(中國粉體技術網/班建偉)圓錐破碎機因位于礦石破碎生產線的最后階段而處于重要地位,也是選礦廠的關鍵設備。近年來,由于市場的變化及需求,國內不論是破碎機用戶還是制造廠商,都對圓錐破碎機產生了濃厚的興趣,先是引進國外先進的圓錐破碎機,然后是消化吸收,進而是研發創新,成為當前破碎機行業重點關注的機型。
1 圓錐破碎機的發展現狀
國內圓錐破碎機是在 1954 年仿前蘇聯的 φ2100和 φ1650 彈簧式圓錐破碎機的基礎上,自行設計生產的 φ1200 彈簧圓錐破碎機;1958 年又設計制造了大型的 φ2200 彈簧圓錐破碎機;上世紀 70 年代又研發了底部單缸與多缸液壓圓錐破碎機,也曾經研制過中心液壓缸圓錐破碎機。之后經過多年反復研制與實踐,相繼克服了舊系列彈簧圓錐破碎機彈簧壓力不足、零部件強度低以及結構上的某些缺陷,已批量生產的新系列彈簧圓錐破碎機有直徑 600、900、1200、1750、2200 mm 五個規格,14 種腔型;底部單缸液壓圓錐破碎機有直徑 900、1200、1650、2200 mm 四個規格,12 種腔型;多缸液壓圓錐破碎機有直徑 1200、2200mm 二個規格,4 種腔型。當時國產圓錐破碎機已經達到了系列化、規格化和標準化的程度,可以說產品齊全,使用可靠,受到國內外 (東南亞國家) 的認可。
盡管如此,國產圓錐破碎機與國外先進的圓錐破碎機相比還是有一定的差距。為了趕上世界先進水平,沈陽重型機器廠又引進了美國諾得伯格 (Nordberg) 公司的西蒙斯 (Symons) 與旋盤式圓錐破碎機 (Gyradisccrushers) 技術。
鞍山鋼鐵集團調軍臺選礦廠于 1997 年引進美國諾得伯格公司生產的 HP700 多缸液壓圓錐破碎機,2臺中碎,4臺細碎;武鋼程潮鐵礦于 2002 年初用 3 臺HP500 多缸液壓圓錐破碎機代替 3臺φ2100 彈簧圓錐破碎機;包頭鋼鐵公司選廠也采用了 HP800 多缸液壓圓錐破碎機。其他如馬鋼選廠、武鋼大冶鐵礦選廠,以及眾多的地方中小型選廠,有色金屬礦選廠,如韶關凡口鉛鋅礦選廠,云銅大紅山銅礦選廠都是采用HP 系列破碎機代替原彈簧圓錐破碎機,使用效果都比較滿意,基本上能滿足“多碎少磨”的工藝要求。
在砂石行業也引進了 HP 系列圓錐破碎機,如三峽工程中古樹嶺石料場采用 2 臺 HP300 和 2臺 Omnicone1560 圓錐破碎機;三峽下岸溪石料場采用 4 臺HP500 圓錐破碎機;香港奧石礦廠采用 1臺HP700和 2臺HP500 圓錐破碎機;香港新機場工程采用 6 臺HP 系列和 2臺 Omnicone 圓錐破碎機;廣州黃陂石礦廠采用 3 臺 Omnicone 圓錐破碎機。此外,馬鋼孤山鐵礦、北京三聯砂石場和張家口采石廠等也采用了諾伯格公司生產的 G 型單缸液壓圓錐破碎機。
2000 年前后,瑞典 Svedala 集團首先將 H1000系列 單缸液壓圓錐破碎機推向市場,繼而又將山特維克 (Sandvik) 公司 H1800 系列 (現改稱 CH 系列) 單缸液壓圓錐破碎機投向中國市場,一時又掀起了單缸液壓圓錐破碎機的熱潮。鞍鋼集團弓長嶺、大孤山、胡家廟、齊大山等鐵礦,以及太鋼尖山鐵礦選礦廠,先后引進約幾十臺 H6800 和 H8800 單缸液壓圓錐破碎機;江西銅業德興銅礦也先后引進了數臺 H8000 和H8800。
