3-物料的破碎.ppt

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2023/4/29,1,3物料的破碎,3.1概述3.2物料破碎的功耗学说3.3破碎设备3.4破碎过程的影响因素及破碎机生产率计算,2023/4/29,2,3.1概述,粉碎过程：

利用外力克服颗粒内部各个质点之间的内聚力，从而使物料块破坏成小块的过程称为粉碎过程。

分类（按照破碎力的作用形式及产物粒度）：

（1）破碎：

主要是压应力，产物粒度大于5mm；

（2）磨碎：

破碎力主要是磨削、冲击，产物粒度小于5mm。

本节主要内容3.1.1破碎过程的技术指标3.1.2物料的机械强度3.1.3物料的破碎方法,2023/4/29,3,3.1.1破碎过程的技术指标,

（1）破碎比

（2）破碎效率（3）破碎机技术效率,2023/4/29,4,破碎比,表征物料经过破碎过程而达到的破碎程度，也就是给料粒度与产物粒度的比值，常用字母i表示。

极限破碎比名义破碎比真实破碎比,2023/4/29,5,极限破碎比,用物料破碎前后的最大粒度D最大和d最大的比值来表示的破碎比。

计算公式：

i极限D最大/d最大最大粒度分别用原料及产品中95或80物料过筛计的正方形筛孔宽表示。

我国习惯按95过筛计的最大粒度，欧美各国习惯按80过筛计的最大粒度。

在进行粉碎工艺设计时常常采用极限破碎比。

2023/4/29,6,名义破碎比,用破碎机给料口的有效宽度（0.85b）和排料口宽度b排计算出来的破碎比。

计算公式：

i名义0.85b/b排说明：

给入破碎机的最大块直径应当比给矿口宽度b小15才能被破碎机钳住。

粗碎机的排矿口取最大宽度，中、细碎机取最小宽度。

在生产上常用于近似地计算破碎机的负荷。

2023/4/29,7,真实破碎比,用给料平均粒度D平均和产物平均粒度d平均计算出来的破碎比。

计算公式：

i真实D平均d平均使用的平均粒度是各级别的统计平均值，比较真实地反映了破碎程度。

在试验研究工作中常采用。

2023/4/29,8,部分破碎比与总破碎比,在实际生产中，习惯上把破碎作业细分为粗碎、中碎和细碎；把磨碎作业细分为粗磨和细磨，具体如下表所示：

部分破碎比：

每一个破碎作业的破碎比；总破碎比：

整个破碎回路的破碎比。

部分破碎比与总破碎比的关系：

i总i1i2i3in,2023/4/29,9,破碎效率与破碎机技术效率,破碎效率：

每消耗1kWh能量所获得的破碎产物的吨数。

破碎机技术效率：

破碎产物中新生成的某一细粒级的质量与给料中大于该粒级的质量之比。

其数学计算公式为：

E=Q（）Q

（1）（）

（1）100式中：

Q破碎机的生产能力，t/h；产物中指定细粒级别的质量分数；给料中指定细粒级别的质量分数。

2023/4/29,10,3.1.2物料的机械强度,物料单位面积上所能承受的外力，单位是Pa、kPa或MPa，是物料抗破坏能力的一个重要指标。

在静载荷条件下测定：

抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度。

根据物料机械强度的大小，可将其分为硬、中硬、软3级，或，很硬、硬、中硬、软及很软5级。

2023/4/29,11,物料的机械强度,在选矿工艺中引用“可碎性系数”及“可磨性系数”来定量表示物料的机械强度对碎磨过程的影响。

中硬物料一般以石英为代表，其可碎性系数和可磨性系数定为1。

矿石硬度大，可碎性及可磨性系数都小于1，表示碎矿机处理它的生产率比处理中硬矿石的低；反之，软矿石的可碎性及可磨性系数大于1，破碎机处理它的生产率比处理中硬矿石的高。

