钒铁合金颚式破碎机的研究与应用

王 方

（河钢承钢钒钛事业部，河北 承德 067000）

钒铁合金主要用作炼钢的合金添加剂。钢中加入钒铁合金之后，可以显著提高钢的硬度、强度、耐磨度及延展性，改善钢的切削性能。钒铁合金主要以块状供货为主，块状钒铁供货粒度范围主要在10mm～70mm 且小于10mm 碎块的数量不得超过总重量的5%。随着冶金技术的发展及环保形势的要求，铝热法冶炼钒铁合金成为市场主流，其工艺生产的钒铁合金抗压强度在450MPa～1200MPa，国产破碎机可破碎材料的抗压强度均低于300MPa，由于缺乏专业破碎设备，现钒铁合金破碎作业效率低，劳动强度大，风险大，维护成本高，且破碎粒度不易控制。国内少数企业进口铁合金强力破碎机，使用效果较好，但存在备件供货及设备维护成本高的问题。因此，发展功能强大的国产强力破碎机是当务之急。

1 颚式破碎机的类型

颚式破碎机最基本的机型有两种，即简摆颚式破碎机和复摆颚式破碎机。

图1 简摆颚式破碎机示意图

图2 复摆颚式破碎机示意图

简摆颚式破碎机，如图1 所示，其工作原理是：电动机8 驱动皮带7 和皮带轮5，通过偏心轴6 使连杆11 上下运动。当连杆上升时，肘板10、12 之间的夹角较大，从而推动动颚板3 向固定颚板1 接近，与此同时物料2 被压碎；当两岸下行时，肘板10、12 之间的夹角变小，动颚板在拉杆弹簧9 的作用下离开固定颚板，此时被压碎的物料从破碎腔排出。随着电动机连续转动而破碎机动颚做周期性的压碎物料。这种破碎机由于动颚是绕悬挂点做简单摆动，故称简摆颚式破碎机。该机是曲柄双摇杆机构。动颚绕悬挂轴的轨迹为圆弧。

复摆颚式破碎机是将简摆颚式破碎机悬挂轴去掉，并将动颚悬挂在偏心轴上，同时去掉前肘板和连杆，便构成复摆颚式破碎机，如图2 所示，由于该机动颚绕偏心轴转动的同时，还饶同一中心做摆动，构成一种复杂运动，故称为复摆颚式破碎机。该机是曲柄连杆机构，动颚运动轨迹为连杆曲线，视为椭圆。

这两种破碎机比较，前者优点是动颚垂直行程较小，颚板磨损低轻；工作中，连杆施以较小的力而颚板就能产生很大的推力；其缺点是：结构较复杂又比较重，其次它的动颚运动轨迹不理想，其上部水平行程较小而下部水平行程较大。破碎腔中物料分布是：上腔里料块较大而下腔里料块较小，大块要求有较大的压碎行程而小块刚好相反。若满足大块物料要求，则排料口水平行程又偏大，不能保证产品粒度。此外，动颚在压碎物料的过程中，有阻碍拍料作用。因此，在相同条件下，它比复摆颚式破碎机生产率低40%左右。随着滚动轴承质量和耐磨材料耐磨性的提高以及采用现代的设计方法，减缓了颚板的磨损等，国内主流市场上，复摆颚式破碎机基本代替简摆颚式破碎机。

2 国内外合金破碎机使用情况

由于铁合金抗压强度范围较广，部分铁合金抗压强度达到1200MPa 以上，因此国外铁合金强力破碎机厂家均采用简摆颚式破碎机结构，国外生产的铁合金强力破碎机主要包括：日本BGM 破碎机；法国YERNAUX 公司的MPR 破碎机；德国KRUPP 公司的颚式破碎机。从结构和使用效果来看，BGM 型破碎机更好。上个世纪90 年代我国生产的PEC 系列铁合金强力破碎机是在充分研究这些国外同类设备的基础上，结合我国对铁合金粒度的炉外精炼技术的要求以及铁合金行业的现状而开发的新型破碎设备。其采用简摆颚式破碎机结构，减少了动颚垂直行程，降低了颚板的磨损。工作中，连杆可以以较小的力推动颚板产生很大的推力，利用颚板的牙形折断铁合金，实现合金物料的破碎。机器的机械部件由优质合金钢制成，特别是在改进了颚板，肘板，肘板座，连杆体，活动颚体等零件的材料选择和热处理工艺之后，在原来的基础有效的延长了使用寿命。

