雙齒輥低速篩分破碎機的特點及其在我國的應用

李 鵬 楊 健 吳林潔

(1.國家能源集團神東煤炭集團洗選中心，陜西省榆林市,719315;2. 澳大利亞愛邦公司北京代表處，北京市朝陽區, 100023)

雙齒輥低速篩分破碎機(Twin Roll Sizer)是英國人阿蘭·帕斯(Allen·Parth)為了解決煤炭機械化開采中大塊煤炭的破碎問題于1978年首先開發的。后來，澳大利亞人為解決煤炭過粉碎和產品粒度超限問題，又在英國人的基礎上進一步發展了這種破碎機的設計和制造。這是一種適用于現代化煤礦煤炭破碎的大型新式破碎機。由于低速篩分破碎機采用的是先進的剪切和擠壓破碎理論，設備具有較大的處理能力，可以較大程度地減少過粉碎，可以精確控制產品粒度，又能破碎大塊入料，因而逐漸受到普遍關注。

澳大利亞是世界主要的產煤國之一，又是世界上最大的煤炭出口國，由于煤質的關系，對煤炭洗選工藝提出了較高的要求。作為一個老牌的雙齒輥破碎機的生產廠家，澳大利亞FLS愛邦有限公司從20世紀80年代開始研制開發低轉速篩分破碎機。當時開發這種破碎機的一個主要目的，是減少破碎過程產生的過粉碎，從而降低后續選煤工藝的處理成本。由于具備先進的設計理念、緊湊的外形設計、產品粒度精確可控和可連續破碎高抗壓強度的物料的優異性能，愛邦低速篩分破碎機在礦物破碎領域處于領先地位。

1 雙齒輥低速篩分破碎機的主要技術特點

20世紀90年代初，英國MMD公司經過多年的宣傳和推廣，終于成功地將1臺雙齒輥低速篩分破碎機引進到山西安太堡露天煤礦使用。后來又過了大約7～8年的時間，陽煤集團應用了第2臺MMD破碎機。這2臺破碎機的使用效果良好，得到了用戶的接受和認可。相比傳統的雙齒輥破碎機，這種破碎機有著多個突出優點，因此，很快就在煤炭洗選行業得到了認可和推廣。尤其是2003-2012年的10年煤炭黃金期內，這種破碎機不僅在選煤廠的原煤和精煤破碎中得到了廣泛應用，還在井工煤礦的放頂煤開采破碎大塊矸石和原煤以及露天煤礦剝離和開采作業的煤炭和矸石破碎中得到較多應用。

21世紀初，隨著雙齒輥低速篩分破碎機在我國煤炭行業逐漸被接受采用，澳大利亞FLS愛邦有限公司先進的雙齒輥低速篩分破碎機決定正式開始進入中國，并于2005年在我國正式成立了愛邦公司辦事處，招聘技術員工并系統開始對技術員工進行培訓工作，開始了愛邦破碎機在中國的正式引進工作。愛邦雙齒輥低速篩分破碎機的性能特點及其優勢如下。

(1)破碎齒采用燕尾槽固定，穩固不松動。目前煤礦井下和選煤廠中大處理量原煤破碎機的部分廠家都采用齒座齒帽式的安裝方式。這種截齒采用螺栓固定。當入料矸石硬度較大時，螺栓單向受力，很容易出現螺栓松動，無法緊固破碎齒，運行情況中會有脫落情況出現，還會出現螺栓斷裂的情況，對后續選煤工藝造成很大麻煩，而且需要經常停機緊固破碎齒，嚴重影響生產。井下破碎機更換齒帽相當麻煩，需要礦上備兩個齒輥軸總成備件，將井下需要換齒的軸拆下運至地面，把備件軸安裝在破碎機上。運至地面的軸再由機修工人拿焊槍慢慢割下斷裂的螺栓。更換一套齒不但需要礦方額外采購兩根齒輥軸總成備件，整個換齒過程還需一周的時間。

