王 翼，高丙乾，尹圣凯，师剑雄，唐 飞

(甘肃建投矿业有限公司，甘肃 兰州 730070)

0 引言

在传统砂石骨料生产中，砂石企业大多以粗放型加工为主，存在技术落后、自动化水平较低等问题。随着国家对砂石矿山绿色发展要求的不断提高，砂石行业通过资源整合不断扩大生产规模，产业结构得到进一步优化，产业集中度不断提高，规模化、大型化、绿色化、生态化已成为砂石企业的发展方向[1-5]。为加快企业的转型升级，满足建设用石、用砂的需要，液压旋回破碎机在大型砂石矿山企业得到了广泛应用。

2018年甘肃建投矿业有限公司对永靖县东山片区砂石矿山进行了资源整合，以“全国一流，西北第一”的目标建设永靖绿色建材生态产业园项目，所有设备均为国内外先进采选加工设备。其中，粗碎采用的是Metso SUPERIOR PG4265型液压旋回破碎机。经分析，该设备在碎石加工生产过程中可连续不间断工作，具有生产效率高、设备运行稳定、能耗低、产品粒度均匀等优点，适用于大型露天矿山的矿石加工。

1 国内外液压旋回破碎机的发展概况

砂石骨料加工生产领域通常采用颚式破碎机和液压旋回破碎机作为初级破碎设备[6-8]。其中，颚式破碎机在国内外均应用较广，而液压旋回破碎机的应用相对较少，但随着矿山企业生产规模的扩大、产品加工技术的升级，液压旋回破碎机的应用呈现出强劲的增长趋势。

世界上第一台旋回破碎机由美国人Charles Brown发明于19世纪70年代，由美国盖茨铁工厂在19世纪80年代制造组装完毕[9]。20世纪50年代，美国的Allis-Chamers公司对旋回破碎机进行了改造，设计出了第一台液压旋回破碎机并完成了设备组装，该设备与旋回破碎机在本质上并无区别，唯一的区别是其在动锥底部增加了液压缸，使破碎动锥由悬挂式支撑变为液压缸支撑，降低了横梁的受力，并延长了横梁的使用寿命[10]。目前，国外旋回破碎机的设计制造厂家主要有FLSmidth、Metso、Sandvik和ThyssenKrupp[7]。其中Metso SUPERIOR是全球公认技术领先的旋回破碎机品牌。该系列液压旋回破碎机采用现代优化设计技术，横梁采用弧形设计，扩大了物料进料粒度范围[7]；主轴和锥体整体锻造为一体，避免操作过程中因锥体松动而造成巨大损失；内腔动、定圆锥衬板和筋骨防护装置采用高耐磨的高锰钢或铬钢材质，外壳采用铸钢件；偏心套组件采用可更换的偏心内部衬套，用于摆动距离的调节；传动齿轮采用摆线齿锥齿轮设计，运转过程中相对稳定，振动监测更加方便[6]。

随着我国矿山建设的快速发展，采选工艺研发和市场推广力度不断加强，装备技术水平不断提升，旋回破碎机制造业也得到了迅速发展。以北方重工、中信重工等厂家为代表，其生产的液压旋回破碎机性能可靠、工作平稳、能耗低，但是在设备产能、大型化、功耗指标、自动监测等方面与国外先进技术仍然存在一定的差距，无法完全满足大型矿山的需要[11-16]。

2 国内外颚式破碎机的发展概况

自第一台颚式破碎机问世至今，已有150多年的历史，其具有结构简单、方便制造、工作可靠、使用维修方便等特点，在冶金、矿山、建材、化工等行业应用较广。

20世纪70年代末以来，国内外各大型设备制造厂家先后推出了高效、节能式的颚式破碎机[17-18]。现在仍不断对其结构进行改造，如：KUE-KEN公司采用新技术通过液压调节控制颚式破碎机排料口尺寸；芬兰Kone公司的BML系列负支撑的复摆颚式破碎机通过改变破碎机的机构，降低衬板磨损，提高物料的处理能力；北京矿冶研究总院研制的高效节能颚式破碎机采用新的腔体设计，提升了设备的工作性能，提高了物料的处理量。

