顎式破碎機襯板研究與應用

何鐵牛，馬潤元，高 健(太原鋼鐵(集團)有限公司峨口鐵礦，山西 代縣 034207)

工程設備

顎式破碎機襯板研究與應用

何鐵牛，馬潤元，高 健(太原鋼鐵(集團)有限公司峨口鐵礦，山西 代縣 034207)

分析了顎式破碎機襯板失效的原因和危害，提出了改進破碎機襯板厚度、材質、減重孔、破礦形狀、防松卡塊孔等方法，獲得良好經濟效益，具有推廣應用價值。

破碎機； 襯板； 失效原因； 改進

1 前言

太鋼峨口鐵礦是太鋼主要原料基地，峨口鐵礦3#溜井Ⅲ峒系統于2013年7月建成投產。主要擔負新建3#溜井下礦的破碎及輸送作業，到2014年8月底累計生產礦石320萬t左右。

Ⅲ峒破碎運輸系統，設計安裝1臺型號為CT60×80顎式破碎機(簡稱顎破機)，即復擺式破碎機，規格為2 032×1 524，配用電機YRKK4503- 6,功率400kW，主軸轉速為200r/min，排礦口調整為150～300mm，機器重量155.7t，主要用于井下破碎作業。顎式破碎機的工作部分是兩塊顎板，一個是定顎襯板，垂直或上端略外傾，固定在定顎機體前壁上，另一個是動顎襯板，位置傾斜，與定顎形成上大下小的破碎腔(工作腔)。動顎對著定顎作周期性的住復運動，分開時，鐵礦石進入破碎腔，被破碎的鐵礦石由于自重從下部排出。靠近時，使裝在動顎、定顎襯板之間的物料受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎。顎破機最大給料粒度900～1 300mm，排料粒度250～300mm。通過2年多的使用運行發現新顎破機故障頻繁，生產效率低，搶修任務量大，是制約峨口鐵礦的生產瓶頸，主要體現在以下幾個方面。①在生產過程中，溜井內大塊礦石進入顎破機口卡住后需放炮處理。經過頻繁的爆破作業，大罩扭曲變形，大面積開焊、斷裂，顎破機口平臺脫落，且顎破機口頭部漏斗設計不合理，分礦箱磨損漏礦嚴重，礦石直接沖擊動顎體，對軸承造成損傷。②CT60×80顎式破碎機為復擺式破碎機，動顎、定顎襯板壽命嚴重不匹配，定顎襯板磨損快，使用壽命短，而動顎襯板則相反，存在磨損定顎本體的隱患，造成檢修組織困難。

針對上述設備存在的設計缺陷及隱患，峨口鐵礦對新Ⅲ峒CT60×80顎破進行高效破礦襯板研究與改造，取得了顯著的效果。改造情況總結如下。

2 改進前襯板使用情況

CT60×80顎破機于2013年6月15日開始投入生產，設備運行到8月3日，定顎襯板排礦口處，圓弧齒頂高度磨損85～90mm, 鍥塊處剩余厚度40～45mm，襯板齒底根部已經磨損到定顎的鍥塊本體，非常危險。

2013年8月3日～5日檢修更換襯板時，分別將動、定顎上下襯板倒個換位，實際檢修襯板時間為48h。倒個換位后下襯板排礦口位置齒頂厚度120mm，比新襯板磨損10mm。第二套襯板運行20d，8月25日更換，定顎襯板齒頂高度磨損85mm, 鍥塊處剩余厚度45mm。襯板齒底位置擠壓變形，剩余厚度約6～8mm，定顎的鍥塊本體局部磨損，定顎體固定襯板凸臺有明顯磨損痕跡，該位置的動顎襯板齒頂厚度磨損量為25mm左右。

根據定顎襯板的磨損情況分析，第一套襯板由于處于試生產期間，有效作業率低，襯板使用47d，第二套襯板基本正常，設備開始連續破礦生產，襯板使用壽命為20d。通過后期磨損量跟蹤，襯板更換周期按照15～17d生產組織可避免定顎本體磨損。

顎破襯板裝機容量：顎破機定顎襯板臺裝量2塊，定顎襯板總重量2塊×4.2t/塊=8.4t；動顎襯板臺裝量2塊，動顎襯板總重量2塊×3.4t/塊=6.8t，外委鑄造加工費0.92萬元/t，合計13.98萬元/套；襯板壽命為破礦量30～50萬t/套，使用周期為15～17d。