愛邦破碎機采用燕尾槽鑲嵌從軸端固定破碎齒的方式，可以完全固定截齒不松動，不會出現脫落或斷齒。這種方式破碎齒和齒輥軸受力面積大，利于破碎硬度大的矸石，本身破碎齒也更粗壯，強度更大，鷹嘴式齒牙更耐磨。更換截齒也很方便，無需吊出齒輥軸，只需在端部打開夾緊環，截齒就可以一個接一個退出來，一個班就可以換完2根軸上的截齒。安裝方式見圖1。

(2)平行布置破碎齒，杜絕產品超粒。大部分廠家都采用螺旋齒布置方式。在同一時間各個齒牙的開口角不同，每個齒牙間空隙的尺寸不同，廠家在設計時為保證處理量，由小開口角處限定出料粒度，導致大開口角處就會有超粒通過。愛邦公司采用平行式布置方式，保證在同一時間，各個齒牙間的間隙尺寸是一致的，保證大于出料粒度的物料必須被破碎。前面敘述的同煤大唐塔山煤礦有限公司原使用的其它廠家的破碎機，參數為入料粒度50～150 mm，出料粒度50 mm。該破碎機出料嚴重超粒，出料粒度最大到80 mm，超過50 mm的量高達25%～30%。2015年愛邦為選煤廠提供了2臺ABON 5/180CC型雙齒輥篩分破碎機替換原有破碎機。自2015年3月運行至今，愛邦破碎機保證了精煤產品50 mm出料粒度5%限上率的技術要求。破碎齒布置對比見圖2。

圖1 愛邦破碎機破碎齒安裝方式

圖2 破碎機破碎齒布置對比

(3)全稀油潤滑，日常維修保養簡單。大部分破碎機廠家都采用油脂集中潤滑系統。這種潤滑方式有以下幾個顯著的缺點：一是要有一套專門的注油系統，而且由于黃油粘稠度太大，注油系統經常出毛病；二是需要頻繁地注油，間隔最短的注油時間為2周左右；三是黃油潤滑容易造成軸承外側的油脂和煤塵及其他細微顆粒混合在一起，造成軸承的磨損，導致軸承使用壽命短，一般3～5年就需要大修。

愛邦破碎機整機采用全稀油潤滑。日常維修保養很簡單，只需每周通過油位觀察鏡觀察油位即可。每年只需要定期更換一次潤滑油即可。軸承完全被密封起來，不與外界接觸。這是愛邦破碎機10 a才需要大修的原因之一。

(4)高強度耐磨合金鋼保證破碎截齒耐磨壽命長。破碎截齒使用壽命的長短對煤炭破碎作業非常關鍵，它直接關系到破碎機的運營成本和維護工作量。在原煤破碎作業中，由于原煤中矸石含量大，矸石硬度大，破碎機截齒的壽命問題成為控制作業成本的關鍵。比如，同煤集團同忻煤礦選煤廠就出現過原煤破碎機的截齒使用2周就被全部磨掉的情況。

為解決這一關鍵問題，愛邦公司整體設計破碎機時，充分考慮了截齒使用壽命的重要性。一方面是材質上選用澳洲自行開發的一種特殊的高強度耐磨合金鋼材料來制造截齒，這種材料有很高的強度，又不太脆，而且還要求越磨越耐磨。另一方面，愛邦公司在破碎機設計選型階段，一定要確保需要破碎的物料在破碎機中被咬合1～2次的情況下就要被破碎，達到用戶要求的粒度。這樣的設計可確保物料磨損截齒的時間較短和次數較少，從而截齒的使用壽命得以大大延長。另外，螺旋齒形排列結構會造成堅硬大塊物料在破碎腔內沿軸向多次移動打滾，從而使破碎機截齒的磨損加快很多。愛邦破碎機平行排列的截齒則可避免這種情況的發生，從而延長破碎機破碎截齒的壽命。

同煤集團的挖金灣煤礦和四老溝煤礦的使用工況基本相同，原煤和矸石的抗壓強度幾乎一樣，入料粒度和出料粒度，還有小時處理量都十分類似。愛邦公司的ABON5/180CHD型破碎機的一套截齒使用壽命在8～10個月左右。

