移动式破碎筛分设备
第一章 物料的破碎
1.1 破碎的基本概念
固体物料在外力的作用下蛇纹岩破碎机,克服物料的内聚力蛇纹岩破碎机,使大颗粒物料破碎成小颗
粒物料的过程叫破碎。
脆性材料在打击或冲击力的作用下蛇纹岩破碎机,当达到压缩强度极限时蛇纹岩破碎机,试件将沿
纵向破坏;如果瞬时卸去作用力,则只产生压缩性破坏;如果继续施加外力,
则已破坏了的材料将进一步碎裂,这就是破碎。物料在打击或冲击作用下,
在颗粒内部产生向四方传播的应力波,并在内部缺陷、裂纹、晶粒界面等处
产生应力集中,使物料首先沿这些脆弱面破碎,破碎产品内部微观裂纹和脆
弱面的数目相对地减少了,破碎产品的强度较破碎前的物料的强度高。其使
用的机械称为破碎机。凡用外力将小颗粒物料变成粉体物料的过程称为粉磨或
磨碎,其所使用的机械称为粉磨机械。将破碎和粉磨联合起来简称粉碎或磨碎,
所使用的机械简称粉碎机械或磨碎机械。
1.2 破碎比
固体物料原颗粒尺寸为 D,经过破碎后的物料颗粒尺寸 d,则 D/d=i 这一
比值定为物料的破碎比。也就是物料经过一次破碎机破碎后其粒度减小的倍数,
通常所说的破碎比是指平均破碎比,即破碎前后物料颗粒的平均比值及粒度变
化程度,并能近似地反映出机械的作业情况。
为了简易地表示和比较各种破碎机械的破碎比,可用破碎机的进料口宽
度与最大出料口宽度的比值作为该破碎机的破碎比,也称公称破碎比。破碎机
的平均破碎比一般都低于其公称破碎比。每一种破碎机械所能达到的破碎比有
一定的限度,破碎机的破碎比一般在 3~30之间。
破碎比和单位电耗(单位质量粉碎产品的能量消耗)是破碎机械工作的基
本技术经济指标。单位电耗用以判别破碎机械的动力消耗是否经济,破碎比用
来说明破碎过程的特征及鉴定破碎质理,两台破碎机械的单位电耗即使相同,
便破碎比不同,则这两台破碎机械的经济效果还是不一样的,一般来说,破碎
比大的机械工作效率较高。因此要鉴定粉碎机械的工作效率,应同时考虑其单
位电耗及破碎比的大小。
1.3 破碎段数
在实际生产应用中,要求破碎比往往较大,而破碎机的破碎比不能达到。
例如一台破碎机无法将粒径 1000mm的物料一次性破碎至 10mm以下粒径时,其
总的破碎比为 1000,这一破碎过程不是一台破碎机能完成的,而需要将此物料
经过几次破碎和磨丈母来达到最终粒度。
接连使用几台破碎机的破碎过程称为多段破碎,破碎机串联的台数叫破碎
段数。这时总破碎比就等于各段破碎比的乘积。如果已知破碎机的破碎比,即
可根据总破碎比求得所需的破碎段数。
表 1-1破碎段的划分
破碎段 粗碎 中碎 细碎
给料粒度 D/mm 500-1000 100-350 40-100
排料粒度 d/mm 100-350 40-100 10-30
1.4 破碎方法及物料的易碎性
1.4.1 破碎方法
物料在外力作用下,所产生的应力达到极限强度,物料即行破碎。破碎
机械施力方式有下列几种。
A 压碎
将物料放在挤压表面之间,施加压力后,因物料因压应力达到抗压强度
极限而破碎,这种方法一般适用于破碎大块物料。
B 研磨、磨碎
将物料放在两个相对运动的工作表面之间,同时施加压力和剪切力,物
料产生的剪应力达到其强度极限时,则物料破碎。
C 折断
将物料放在两个带齿表面之间,当施加挤压力后,其弯曲应力达到物料
弯曲强度极限时,则物料被折断,
D 劈裂
将物料放在一个平面和一个带齿表面之间,当施加压力后,物料中产生
拉应力,因其拉应力达到拉伸极限时,则沿作用力方向劈裂。
E 冲击破碎
将物受高速旋转的冲击力而破碎。这种方法可用多种方式来实现。由于
施力是瞬间作用的,变形来不及扩展到被撞击物的各部位,只在被冲击处产生
相当大的局部应力,沿着内部的微观裂纹破碎。所以,动载荷的破碎作用远较
静载荷大。
实际上,各种破碎机在破碎物料的过程中,都是几种破碎方式综合作用
的结果。但是,其中必以某一种或两种施力为主,兼有其他破碎方式。由于各
种物料物理机械性质差别很大,所以破碎机施力方式应该与物料机械性质相适