最新推出的 H7800 型單缸液壓圓錐破碎機于2006 年首次在洛鉬集團選廠使用后,先后也有幾十臺在多家大型礦業公司,如重鋼太和鐵礦、安徽開發礦業、唐鋼司家營鐵礦和廣西華銀鋁業等獲得成功應用。本鋼南芬選廠也采用了 H6800 和 H7800 單缸液壓圓錐破碎機代替原來的國產彈簧圓錐破碎機。
慣性圓錐破碎機是前蘇聯產品,其專利已轉讓給美國、日本和西歐等國。國內北京礦冶研究總院與圣彼得堡工程科學院合作成立中外合資北京凱特破碎機有限公司,生產世界一流的慣性圓錐破碎機。慣性圓錐破碎機原理獨樹一幟,仍處于應用、改進和發展中。
美國 Cedarapids 公司推出的 MVP 型液壓圓錐破碎機,采用全滾動軸承結構;浙江湖州的湖州新開元碎石有限公司和哈爾濱某金礦都引進了全滾動軸承圓錐破碎機。
綜上所述,凡是國外先進的圓錐破碎機國內都有引進,但對廣大的中低端用戶來說,彈簧圓錐破碎機仍是產銷的主力軍。如浙江雙金的 SJ 系列、廣州華揚的 S 系列、上海山寶的國產老彈簧機,其產銷量遠遠大于液壓圓錐破碎機。例如浙江雙金機械集團有限公司研制的 SJ 系列改進型西蒙斯式圓錐破碎機,僅2010 年產銷就近 500 臺。
2010 年 11 月在上海舉辦的寶馬展 (Bauma China2010) 也是國內破碎機主要生產廠家的一次大聚會,參展的破碎機制造企業有近百家,展出的產品從單缸液壓到多缸液壓,從 H1800 系列到 HP 系列,從老式的彈簧圓錐破碎機到改進型的西蒙斯圓錐破碎機,應有盡有。據統計,國內生產破碎機的廠家有數百家,僅上海地區就有幾十家。由此可見國內破碎機制造業的興旺程度以及圓錐破碎機市場的激烈競爭程度。
據筆者觀察了解,國內絕大多數破碎機生產廠家都沒能加大投入自主研發新產品的力度,在激烈的市場競爭中,各制造廠相互仿抄,使得國產圓錐破碎機總體上趕不上國外先進的圓錐破碎機。在這種情況下,國內有些破碎機廠商,特別是實力較強的民營企業,加大了研發投入,采用自主研發、廠校合作等方式,在對國外先進產品,如 H1800 系列及 HP 系列消化吸收的基礎上,努力開創國產先進的液壓圓錐破碎機。
武漢科技大學的郎寶賢教授與某廠合作研制動錐直徑為 800、1000 和 1 400 mm 的單缸液壓圓錐破碎機,其主要技術性能與國外先進圓錐破碎機相當,個別地方還有所改進,如 800 單缸液壓圓錐破碎機啟動和停車時,機器振動明顯好于 GP100 單缸液壓圓錐破碎機。國內不少廠家已相繼生產了 HP300 和 HP500多缸液壓圓錐破碎機,還有許多廠家生產了小規格的H1800 系列單缸液壓圓錐破碎機。
2 現有圓錐破碎機機型與性能比較
國內外圓錐破碎機有許多類型,各型破碎機性能都不一樣,同一種機型,不同的生產廠家,其產品性能也會有所不同?,F就國內已有的圓錐破碎機各機型與性能進行比較,從中可以看出哪種破碎機的性能更優越,進而找出圓錐破碎機的發展方向。由于西蒙斯破碎機的性能遠優于傳統的彈簧式圓錐破碎機,所以近年來國內各破碎機制造廠紛紛開發這種破碎機,國產傳統彈簧圓錐破碎機越來越少。近年來,新制訂的彈簧圓錐破碎機國家標準 (報批稿) 與西蒙斯圓錐破碎機的參數基本相近,故傳統彈簧圓錐破碎機遲早會被淘汰。表 1 給出了諾得伯格公司的西蒙斯、旋盤式、G型單缸液壓圓錐破碎機和 HP 系列多缸液壓圓錐破碎機的主要性能指標。
