(rèn)可。相比傳統(tǒng)的雙齒輥破碎機(jī)，這種破碎機(jī)有著多個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，因此，很快就在煤炭洗選行業(yè)得到了認(rèn)可和推廣。尤其是2003-2012年的10年煤炭黃金期內(nèi)，這種破碎機(jī)不僅在選煤廠的原煤和精煤破碎中得到了廣泛應(yīng)用，還在井工煤礦的放頂煤開采破碎大塊矸石和原煤以及露天煤礦剝離和開采作業(yè)的煤炭和矸石破碎中得到較多應(yīng)用。

21世紀(jì)初，隨著雙齒輥低速篩分破碎機(jī)在我國煤炭行業(yè)逐漸被接受采用，澳大利亞FLS愛邦有限公司先進(jìn)的雙齒輥低速篩分破碎機(jī)決定正式開始進(jìn)入中國，并于2005年在我國正式成立了愛邦公司辦事處，招聘技術(shù)員工并系統(tǒng)開始對(duì)技術(shù)員工進(jìn)行培訓(xùn)工作，開始了愛邦破碎機(jī)在中國的正式引進(jìn)工作。愛邦雙齒輥低速篩分破碎機(jī)的性能特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)如下。

(1)破碎齒采用燕尾槽固定，穩(wěn)固不松動(dòng)。目前煤礦井下和選煤廠中大處理量原煤破碎機(jī)的部分廠家都采用齒座齒帽式的安裝方式。這種截齒采用螺栓固定。當(dāng)入料矸石硬度較大時(shí)，螺栓單向受力，很容易出現(xiàn)螺栓松動(dòng)，無法緊固破碎齒，運(yùn)行情況中會(huì)有脫落情況出現(xiàn)，還會(huì)出現(xiàn)螺栓斷裂的情況，對(duì)后續(xù)選煤工藝造成很大麻煩，而且需要經(jīng)常停機(jī)緊固破碎齒，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。井下破碎機(jī)更換齒帽相當(dāng)麻煩，需要礦上備兩個(gè)齒輥軸總成備件，將井下需要換齒的軸拆下運(yùn)至地面，把備件軸安裝在破碎機(jī)上。運(yùn)至地面的軸再由機(jī)修工人拿焊槍慢慢割下斷裂的螺栓。更換一套齒不但需要礦方額外采購兩根齒輥軸總成備件，整個(gè)換齒過程還需一周的時(shí)間。

愛邦破碎機(jī)采用燕尾槽鑲嵌從軸端固定破碎齒的方式，可以完全固定截齒不松動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)脫落或斷齒。這種方式破碎齒和齒輥軸受力面積大，利于破碎硬度大的矸石，本身破碎齒也更粗壯，強(qiáng)度更大，鷹嘴式齒牙更耐磨。更換截齒也很方便，無需吊出齒輥軸，只需在端部打開夾緊環(huán)，截齒就可以一個(gè)接一個(gè)退出來，一個(gè)班就可以換完2根軸上的截齒。安裝方式見圖1。

(2)平行布置破碎齒，杜絕產(chǎn)品超粒。大部分廠家都采用螺旋齒布置方式。在同一時(shí)間各個(gè)齒牙的開口角不同，每個(gè)齒牙間空隙的尺寸不同，廠家在設(shè)計(jì)時(shí)為保證處理量，由小開口角處限定出料粒度，導(dǎo)致大開口角處就會(huì)有超粒通過。愛邦公司采用平行式布置方式，保證在同一時(shí)間，各個(gè)齒牙間的間隙尺寸是一致的，保證大于出料粒度的物料必須被破碎。前面敘述的同煤大唐塔山煤礦有限公司原使用的其它廠家的破碎機(jī)，參數(shù)為入料粒度50～150 mm，出料粒度50 mm。該破碎機(jī)出料嚴(yán)重超粒，出料粒度最大到80 mm，超過50 mm的量高達(dá)25%～30%。2015年愛邦為選煤廠提供了2臺(tái)ABON 5/180CC型雙齒輥篩分破碎機(jī)替換原有破碎機(jī)。自2015年3月運(yùn)行至今，愛邦破碎機(jī)保證了精煤產(chǎn)品50 mm出料粒度5%限上率的技術(shù)要求。破碎齒布置對(duì)比見圖2。

圖1 愛邦破碎機(jī)破碎齒安裝方式

圖2 破碎機(jī)破碎齒布置對(duì)比

(3)全稀油潤滑，日常維修保養(yǎng)簡單。大部分破碎機(jī)廠家都采用油脂集中潤滑系統(tǒng)。這種潤滑方式有以下幾個(gè)顯著的缺點(diǎn)：一是要有一套專門的注油系統(tǒng)，而且由于黃油粘稠度太大，注油系統(tǒng)經(jīng)常出毛病；二是需要頻繁地注油，間隔最短的注油時(shí)間為2周左右；三是黃油潤滑容易造成軸承外側(cè)的油脂和煤塵及其他細(xì)微顆粒混合在一起，造成軸承的磨損，導(dǎo)致軸承使用壽命短，一般3～5年就需要大修。