应,才能取得好的破碎效果。对于各种硬度较高的物料采用冲击破碎或配合折
断来破碎比较合适,如果用研磨破碎,机件磨损严重;对于脆性物料,采用劈裂、
折弯和压碎比较有利,若用研磨粉碎,则产品中细粉会增多,对于韧性及黏性
较大的物料,采用磨碎和劈碎方式比较适宜。破碎方法如图 1-1
图 1-1
1.4.2 物料的易碎性
物料的易碎性与其强度、硬度、密度、结构的均匀性、含水量、粘性、裂
痕、表面情况以及形状因素均有关。而物料的粒度同强度关系更密切,粒度小
的物料,其宏观和微观裂缝比大粒度的少,因此强度相对较高。物料的破碎难
易程度主要决定因素是物料的强度。
破碎物料大致可分为石料、建筑固废、再生沥青等。
(1)石料
表 1-2 部分物料的抗压强度以及易碎性
类别 名称 抗压强度 MPa 普氏硬度系数 f
软物料
煤
方铝矿
菱铁矿
闪锌矿
无烟煤
碳酸钙
松散的碳岩
2-4
4.5
7
10
13-49
38
40
2-4
中硬物料
致密的碳岩
砂岩
大理石
磁铁矿
花岗岩
正长岩
闪长岩
褐铁矿
安山岩
石灰石
砾石
50-100
50-100
55-150
100-150
120-150
125-150
71
82
122
125
143
5-15
白云石
砂岩
板石
153
155
157
坚硬物料
致密的砂岩
粗面岩
闪缘岩
半假象赤铁矿
片麻岩
160
180
200
158-195.5
172-220
15-18
极硬物料
石英岩
辉绿岩
斑岩
铜矿石
玄武岩
钛磁铁矿
辉长岩
蛇纹岩
花岗长英岩
200-220
190-250
150-280
150-280
200-300
234
300
309
350
18-20
注:普氏硬度系数 f 大致等于抗压强度的百分之一,f 值由 0.3到 20,f值越
大,岩石的坚固性也越高。
(2)建筑垃圾
根据 CJ/T3033-1996城市垃圾产生源分类及垃圾排放标准,建筑垃圾即
为在城市中新建、扩建、改建及维修建、构筑物的施工现场产生的垃圾。按照
来源分类,建筑垃圾可分为土地开挖、道路开挖、旧建筑物拆除、建筑施工和
建材生产垃圾 5类,主要由渣土、碎石块、废砂浆、砖瓦碎块、混凝土块、沥
青块、废塑料、废金属料、废竹木等组成。据统计,在世界多数国家,旧建筑
物拆除垃圾和建筑施工垃圾之和一般占固体废物总量的 20%~30%,其中建筑
施工垃圾量不及旧建筑物拆除垃圾的一半。
表 1-2建筑垃圾成分分析图
垃圾组成
所占比例(%)
砖混结构 框架结构 框架一剪力墙结构
碎砖(碎砌块) 30~50 15~30 10~20
砂浆 8~15 10~20 10~20
混凝土 8~15 15~30 15~35
桩头 — 8~15 8~20
包装材料 5~15 5~20 10~15
屋面材料 2~5 2~5 2~5
钢材 1~5 2~8 2~8
水材 1~5 1~5 1~5
其他 10~20 10~20 10~20
合计 100 100 100
单位建筑面积产生垃圾量
(kg/m3) 50~200 45~150 40~150
目前,我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的 30%~40%,每年产生
的建筑垃圾达 4000~5000万吨。
建筑垃圾中,废砖、瓦、混凝土经破碎筛分、清洗后作为再生骨料配制低标
号再生骨料混凝土,用于地基加固、道路工程垫层、室内地坪及地坪垫层和非
承重混凝土空心砌块、混凝土空心隔墙板、蒸压粉煤灰砖等生产(再生骨料组份
中含有相当数量的水泥砂浆,致使再生骨料孔隙率高、吸水性大、强度低。这
些都将导致所配混凝土拌合物流动性差,混凝土收缩值、徐变值增大,抗压强
度偏低,限制了该混凝土的使用范围)。
建设工程中的废木材,除了作为模板和建筑用材再利用外,通过木材破碎
机,弄成碎屑可作为造纸原料或作为燃料使用,或用于制造中密度纤维板;废
金属、钢料等经分拣后送钢铁厂或有色金属冶炼厂回炼;废陶瓷洁具、瓷砖经