2023/4/29,12,3.1.3物料的破碎方法,破碎方法：

破碎力对待破碎物料的作用方式。

机械破碎法。

施力方式：

压碎、劈开、折断、磨削和冲击。

碎矿机以压碎为主，配之以弯折；磨矿机是冲击加磨削。

劈碎作用只能对强度低的煤块可以采用，硬度大的金属矿石不能采用。

选择性磨碎：

矿石中各种矿物的机械强度不同，所以碎磨时它们的行为不一样，性脆易碎的矿物较易破碎及磨碎，硬而韧的矿物则不容易破碎及磨碎。

矿石中各种矿物表现出不同的破碎磨碎速度的现象称为选择性破碎或选择性磨碎。

2023/4/29,13,3.2物料破碎的功耗学说,物料的破碎过程从宏观的角度看是一个粒度减小的过程，但它的力学性质却是一个功能转换过程。

物料破碎的功耗学说就是关于物料破碎过程中功能转换规律的理论，也就是关于在一定的给料粒度条件下输入到破碎过程中的能量与其产物粒度之间关系的研究。

迄今为止，已经提出了许多物料破碎的功耗学说，但没有一个同实际情况完全吻合。

其原因主要有两个方面：

一是供给破碎设备或磨碎设备的能量，绝大部分被设备本身吸收，仅有一小部分用于破碎物料，而用于物料破碎的这部分能量又无法单独测定；二是物料都具有一定的塑性，消耗一定的能量使其形状改变，但并不产生新的表面，而所有的物料破碎功耗学说都假定物料是脆性的，亦即没产生破碎的伸展或收缩，不消耗能量。

本节主要内容3.2.1面积学说3.2.1体积学说3.2.3裂缝学说,2023/4/29,14,3.2.1面积学说（Rittinger，1867）,物料破碎过程中消耗的能量与这一过程所产生的新表面积成正比。

数学表达式：

EK（1D21D1）式中：

E输入到破碎过程的能量；K常数；D1给料粒度；D2破碎产物粒度。

适用范围：

产物粒度小于10m的细磨过程。

2023/4/29,15,3.2.2体积学说（Kick，1885）,物料破碎过程中消耗的能量与颗粒的体积减小成正比。

也就是说，外力对物料所作的功主要用来使其中的颗粒发生变形，当变形超过极限时即发生破裂，而物体发生变形积蓄的能量与其体积成正比，因此破碎物料所作的功与颗粒的体积减小成正比。

数学表达式：

A2.303KQlgi式中：

A破碎物料需要的功；K常数；i破碎过程的破碎比；Q破碎物料的吨数。

适用范围：

物料的粗碎过程。

2023/4/29,16,3.2.3裂缝学说（Bond，1952）,物料破碎过程中消耗的功与颗粒内新生成的裂缝长度成正比，在数值上它等于产物所代表的功减去给料所代表的功。

当物料中的颗粒形状相似时，单位体积物料的表面积与颗粒的粒度成反比，而单位体积物料内的裂缝长度与其表面积的一个边成正比，因此裂缝的长度与颗粒粒度的平方根成反比。

数学表达式式中：

W破碎物料所消耗的功，kWh/st；P破碎产物中有80的颗粒都能通过的方形筛孔的边长，m；F给料中有80的颗粒都能通过的方形筛孔的边长，m；Wi功指数，kWh/st。

表征物料抗击破碎和磨碎能力的参数，在数值上它等于把1st理论上粒度为无限大的物料破碎到有80的颗粒都能通过100m的筛孔所需要的能量。

st短吨，1st=907.18kg。

2023/4/29,17,邦德对裂缝学说的解释,破碎物料时，外力所做的功首先使物料块发生变形，当变形超过极限后即生成裂缝，裂缝一旦产生，储存在物料块内部的变形能即促使其扩展，继之形成断面。

因此，破碎物料所需要的功，应考虑变形能和表面能两部分，前者与体积成正比，后者与表面积成正比。

若等同地考虑这两部分能量，则所需要的功应同它们的几何平均值成正比。

2023/4/29,18,裂缝学说的应用,在测定出了功指数Wi的情况下，计算各种粒度范围的破碎、磨碎功耗；选择破碎和磨碎设备；比较破碎和磨碎设备的工作效率，亦即首先计算出设备的操作功指数，然后进行比较。

