中碎齿辊破碎机在露天矿的应用

【中碎齿辊破碎机在露天矿的应用】近年来随着煤炭行业的转型升级，对煤炭开发、环保的要求与日俱增，越来越多的露天煤矿所生产的褐煤均销往煤化工企业，进行下一步深加工。煤化工域对产品粒度的要求为严格，一般要求粒度在 25～70 mm 之间，如果粒度过大就会堵塞炉膛，无法进行后续深加工。而齿辊破碎机是目前应用于煤炭破碎较为成熟的产品，因其处理能力大、过粉碎率低，受到广大煤炭用户的认可。但针对露天矿特有的冻块物料破碎难的问题以及的低温作业环境，现有的齿辊破碎机并不适用，急需在原有齿辊破碎机的基础上加以优化改进，以适应露天开采物料的中碎作业，煤矿的正常生产。

1　齿辊破碎机的结构

齿辊破碎机一般采用双电动机驱动，通过 2 台电动机、偶合器和减速器传动系统，分别带动两套独立旋转运行的齿辊来破碎大块物料，减速器与破碎齿辊之间采用联轴器传递转矩，破碎齿辊与传动系统分别联接在整体机架上，大限度地减小了设备的振动。齿辊破碎机的整体结构如图 1 所示，其主要工作部件即为破碎齿辊，齿形结构决定了整机的工艺性能。

图 1　齿辊破碎机的结构

Fig. 1　Structure of toothed-roller crusher

1. 电动机　2. 偶合器　3. 减速器　4.联轴器　5.齿辊

2　中碎齿辊结构

传统出料粒度为 70 mm 的齿辊破碎机普遍采用齿环结构或齿板结构。齿环结构稳定，性高，缺点是破碎齿磨损后不易更换，须返厂进行大修，无法在现场完成；传统的齿板结构主要靠高强螺栓及齿座进行联接，承载力较小，主要应用于精煤破碎作业。而露天矿用齿辊破碎机既要有较高的性，又要有较强的可更换性，需要重新设计齿板联接结构，以设备稳定运行。

如图 2 所示，齿辊座采用正八方型式，齿板与齿辊座通过平键及内六角螺栓进行联接 (原有齿板只靠螺栓联接)，齿板与齿辊座接触部位部进行加工，并以平键传递转矩，使内六角紧固螺栓不受破碎物料产生的剪切力作用，更加紧固牢靠，不易松动。齿板紧固螺栓与齿辊座之间采用螺纹紧固块进行联接，在联接强度的同时，又具有良好的互换性及可更换性。

 2　齿辊结构

Fig. 2　Structure of new-type toothed-roller

因露天开采物料具有粒度偏大的特点，同时对齿板的齿型也进行了合理的优化设计。齿型布置在圆周方向，采用大小齿相间隔的布置形式，在出料粒度的前提下，可提高齿辊对物料的啮合能力，进而提高设备的处理能力，减小齿辊的磨损，延长齿板使用寿命。

3　齿板材质及耐低温措施

破碎齿板是破碎机上的关键易磨损部件，其材质的选择。要求齿板不仅要有较强的硬度、韧性、耐冲击性及性，同时还要兼顾后续的可加工性及可焊性。目前常用的材料有高锰钢、低合金调质钢加以表面堆焊和中碳贝氏体钢等。

高锰钢是常见的材料，热处理后的高锰钢冲击韧性高，而硬度及强度则不高。但是，当高锰钢零件在使用过程中受到物料的反复强烈冲击而变形时，其表层奥氏体组织发生转变，产生马氏体组织，使零件表面硬度急剧增加，可高达 HRC 54 以上，性显著提高，而仍保持韧性状态，从而形成良好的强韧性配合，这是高锰钢的重要特点。但齿辊破碎机对物料的作用主要为剪切和拉伸，并没有太大的冲击和挤压过程，这样高锰钢的强度和硬度都无法提高，故齿辊破碎机不宜采用高锰钢制作齿板。

