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来源:互联网 2022-02-01 04:01:30

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

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

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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

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 

    

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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