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基于总体平衡的大型圆锥破的破碎过程研究

发布时间: 2012年07月04日

圆锥破碎机广泛用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等众多部门,是脆性物料中细碎的主要设备之一。国产圆锥破碎机于上世纪 70年代仿制成功,但由于设计保守、机器笨重、能耗高、操作不便,特别是破碎产品粒形多以针片状为主,严重影响使用部门的生产效率和经济效益。国外同类产品自上世纪 80 年代以来,基于先进层压粉碎理论,采用现代设计方法对传统圆锥破碎机进行改进设计,开发出能耗低、效率高、产品粒形整齐的现代高能液压圆锥破碎机。为缩短与国际先进水平的差距,基于总体平衡模型,采用现代设计方法,对影响国产圆锥破碎机破碎产品粒形的关键因素进行深入分析,建立圆锥破碎机散体物料粉碎过程操作模型,为开发现代新型高能液压圆锥破碎机奠定理论基础。

总体平衡模型 (Population balance model) 于 1956年由 Broadbent, S.R. 和 Callcott, T.G. 在 “煤的破碎过程”研究中首先提出,试图利用矩阵模型来表达煤炭的粉碎过程,并由学者 Lynch,A.J. 于 1977 年在“碎矿和磨矿流程”研究中完善,取得良好的效果。本文基于总体平衡模型,对圆锥破碎机破碎过程进行深入分析,得到如图 1 所示的物料破碎过程模型。物料粉碎过程包括破碎前的给料分级 Ci、破碎选择过程Si、破碎过程 Bi及破碎后的排料分级 Ci+1。给料分级主要是小粒度物料在破碎过程中由于尺寸过小,容易处于大颗粒的空隙中,从而直接通过破碎带而得不到破碎作用。破碎选择过程 Si主要描述物料粉碎过程中只有部分物料参与粉碎作用,故破碎过程是选择性的,可由概率统计理论来描述。破碎过程 Bi是破碎机对选择过程中所选中物料进行粉碎作用并描述其粉碎后粒度分布情况。

破碎壁与主轴绕破碎机中心线作旋摆运动,破碎壁不断靠近与远离轧臼壁,破碎腔中物料受破碎壁与轧臼壁挤压而粉碎。物料从破碎腔给料口进入,经多次粉碎后从排料口排出腔外,完成一次破碎过程操作。圆锥破碎机操作模型是描述物料粉碎过程模型,深入研究影响操作模型的关键因素可以实现对操作模型的控制,进而对破碎机工作性能进行控制和优化,并建立产品粒形优化模型,为新型圆锥破碎机研制奠定理论基础。破碎机操作模型是对物料粉碎过程的数学描述,从操作模型可以直接计算出物料破碎后的产品粒度分布,故对操作模型的研究与控制就是对破碎机产品粒形的研究与控制。已有研究与工程实践经验表明,影响破碎产品粒度的关键因素包括破碎机性能因素、破碎腔结构因素及破碎机操作情况。性能因素主要是影响破碎机工作性能的关键因素,包括动锥摆动速度 n、进动角 g、偏心距 e 及排料口摆动行程 Sstroke。破碎机结构因素主要是破碎腔型结构,包括平行区长度 l、闭边排料口尺寸 CSS、破碎腔啮角 a0 及动锥底角 a。破碎机操作因素主要是对破碎机的给料情况、给料粒度分布情况、给料是否均匀、给料是否充分等等。

 

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