提高某选厂圆锥破碎机运行效率的研究与实践

郑竞^1'2，杨武^1'2，夏 霜³，刘 鸣⁴

¹ 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司  河南洛阳  471039

² 矿山重型装备国家重点实验室  河南洛阳  471039

³大冶特殊钢有限公司  湖北黄石  435001

⁴ 中信泰富矿业有限公司  澳大利亚珀斯

摘要：某选厂为了提高自磨机处理量，研究了自磨回路中顽石破碎机(圆锥破碎机)的工作特点，针对圆锥破碎机在运行中出现的问题，有针对性地进行了优化改造工作，如调整机械参数、选择适当种类的衬板、减少矿石含水含泥量、消除给矿偏析以及优化顽石破碎机自动化控制等。优化后，圆锥破碎机的运行更加稳定，运行效率得到了提高，达到了提高自磨机处理量的目的。

关键词：圆锥破碎机；自磨机；顽石；运行效率；衬板

中图分类号：TD451   文献标志码：B   文章编号：1001-3954(2021)07-0020-05

破碎和磨矿是选矿厂生产工艺中的重要作业环节。自20世纪80年代，我国矿山领域都将“多碎少磨”作为选矿厂提产节能的一条技术路线加以推广。理论研究和长期的实践证明，无论是从节能的角度还是从选矿工艺角度上看，“多碎少磨”确实达到了节能降耗的效果。因而，提高破碎作业效率是选矿厂提产降耗的常用方法之一。

1 选厂现状

某大型磁铁矿选厂(以下简称“选厂”)使用自磨+球磨+顽石破的磨矿工艺流程(ABC)，其中自磨回路工艺流程如图1所示。顽石破碎机用来破碎自磨机排出的难磨粒子——顽石。由于顽石破碎效率与自磨机产量在一定范围内成正比，选厂采取了一系列措施对顽石破碎回路进行优化改造，以提高顽石破碎作业效率。该选厂总共有6个系列，每个系列对应2台顽石破碎机(1用1备)，第1、2系列使用的是单缸液压圆锥破碎机，其他系列使用的是多缸液压圆锥破碎机。2种破碎机的设计参数如表1所列。

2 影响圆锥破碎机运行效率的主要因素

结合选厂2种破碎机的运行实践，其运行效率主要受到以下几个方面的影响。

(1)破碎机设计参数  对于一种破碎机而言，其机械参数影响着破碎机的破碎力、处理量和破碎比等。如破碎机的动锥角度、动锥旋转中心距离破碎点的位置以及动锥偏心距等决定着破碎机的破碎力，动锥转速(主轴旋转速度)决定着破碎机的处理量，而破碎机动锥角度和衬板腔型等限制破碎机的破碎比。因此，在研究提高破碎机运行效率之前，应当确定与工况相适应的机械参数。

(2)给矿矿石性质  给矿的矿石硬度、粒度分布、矿石的含水和含泥量等直接影响着破碎机的运行稳定性和破碎效率的发挥。如果破碎机夹杂较多的细粒级颗粒，则可能导致破碎机的破碎力超过极限值，从而出现“环跳”现象；如果给矿含泥水较多、发生粒度偏析时，动锥无法对破碎腔体内的物料进行有效挤压，破碎力分布不均匀，则会引起破碎机功率剧烈变化。

(3)机械性能限制  圆锥破碎机存在3个方面的极限：一是量的极限，即给矿量和给矿粒度的极限，这是由其破碎腔的体积决定的；二是运行功率的极限，当破碎较硬矿石时，破碎机运行功率较高；三是破碎力的极限，圆锥破碎机动、定锥之间的锁紧力是有限的，当破碎力较大时，破碎机的上机架将产生跳动或者液压缸释放压力，严重时甚至会损坏设备。

(4)设备控制策略和操作方法  可以通过调整破碎机排矿口来调节破碎机的处理量和破碎比。此外，破碎机挤满给矿的状态是破碎机维持较佳效率的关键。

(5)工艺流程的影响  不同的破碎工艺流程对应的给矿条件存在差异，而且流程中的铁件常造成破碎机“过铁”现象，容易引起破碎机的机械损伤。

3 运行问题分析

不同于普通圆锥破碎机，由于该选厂矿石硬度过高，顽石表面光滑，破碎机在运行过程中主要存在以下问题。

(1)MP1000破碎机运行功率经常超过极限。主要原因是供应商考虑到该选厂的顽石硬度较高，台时较低，因而提高了破碎机动锥的旋转速度，以追求较高的破碎机处理能力。但研究表明，动锥速度越高，破碎机功率越高。另一方面，选厂为了获得破碎机的设计处理量和产品粒度，通过提高运行功率来获得高处理量和更多合格粒级产品。这样的运行模式带来的问题是功率和破碎力均达到极限，破碎机频繁“环跳”，经常出现偏心铜套损坏等现象。