2 愛邦低速篩分破碎機在神東煤制油選煤廠的應用

國家能源集團神東煤炭集團公司洗選中心煤制油選煤廠(以下簡稱為“煤制油選煤廠”)地處內蒙古自治區鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮。該廠自2006年開工建設，2008年8月建成投產，年處理原煤6.0 Mt/a，負責國家“十五”計劃重點工程神華煤直接液化項目燃料煤的洗選加工任務。洗選工藝為重介旋流器全末煤入洗，主要分選設備為有壓兩產品重介質旋流器，分選粒度為1.5～30 mm，分選出精煤和中煤。精煤作液化用煤，中煤用于發電。產品利用率達到100%，洗水實現了一級閉路循環。主要產品有煤制油精煤(粒度小于30 mm)、煤制油混煤(粒度小于30 mm)和電煤(粒度小于30 mm)。

2006年12月煤制油選煤廠引進2臺愛邦7/250HSS型篩分破碎機。每臺破碎機配備1臺電機，功率250 kW，減速器速比28∶1，電壓等級660 V。該破碎機是中心距固定的雙齒輥篩分破碎機。齒輥軸中心距為700 mm，齒輥軸長度為2500 mm，入料粒度為30～80 mm，出料粒度要求為30 mm。

為達到設計的小時處理能力以及保證產品的出料粒度，這種破碎機采用了側邊破碎方式，即兩根齒輥軸向外旋轉，利用截齒將處在齒輥軸與破碎板之間的物料進行破碎。在破碎機排料口處的破碎板上安裝了用于最終控制出料粒度的合金鋼梳齒插件。而破碎板安裝在破碎機側板上，通過油泵上下可以調節，以確保出料粒度在用戶要求的范圍之內。

煤制油選煤廠篩分車間共計安裝了6臺破碎機，分別是一級破碎機，二級破碎機，三級破碎機。每一級破碎機都安裝2臺，其中一級破碎機控制出料粒度≤150 mm，二級破碎機控制出料粒度≤50 mm，三級破碎機(即愛邦7/250HSS型破碎機)為三級破碎機，也是終破，控制粒度≤30 mm，三破是保證供應煤制油公司產品煤粒度的最終破碎機，起到關鍵作用。

愛邦7/250HSS型篩分破碎機單臺設計處理能力為500 t/h。實際生產過程中，過煤量可達到450 t/h。 采用兩側破碎方式，原煤出料粒度也很好地被控制在30 mm以下。

自2007年投入使用以來，這2臺愛邦7/250HSS型篩分破碎機至今已穩定可靠運行12 a多，沒有超粒現象，除了正常更換磨損件(截齒和破碎板)外，沒有更換過主要大件，也沒有進行過大修。

3 愛邦低速篩分破碎機在其他煤炭企業的應用

3.1 井下破碎作業

由于現在井工煤礦綜采設備越做越大，再加上放頂煤開采方式，最大原煤和矸石粒度往往可達1～1.5 m，甚至長達2 m左右。通常工作面刮板輸送機機機尾會布置一臺轉載破碎機。這種轉載破碎機一般采用單輥錘式破碎機，出料開口的高度通常是300 mm。但是，當遇到抗壓強度高的矸石或原煤粒度達到1 m以上時，而且來料量又很大，轉載破碎機來就會不及破碎。為保證通過能力，使用現場往往會抬高出料口，直至所有物料能順利通過為止。這就導致從采煤工作面的來料粒度變大，一般三維尺寸會有不少超過600×800×1000 mm的。這種尺寸對一般選煤廠是無法處理的。另外，由于錘式破碎機自身設計上的缺點導致會有扁平型的物料，因此，會出現最長邊會達到1.5～2 m的大塊。在轉載過程中，這些大塊會砸壞、撕裂大巷皮帶和造成井下煤倉堵塞，因此現在1000萬t/a以上的大型煤礦設計趨勢是在順槽皮帶和大巷皮帶之間，或井下煤倉上方安裝一臺雙齒輥低速篩分破碎機，把這些超大塊破碎到300 mm以下。