愛邦破碎機(jī)整機(jī)采用全稀油潤滑。日常維修保養(yǎng)很簡單，只需每周通過油位觀察鏡觀察油位即可。每年只需要定期更換一次潤滑油即可。軸承完全被密封起來，不與外界接觸。這是愛邦破碎機(jī)10 a才需要大修的原因之一。

(4)高強(qiáng)度耐磨合金鋼保證破碎截齒耐磨壽命長。破碎截齒使用壽命的長短對(duì)煤炭破碎作業(yè)非常關(guān)鍵，它直接關(guān)系到破碎機(jī)的運(yùn)營成本和維護(hù)工作量。在原煤破碎作業(yè)中，由于原煤中矸石含量大，矸石硬度大，破碎機(jī)截齒的壽命問題成為控制作業(yè)成本的關(guān)鍵。比如，同煤集團(tuán)同忻煤礦選煤廠就出現(xiàn)過原煤破碎機(jī)的截齒使用2周就被全部磨掉的情況。

為解決這一關(guān)鍵問題，愛邦公司整體設(shè)計(jì)破碎機(jī)時(shí)，充分考慮了截齒使用壽命的重要性。一方面是材質(zhì)上選用澳洲自行開發(fā)的一種特殊的高強(qiáng)度耐磨合金鋼材料來制造截齒，這種材料有很高的強(qiáng)度，又不太脆，而且還要求越磨越耐磨。另一方面，愛邦公司在破碎機(jī)設(shè)計(jì)選型階段，一定要確保需要破碎的物料在破碎機(jī)中被咬合1～2次的情況下就要被破碎，達(dá)到用戶要求的粒度。這樣的設(shè)計(jì)可確保物料磨損截齒的時(shí)間較短和次數(shù)較少，從而截齒的使用壽命得以大大延長。另外，螺旋齒形排列結(jié)構(gòu)會(huì)造成堅(jiān)硬大塊物料在破碎腔內(nèi)沿軸向多次移動(dòng)打滾，從而使破碎機(jī)截齒的磨損加快很多。愛邦破碎機(jī)平行排列的截齒則可避免這種情況的發(fā)生，從而延長破碎機(jī)破碎截齒的壽命。

同煤集團(tuán)的挖金灣煤礦和四老溝煤礦的使用工況基本相同，原煤和矸石的抗壓強(qiáng)度幾乎一樣，入料粒度和出料粒度，還有小時(shí)處理量都十分類似。愛邦公司的ABON5/180CHD型破碎機(jī)的一套截齒使用壽命在8～10個(gè)月左右。

2 愛邦低速篩分破碎機(jī)在神東煤制油選煤廠的應(yīng)用

國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)公司洗選中心煤制油選煤廠(以下簡稱為“煤制油選煤廠”)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)。該廠自2006年開工建設(shè)，2008年8月建成投產(chǎn)，年處理原煤6.0 Mt/a，負(fù)責(zé)國家“十五”計(jì)劃重點(diǎn)工程神華煤直接液化項(xiàng)目燃料煤的洗選加工任務(wù)。洗選工藝為重介旋流器全末煤入洗，主要分選設(shè)備為有壓兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器，分選粒度為1.5～30 mm，分選出精煤和中煤。精煤作液化用煤，中煤用于發(fā)電。產(chǎn)品利用率達(dá)到100%，洗水實(shí)現(xiàn)了一級(jí)閉路循環(huán)。主要產(chǎn)品有煤制油精煤(粒度小于30 mm)、煤制油混煤(粒度小于30 mm)和電煤(粒度小于30 mm)。

2006年12月煤制油選煤廠引進(jìn)2臺(tái)愛邦7/250HSS型篩分破碎機(jī)。每臺(tái)破碎機(jī)配備1臺(tái)電機(jī)，功率250 kW，減速器速比28∶1，電壓等級(jí)660 V。該破碎機(jī)是中心距固定的雙齒輥篩分破碎機(jī)。齒輥軸中心距為700 mm，齒輥軸長度為2500 mm，入料粒度為30～80 mm，出料粒度要求為30 mm。