(2) CH880 顽石破碎机运行功率远低于设计额定功率，没有发挥其应有的性能。

(3)给矿条件差，导致破碎机运行电流剧烈变化，引起破碎机“环跳”，破碎效率低下。给矿条件包含4个方面：一是大块顽石进入破碎机，顽石粒度上限是依赖自磨机顽石窗的开孔尺寸来控制的，在自磨机衬板使用后期，顽石窗磨损之后，大块矿石从自磨机排出进入破碎机，对破碎机产生恶劣影响；二是给矿中的泥水含量较大，顽石在自磨机排料筛上的脱水、脱泥效果较差，泥水伴随着顽石进入破碎机，导致破碎机运行过程中出现“环跳”和功率剧烈波动等现象，严重时会损坏破碎机铜套，甚至造成机架开裂和底座衬板损毁；三是破碎机给矿偏析严重，给矿偏析有给矿粒度偏析和给矿料位偏析两方面，给矿粒度偏析是在转运和存储过程中，顽石经过反复泻落形成了自然的粒度偏析，而给矿料位偏析是带式输送机将给矿抛落到破碎腔之后，形成了前后料位倾斜，造成破碎机运行功率波动较大，严重影响破碎效率；四是顽石破碎机“过铁”频繁，由于该选厂自磨回路的矿石通过量较高，矿石和矿浆对溜槽和漏斗冲击磨损较大，磨损的衬板和螺栓经常脱落，伴随着顽石进入顽石破碎机，导致破碎机频繁“过铁”，严重影响了顽石破碎机的正常工作。

(4)自磨机的顽石产量与顽石破碎机的处理能力不匹配，导致自磨机给矿和排矿波动较大，当顽石产量较大时，顽石缓冲仓料位迅速增加，迫使自磨机降低处理量。

4 提高顽石破碎机效率的实践

4.1 调整机械参数

选厂从影响破碎机运行效率的几个因素着手，对破碎机在运行过程中出现的问题逐一解决，以发挥圆锥破碎机在生产中的较佳性能。

在生产实践中，圆锥破碎机的3个主要机械调整参数是主轴旋转速度、破碎机衬板和偏心距。

(1)该选厂通过调节 MP1000 电动机带轮的传动比，降低了动锥的运转速度(由高速改为标准速度)，使破碎机运行更加平稳，从而降低了破碎机的运行故障率。

(2)选择与给矿粒度匹配较好的衬板，并优化破碎机衬板腔型，以提高破碎机效率。以该选厂的CH880 型圆锥破碎机为例，在生产前期使用的是 EF/ OB 粗腔型衬板，这个衬板的优势在于大块破碎，处理量较高，但是破碎机有效功率(一般以破碎比功耗进行衡量)较低，产品粒度较粗，不利于自磨回路的产能提升。实践表明，增加动锥和定锥衬板啮合的平行长度，可提破碎机运行功率。2019年初，选厂试验了2套HR/HC细腔型衬板，并延长了动锥和定锥衬板的平行啮合距离。这对比如图2所示。由图2可知，HR/HC腔型衬板的运行功率较高，使用寿命较短，但破碎机比功耗更高，破碎产品粒度更细，有利于自磨机产量提高。

(3)为了配合细腔型衬板的使用，选厂在保持自磨机顽石窗开孔率不变的情况下，将顽石窗的开孔宽度从75 mm调整到了55mm，以控制顽石粒度上限，同时也减少了顽石产量，为顽石破碎机稳定工作创造了条件。

(4)不同偏心距的偏心铜套对破碎效果影响也较大。CH880型破碎机的偏心套调节范围在52~64mm，偏心距越大，破碎比功耗越低。选厂多次试验表明，在整套衬板寿命周期内，使用64 mm偏心距的破碎机平均运行功率比52 mm偏心距的破碎机高约45 kW。因此，为了提高CH880破碎机的运行功率，选厂将CH880破碎机的偏心距改为64 mm。