針對以上的破碎需求，伊泰煤炭公司酸刺溝煤礦于2007年引進了1臺愛邦公司ABON 8/300CCTD型破碎機，并在2008年開始安裝使用，處理能力為4500 t/h，入料中矸石含量30%左右，矸石最大硬度達到150 MPa，入料粒度最大1200 mm，出料粒度為300 mm，從2008年開始使用至今，很好地達到了設計技術要求。雖然已處理原煤約1.3億t，但ABON 8/300CCTD型破碎機的驅動系統、破碎軸總成及破碎機箱體仍保持良好狀態，日常除正常破碎截齒消耗，沒有更換過其它備件。尤其是齒輥軸上固定截齒的燕尾槽結構經受住了考驗，固定截齒不松動。該公司后來又陸續采購2臺同型號的破碎機。除了酸刺溝礦以外，這種破碎機在中煤能源集團安家嶺1號井工礦、山西焦煤集團斜溝煤礦等煤礦也得到很好的應用。

3.2 選煤廠破碎作業

大同煤礦集團公司塔山礦選煤廠以往一直存在超粒問題，嘗試過多家雙齒輥破碎機廠家的產品，都不能很好解決超粒問題，以至由于產品煤超粒嚴重，產品煤銷售時而被罰款。愛邦公司通過多次實地考察和煤炭采樣分析，針對塔山礦的超粒問題，開發出了ABON5/180CC型精煤破碎機，于2015年3月在塔山二期選煤廠安裝了2臺ABON5/180CC型破碎機，單臺處理能力300 t/h，入料粒度50～200 mm，出料粒度50 mm。由于在設計中采用了平行齒結構，結合截齒結構的動態三維設計，保證了出料粒度控制。在出料粒度的測試中，基本達到了沒有超粒的要求，非常好地解決了塔山選煤廠長期超粒的問題。

大同煤礦集團公司挖金灣礦選煤廠在考察塔山礦選煤廠之后應用了1臺ABON5/180CHD型原煤破碎機。該破碎機入料量處理能力300 t/h，矸石含量最大時達到80%，矸石硬度120 MPa，入料粒度50～300 mm，出料粒度50 mm。50 mm的出料后續采用旋流器洗選，得益于愛幫破碎機嚴格的粒度控制，解決了以往旋流器經常由于超粒入料而堵塞的現象。ABON5/180CHD型破碎機在挖金灣礦使用中，一套截齒使用壽命在8～10個月左右。

在我國煤炭企業，一般原煤破碎前要設置手選皮帶，把大塊的矸石先人工撿走，雖然設置有人工揀矸皮帶，但并不能保證矸石完全被撿出，經常造成破碎機堵塞，甚至損壞的后果。愛邦公司針對中國煤炭企業的實際使用情況，開發了高抗強度和高抗沖擊的減速機和破碎腔結構，在大同煤礦北辛窯礦采用2臺ABON5/180CC型原煤破碎機，設計處理量250 t/h，入料粒度150～300 mm，出料粒度150 mm，實際上矸石入料粒度往往在500 mm以上，人工撿矸來不及撿的時候甚至還會有1 m的扁平型物料進入破碎機。在這種極端超粒的情況下，大塊矸石需要在破碎腔中滾動多次才能被破碎，但除截齒磨損比正常快之外，并不會影響愛邦破碎機的正常運行，未出現斷齒、掉齒和堵轉等情況，也沒有出現過故障停機。保證了在人工撿矸不到位的情況下，也能保證破碎系統的穩定。

4 結語

愛邦雙齒輥低速篩分破碎機在國外是設計用來在煤礦和金屬礦山全天候進行連續作業的高質量設備，制造水平高、可靠性好。在引進中國市場后，愛邦破碎機表現出來的技術先進性也已經通過10多年的應用證明。因此，愛邦雙齒輥低速篩分破碎機必然會被越來越多的大型煤炭企業集團所采用，從而為提升我國煤炭企業的經濟效益做出更大貢獻。

目前，愛邦低速篩分破碎機已在全球范圍內廣泛用于煤炭、金屬礦和非金屬礦的初碎、中碎和細碎，如加拿大鋁業、美國鋁業、英美礦業、BHP、力拓、皮博迪煤炭、英科礦業、殼牌礦業、蒂斯總包、中國國家能源集團神東煤炭集團、山西焦煤集團、平朔煤炭集團、伊泰煤炭、大同煤礦集團、萊蕪礦業、黃陵礦業等礦業集團等。在澳大利亞，愛邦破碎機已逐步取代了其他競爭對手的設備，在煤炭工業領域占據了90%以上的市場。