NPG 2020大型齒輥式破碎機在電石行業的研發與應用

劉世端

NPG 2020大型齒輥式破碎機在電石行業的研發與應用

劉世端

NPG2020大型齒輥式破碎機具有低轉速、大慣量、超高齒、液壓彈性定位的結構特點，對電石破碎所要求的大入料粒度、抗壓強度低而韌性較高的物料特性、低粉塵、低火星、高安全性等方面適應性高，首次在電石行業得到成功應用。整個系統具有自動化程度高、故障率低、人工成本少和運行穩定等優勢，值得大力推廣應用。

NPG2020；大型齒輥式；破碎機；電石破碎

1　概述

目前，電石行業初級破碎以顎式破碎機為主。普通規格顎式破碎機對大塊電石的適應性較差，往往需要采用沖擊鉆將大塊電石打碎后，才能喂入破碎系統。該破碎系統喂料采用吊車或裝載機喂入物料的半自動方式進行。另外，顎式破碎腔對特大塊的適應性差，易產生卡料現象。傳統的破碎系統存在自動化程度低、人工成本高、可靠性低等缺點。

中國中材國際工程股份有限公司（南京）長期以水泥生產線的設計建設為主業，在本項目中首次跨行業進行了一系列開拓性工作，進行了一系列的實驗和嘗試。

2013年初，公司組建大型齒輥破碎研發項目組，項目負責人劉世端，組員詹旺明、陳宇飛、樊猛猛。

針對電石的力學和物理特性，我們研發出大型齒輥式破碎機。該破碎設備成功應用在青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項目20萬噸/年電石項目中，實現全自動化連續喂料破碎，整個系統運行穩定。

2　齒輥式破碎機工作機理

齒輥式破碎機具有兩個相向作差速旋轉帶齒的輥子，當物料從進料口全寬度喂入后，在壓力和剪力共同作用下，物料被擠壓或撕裂而破碎，破碎后的物料從兩輥之間強制排出，粘在輥子上的物料由刮泥裝置將其刮下。在兩個輥子中，一個為固定輥，另一個為活動輥。活動輥軸承座利用帶液壓缸的蓄能器在水平方向彈性定位。當異物進入破碎機時，活動輥及時退讓將異物排出，保護設備不受損壞。液壓裝置也可方便地調整兩輥間隙，以保證產品粒度。此類設備適用于破碎中等強度以下的物料。

3　電石的力學和物理特性

石灰和碳素原料焦炭，加熱熔融發生化合反應，之后，液態物質流入大型耐熱容器中冷卻形成固態電石（圖1）。

圖1　電石熔煉及冷卻

為了掌握其力學特性，我們到電石廠實地取樣，并進行了抗壓強度、易碎性沖擊功指數和磨蝕性指數等試驗（圖2、表1）。

根據以上實驗數據，電石的抗壓強度≤89.9MPa，屬于中等偏下；電石的易碎性實驗中，沖擊功指數平均值為19.35kWh/t，韌性較高；金屬磨耗實驗中，磨蝕性指數為0.002 1g，磨蝕性很低。齒輥式破碎機破碎作業時，既有壓力的擠壓破碎，也有剪切力的撕裂作用，能夠適應電石的抗壓強度低而韌性較高的力學特性。

另外，我們在NPG1414中等規格的齒輥式破碎機進行了實際破碎實驗。我們在電石廠取400mm左右的電石塊，在破碎制造廠車間進行了實際破碎實驗（圖3、圖4）。實驗表明，齒輥式破碎機能夠對電石進行有效破碎作業。

圖2　電石取樣

表1　抗壓強度試驗

表2　電石易碎性試驗（比重：2.22g/cm3）*

圖3　制造廠破碎實驗

4　NPG2020大型齒輥式破碎機的研發

青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項目20萬噸/年電石項目電石預破碎的工藝要求：

最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

根據電石的力學特性和工藝性能要求，采用NPG2020大型齒輥式破碎機型，其主要性能參數如下：

設備規格：NPG2020

轉子直徑：2 000mm

轉子寬度：2 000mm

允許最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

裝機功率：2×315kW

表3　電石磨蝕性試驗（金屬磨損指數：0.002 1）*

圖4　固態電石

NPG2020大型齒輥式破碎機（見圖5、圖6）由傳動裝置、窄V帶、框架、殼體、固定輥、活動輥、液壓站和刮泥裝置等組成。固定輥剛性地被定位在框架上，活動輥被液壓缸彈性定位在框架上。殼體將兩輥子環繞，形成破碎腔，與物料接觸的部位設耐磨襯板。兩傳動裝置通過窄V帶驅動兩輥子，兩輥子相向差速回轉。由于采用較低轉速，物料的破碎作用主要通過輥齒的有效嚙合進而壓入、切碎電石大塊，與電石之間的沖擊，比錘式、反擊式等破碎機要小得多，不易產生火星，在電石破碎這種特殊作業中尤為安全、可靠。