2016年破碎下礦方式為Ⅰ峒∶Ⅲ峒=800∶400t/h，大車直接下礦為500t/h，由于Ⅲ峒的原礦難磨難選，所以原礦配比較小，否則影響破礦、磨礦及選別效率。

此外，在實際使用過程中發現，動顎襯板比定顎襯板使用壽命長約1倍。

3 襯板磨損原因分析

經現場研究及襯板磨損量發現，襯板磨損較快主要存在以下兩方面原因。①CT60×80顎破機為復擺式破碎，與原有I峒和II峒用PEF2100×1500簡擺式顎破機不同，在破碎過程中不是單純的擠壓破碎，在擠壓的過程中襯板與礦石之間還存在相對運動的剪切滑動磨損。另外CT60×80顎破機的偏心軸轉速(即破碎頻率)達到200r/min，約為現Ⅰ峒簡擺破碎機的1倍，所以破碎效率較高，破碎質量較好，破碎后大塊(包括片石)明顯較少，同時會造成襯板磨損量增加，使用壽命縮短。②通過對實際生產過程中襯板的磨損情況研究并與進口C200破碎機襯板結構對比研究發現，CT60×80顎破機襯板結構設計存在一定缺陷。

CT60×80顎破機定顎襯板結構在齒形長度方向上為直線，動、定顎襯板安裝后有22.5°左右的破碎咬角。顎破機在排礦口位置，動顎襯板比定顎襯板長約175mm。破碎過程中動顎襯板用一個面來磨損定顎襯板下邊緣的一條線。當定顎襯板下邊緣磨出一個倒角平面時，定顎襯板已磨損到鍥塊本體部位，這時定顎襯板下部已經磨損到報廢極限。另外破碎過程中動顎體從上向下做排礦和破碎運動，加快了定顎襯板下邊緣倒角的磨損速度，造成定顎襯板的使用壽命遠小于動顎襯板使用壽命。

C200顎破機結構與CT60×80類似，但C200定顎下襯板下邊緣不是直線而是一個半徑約1 830mm的圓弧平面，圓弧的切線與動顎襯板的輪廓線接近平行，這樣在排礦口位置就形成一個平滑過渡的破碎帶，從而達到動、定顎襯板面與面之間的破碎，不僅可以更好地匹配壽命，也可有效地延長定顎襯板的使用壽命，最重要的是物料通過平行帶的時間延長，破碎后產生更穩定的產品粒度，減少片狀物料的產生，減少片狀物料對橡膠帶的劃傷和撕裂，提高破礦效率，見圖1和圖2。

圖1 CT60×80顎破機排礦口示意圖

圖2 C200顎破機排礦口示意圖

4 襯板改造方案

(1)將顎破機定顎襯板厚度增加40～60mm，即由220～240mm提高到270～290mm。襯板背面，增加減重中心孔凹槽，相應加深40～60mm。

(2)顎破機定顎襯板齒面形狀由直線平面改成上部直線平面下部420mm區間為半徑1 830mm的圓弧平面(排礦口位置襯板厚度增加10～240mm)，將顎破機主破碎區域提高400mm左右用于礦石主要破碎作業，圓弧齒形帶破碎咬角逐漸縮小，用于輔助二次破碎，增加礦石在圓弧平面位置的停留時間，增加破碎時間和破碎次數，提高破碎效率。將排礦口位置圓弧平面的切線與動顎襯板的破碎咬角降低到8°～10°，減少排礦口位置的破碎負荷及破碎磨損量，提高破碎后產品粒度合格率。既減少片石產生又降低破碎后礦石粒度。改造前后定顎襯板結構見圖3，其中虛線為改造前定顎襯板。

圖3 定顎襯板改造前后襯板結構對比

(3)由于高錳鋼件塑性較好，在實際生產過程中發現，動、定顎襯板在破碎礦石擠壓過程中兩側與側護板對應位置發生塑性變形，動、定顎襯板使用15～19d更換時襯板與側護板之間25mm間隙因發生塑性變形消失，更換取出困難，需氣焊切割取出。在考慮到襯板壽命延長后，該擠壓變形量將更大，為消除該缺陷，將動、定顎襯板兩側與側護板配合位置設計15mm×45mm倒角，彌補使用壽命延長后的襯板塑性變形量，見圖4和圖5，改造后排礦口形狀對比見圖6。