2023/4/29,19,功指数Wi的测定方法-破碎功指数,

（1）用邦德本人设计的双摆式冲击试验机测出物料的冲击破碎强度C（单位为lbft/in试件厚），并测出物料的密度1，则物料的破碎功指数Wi为：

Wi2.59C/1,物料：

-75+50mm摆长：

412.75mm摆锤重量：

133.48N,2023/4/29,20,

（2）用DL305mm610mm的邦德棒磨机测定物料的棒磨可磨度，也就是测出它每转一周新产生的试验筛孔Pi（m）以下粒级物料的质量mrp（g），并测出给料及产物中有80能通过的试验筛孔边长F80（m）和P80（m），则物料的棒磨功指数Wir为：

功指数Wi的测定方法-棒磨功指数,2023/4/29,21,棒磨功指数测定设备,2023/4/29,22,功指数Wi的测定方法-球磨功指数,（3）用DL305mm305mm的邦德球磨机测定物料的球磨可磨度，也就是测出它每转一周新产生的试验筛孔Pi（m）以下粒级物料的质量mbp（g），并测出给料及产物中有80能通过的试验筛孔边长F80（m）和P80（m），则物料的球磨功指数Wib为：

2023/4/29,23,球磨功指数测定设备,2023/4/29,24,功指数Wi的测定方法,上述方法测得的均为实验室功指数。

经与生产数据比较发现，Wir与内径为8ft（2.4m）的棒磨机开路湿式磨碎时的功指数一致，Wib与内径为8ft（2.4m）的溢流型球磨机湿式闭路磨碎时的功指数一致。

2023/4/29,25,3.3破碎设备,3.3.1粗碎破碎机3.3.2中细碎破碎机,2023/4/29,26,3.3.1粗碎破碎机,粗碎破碎机属于重型设备。

应用：

将待处理的原料破碎到适合于运输或给入中碎设备的粒度。

工作方式：

开路。

生产中常用的粗碎设备：

（1）颚式破碎机；

（2）旋回破碎机。

2023/4/29,27,

（1）颚式破碎机（Black，1858）,突出特点：

工作部件是两个颚板，以适宜的夹角安装。

定颚：

垂直安装且固定不动。

动颚（可动颚板）：

上端悬挂在轴上，工作时可相对于定颚摆动。

规格表示：

给矿口宽度B长度L生产中常用的颚式破碎机：

双肘板颚式破碎机（简摆）单肘板颚式破碎机（复摆）,2023/4/29,28,双肘板颚式破碎机,动颚上端固定在一个心轴上，工作时动颚的上端固定不动，下端相对于定颚做简单的前后摆动，又称为简摆颚式破碎机。

结构简图,机架工作机构传动机构调整机构保险装置润滑装置,2023/4/29,29,断面图,2023/4/29,30,2023/4/29,31,双肘板颚式破碎机,破碎机排矿口的调节：

后肘板支座与机架后壁之间设有活动楔块，升降楔块高低即能减少或增大排矿口，这是无级调节；在后肘板支座与机架之间加垫片进行调节，需要停车进行；在后肘板支座与机架之间安装液压缸。

保险装置：

后推力板（后肘板）。

在设计时人为提高后推力板的许用应力（约30），从而使后肘板的断面面积减小，强度降低，当破碎腔内落入不能被破碎的大块物料时，后肘板断裂，从而保护其他重要部件不受损坏。

