高硅石灰石破碎机的技改措施探讨

张磊，涂敏，杜凤怀

（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明 650221）

关键字：石灰石；破碎机；篦板

0 引言

某国外5000t/d水泥生产线配套石灰石矿山地质结构复杂，方解石普遍呈现重结晶状态，石灰石品质波动较大，结晶硅非常高，且在雨季时石灰石含泥量较大。石灰石主要化学成分见表1。由于石灰石原料本身的特点造成了石灰石物料破碎难度大、生产效率低、设备故障多、维修工作量大等问题，大幅降低了石灰石破碎机的使用寿命，增加了维修量，造成了企业经济效益的损失。

表1 石灰石主要化学成分表/%

1 存在的主要问题

1.1 石灰石破碎系统工艺流程

石灰石通过重型板喂机进入单段锤式破碎机，被高速旋转的锤头以较高的线速度打击矿石，同时击碎或抛起矿石，被抛起的矿石撞击到反击衬板上或自相碰撞而再次破碎，直到小于篦板缝隙尺寸的合格石灰石从破碎机机腔下部排出，再通过皮带输送机送入预均化堆棚。生产线石灰石破碎系统工艺流程见图1。

图1 石灰石破碎系统工艺流程图

1.2 石灰石破碎机情况

石灰石破碎机选用国产2PPC1818单段锤式双转子破碎机，采用双电机驱动，总功率为1260kW，设计入料直径最大1000~1100mm＜10%，出料粒径小于75mm，破碎产量800t/h。

1.3 试生产阶段存在的问题

在试生产阶段，石灰石破碎系统产量一直在650t/h左右，不能顺利达标达产，单套锤头破碎产量仅11万t左右，使用寿命仅半个月。锤头使用仅7天就需要翻面，有时还要更换断裂的锤头，2个转子共96个锤头，每个锤头90kg左右，维修工作量非常大。使用3个月后开始出现篦板断裂、铁砧碎裂、篦板架变形等现象；使用6个月出现转子锤盘变形和磨损严重等情况。

2 解决的主要措施

针对石灰石破碎机在试生产阶段出现的问题，为提高设备运转率、降低维修强度，对破碎机从以下3个方面进行改造和优化。

2.1 破碎机锤头的技术改造

由于破碎机锤头直接与石灰石接触，工作条件恶劣，使用过程中极易磨损、断裂，这就要求锤头必须具备如下性能：必须有较好的耐磨性，较高的抗冲击韧性和良好的综合机械性能；锤头冲击面应有较高的硬度，必须达到HRC60以上；铸件不允许有横向裂纹、柱状晶，晶粒度等级必须大于或等于五级。

现用锤头使用高锰钢（ZGMn13），因工况条件，很难得到较好加工硬化层，虽然有较好的韧性，但耐磨性能表现明显不足，在铸造和水韧处理过程中容易产生裂纹。为提高锤头的使用寿命，进行了以下试验。

2.1.1第一次试验（耐磨堆焊）

将现场使用过的锤头进行表面堆焊合金焊条（采用辊压机辊面材料），堆焊后锤头整体寿命虽然有所延长，使用了接近20天左右，但因堆焊层的厚度有所限制，以及高锰钢的母材特性，和焊接条件等因素，耐磨层经常脱落，导致维护工作量大且时间长，不能保证正常生产，破碎机系统产量也没得到明显提升。

2.1.2 第二次试验（合金镶嵌）

在高锰钢作为锤头本体的基础上，要求设备制造厂家在锤头击打部位采用合金镶嵌技术，镶嵌的棒状材质选用钨钛类合金。此次试验破碎机效率明显增强，产量在800t/h时，锤头使用寿命可达到25天左右，这一改进取得了较大进步。但因高锰钢导热性差，膨胀系数大，导致镶嵌合金锤头的工作稳定性较低，在实际使用中会出现碎裂情况，碎裂的锤头给维修带来巨大的工作量，且对后序设备存在较大安全的隐患，此次试验仍未从根本上解决问题。