圖4 改造后襯板斷面示意圖

圖5 改造前后襯板外觀對比

圖6 改造前后排礦口形狀對比圖

(4)動顎、定顎襯板材質優化。結合同類產品的化驗結果，襯板材質由ZGM13Cr2Mo改為ZGM18Cr2Mo，原材料化學成份配比按照碳C=1.29%～1.31%、錳Mn=17%～19.5%、硅Si≤0.48%、磷P≤0.037%、硫S≤0.001%、鉻Cr=1.8%～2.1%、鉬Mo=0.15%～0.17%、鎳Ni=0.10%～0.13%；由于顎破機襯板結構斷面較大，報廢后襯板金屬損失率小于15.8%，不存在破碎過程中顎破機襯板破損的現象，另外，結合Ⅰ峒顎破機襯板2014年人工時效處理試驗，要求襯板加工完成后增加人工時效工序，經過良好的熱處理，全部獲得單一的奧氏體組織時襯板呈現出最為良好的韌性、耐沖擊性和耐磨性。因此供貨時襯板水韌處理硬度按照高錳鑄鋼件HB=200～240制造。

5 改造效果

5.1 改造前費用及檢修時間

(1)2015年按照襯板磨損曲線和使用周期預算，全年需更換12套定顎襯板(約100.8t)，8套動顎襯板(約51.2t)。按照2015年一月份的出庫價格計算，2015年Ⅲ峒顎破機動、定顎襯板類消耗費用302.8萬元。其中顎破機定顎襯板一套為2件，全年更換24件，每件66 868.38元；定顎更換襯板時上下鍥塊必須同時更換，上鍥塊共24件，每件2 190.16元，全年共計5.3萬元；下鍥塊24件，每件4 557.26元，全年共計171.4萬元。動顎襯板一套為2件，全年共計16件，每件74 038.46元；動顎更換襯板時下鍥塊必須同時更換，下鍥塊為16件，每件4 743.58元，全年共計126.1萬元。

(2)更換襯板每月檢修5d全年檢修60d，檢修停機時間較長，顎破機有效作業率低，檢修勞動強度大，因檢修停車時間較長，不利于系統穩定生產。

(3)襯板使用到后期，偶爾會有片石產生，每月會造成第二峒皮帶系統料咀片石堵礦次數平均3次左右，存在皮帶劃傷及撕扯安全隱患。

(4)定顎襯板改造后單件重量由3.4t增加至4.31t，但效果是使用壽命延長一倍。

5.2 襯板改造后使用效果

(1)通過定顎襯板改造，定顎襯板壽命延長1倍，2015年7月底前完成，2015年下半年節約3套定顎襯板和1套動顎襯板及相關附件，可節約襯板費用約50萬元左右。2015年后每年可節約襯板費用約100萬元左右(不含襯板價格變動因素)。

(2)每月減少1次更換襯板檢修，增加Ⅲ峒系統作業時間2d。全年累計增加Ⅲ峒作業時間24d，每年多處理原礦26.88萬t(按700t/h處理量，每天按16h作業計算)。

(3)顎破機襯板改造后破碎帶排礦口位置產生接近平行帶的破碎帶，物料破碎次數和破碎時間增加，有效減少破碎后片石產生,減少皮帶系統料咀堵礦次數及橡膠帶撕裂的重大安全隱患。

6 結語

通過巧妙地設計襯板減重孔、防松固定鍥塊、破碎圓弧平行帶、破礦大牙齒R75、優化襯板材質和熱處理工藝等，改善了鐵礦石擠壓、破碎、彎折和劈裂作用力對破碎機機體的影響。簡化了襯板更換、破礦檢修操作程序，延長襯板使用壽命1倍。提高襯板本質性安全措施，達到檢修簡便快捷，省時省力的目的。而且設計襯板材質上又增加合金元素鎳、鉻等含量，增加形成高硬度的奧氏體碳化物，從而提高襯板耐磨性、抗沖擊性和使用壽命。改進后使破礦效率提高38%，排礦粒度降低18%，顎破機作業率提高4.8%，故障率降低4.8%，多項破礦經濟技術指標達到國內領先水平，具有很強的實用性和操作性。

[1] 李儀鈺.礦山機械[M].長沙：中南礦冶學院出版社，1996.

[2] 王文斌.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3] Gustav Niemann. HP Crusher Machine Elements (5th Edition)[M].Prentice～Hall,2008.

Study and application of jaw crusher liner

The reason and the damage of liner failure of jaw crusher were analyzed. The methods of improving liner thickness, material, lightening hole, shape of broken ore and locking hole were put forward, and good economic benefit was obtained. It has popularization and application value.

crusher; liner; failure reason; improvement

TD451+.2

A

何鐵牛(1968-)，男，湖南新邵人，教授級高級工程師，從事礦山機械工程技術管理工作。