为了地提高辊齿的性能，常采用低合金调质钢加以表面堆焊硬质材料。一般使用 40 Cr加工破碎齿，经调质处理，以提高破碎齿的综合力学性能，在齿头的表面堆焊焊条，从而提高了辊齿的使用寿命。但由于齿头表面只有区区几个毫米厚的层，这就需要在使用过程中经常加以堆焊修补，工人维修量大，效率低。现大多用于破碎精煤等较软的物料，不适用于露天矿冻块的破碎作业。

综合以上分析，中碎齿辊破碎机齿板采用整体铸造成型工艺，对材质的各种主要元素C、Cr、Mn、Mo、Si、Ni 等进行优化配比，并进行正交试验，终选择中碳贝氏体铸钢作为破碎齿板的材质。该材质具有较好的淬透性，可得到较深的淬透层，经过淬火、回火热处理工艺后，得到强韧的贝氏体，尤其是下贝氏体，下贝氏体具有优良的强韧性，硬度和性也很高。材质热处理后具有较好的综合力学性能，淬透层硬度在 HRC 50 左右，其抗拉强度可达 1 500 MPa，了的破碎强度。经磨损试验对比，该材质的性较 40Cr 调质加表面堆焊层提高 40% 左右。另外对整个齿辊结构，包括齿板、齿辊座、螺纹紧固块进行材质的合理匹配，使各部件强度、硬度更为均衡合理。

由于内蒙古地区冬季寒冷，低温度甚至达到-30℃，为了齿辊破碎机能够在低温下运行，须采取相应的技术措施。电动机配备电加热系统，液力偶合器和减速器采用低温合成油，并配备电加热器系统 (见图 3)。通过采取以上措施，了传动系统的运行。

 3　电加热系统

Fig. 3　Electric heating system

4　齿辊破碎机的使用效果

蒙东锡林浩特煤矿原煤开采采用单斗卡车半连续开采工艺，原煤粒度大、矸石多且硬度大。原煤先经 2 号破碎站破碎至 300 mm 以下，再由一台环锤破碎机破碎至 70 mm 以下，然后经转运胶带运至储煤仓，经筛分后，25～70 mm 的终产品销往化工企业。

原有的环锤破碎机经使用后存在以下问题：① 产品过粉碎率高，成块率低，严重影响企业的经济效益；② 销轴、锤头、篦子磨损严重，经常需要更换维护，维修量大；③ 设备故障率高，维修成本高。

现场急需进行技术改进，以减轻企业运行成本及工人的劳动强度，保障生产系统的正常运行。用户终选用一台齿辊破碎机替换原有的环锤破碎机。

自齿辊破碎机投入使用以后，设备运行稳定，产品的出料粒度得到了，过粉碎率低，成块率高 (见表 1)。通过表 1 数据对比可以看出，设备更换前后合格产品相差 18.2% ，大幅度提高了合格产品的产量，给企业创造了大的经济效益。

表 1　出料粒度筛分试验结果

Tab. 1　　Results of discharge sieving test

另外，由于齿辊破碎机对物料进行拉伸、剪切破碎，转速较低，因而设备运行稳定，振动小、噪声低，环境友好；齿辊破碎机齿板性高，紧固螺栓不易松动，减少了大量的维修时间，减轻了工人的劳动强度，大地了煤矿后期维护成本。

实践证明，齿辊破碎机破碎露天煤矿的冻块，较环锤破碎机有更大的技术优势，具有处理能力大、过粉碎低、性高及维护量小等优点，取得了较好的使用效果。

5　结语

随着煤炭行业的转型升级，大力发展煤化工是然趋势。煤化工域对煤炭粒度的要求严格，这对破碎设备提出了更高的要求。而中碎齿辊破碎机通过对齿辊的结构型式和材质进行一系列优化，并对传动系统采取耐低温措施，较好地完成了露天煤矿的破碎作业，其成块率高，维护量小，具有的技术优势，应用及推广前景广阔。