為達(dá)到設(shè)計(jì)的小時(shí)處理能力以及保證產(chǎn)品的出料粒度，這種破碎機(jī)采用了側(cè)邊破碎方式，即兩根齒輥軸向外旋轉(zhuǎn)，利用截齒將處在齒輥軸與破碎板之間的物料進(jìn)行破碎。在破碎機(jī)排料口處的破碎板上安裝了用于最終控制出料粒度的合金鋼梳齒插件。而破碎板安裝在破碎機(jī)側(cè)板上，通過油泵上下可以調(diào)節(jié)，以確保出料粒度在用戶要求的范圍之內(nèi)。

煤制油選煤廠篩分車間共計(jì)安裝了6臺(tái)破碎機(jī)，分別是一級(jí)破碎機(jī)，二級(jí)破碎機(jī)，三級(jí)破碎機(jī)。每一級(jí)破碎機(jī)都安裝2臺(tái)，其中一級(jí)破碎機(jī)控制出料粒度≤150 mm，二級(jí)破碎機(jī)控制出料粒度≤50 mm，三級(jí)破碎機(jī)(即愛邦7/250HSS型破碎機(jī))為三級(jí)破碎機(jī)，也是終破，控制粒度≤30 mm，三破是保證供應(yīng)煤制油公司產(chǎn)品煤粒度的最終破碎機(jī)，起到關(guān)鍵作用。

愛邦7/250HSS型篩分破碎機(jī)單臺(tái)設(shè)計(jì)處理能力為500 t/h。實(shí)際生產(chǎn)過程中，過煤量可達(dá)到450 t/h。 采用兩側(cè)破碎方式，原煤出料粒度也很好地被控制在30 mm以下。

自2007年投入使用以來，這2臺(tái)愛邦7/250HSS型篩分破碎機(jī)至今已穩(wěn)定可靠運(yùn)行12 a多，沒有超?，F(xiàn)象，除了正常更換磨損件(截齒和破碎板)外，沒有更換過主要大件，也沒有進(jìn)行過大修。

3 愛邦低速篩分破碎機(jī)在其他煤炭企業(yè)的應(yīng)用

3.1 井下破碎作業(yè)

由于現(xiàn)在井工煤礦綜采設(shè)備越做越大，再加上放頂煤開采方式，最大原煤和矸石粒度往往可達(dá)1～1.5 m，甚至長達(dá)2 m左右。通常工作面刮板輸送機(jī)機(jī)機(jī)尾會(huì)布置一臺(tái)轉(zhuǎn)載破碎機(jī)。這種轉(zhuǎn)載破碎機(jī)一般采用單輥錘式破碎機(jī)，出料開口的高度通常是300 mm。但是，當(dāng)遇到抗壓強(qiáng)度高的矸石或原煤粒度達(dá)到1 m以上時(shí)，而且來料量又很大，轉(zhuǎn)載破碎機(jī)來就會(huì)不及破碎。為保證通過能力，使用現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)抬高出料口，直至所有物料能順利通過為止。這就導(dǎo)致從采煤工作面的來料粒度變大，一般三維尺寸會(huì)有不少超過600×800×1000 mm的。這種尺寸對(duì)一般選煤廠是無法處理的。另外，由于錘式破碎機(jī)自身設(shè)計(jì)上的缺點(diǎn)導(dǎo)致會(huì)有扁平型的物料，因此，會(huì)出現(xiàn)最長邊會(huì)達(dá)到1.5～2 m的大塊。在轉(zhuǎn)載過程中，這些大塊會(huì)砸壞、撕裂大巷皮帶和造成井下煤倉堵塞，因此現(xiàn)在1000萬t/a以上的大型煤礦設(shè)計(jì)趨勢(shì)是在順槽皮帶和大巷皮帶之間，或井下煤倉上方安裝一臺(tái)雙齒輥低速篩分破碎機(jī)，把這些超大塊破碎到300 mm以下。

針對(duì)以上的破碎需求，伊泰煤炭公司酸刺溝煤礦于2007年引進(jìn)了1臺(tái)愛邦公司ABON 8/300CCTD型破碎機(jī)，并在2008年開始安裝使用，處理能力為4500 t/h，入料中矸石含量30%左右，矸石最大硬度達(dá)到150 MPa，入料粒度最大1200 mm，出料粒度為300 mm，從2008年開始使用至今，很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)要求。雖然已處理原煤約1.3億t，但ABON 8/300CCTD型破碎機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、破碎軸總成及破碎機(jī)箱體仍保持良好狀態(tài)，日常除正常破碎截齒消耗，沒有更換過其它備件。尤其是齒輥軸上固定截齒的燕尾槽結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了考驗(yàn)，固定截齒不松動(dòng)。該公司后來又陸續(xù)采購2臺(tái)同型號(hào)的破碎機(jī)。除了酸刺溝礦以外，這種破碎機(jī)在中煤能源集團(tuán)安家?guī)X1號(hào)井工礦、山西焦煤集團(tuán)斜溝煤礦等煤礦也得到很好的應(yīng)用。