润滑方式：

大型颚式破碎机的偏心轴受力较大，往往采用稀油循环润滑，心轴采用干油润滑；小型颚式破碎机采用干油润滑。

冷却系统：

大型颚式破碎机的偏心轴处设有冷却水循环系统，以帮助散热。

2023/4/29,32,双肘板颚式破碎机的工作原理,工作原理当皮带轮带动偏心轴旋转时，牵动连杆上下运动，从而带动前后肘板作舒展和收缩运动。

前后肘板的运动带动动颚作前后摆动。

当动颚向前运动靠近定颚时，对破碎腔内的物料进行破碎；当动颚后退时，已破碎的物料借重力从破碎腔内落下。

双肘板颚式破碎机的偏心轴每旋转一周，有半周进行破碎，半周排料。

工作原理动画显示,2023/4/29,33,液压颚式破碎机,结构特点：

在连杆上装有一个液压缸。

作用：

分段启动过载保护后肘板与机架后壁之间也设有一个液压缸，用于调整排料口的大小。

2023/4/29,34,单肘板颚式破碎机,单肘板颚式破碎机的结构。

与双肘板颚式破碎机的主要区别：

去掉了心轴和连杆，动颚直接悬挂在偏心轴上，动颚的下端只联结一个肘板。

这些结构的改变，使得工作时动颚在空间作平面运动，即动颚既在水平方向上有前后摆动，在垂直方向上也有运动。

又称为复杂摆动颚式破碎机。

2023/4/29,35,工作原理示意1,工作原理示意2,工作原理示意4,工作原理示意3,2023/4/29,36,2023/4/29,37,两种颚式破碎机的性能比较,结构的差异，导致动颚运动特征不同，从而导致两种破碎机性能上的一系列差异。

单肘板颚式破碎机动颚的上部水平行程大，适合上部压碎大块物料的要求，同时它还具有较大的垂直行程（为水平行程的2.53.0倍），对物料具有明显的研磨作用，并能促进排料。

因此，单肘板颚式破碎机的产物较细，破碎比较大（一般可达48，而简摆型只能达到36），但颚板的磨损也比较严重。

另外，复杂摆动型的动颚是上下交替破碎和排料，空转的行程约为15，而简摆型是半周破碎、半周排料，因而，规格相同时，单肘板颚式破碎机比简摆型的生产能力大2030。

2023/4/29,38,颚式破碎机产物粒度特性曲线,

（1）同一类型破碎机，尽管规格不同，但破碎同一种物料时，产物的粒度特性曲线是一致的。

（2）粒度特性曲线的应用：

破碎机的粒度特性曲线反映了破碎机的性能。

可以查出任意排料口宽度时，破碎产物的最大粒度、产物中粒度大于排料口尺寸的质量分数（即残余百分率）、产物中任意粒度下的产率和任意产率下的粒度；根据生产工艺所要求的破碎产物中某一粒级的产率、破碎产物的最大粒度等，可以查出所需要的破碎机排料口宽度。

2023/4/29,39,

（2）旋回破碎机（1878,Charles）,又称粗碎圆锥破碎机规格表示：

给料口的宽度B/排料口宽度。

基本结构：

机架工作机构传动机构调整机构润滑系统工作原理：

排料口大小调节：

通过升降动锥来实现。

其调节装置在主轴上端的悬吊点处，当拧紧锥形螺母时，动锥上升，排料口减小；当旋松锥形螺母时，动锥下降，排料口增加。

润滑系统：

伞齿轮、偏心套、水平轴的轴承等处采用稀油循环润滑；主轴的悬吊点处采用干油润滑。

液压圆锥破碎机。

2023/4/29,40,旋回破碎机的结构及工作原理,2023/4/29,41,2023/4/29,42,2023/4/29,43,旋回破碎机的粒度特性曲线,由于旋回破碎机是连续工作，所以其破碎产品的粒度比颚式破碎机的稍细、稍均匀一些。

2023/4/29,44,旋回破碎机的特点,优点：

破碎作用强，当给料块度相同时，旋回破碎机的生产能力是颚式破碎机的2.53.0倍，破碎每吨物料的能耗为颚式破碎机的0.50.7倍；工作平稳，要求的基础质量仅为自身质量的23倍，而颚式破碎机要求的基础质量则为设备自身质量的510倍；可以挤满给料，不需设置料仓和给料机，而颚式破碎机则要求均匀给料，需要增设料仓和给料机，特别是给料的最大粒度大于400mm时，需要安装价格昂贵的重型板式给料机。

旋回破碎机易于启动。

旋回破碎机生成的片状产品较颚式破碎机要少。

缺点：

机身较高，一般为颚式破碎机的34倍，所以厂房的建筑费用较高；设备自身的质量较大，当给料口的宽度相同时，旋回破碎机的质量为颚式破碎机的1.72.0倍，故设备的投资费用较高；当破碎潮湿或粘性物料时，旋回破碎机容易堵塞；旋回破碎机的安装、维护比较复杂，检修也不方便。

