耐火原料的破碎工艺-隆城矿业有限公司

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耐火原料的破碎工艺，破碎指用机械力将耐火原料加工成具有合适粒度物质的过程。破碎的目的是：其一，为制砖料或浇注料具有合适的粒度组成，必须制备各个粒度级别的耐火原料；其二，为使制砖料或浇注料烧结，必须制备出一定数量的细颚粒。细颚粒有足够大的比表面积和比表面能，从而可以提供烧结的推动力。破碎是对耐火原料施加外力以克服原料的内聚力，使其解体的过程。一般情况下，耐火材料生产厂家破碎采用颚式破碎机、对辊破碎机和圆锥破碎机，粉磨采用球磨机和超细粉碎设备。

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一、破碎的机理

破碎是利用外力克服原料的内聚力，使之产生新表面的过程。一般情况下，可将破碎分为如下图所示的几种。

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由上图可知，压碎是利用两工作面逼近产生挤压力，将原料挤碎的破式。劈碎是利用尖齿楔入，使原料破碎的方式。折断是使得原料发生弯曲变形产生破碎的方式。磨剥是利用两个工作面在原料表面做相对运动，对原料施加切力，使原料表面发生剥离的破坏方式。击碎是高速撞击产生的冲击力使原料破碎的方式。破碎机械往往同时采用以上几种破坏方式。

二、原料性质对破碎的影响

硬度是指无机非金属材料抵抗外来侵入的性质。一般情况下，原料硬度越高，越能抵抗外力侵入，因而越难破碎；反之，硬度越低，抵抗外力侵入越差，也就越容易破碎。因此，硬度可以作为反映原料抵抗破碎能力的一个指标。普氏硬度系数f是和岩矿类物质耐压强度。有关的一个指标。所以，硬度、强度都映了将岩矿破坏时材料单位面积所受的外力大小。

一般情况下，教科书上没有对无机非金属材料的韧性和脆性的定义。因为人们对此的认识还不统一，还存在争议，给出准确的定义还具有难度。

对于无机非金属材料，“韧性”是该类材料受到外力作用，发生破坏后表现出的性质。“韧性”的大小可以用断裂功的大小表示，即是断裂面扩展单位面积所需要的能量。当强度一定、韧性不同的材料破坏时，韧性低的材料遭到的破坏是灾难性的。一旦破坏发生，裂纹就急速扩展，材料对外力的作用就完全丧失了抵抗力；反之，韧性高的材料被破坏后，对外力作用仍有一定抵抗力。

对于无机非金属材料，脆性也是该类材料受到外力作用，发生破坏后表现出的性质。如前所述，脆性的特征是破坏时表现出的变形小、先兆少，以及突然性、迅速性、灾难性和不可预测性。事实上，脆性可以认为是和韧性相反的一种性质。脆性高则韧性低，脆性低则韧性高。比如，在磨碎过程中，脆性大的物质容易磨成细粉；脆性小的物质即使被破碎也难以将其磨成细粉。一些自然金属矿物具有延展性，进入磨机后容易被打成薄片，但不易被磨成细粉。

解理是结晶矿物特有的一种性质。解理是矿物在外力作用下沿一定方向破裂成光滑平面的性质。比如，一些纤维结晶矿物（如石棉）破碎后，粒子保持纤维状。一些片状结晶矿物（云母）破碎后，粒子保持片状。这些矿物容易被破碎，但难以磨细，原因就在于其解理结构。

最后，原料的结构缺陷对破碎行为也具有很大的影响。比如，一些原料矿石中常存在这样那样的缺陷。所以，破碎行为首先发生在这些薄弱环节上。但是，随着粉碎过程的继续，原料粒度的减小，原有裂缝逐渐消失，原料的强度增大，力学性能提高，细磨就变得越来越困难。

三、颚式破碎机

颚式破碎机具有构造简单、工作可靠、维修方便、成本低廉、适用范围广的优点。颚式破碎机被广泛用于耐火原材料的粗碎、中碎；有时，细碎颚式破碎机也用于耐火原材料的中碎、细碎。颚式破碎机的工作原理如下图所示。

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由上图可知，颚式破碎机的工作原理是：偏心轮5转动，带动连杆4上下做往复运动，使得两块推力板3做往复运动，进而推力板又使得悬挂在悬挂轴6上的动颚2一张一合。当动颚张开时，原料落在定颈和动颈组成的颤腔中。当动颈闭合时，落在频腔中的物料就受颚板的挤压而被挤碎。