圖5　NPG2020大型齒輥式破碎機外形圖

圖6　NPG2020大型齒輥式破碎機外形圖

NPG2020大型齒輥式破碎機主要設計特點：

（1）采用大輥齒設計

為了適應初破入料粒度大、破碎力大、減少過粉碎降低能耗的要求，采用大直徑2 000mm輥皮和加強型大輥齒設計，輥齒工作面堆焊有耐磨層，磨損后可在線堆焊。為了增加兩輥子咬合物料的能力，輥齒專門設計有高齒、中齒和低齒。

（2）齒輥式破碎機轉子轉速

齒輥式破碎機轉子轉速低，齒尖線速度僅有3～10m/ s，是錘式和反擊式破碎機錘頭及板錘端部線速度的五分之一。根據摩擦學，磨損與相關摩擦件的相對速度的平方成正比，因此相較于錘式、反擊式破碎機，齒輥式破碎機易損件的使用壽命將大大延長。同時，具有維護量少、震動小、揚塵少和噪音低等顯著特點。

（3）活動輥采用液壓定位

齒輥式破碎機活動輥采用新型液壓彈性定位設計，適應高壓安全破碎要求。當異物進機時，活動輥及時退讓將異物排出，保護設備不受損壞。

（4）采用大慣量輥子設計

采用大慣量飛輪輥子和加強型V帶傳動，轉子運行中能儲存大量的動能。因此設備進行破碎作業時，運行穩定，破碎大料能力增強，產量也會得到提高。

5　NPG2020大型齒輥式破碎機在電石行業的應用

NPG2020大型齒輥式破碎機成功應用在青海鹽湖海納化工有限公司聚氯乙烯一體化項目20萬噸/年電石項目中，實現全自動化連續喂料破碎，整個系統具有自動化程度高、故障率低、人工成本少和運行穩定等優勢。

該項目電石預破碎系統主要由大料斗（70t儲量）、B2200板式喂料機、NPG2020齒輥式破碎機、B1200槽式輸送機、火星捕捉器和袋式收塵器等組成（見圖7）。冷卻后的大塊電石可直接用卡車運送并傾倒進大料斗，再經板式喂料機將大塊電石均勻連續地喂入破碎機，破碎后的小塊礦石經由槽式輸送機輸送至下一工序。

圖7　電石預破碎系統工藝流程圖

整個破碎系統采用以下安全監控措施：

（1）齒輥式破碎機各個軸承設有PT100溫度監控，設置80℃報警并調停。

（2）液壓系統由控制箱自動控制，并輸出油壓、油溫高低報警型號。

（3）轉子設有轉速監控裝置。

（4）為了減少揚塵，系統增設袋式收塵器。

（5）因電石遇水會產生乙炔氣體，易產生燃燒爆炸，增設火星捕捉器，確保系統安全。

（6）現場所有電機采用防爆電機，確保安全生產。

（7）整個破碎系統采用PLC全自動聯鎖控制，確保破碎系統運行安全穩定。

該破碎系統于2013年12月主機設備發貨，2014年1月進行安裝，2014年4月完成整個破碎系統調試并投產至今，各項性能指標均已達到合同要求，破碎系統運行穩定，故障率極低，除各軸承的定期潤滑外，設備基本免維護。

圖8　破碎系統現場

6　結語

中國中材國際工程股份有限公司（南京）研發的NPG2020大型齒輥式破碎機是首次成功應用在國內電石行業。該破碎系統克服了顎式破碎腔易產生卡料故障和傳統的破碎系統自動化程度低、人工成本高、可靠性低等缺點，同時，實現了全自動化連續喂料破碎。整個系統具有自動化程度高、故障率低、人力成本少和運行穩定等優勢，取得了很好的應用效果。

青海鹽湖海納化工有限公司在隨后的生產線中又采購應用了另外2套相同設備，也取得了令人滿意的經濟效益。

NPG2020大型齒輥式破碎機在電石行業的應用取得了圓滿成功，填補了國內大型齒輥式破碎機的空白，具有推廣應用的價值。

Development and Application of NPG2020 Large-scale Toothed Roll Crusher in Calcium Carbide Industry

TQ172.611.7

A

1001-6171（2016）03-0023-04

通訊地址：中國中材國際工程股份有限公司，江蘇南京211100；2016-02-22；編輯：趙蓮