由表 1 數據可知,生產能力最高和能耗最低的是HP 系列破碎機,產品粒度也是 HP 系列破碎機最好。旋盤式破碎機能耗高,而其產量又比西蒙斯破碎機稍低,然而小于 5 mm 粒級的產量大于西蒙斯破碎機,因此,該機雖然能耗高,但它可給下段磨機提供更多的細粒原料,使磨機達到“多碎少磨”的節能效果。
從這個觀點來說,旋盤式破碎機優于西蒙斯破碎機,但不如 HP 系列破碎機。所以,諾得伯格公司自稱 HP系列破碎機為新的第三代產品。G 型破碎機與西蒙斯破碎機相比還是優于彈簧破碎機。從上述 4 種破碎機的比較結果可知,旋盤式與 HP 系列破碎機采用層壓破碎原理,可以實現選擇性破碎,所以這兩種機型性能優越;而 HP 系列破碎機不僅采用層壓破碎,又是一種高能圓錐破碎機,所以它的性能更加優越。
Svedala 集團生產的 H1000 系列和山特維克公司生產的 H1800 系列單缸液壓圓錐破碎機都是來自美國阿利斯一查爾默斯 (Allis-Chalmars) 公司 (簡稱AC 公司) 的 H 系列高能圓錐破碎機。山特維克公司稱 H1800 系列是第三代產品,也是一種高能圓錐破碎機。慣性圓錐破碎機也是一種高能圓錐破碎機?,F將上述 3 種高能圓錐破碎機的主要性能列于表 2。
由表 2 數據可知,H-8000 超細型與 HP700 細型相比,后者粒度細,產量高,能耗低,但前者破碎比稍大些。H-8000 細型與 HP700 中型相比,后者產量高許多,能耗也比較低,但 HP700 質量并不輕,因為表 2 中的質量不包括破碎機液壓系統部分。H-8000細型與 KИД - 2200 慣性破碎機相比,后者性能優于前者,但它的質量是前者的 2.1 倍,慣性破碎機破碎比很大,可以簡化破碎工藝流程,這又是一個很大的優點。
KИД - 2200 與 HP700 中型破碎機相比,后者粒度 10 mm 以下產量 290 t/ h,比前者 12 mm 以下的產量 300 t/ h 少 10 t/ h,但粒度小 2 mm;后者能耗為1.724 kW·h/ t,前者為 2.00 kW·h/ t;從破碎機質量來看,前者為 140 t,但它的破碎比較大,這兩種破碎機性能都比 H1000 系列破碎機優越。原因是雖然表 2中列舉的破碎機都屬高能破碎機,但 H1000 系列破碎機不是采用層壓破碎原理,不能實現選擇性破碎。此外,H1000 系列和 G 型破碎機同樣具有前述單缸液壓圓錐破碎機的優點,而且帶有最先進的計算機自動控制系統。
山特維克 H1800 系列比 H1000 系列破碎機更優越,可以認為它是一種高能層壓圓錐破碎機。通過前述比較可以認為,HP 系列和 H1800 系列破碎機是當今世界上最先進的兩種破碎機,并受到國內外用戶的好評。
3 圓錐破碎機的發展創新
3.1 在引進消化吸收方面應加大投入
從以上破碎機的分析比較可知,HP 系列多缸液壓圓錐破碎機的性能優于 H1800 系列單缸液壓圓錐破碎機,但從破碎機結構方面來看,圓錐破碎機比其他破碎機結構都復雜,而 HP 系列多缸機又是圓錐破碎機中最復雜的;H1800 系列單缸機是圓錐破碎機中結構最簡單的一種,所以,從破碎機結構的復雜程度來看,H1800 系列單缸機又優于 HP 系列多缸機。這兩種破碎機都是當今世界上性能比較優越的液壓圓錐破碎機。