4.2 减少给矿偏析

给矿偏析造成破碎机的破碎力在动锥周围分布不均匀，引起运行电流较大波动，不仅影响破碎产品粒度，而且还经常造成破碎机液压缸故障。为了解决给矿偏析问题，选厂在破碎机给料腔内安装了混料装置和旋转布料器，如图3所示。破碎机给矿带式输送机两侧粗细偏析明显，粗粒级和细粒级物料经过混料装置之后，通过旋转布料器可以均匀抛洒到破碎腔，基本消除了给矿偏析，使得破碎机运行更加稳定。

4.3 降低顽石的含水、含泥量

由于顽石是自磨机排料筛的筛上产物，排料筛的分级效率和脱水、脱泥效果决定着顽石的含水、含泥量。而含水、含泥量较多的顽石则会引起破碎机频繁“环跳”，以及运行电流的剧烈波动，甚至会造成偏心铜套损毁、动锥母体和机架开裂等严重后果。

为了降低顽石的含水、含泥量，选厂采取了以下措施：

(1)改善筛机的给矿分布情况，使同一系列的两个筛机分矿均匀；

(2)保持筛机的总用水量不变，将靠近筛机排矿端的冲洗水关闭；

(3)在筛机排料端筛板上安装挡水条，使物料在筛面上的脱水时间增加，同时又可挡住沿筛板向下流淌的明水。

如图4所示，在CH880破碎机含水、含泥量较多时，破碎机平均运行功率偏低，破碎比功耗较低；优化后，顽石含水、含泥量明显下降，破碎机运行功率较高且稳定。

4.4 其他措施

为了实现破碎机的运行效率较高，选厂还进行了以下改进工作：

(1)制定详细的顽石破碎机控制和操作策略，以破碎机给矿带式输送机速度为自变量，破碎腔料位和顽石破碎机功率为因变量，形成双循环控制，配合排矿口调整破碎机的通过量，从而保证破碎机高效率、稳定地运行。

(2)增加顽石返回旁路，以便在顽石返回量超过破碎机处理能力时，多余的顽石能够返回自磨机，自磨回路可平稳运行。

(3)加强顽石回路的铁件管理，主要是防止检修过程中遗留的螺栓、磨损的衬板等自由铁件进入破碎机。通过提高金属探测器和除铁器的灵敏度，将捡出的废铁件分类，并查找掉落原因，制定严格的点检制度，从根本上解决铁件掉落问题，顽石破碎机的过铁现象也大大减少。

5 优化结果

图5、6分别对比了CH880和MP1000破碎机优化前后的产品粒度曲线，经过一系列的优化，2种破碎机的产品粒度均明显变细。从表2可知，优化后，破碎机的运行功率和处理量均有不同程度的提高，由于破碎效率的提高，破碎比功耗有所上升，破碎产品P₈₀细度降低，达到了预期的优化目标。由于每个系列的自磨机回路配置略有差异，优化后，自磨机平均处理量约从1223t/h提高到1251 t/h。

6 结论

选厂通过对 2 种不同破碎机工作特点和性能的深入研究，根据顽石破碎机运行中出现的问题，有针对性地采取了一系列的优化措施，提高了顽石破碎机的运行功率，降低了顽石产品细度，单缸圆锥破碎机平均比功耗由 0.59 kW·h/t 提高到 0.74 kW·h/t，多缸圆锥破碎机平均比功耗由 1.12 kW·h/t 提高到 1.21kW·h/t。顽石破碎效率的有效提高，有利于自磨机产量的提升，缓解了自磨机产量受限的问题。

参 考 文 献

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[2]郑竞，董节功，张敏. 高压辊磨机用于顽石破碎作业的工艺研究[J].矿山机械，2018，46(9)：37-42.

[3]BEARMAN R, MUNRO S, EVERTSSON C M. Crushers-an essential part of energy efficient comminution circuits [C]// Metallurgical Plant Design and Operating Strategies 2011,Perth:MAusIMM，2011：66-85.

[4]格雷布斯基AL，王辉，冯国俊，等，圆锥破碎机的腔型改进[J].国外金属矿选矿，2000(7)：8-15.

[5]谭志兴. 圆锥破碎机破碎腔型的优化[J].金属矿山，1996(2)：49-50.□

[6]作者简介：郑竞，男，1988年生，工程师，主要从事选矿工艺研究和设计工作。

(收稿日期：2021-03-15)

来源：矿山机械杂志第49卷2021年第7期

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