1、颚式破碎机操作的注意事项

①为防止破碎机损坏，需要采取多道磁选工序除去金属物体。一旦发现金属物体进入破碎机，要立即停车，将其彻底清除，以防残留金属碎块进入下道破碎工序。

②注意控制来料粒度，被粉碎物料的最大粒径不能超过进料口宽度的85%。

③必须空载启动，开机一段时间后，待运转正常，飞轮贮存足够动能后，才可缓慢加快喂料速度。

④破碎时，务必注意均匀给料，物料不能挤满破碎腔，破碎中，要注意破碎情况，听机器振动的声音。例如，破碎吃力、飞轮转速降低，就要及时减慢喂料，减少能源消耗，使飞轮转速恢复正常，待机器贮备足够动能后，再按正常速度给料。

⑤当破碎高强度、高韧性的原料（如钢纤维增强耐火制品的废砖）时，要注意降低破碎速度。

2.、颚式破碎机维护的注意事项

①随齿板的磨损，排出口逐渐变宽，破碎产品的粒度增大。这时，需要调整排出口。

②皮带老化、磨损致使破碎机转速变慢或皮带打滑。这时，需要调整皮带张力或更换皮带。

③因润滑不好，导致轴承温度过高或轴承损坏。这时，需要改善润滑，必要时更换轴承。

④因弹簧或与弹簧有关的部件损坏，造成飞轮回转，破碎机停止工作，推力板脱出。这时，需要更换弹簧、拉杆，或拧紧松动的拉杆螺帽。

⑤因螺栓松动导致机器振动过大。这时，需要拧紧松动的螺栓。

四、对辊破碎机

对辊破碎机具有结构简单、紧凑轻便、造价低廉、工作可靠、调整破碎比方便等优点。虽然，对辊破碎机的辊面容易磨损，所制产品多带有片状颗粒，也不利于成型，但是，对辊破碎机仍被大量的耐火材料生产厂家采用，作为原料的中碎和细碎。对辊破碎机的示意如下图所示。

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由上图可知，辊子1安装在机架3的固定轴承4上，辊子2则被可动轴承4'所支持。两个辊子分别被电机带动，做相反的转动。原料从上部给入，被旋转的辊子带入两个辊子之间的空隙，在空隙中被压碎。弹簧5起保护作用，如果难以破碎的杂物进入机器，弹簧自动后退，将杂物排出，防止了机器的损坏。辊式破碎机的使用和维护要注意以下事项。

①加强来料的除铁，防止非破碎物（如金属）掉入后损坏辊面，或造成停车事故。

②控制来料粒度，不使之超过上限尺寸。

③沿辊子长度方向均匀加料。如果加料不均，不但降低生产能力，而且使辊子不均匀磨损，缩短辊子寿命。

④运转时，要经常注意检查弹簧松紧情况，当弹簧松或两弹簧松紧不一都会加快辊子的磨损，使产品粒度不均。

⑤操作时，注意观察机器的工作状态。如果响声异常、转速变慢，表示机器中贮存的动能降低，就必须迅速停止加料。否则，机器瞬间就可能发生堵塞。

⑥如果发生堵塞，必须停车处理，不可在运转中处理，以免发生入身事故。

⑦运转一定时间后，辊面的磨损较大，出料粒度变大，就需要及时调整排出口的宽度或对设备进行检修。

8注意按时加油润滑，保养设备。

五、圆锥破碎机

圆锥破碎机具有生产能力大、破碎比大、单位电耗低的优点。圆锥破碎机也具有构造复杂、投资较大、检修维护困难的缺点。但是，圆锥破碎机所制颗粒的粒度均匀，形状接近圆形而带有棱角，有利于提高耐火材料的成型能力和制品的体积密度，被大量用于耐火材料生产厂家。圆锥破碎机的结构如下图所示。

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由上图可知，电动机1带动小圆锥齿轮2转动，小圆锥齿轮2带着大圆锥齿轮3转动，大圆锥齿轮带着偏心套8、主轴9和动锥5做偏心转动。这样，动锥5和定锥4之间的破碎腔6的形状就会发生周期性变化，由上部喂入的物料就会掉入空腔中，受到挤压和剪切作用而破碎。