表2 破碎机锤头技术改造对比表

2.1.3 第三次试验（超高锰钢合金镶嵌）

因第二次试验采用的高锰钢镶嵌合金技术确实有效的提高了锤头的使用寿命，既然高锰钢的抗冲击和抗磨损综合机械性能较好，只要解决材质的稳定性和进一步提高击打面硬度，将能更大限度的提高使用寿命。

为此，进行了第三次试验，在超高锰钢作为本体材质再并入合金镶嵌技术。通过提高高锰钢中的锰含量及加入其它如Cr、Ti、V、Mo等合金强化元素，可大大提高了高锰钢的屈服极限，增加冲击韧性和耐磨性，并且显著降低了高锰钢热裂倾向，具有良好的综合机械性能，可实现延长锤头使用寿命的目标。

通过本次试验证明，使用优化后的超高锰钢合金镶嵌技术锤头（ZGMn18Cr2MoVTiRe+WTi）寿命周期在50多天，单套锤头实现了从最早的生产破碎石灰石11万t到近40万t的跨越，突破了每月更换锤头的高强度作业瓶颈，大大降低了职工的维修工作量。

破碎机锤头技术改造的情况对比见表2。

2.2 破碎机锤盘的专项维护

由于恶劣的工况，不仅锤头寿命短，锤盘等破碎机机体内部磨损也非常严重。破碎机转子在高速回转中，锤盘边缘受高硅石灰石碎片的击打，表面堆焊层很快消耗殆尽，6个月后，发现转子锤盘磨损严重并存在一定变形，这在国内水泥企业是很少有的情况。石灰石破碎机使用8个月后，对破碎机转子锤盘进行了整体更换。为此，制定了严格的专项维护措施：

（1） 定时堆焊锤盘耐磨层，将设备维护进行常态化，不让物料有侵害锤盘本体的机会。每天停机后至开机前，设备部安排维修人员对锤盘耐磨层进行检查和修复，确保耐磨层长期依附于转子本体表面。

（2） 定量堆焊焊材，通过对原始耐磨层的数据统计，每次堆焊恢复前后均进行计量，确保磨损量与修补量平衡。

（3） 指定技术人员对每次的堆焊质量进行检查和签字验收，同时纳入岗位考核。

2.3 破碎机内部结构的优化

水泥厂配套矿山高硅石灰石不仅硬度高，而且含泥量也大，尤其在雨季，碎块的石灰石夹着泥土使粘结非常严重，这给生产带来了非常大的困难。经常会遇到前端输送辊堵料跳停、破碎机出料篦板堵塞，甚至篦板断裂、篦板架变形的严重情况。通过对破碎机发生的各类故障信息收集汇总，对破碎机内部部件进行了以下优化：

（1） 对输送辊的安装角度进行了调整，将原来的输送斜度2%改为现在的3%，调整后效果明显，物料下料通畅，彻底解决了输送辊跳停的现象。

（2） 对篦板的结构厚度增加了5mm，同时将原ZGMn13材质改为ZGMn18Cr2Mo，优化后的篦板机械强度和耐磨度大大得到了增强，断裂的情况明显减少，更换周期得到数倍的延长。

（3） 调整了铁砧的几何尺寸，改善了破碎机腔体内物料通过性，有效避免了出现篦板堵塞的现象。

3 取得的效果

（1） 石灰石破碎产量由650t/h提高到800t/h，石灰石破碎系统顺利达标达产。

（2） 破碎机锤头使用寿命大幅提高，由半个月提高到50天左右。

（3） 有效解决了破碎机转子锤盘磨损严重、篦板堵塞造成篦板断裂、篦板架变形等机械故障。

（4）减轻了工人的维修工作量，提高了设备运转率，产生了直接的经济效益。

4 结语

（1）用于水泥生产的石灰石原料中方解石重结晶、二氧化硅含量高，其易碎性较差，对石灰石破碎机关键部件要求较高，其材质直接影响石灰石破碎系统的产量和设备部件的使用寿命。

（2） 针对高硅石灰石，通过对破碎机锤头、篦板的材质升级，及对锤盘等易磨损部位的定期维护，能有效提高破碎系统产量和设备使用寿命。

（3）石灰石破碎系统物料堵塞将引起设备故障，甚至造成设备损坏，及时进行系统优化使物料下料通畅，将有利于减少故障率，提高设备的运转率。