2000 年以前,某些廠家在引進 HP 系列多缸機的基礎上,通過消化吸收研制了 HP300、HP500 多缸機,其性能基本與原機相近。引進的 HP 系列多缸機的運轉實踐證明了它的優越性,同時也發現了它的缺陷。
2000 年以后,引進 H1800 系列單缸機勢頭非常強勁,如鞍鋼集團弓長嶺、齊大山、東鞍山等礦就引進了多臺 H8800 單缸機,使用效果也不錯。某些制造廠在引進消化吸收的基礎上又研制了單缸機,其中多數是成功的,也有失敗的,失敗的主要原因是對引進產品消化吸收不夠,甚至對圓錐破碎機基本原理都沒有掌握,有些試制雖基本成功,但也沒有再作進一步的研究改進工作。國內也沒有專門從事破碎機研究的部門,即便破碎機設計研究中心也只是承擔一些一般的破碎機設計任務。據資料介紹,國內在破碎機開發研制方面做得很不夠。有數據顯示,日本和韓國在引進技術和用于對引進技術消化吸收的投資比例是 1∶5,而我國的比例是 1∶0.07[5]。所以,無論是國有企業還是民營企業,都應該在技術創新方面加大投入。
3.2 研發國產大型單缸液壓圓錐破碎機
2009 年國務院四部委聯合提出重大技術裝備創新項目中,就有開發 2 000 mm 單缸液壓圓錐破碎機的項目。這是因為目前國內大型單缸機的易損件全靠進口,每年花費大量的資金。因此,國內急需開發生產 H8800 這樣的大型單缸液壓圓錐破碎機。科學發展規律證明,創新從來都是“模仿”和“創造”,研制 2 000 mm 單缸液壓圓錐破碎機首先應在研制 H8800 的基礎上進行。因此,應首先對H8800 單缸機進行深入的消化吸收,然后使之國產化。這也只能算是一種技術進步,還談不上創新,要創新應有自己的東西。希望 2 000 mm 單缸機項目早日付諸實現,以填補我國大型單缸液壓圓錐破碎機制造領域的空白。
3.3 應用高新技術研發新型圓錐破碎機
隨著新材料、新技術和新工藝的不斷發展,特別是電子計算機,CAD 仿真、虛擬樣機、優化設計 (如破碎腔的優化等) 等現代技術的應用,使得研發、改進現有圓錐破碎機取得了較大的進步。破碎機研究的總體方向是,破碎機理的研究與現有破碎機的研制,兩者的目的是一致的,即降低能耗、鋼耗,制造出高效節能的圓錐破碎機。破碎機的研究首先是破碎腔的研究,使它能夠借用層壓破碎原理,達到選擇性破碎的目的。為此,新的破碎機設計的關鍵點是:大擺程、高擺頻、大底錐角,并且三者必須達到最佳匹配;采用優化型層壓破碎腔再輸入高能量,也就是對破碎機內部結構和參數進行優化設計,基本上不加大外形尺寸。
其次,要創新必須改進現有破碎機的缺陷。HP系列多缸機由于結構復雜,加工安裝工藝復雜,零部件磨損嚴重,特別是在運轉過程中故障頻繁;而H1800 系列單缸機由于結構簡單,零部件加工工藝和安裝工藝簡單,易損件壽命較長,特別是運轉過程中故障較少,這也是許多大型廠礦引進 H1800 系列單缸機的原因之一。
4 結語
研發新型圓錐破碎機的基本出發點是,借鑒 HP系列多缸機的優越性能,吸收 H1800 系列單缸機結構簡單的優點,并把兩者集中到一起,這樣就能創新研發出一種新型圓錐破碎機。目前,已有國內學者設計出了一種既有多缸機的優越性能,又有單缸機結構簡單特點的新型圓錐破碎機。希望有創新精神的制造廠商、科研院所和高等學校共同努力,爭取研制出更多、更優越的具有我國自主知識產權的、國際領先的新型圓錐破碎機。
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