2023/4/29,45,3.3.2中细碎破碎机,圆锥破碎机辊式破碎机冲击式破碎机选择性破碎机锤式破碎机高压辊磨机,2023/4/29,46,

（1）圆锥破碎机（1880）,是旋回破碎机的改造形式，又称为中细碎圆锥破碎机。

基本结构。

规格表示：

用动锥底部的直径D表示。

2023/4/29,47,工作原理,2023/4/29,48,2023/4/29,49,圆锥破碎机与旋回破碎机的区别,破碎工作件的形状及放置不同；动锥的支撑结构不同；防尘系统不同；排料口的调节方式不同；过载保护不同。

2023/4/29,50,圆锥破碎机的类型,标准型圆锥破碎机：

平行带短，给料口宽度大，可以给入较大的物料块，但物料在设备中经受的破碎次数较少，产物粒度粗。

常用作中碎设备。

短头圆锥破碎机：

平行带较长，物料在破碎机中经受的破碎次数多，产物粒度细，但给料口的宽度小。

常用作细碎设备。

中间型：

介于二者之间。

2023/4/29,51,2023/4/29,52,2023/4/29,53,美卓矿机,排矿口25mm,Omnicone80年代初比弹簧圆锥提高50%,2023/4/29,54,HP系列高效化_小的体积和重量产量更高产品细_一次破碎合格成品产率高比弹簧圆锥提高100%,美卓矿机,HP500是2200细碎产量的2倍,2023/4/29,55,圆锥破碎机的特点,优点：

破碎比大；效率高；能耗低；产品粒度均匀；适合破碎坚硬物料。

缺点：

破碎粘性物料时容易堵塞，常常需要在破碎前进行碎散和脱泥。

2023/4/29,56,

（2）辊式破碎机（1806）,规格表示：

直径D长度L分类：

单辊、双辊、三辊、四辊、六辊。

辊面形状：

光滑、齿状（齿辊破碎机）。

优点：

结构简单、紧凑、轻便，工作可靠，产品粒度细而均匀，自由给料时过粉碎轻。

缺点：

生产能力低，占地面积大，且磨损严重。

2023/4/29,57,2023/4/29,58,2023/4/29,59,2023/4/29,60,2023/4/29,61,结构与工作原理,标准弹簧双辊破碎机结构简图。

工作原理：

两个水平放置的圆辊，工作时相对旋转，当物料通过两个辊子之间的间隙时，经受很大的压力而破碎。

物料经过辊式破碎机时仅经受一次破碎。

固定辊、可动辊。

排料口调节过载保护。

2023/4/29,62,（3）冲击式破碎机,背景：

物料的抗冲击强度比其抗压强度要小一个数量级，而且高频冲击下能量散失较少。

效率高，单位能耗低分类：

反击式破碎机、冲击颚式破碎机、锤式破碎机、选择性破碎机。

2023/4/29,63,反击式破碎机,规格表示：

直径D长度L。

分类：

单转子、双转子；反向运转、同向运转。

单转子反击破碎机的结构。

工作原理：

排料口的调节：

过载保护：

优点：

具有选择性破碎作用；产品粒度均匀；能量损失小，破碎效率高；破碎比可达3040，最大可达150；质量轻，体积小，结构简单。

缺点：

磨损严重。

2023/4/29,64,选择性破碎机,工作原理：

待破碎物料块之间因成分不同而具有不同的抗冲击破碎强度。

基本结构：

优点：

维护工作量小，不易产生故障。

缺点：

工作时噪音大，粉尘多。

2023/4/29,65,2023/4/29,66,锤式破碎机,2023/4/29,67,（4）高压辊磨机（1985）,工作原理：

物料由给料装置给入2个沿相反方向旋转的辊子之间，辊子便对物料施加一较大的挤压力，首先是形状不规则的大物料块受到点接触压力，使物料的整体体积减小而趋于密实，并随辊子一起向下移动，与此同时物料也由受点接触压力变为受线接触压力，使物料更加密实。