圆锥破碎机的使用和维护要注意以下事项。

①加强来料的除铁，防止非破碎物（如金属）掉入后损坏辊面，或造成停车事故。

②注意控制给料粒度，最大给料粒度不能超过进料口宽度的85%,料块过大可能致使主轴折断或动锥衬板磨损。

③给料必须均匀，物料应从分料盘上均匀撒入破碎腔，否则将导致破碎机超负荷和定锥衬板过早磨损。

④注意检查机器振动的声响。例如，有剧烈的撞击和振动声可能是金属物体进入破碎腔。

⑤经常检查润滑系统的油压、油流量是否正常，油质是否纯正，管路是否漏油。例如，油温过高可能是轴承损坏或被润滑的工作面有问题。

⑥检查机器主电机电流是否正常。如电流超过正常，应停机查找原因，排除故障后再重新启动。电流过大可能是来料过大，或润滑不良，或轴承损坏，或其他机器部件损坏。

六、球磨机

一般情况下，球磨机指以钢球、钢锻为主要研磨介质的旋转式磨矿机械。如果筒体长度达到直径的3~4倍时，又叫做管磨机。如以钢棒为研磨介质，叫做棒磨机。以砾石作研磨介质的，叫做砾磨机。以矿石本身作为研磨介质，叫做自磨机。影响球磨机产量的因素有原料入磨粒度、出料物料粒度、研磨介质的类型、研磨介质的加入量、粉磨时间、磨机的转速和助磨剂的加入等。

入磨物料粒度对粉磨效率有很大影响。一般情况下，钢球直径为给料粒度的4~5倍。对于很硬的原料取高值，对于中等的原料取低值。如果减少入磨粒度就可减少钢球平均直径，提高钢球的总表面积，从而提高球磨机的粉磨效率。同理，增大出料粒度就降低了磨细物料需要的时间，可以显著提高磨机产量。

Ka=G2/22

式中K4—粒度系数；

d1—产量为G1时的入磨物料粒度，以80%通过的筛孔孔径表示；d2—产量为G2时的入磨物料粒度，以80%通过的筛孔孔径表示；x——试验系数，0.1~0.25。

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由上图可知，一定范围内，随粉磨时间的增加，被磨物料的粒度较快下降。但是，粉磨至一定程度后，继续增加粉磨时间，效果则不明显。特别是当粒度接近3um时，进一步细磨就变得越来越困难，这被称为“3um极限”。因为磨物料的粒径已经很小，可以钻进钢球与钢球接触面之间的微小间隙，又容易团聚，进一步延长粉磨时间已于事无补。

采用高密度的研磨介质，可以明显地提高粉磨效率。这是因为高密度介质受更大重力的作用，介质与介质接触时，产生更大的冲击力和摩擦力。从而能够更加有效地破碎或磨细处于两介质之中的物料，钢球的研磨效率大大高于陶瓷球。如果不能采用钢球，使用陶瓷圆柱也要比使用陶瓷球好。

一般情况下，装球量为磨机容量的40%~50%,对多仓磨机而言，为磨仓容积的25%~33%。磨机的转速率为76%~88%。

图中，(a)的转速过高，磨内物料、介质均随磨体运动，几乎没有破碎和研磨作用；(b)的转速较低，但磨内物料仍被适度抛起，研磨介质几乎没有破碎作用，但有一定的研磨作用；(c)的转速较高，磨内物料被抛起很高，下落时产生很强的破碎力，但能耗较大，而且在磨内物料随磨体运转和飞行下落中，相互之间的作用力不大，研磨作用不强。

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加入助磨剂也可以提高粉磨效率，常用的助磨剂有三乙醇胺、乙二醇。但是，对于不同的原料，需要使用不同的助磨剂。助磨剂具有两个作用：其一，分散作用，助磨剂通过提高粉料的毛电位，减少团聚而提高粉磨效率；其二，应力腐蚀作用。分散剂吸附在粉体上，钻入粉体表面的裂隙，通过腐蚀降低粉体的表面能，有利于产生新的界面和提高粉磨效率。下图显示了助磨剂的效果。