破碎筛分、配料压制成型生产烧结地砖或透水地砖;废玻璃分拣后送玻璃厂或
微晶玻璃厂做生产原料;渣土送烧结砖厂生产烧结砖,碎石经破碎、筛分、清
洗后做混凝土骨料。
(3)再生沥青
沥青的再生就是老化的逆过程。通常可掺入再生剂,如掺玉米油、润滑
油等。掺再生剂后,使沥青质相对含量降低,且提高软沥青质对沥青质的溶
解能力,改善沥青的相容性,提高沥青的针入度和延度,使其恢复或接近原
来的性能。
沥青再生的机理目前有两种理论,一种理论是"相容性理论",该理论
从化学热力学出发,认为沥青产生老化的原因是沥青胶体物系中各组分相容
性的降低,导致组分间溶度参数差增大。如能掺入一定的再生剂使其溶度参
数差减小,则沥青即能恢复到(甚至超过)原来的性质。另一种理论是"组
分调节理论"。该理论是从化学组分移行出发,认为由于组分的移行,沥青
老化后,某些组分偏多,而某些组分偏少,各组分间比例不协调,所以导致
沥青路用性能降低,如能通过掺加再生剂调节其组分测沥青将恢复原来的性
质。实际上,这两个理论是一致的,前者是从沥青内部结构的化学能来解释,
后者是从宏观化学组成量来解释。
1.5 破碎理论
破碎理论,实质上就是阐明物料粉碎过程中的输入功与破碎前后物料潜
能变化之间的关系。从而明确输入功是怎样消耗的。为了寻找这种能耗规律和
降低能耗途径,许多学者从各种不同的角度提出不同形式的破碎功耗学说,其
中公认的有表面积学说、体积学说和裂缝学说。
1.5.1 表面积学说
1867 年雷廷智(P.R.Rittinger)提出表面积学说:"粉碎物料所消耗的能
量与物料新生成的表面积成正比。"
根据此学说经数学诱导,最后得物料破碎所消耗的功 W=(J/kg)为:
0
1 1W K
d D
式中 D0——破碎前物料粒径,m
d——破碎后物料粒径,m
K——比例系数,由实验来确定。
1.5.2 体积学说
1874 年 B·Л ·基尔皮切夫与 1885年 F·基克先后独自提出体积学说:
"在相同的条件下,将几何形状相似的物料粉碎成相似的成品时,所消耗的能
量与物料体积或质量成正比。"
该学说的物理基础是任何物料受到外力时,在其内部引起应力和产生应
变,应力和应变随外力增加而增加,当应力达到强度极限后,导致物料破碎,
应力与应变近似看左线性关系,经数学诱导可得粉碎功 W(J)为:
2
m a x
2
VW
E
式中 σ max——物料强度极限,Pa
V——物料体积,m3
E——弹性模量,Pa
1.5.3 裂缝学说
1952 年 F·C·邦德(Bond)和中国旅美学者王仁东根据大量的实验结果,
提出裂缝学说:"粉碎物料消耗的能量与物料产生的裂缝长度成正比,而裂缝
又与物料粒径的平方根成反比。"
该学说认为,物料先在压力作用下变形,积累一定变形功后,物料中某
些脆弱面的内应力达到极限强度,因而产生裂缝,此时变形功就集中于裂缝附
近并使裂缝加大,变为产生断裂面所需的功。经诱导可得,破碎单位质量所消
耗的功 W(J/Kg)为:
1
0
1 0 1 0W W
d D
式中 D0——给料质量 80%所通过的标准筛孔尺寸的粒径,μ m;
d——产品质量 80%所通过的标准筛孔尺寸的粒径,μ m;
W1——功指数,J/Kg。可通过实验求得,在已有文献中也常常给
出实验数据。
上述三个学说,各有一定的应用范围。R·T·胡基(Hukki)的实验研究
证实,粗碎以体积学说较为准确,而细碎以面积学说较为准确。在粗碎与细碎
之间的较宽范围内,裂缝学说计算结果比较符合实际。三个学说本质就是揭示
了物料强度、给料粒度、产品粒度及功耗等各因素之间的关系。在破碎机设计
中,必须进行修正后,方能用于计算破碎机功率。
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主营:破碎机
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主营:破碎机
主营:破碎机
主营:筛网、筛机配件
主营:振动电机
主营:破碎机
主营:制砂机、筛分设备