随着物料密实程度的急剧增加，内应力也迅速上升。

当物料通过2个辊子之间的最小间隙时，将受到更大的压力，使物料内部的应力强度超过其耐压极限，这时物料块内便开始出现裂纹并不断扩展，致使物料块从内部开始破碎，形成饼状小块。

2023/4/29,68,2023/4/29,69,3.4破碎过程的影响因素及破碎机生产能力计算,3.4.1破碎过程的影响因素3.4.2破碎机生产率计算,2023/4/29,70,3.4.1破碎过程的影响因素,

（1）物料性质

（2）破碎设备性能（3）操作条件,2023/4/29,71,

（1）物料性质,硬度：

硬度越大，越不容易破碎；密度：

密度越大，按给料计的设备处理能力就越大；平均粒度：

当物料的最大粒度一定时，平均粒度越细，需要的破碎工作量就越少；结构：

结构松弛、节理发育良好的物料容易被破碎；含水量、含泥量：

含水量、含泥量大的物料容易粘结，严重时会导致破碎腔堵塞。

2023/4/29,72,

（2）破碎设备,设备类型：

设备规格：

排料口大小：

啮角。

2023/4/29,73,破碎设备的啮角,定义：

是指钳住物料块时，破碎工作部件表面之间的夹角，通常用符号表示。

颚式破碎机的啮角就是钳住物料块时，动颚与定颚之间的夹角。

旋回破碎机和圆锥破碎机的啮角指的是动锥和定锥表面之间的夹角。

辊式破碎机的啮角则是指物料块与两辊面接触点的切线之间的夹角。

2023/4/29,74,（3）操作条件,给料条件：

连续均匀地给料既能保证生产正常进行，又能提高设备的生产能力和工作效率。

破碎设备的作业形式：

闭路、开路。

闭路破碎时，破碎机的生产能力可增加1540。

2023/4/29,75,3.4.2破碎机生产率计算,颚式破碎机、旋回破碎机和圆锥破碎机开路破碎时的生产能力：

QK1K2K3Q0式中：

Q待计算的破碎机按给料计的生产能力；t/hK1物料的可碎性系数，查表；K2物料密度修正系数，其计算式为：

K20160012700；其中0和1分别为物料的堆密度和密度，单位为kg/m3；K3粒度或破碎比修正系数，查表。

Q0标准条件（破碎堆密度为1600kg/m3的中硬物料）下破碎机开路破碎时的生产能力，t/h，其计算公式为：

Q0q0b排式中：

q0破碎机排料口单位宽度的生产能力，t/（hmm），查表；b排破碎机排料口宽度，mm。

2023/4/29,76,K1、K3值,2023/4/29,77,q0值,2023/4/29,78,闭路破碎生产能力计算公式,颚式破碎机、旋回破碎机和圆锥破碎机闭路破碎时的生产能力计算公式：

Q闭KQ开式中：

Q闭破碎机闭路破碎时的生产能力，t/h；Q开破碎机开路破碎时的生产能力，t/h；K系数，K1.151.40。

2023/4/29,79,光滑辊面辊式破碎机生产能力计算公式,计算公式：

QV1/1000=3600nDLe1/100011.304eDLn1式中：

Q光滑辊面辊式破碎机的生产能力，t/h；V单位时间通过两个辊子之间的物料体积，m3/h；1物料的密度，kg/m3;n辊子的转速，s1；D辊子的直径，m；L辊子的长度，m；e两个辊子之间的间隙宽度，m；破碎物料的松散系数，对于中硬物料其值为0.20.3，对于潮湿的或粘性的物料其值为0.40.6。

2023/4/29,80,冲击式破碎机的生产能力计算公式,计算公式：

Q0.36C（h+a）dbn1式中：

Q冲击式破碎机的生产能力，t/h；C打击板的个数；h打击板的高度，m；a打击板与反击板之间的间隙，m；d排料粒度，m；b打击板的宽度，m；n转子的转速，s-1；1破碎物料的密度，kg/m3。