国内外颚式破碎机虽然在工艺设计方面取得了重大突破，但其钢耗、能耗及粉碎工艺过程的生产成本都较高，工业结构也有待改进。

3 工作原理

3.1 液压旋回破碎机

物料从上部给入，在偏心机构的作用下，锥体绕中轴做连续旋回运动，使动锥的锥体周期性地靠近和离开定锥的锥面；当动锥靠近定锥时，物料在破碎腔内被挤压、弯折而破碎；当动锥远离定锥时，已破碎产品靠自重经排矿口排出。液压旋回破碎机结构如图1(a)所示。

图1 破碎机结构示意图

3.2 颚式破碎机

通过电动机驱动皮带轮，带动偏心轴使动颚上下运动，当动颚上升时，动颚板靠近定颚板，使物料在破碎腔内被破碎；当动颚下行时，动颚板在拉杆、弹簧的作用下远离定颚板，使破碎物料在自重的作用下经破碎腔下部的出料口排出。颚式破碎机结构如图1(b)所示。

4 两种破碎机在永靖项目的应用对比

4.1 技术性能对比

表1为两种粗碎破碎机的性能参数对比。

表1 两种粗碎破碎机性能参数对比

由表1可以看出，液压旋回破碎机最大给料粒度为1 000 mm，处理能力超过2 400 t/h，远大于颚式破碎机；但是颚式破碎机的功率小于旋回破碎机，单台运行成本相对较低，且工艺结构简单，占地面积较小，更适合小型矿山。结合永靖绿色建材生态产业园2 500 t/h的设计产能，若选用颚式破碎机，至少需10台，而液压旋回破碎机2台即可满足要求，设备管理简单，且总设备功耗明显小于颚式破碎机。

4.2 产品性能对比

将碎石按照表2中的比例均匀混合后制得6种样品各1 000 t，随机选取3份通过液压旋回破碎机，分别编号为A1、A2、A3。剩余3份进入颚式破碎机，分别编号为B1、B2、B3。对破碎后的物料进行筛分，结果见表3、表4。

表2 样品混合比例

表3 液压旋回破碎机破碎后的分级筛余

表4 颚式破碎机破碎后的分级筛余

由表3和表4可以看出，经过液压旋回破碎机破碎后，粒度在350 mm以上的物料质量分数较颚式破碎机的约低13个百分点；5 mm以下物料质量分数两者相差不大，均为3%左右。液压旋回破碎机和颚式破碎机破碎后的物料粒度大多为350～100 mm，但液压旋回破碎机破碎后350～100 mm物料质量分数比颚式破碎机高20%以上。说明在大型矿山生产中，液压旋回破碎机破碎后的效果更优，后续的中碎设备生产压力更小。

4.3 经济性比较

在满足永靖绿色建材生态产业园2 500 t/h设计产能的条件下，分别对比10台颚式破碎机和2台液压旋回破碎机的生产运行成本，结果如表5所示。从表5中可以看出：液压旋回破碎机在生产过程中较颚式破碎机人员编制可减少75%，材料维修费减少56.38%。采用液压旋回破碎机作为粗碎设备可在人员工资、能耗和维修费等方面为企业节约上百万元成本。

表5 经济性比较

5 结语

液压旋回破碎机在大型砂石矿山加工系统中优势明显，其与颚式破碎机在永靖项目中的应用结果表明：与颚式破碎机相比，液压旋回破碎机破碎后粒度在350 mm以上的物料质量分数减少了约13个百分点，350～100 mm范围内的物料质量分数增加了20%以上，在粗碎加工过程中破碎效果更好；液压旋回破碎机的人员编制可减少75%，材料维修费可减少56.38%。综合而言，使用液压旋回破碎机可为企业节约逾百万元的生产成本，经济效益显著。