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球磨机的使用和维护要注意以下事项。

①经常检查主轴承的冷却水是否畅通，润滑滴油杯是否有油及滴油量是否正常，主轴承温度是否过高(以不烫手为限）。

②注意观察主电机电流是否异常。例如，长时间停机后，磨内残留潮湿物料可能糊磨，导致启动电流增大或不能启动。

③注意磨体、齿轮的振动声响。例如，齿轮正常的撞击声，可能是齿轮咽合间隙不当，或齿间进入异物。再如，磨体均匀地发出剧烈撞击声时，可能是加料过少；磨体发出沉闷振动声时，可能是加料过多。但是，如果磨体发出不均匀的剧烈撞击声或出现周期性振动，说明磨机某部件已损坏。如果给料不多，磨体仍旧发出低沉的声音，说明较多的原料已变成“鹅卵石”状物体。这些鹅卵石既难被破碎，又缺乏粉磨能力，需要停机清除。

④注意控制入料水分，进料、出料、磨体部分是否漏料。

⑤注意检查衬板的磨损情况。如果螺栓松动，要及时拧紧。

⑥注意及时补充研磨体，保证磨机的粉磨能力。

七、辊式磨

辊式磨分传统的雷蒙磨和各种新式的辊式磨机。

雷蒙磨的优点是自带风力旋风机，产品粒度可调整，能用来粉磨中等硬度以下物料，能生产0.045mm细粉的要求。雷蒙磨由喂料装置、主机传动装置、机架、梅花架、悬辊、磨环、风箱、分析器、大小旋风收尘器及风机组成。其工作原理是，磨机的底盘不动，中心旋转运动的梅花架饺接着悬辊，主轴旋转时悬辊在离心力作用下，与外磨环紧贴运动，入磨料由此被磨细。被磨细的物料在负压的作用下被吸入磨机上部的旋风分离器，分选成合格的细粉。

对雷蒙磨进行改进就可以研制出新式辊磨机。改进的方式：其一，对辊子加压，如采用高压弹簧或施加液压加大辊子的碾压力；其二，在辊子表面堆焊硬质合金，增强辊子楔入原料的能力。由此，新式辊式磨可以提高10%~20%的产量，还能粉磨莫氏硬度小于9.3(碳化硅以下）的耐火材料。

八、超细粉碎设备

常用的超细粉碎设备有振动磨和气流粉碎机。振动磨的结构如下图所示。

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由图可知，振动磨的工作原理是：电动机1通过联轴节2带动主轴3旋转。旋转时，主轴上的不平衡体5产生离心力，引起筒体4在弹簧6上发生高频振动。由此，引起筒体4内的研磨介质与物料发生相对运动，使筒体内部的物料被磨细。

振动磨的主要工作参数为频率、振幅、充填系数、入磨物料粒度。

(1)频率

频率越高，粉磨能力越强。但频率过高，弹簧等部件又易于损坏，需要采用优质零部件。所以，对大容积磨，采用较低频率；对小容积磨，采用较高频率。我国200~1000L振动磨的频率为1500次/min。国外，也有采用3000次/min的。

(2)振幅

振幅为2~10mm。如果给料粒度大，振幅也大，以使研磨体具有足够的破碎力。

一般情况下，振幅为给料粒度的1~2倍。过小不能粉碎入磨物料，过大则耗能过多。

(3)研磨体大小、充填系数与入磨物料粒度

研磨体大小为10~30mm,充填系数为0.65~0.75,入磨物料粒度约2mm。

气流磨是以喷射气流为动力进行的磨细，其原理是使物料在高速气流的作用下互相冲击和磨削而被粉碎的机械。喷射磨的结构如下图所示。

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由上图可知，压缩空气在燃烧室11预热后，经喷射管10射出，由于突然减压被加速到100~200m/s的速度，该气流将来自给料管8落下的被磨物料沿切线吹入磨机仓，利用高速运动的物料产生的冲击、磨剥作用将被磨物料粉碎。已磨细的颚粒在分级设备3的处理下被送入收尘器，经旋风收尘器2捕集后，进入存贮仓12。不合格的物料进入粗粒返回管，进行再次粉磨。

由此可见，喷射磨是一种解离度高、选择性粉磨作用强的新型磨机，适合粉磨耐磨性中等以下的物料。喷射磨具有的优点：结构简单、无运动部件、生产能力高、破碎比大、功率消耗低、产品粒度分布窄、颚粒表面光滑、颚粒形状规则、分散性好、活性大，尤其是金属磨损少、对耐火原料污染低。