釩鐵合金顎式破碎機的研究與應用

王 方

（河鋼承鋼釩鈦事業部，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 碎塊的數量不得超過總重量的5%。隨著冶金技術的發展及環保形勢的要求，鋁熱法冶煉釩鐵合金成為市場主流，其工藝生產的釩鐵合金抗壓強度在450MPa～1200MPa，國產破碎機可破碎材料的抗壓強度均低于300MPa，由于缺乏專業破碎設備，現釩鐵合金破碎作業效率低，勞動強度大，風險大，維護成本高，且破碎粒度不易控制。國內少數企業進口鐵合金強力破碎機，使用效果較好，但存在備件供貨及設備維護成本高的問題。因此，發展功能強大的國產強力破碎機是當務之急。

1 顎式破碎機的類型

顎式破碎機最基本的機型有兩種，即簡擺顎式破碎機和復擺顎式破碎機。

圖1 簡擺顎式破碎機示意圖

圖2 復擺顎式破碎機示意圖

簡擺顎式破碎機，如圖1 所示，其工作原理是：電動機8 驅動皮帶7 和皮帶輪5，通過偏心軸6 使連桿11 上下運動。當連桿上升時，肘板10、12 之間的夾角較大，從而推動動顎板3 向固定顎板1 接近，與此同時物料2 被壓碎；當兩岸下行時，肘板10、12 之間的夾角變小，動顎板在拉桿彈簧9 的作用下離開固定顎板，此時被壓碎的物料從破碎腔排出。隨著電動機連續轉動而破碎機動顎做周期性的壓碎物料。這種破碎機由于動顎是繞懸掛點做簡單擺動，故稱簡擺顎式破碎機。該機是曲柄雙搖桿機構。動顎繞懸掛軸的軌跡為圓弧。

復擺顎式破碎機是將簡擺顎式破碎機懸掛軸去掉，并將動顎懸掛在偏心軸上，同時去掉前肘板和連桿，便構成復擺顎式破碎機，如圖2 所示，由于該機動顎繞偏心軸轉動的同時，還饒同一中心做擺動，構成一種復雜運動，故稱為復擺顎式破碎機。該機是曲柄連桿機構，動顎運動軌跡為連桿曲線，視為橢圓。

這兩種破碎機比較，前者優點是動顎垂直行程較小，顎板磨損低輕；工作中，連桿施以較小的力而顎板就能產生很大的推力；其缺點是：結構較復雜又比較重，其次它的動顎運動軌跡不理想，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，不能保證產品粒度。此外，動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，它比復擺顎式破碎機生產率低40%左右。隨著滾動軸承質量和耐磨材料耐磨性的提高以及采用現代的設計方法，減緩了顎板的磨損等，國內主流市場上，復擺顎式破碎機基本代替簡擺顎式破碎機。

2 國內外合金破碎機使用情況

由于鐵合金抗壓強度范圍較廣，部分鐵合金抗壓強度達到1200MPa 以上，因此國外鐵合金強力破碎機廠家均采用簡擺顎式破碎機結構，國外生產的鐵合金強力破碎機主要包括：日本BGM 破碎機；法國YERNAUX 公司的MPR 破碎機；德國KRUPP 公司的顎式破碎機。從結構和使用效果來看，BGM 型破碎機更好。上個世紀90 年代我國生產的PEC 系列鐵合金強力破碎機是在充分研究這些國外同類設備的基礎上，結合我國對鐵合金粒度的爐外精煉技術的要求以及鐵合金行業的現狀而開發的新型破碎設備。其采用簡擺顎式破碎機結構，減少了動顎垂直行程，降低了顎板的磨損。工作中，連桿可以以較小的力推動顎板產生很大的推力，利用顎板的牙形折斷鐵合金，實現合金物料的破碎。機器的機械部件由優質合金鋼制成，特別是在改進了顎板，肘板，肘板座，連桿體，活動顎體等零件的材料選擇和熱處理工藝之后，在原來的基礎有效的延長了使用壽命。

2000 年前后，部分脫氧類鐵合金行業廠家采購投用了國產PEC 系列鐵合金強力破碎機，使用效果上滿足產品工藝要求，但設備維護保養技術要求較高，設備投入運行成本較大。隨后，國內破碎設備制造廠家根據鐵合金行業反饋的問題，進行技術攻關，逐步完善了設備的性能指標。2012 年以后，釩合金行業廠家逐步引入PEC 系列鐵合金強力破碎機。

3 PEC系列鐵合金強力破碎機主要特點

3.1 強度高

該機結構堅固，機架采用優質鋼板焊接而成，支架和偏心軸均采用優質合金鋼制成。整機強度遠高于普通破碎機，可破碎抗壓強度不超過1500MPa 的各種鐵合金。

3.2 破碎腔

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

圖3 破碎機腔形曲線比較

PEC 系列破碎機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動而不會阻塞或阻塞物料。使用效果也優于普通顎式破碎機。

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的重要指標。經過調查和理化分析測試，國外鐵合金強力破碎機基本上使用特殊的高錳鋼材料。根據國內實際情況和實驗研究，顎板采用ZGMn13Cr 材料，顎板橫斷面結構形狀采用三角形。

3.4 肘板和肘板座

肘板和肘板座是破碎機的主要力傳遞部分之一。肘板的運動是復雜的平面運動，并且其與肘板座之間的相對運動是滾動或滑動或滾動和滑動的組合。為了減少摩擦，PEC系列破碎機的肘板和肘板座之間的相對運動主要設計為滾動結構。

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度和良好的耐磨性。 PEC 系列破碎機的托架和托架由優質合金鋼鍛造而成，并且接觸面也經過熱處理以使其表面具有較高的硬度。普通顎式破碎機的支架由普通灰鑄鐵制成。

3.5 連桿

連桿是破碎機的主要部分，它將旋轉運動轉換為線性運動。連桿的下部承受巨大的擠壓力。

3.6 動顎

進口破碎機動顎下部在使用時也出現過裂紋，問題的原因除嚴重超載外，本身的結構設計也存在問題。本機在結構上進行了改進，在選材上也優于進口破碎機。

4 結論

國產齒板，肘板，肘板，連桿和其他零件已在進口鐵合金強力破碎機上使用了很多年。經過多年的生產評估和系統測試，PEC 系列破碎機證明其主要性能和技術指標已達到國外同類設備的先進水平。該機的成功開發填補了國內空白，解決了國內冶金行業高強度鐵合金的難題，確保了爐外精煉的順利進行，提高了我國鐵合金行業在國際市場上的競爭力。其經濟效益和社會效益十分顯著。

5 釩鐵合金顎式破碎機發展新方向

隨著國內制造業高端化發展趨勢，釩鐵合金對表面氧化膜提出更高的要求，傳統水淬及空冷作業無法滿足市場需求，隨爐冷卻技術呼之欲出，釩鐵合金抗壓強度進一步提升，國內部分破碎設備廠家參考國外破碎機新趨勢，正在研究高強度等級的復擺顎式破碎機方案，以適應市場新需求。