2000 年前后，部分脱氧类铁合金行业厂家采购投用了国产PEC 系列铁合金强力破碎机，使用效果上满足产品工艺要求，但设备维护保养技术要求较高，设备投入运行成本较大。随后，国内破碎设备制造厂家根据铁合金行业反馈的问题，进行技术攻关，逐步完善了设备的性能指标。2012 年以后，钒合金行业厂家逐步引入PEC 系列铁合金强力破碎机。

3 PEC系列铁合金强力破碎机主要特点

3.1 强度高

该机结构坚固，机架采用优质钢板焊接而成，支架和偏心轴均采用优质合金钢制成。整机强度远高于普通破碎机，可破碎抗压强度不超过1500MPa 的各种铁合金。

3.2 破碎腔

图3 表示了两个破碎机的腔室曲线。从图中可以看出，普通颚式破碎机的腔体形状只有一个啮合角（通常为18°-22°）。理论分析和生产实践证明，该腔体形状不合理，不适合破碎钒铁合金，这种高强度材料。并且腔体形状加工能力低，颚板磨损不均匀。PEC 系列破碎机的腔是可变啮合角弯曲腔。啮合角从进料口开始逐渐减小。主破碎区的啮合角也比普通颚式破碎机小。优点是物料被排出，加工能力强，产品尺寸均匀，更适合破碎钒铁合金。

图3 破碎机腔形曲线比较

PEC 系列破碎机颚板上的齿形采用弧形，有利于提高颚板的使用寿命和物料的向下运动而不会阻塞或阻塞物料。使用效果也优于普通颚式破碎机。

3.3 颚板

颚板是直接粉碎物料的部分。颚板的寿命是衡量破碎机的重要指标。经过调查和理化分析测试，国外铁合金强力破碎机基本上使用特殊的高锰钢材料。根据国内实际情况和实验研究，颚板采用ZGMn13Cr 材料，颚板横断面结构形状采用三角形。

3.4 肘板和肘板座

肘板和肘板座是破碎机的主要力传递部分之一。肘板的运动是复杂的平面运动，并且其与肘板座之间的相对运动是滚动或滑动或滚动和滑动的组合。为了减少摩擦，PEC系列破碎机的肘板和肘板座之间的相对运动主要设计为滚动结构。

由于肘板和肘板座承受巨大的冲击和挤压力，因此必须具有足够的强度和良好的耐磨性。 PEC 系列破碎机的托架和托架由优质合金钢锻造而成，并且接触面也经过热处理以使其表面具有较高的硬度。普通颚式破碎机的支架由普通灰铸铁制成。

3.5 连杆

连杆是破碎机的主要部分，它将旋转运动转换为线性运动。连杆的下部承受巨大的挤压力。

3.6 动颚

进口破碎机动颚下部在使用时也出现过裂纹，问题的原因除严重超载外，本身的结构设计也存在问题。本机在结构上进行了改进，在选材上也优于进口破碎机。

4 结论

国产齿板，肘板，肘板，连杆和其他零件已在进口铁合金强力破碎机上使用了很多年。经过多年的生产评估和系统测试，PEC 系列破碎机证明其主要性能和技术指标已达到国外同类设备的先进水平。该机的成功开发填补了国内空白，解决了国内冶金行业高强度铁合金的难题，确保了炉外精炼的顺利进行，提高了我国铁合金行业在国际市场上的竞争力。其经济效益和社会效益十分显着。

5 钒铁合金颚式破碎机发展新方向

随着国内制造业高端化发展趋势，钒铁合金对表面氧化膜提出更高的要求，传统水淬及空冷作业无法满足市场需求，随炉冷却技术呼之欲出，钒铁合金抗压强度进一步提升，国内部分破碎设备厂家参考国外破碎机新趋势，正在研究高强度等级的复摆颚式破碎机方案，以适应市场新需求。