3.2 選煤廠破碎作業(yè)

大同煤礦集團(tuán)公司塔山礦選煤廠以往一直存在超粒問題，嘗試過多家雙齒輥破碎機(jī)廠家的產(chǎn)品，都不能很好解決超粒問題，以至由于產(chǎn)品煤超粒嚴(yán)重，產(chǎn)品煤銷售時(shí)而被罰款。愛邦公司通過多次實(shí)地考察和煤炭采樣分析，針對(duì)塔山礦的超粒問題，開發(fā)出了ABON5/180CC型精煤破碎機(jī)，于2015年3月在塔山二期選煤廠安裝了2臺(tái)ABON5/180CC型破碎機(jī)，單臺(tái)處理能力300 t/h，入料粒度50～200 mm，出料粒度50 mm。由于在設(shè)計(jì)中采用了平行齒結(jié)構(gòu)，結(jié)合截齒結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)三維設(shè)計(jì)，保證了出料粒度控制。在出料粒度的測(cè)試中，基本達(dá)到了沒有超粒的要求，非常好地解決了塔山選煤廠長期超粒的問題。

大同煤礦集團(tuán)公司挖金灣礦選煤廠在考察塔山礦選煤廠之后應(yīng)用了1臺(tái)ABON5/180CHD型原煤破碎機(jī)。該破碎機(jī)入料量處理能力300 t/h，矸石含量最大時(shí)達(dá)到80%，矸石硬度120 MPa，入料粒度50～300 mm，出料粒度50 mm。50 mm的出料后續(xù)采用旋流器洗選，得益于愛幫破碎機(jī)嚴(yán)格的粒度控制，解決了以往旋流器經(jīng)常由于超粒入料而堵塞的現(xiàn)象。ABON5/180CHD型破碎機(jī)在挖金灣礦使用中，一套截齒使用壽命在8～10個(gè)月左右。

在我國煤炭企業(yè)，一般原煤破碎前要設(shè)置手選皮帶，把大塊的矸石先人工撿走，雖然設(shè)置有人工揀矸皮帶，但并不能保證矸石完全被撿出，經(jīng)常造成破碎機(jī)堵塞，甚至損壞的后果。愛邦公司針對(duì)中國煤炭企業(yè)的實(shí)際使用情況，開發(fā)了高抗強(qiáng)度和高抗沖擊的減速機(jī)和破碎腔結(jié)構(gòu)，在大同煤礦北辛窯礦采用2臺(tái)ABON5/180CC型原煤破碎機(jī)，設(shè)計(jì)處理量250 t/h，入料粒度150～300 mm，出料粒度150 mm，實(shí)際上矸石入料粒度往往在500 mm以上，人工撿矸來不及撿的時(shí)候甚至還會(huì)有1 m的扁平型物料進(jìn)入破碎機(jī)。在這種極端超粒的情況下，大塊矸石需要在破碎腔中滾動(dòng)多次才能被破碎，但除截齒磨損比正常快之外，并不會(huì)影響愛邦破碎機(jī)的正常運(yùn)行，未出現(xiàn)斷齒、掉齒和堵轉(zhuǎn)等情況，也沒有出現(xiàn)過故障停機(jī)。保證了在人工撿矸不到位的情況下，也能保證破碎系統(tǒng)的穩(wěn)定。

4 結(jié)語

愛邦雙齒輥低速篩分破碎機(jī)在國外是設(shè)計(jì)用來在煤礦和金屬礦山全天候進(jìn)行連續(xù)作業(yè)的高質(zhì)量設(shè)備，制造水平高、可靠性好。在引進(jìn)中國市場(chǎng)后，愛邦破碎機(jī)表現(xiàn)出來的技術(shù)先進(jìn)性也已經(jīng)通過10多年的應(yīng)用證明。因此，愛邦雙齒輥低速篩分破碎機(jī)必然會(huì)被越來越多的大型煤炭企業(yè)集團(tuán)所采用，從而為提升我國煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益做出更大貢獻(xiàn)。

目前，愛邦低速篩分破碎機(jī)已在全球范圍內(nèi)廣泛用于煤炭、金屬礦和非金屬礦的初碎、中碎和細(xì)碎，如加拿大鋁業(yè)、美國鋁業(yè)、英美礦業(yè)、BHP、力拓、皮博迪煤炭、英科礦業(yè)、殼牌礦業(yè)、蒂斯總包、中國國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、平朔煤炭集團(tuán)、伊泰煤炭、大同煤礦集團(tuán)、萊蕪礦業(yè)、黃陵礦業(yè)等礦業(yè)集團(tuán)等。在澳大利亞，愛邦破碎機(jī)已逐步取代了其他競(jìng)爭對(duì)手的設(shè)備，在煤炭工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)。