NPG 2020大型齿辊式破碎机在电石行业的研发与应用

刘世端

NPG 2020大型齿辊式破碎机在电石行业的研发与应用

刘世端

NPG2020大型齿辊式破碎机具有低转速、大惯量、超高齿、液压弹性定位的结构特点，对电石破碎所要求的大入料粒度、抗压强度低而韧性较高的物料特性、低粉尘、低火星、高安全性等方面适应性高，首次在电石行业得到成功应用。整个系统具有自动化程度高、故障率低、人工成本少和运行稳定等优势，值得大力推广应用。

NPG2020；大型齿辊式；破碎机；电石破碎

1　概述

目前，电石行业初级破碎以颚式破碎机为主。普通规格颚式破碎机对大块电石的适应性较差，往往需要采用冲击钻将大块电石打碎后，才能喂入破碎系统。该破碎系统喂料采用吊车或装载机喂入物料的半自动方式进行。另外，颚式破碎腔对特大块的适应性差，易产生卡料现象。传统的破碎系统存在自动化程度低、人工成本高、可靠性低等缺点。

中国中材国际工程股份有限公司（南京）长期以水泥生产线的设计建设为主业，在本项目中首次跨行业进行了一系列开拓性工作，进行了一系列的实验和尝试。

2013年初，公司组建大型齿辊破碎研发项目组，项目负责人刘世端，组员詹旺明、陈宇飞、樊猛猛。

针对电石的力学和物理特性，我们研发出大型齿辊式破碎机。该破碎设备成功应用在青海盐湖海纳化工有限公司聚氯乙烯一体化项目20万吨/年电石项目中，实现全自动化连续喂料破碎，整个系统运行稳定。

2　齿辊式破碎机工作机理

齿辊式破碎机具有两个相向作差速旋转带齿的辊子，当物料从进料口全宽度喂入后，在压力和剪力共同作用下，物料被挤压或撕裂而破碎，破碎后的物料从两辊之间强制排出，粘在辊子上的物料由刮泥装置将其刮下。在两个辊子中，一个为固定辊，另一个为活动辊。活动辊轴承座利用带液压缸的蓄能器在水平方向弹性定位。当异物进入破碎机时，活动辊及时退让将异物排出，保护设备不受损坏。液压装置也可方便地调整两辊间隙，以保证产品粒度。此类设备适用于破碎中等强度以下的物料。

3　电石的力学和物理特性

石灰和碳素原料焦炭，加热熔融发生化合反应，之后，液态物质流入大型耐热容器中冷却形成固态电石（图1）。

图1　电石熔炼及冷却

为了掌握其力学特性，我们到电石厂实地取样，并进行了抗压强度、易碎性冲击功指数和磨蚀性指数等试验（图2、表1）。

根据以上实验数据，电石的抗压强度≤89.9MPa，属于中等偏下；电石的易碎性实验中，冲击功指数平均值为19.35kWh/t，韧性较高；金属磨耗实验中，磨蚀性指数为0.002 1g，磨蚀性很低。齿辊式破碎机破碎作业时，既有压力的挤压破碎，也有剪切力的撕裂作用，能够适应电石的抗压强度低而韧性较高的力学特性。

另外，我们在NPG1414中等规格的齿辊式破碎机进行了实际破碎实验。我们在电石厂取400mm左右的电石块，在破碎制造厂车间进行了实际破碎实验（图3、图4）。实验表明，齿辊式破碎机能够对电石进行有效破碎作业。

图2　电石取样

表1　抗压强度试验

表2　电石易碎性试验（比重：2.22g/cm3）*

图3　制造厂破碎实验

4　NPG2020大型齿辊式破碎机的研发

青海盐湖海纳化工有限公司聚氯乙烯一体化项目20万吨/年电石项目电石预破碎的工艺要求：

最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

根据电石的力学特性和工艺性能要求，采用NPG2020大型齿辊式破碎机型，其主要性能参数如下：

设备规格：NPG2020

转子直径：2 000mm

转子宽度：2 000mm

允许最大入料粒度：1 300mm×1 300mm×1 300mm

出料粒度：≤300mm（90%）

破碎能力：≥200t/h

装机功率：2×315kW

表3　电石磨蚀性试验（金属磨损指数：0.002 1）*

图4　固态电石

NPG2020大型齿辊式破碎机（见图5、图6）由传动装置、窄V带、框架、壳体、固定辊、活动辊、液压站和刮泥装置等组成。固定辊刚性地被定位在框架上，活动辊被液压缸弹性定位在框架上。壳体将两辊子环绕，形成破碎腔，与物料接触的部位设耐磨衬板。两传动装置通过窄V带驱动两辊子，两辊子相向差速回转。由于采用较低转速，物料的破碎作用主要通过辊齿的有效啮合进而压入、切碎电石大块，与电石之间的冲击，比锤式、反击式等破碎机要小得多，不易产生火星，在电石破碎这种特殊作业中尤为安全、可靠。

图5　NPG2020大型齿辊式破碎机外形图

图6　NPG2020大型齿辊式破碎机外形图

NPG2020大型齿辊式破碎机主要设计特点：

（1）采用大辊齿设计

为了适应初破入料粒度大、破碎力大、减少过粉碎降低能耗的要求，采用大直径2 000mm辊皮和加强型大辊齿设计，辊齿工作面堆焊有耐磨层，磨损后可在线堆焊。为了增加两辊子咬合物料的能力，辊齿专门设计有高齿、中齿和低齿。

（2）齿辊式破碎机转子转速

齿辊式破碎机转子转速低，齿尖线速度仅有3～10m/ s，是锤式和反击式破碎机锤头及板锤端部线速度的五分之一。根据摩擦学，磨损与相关摩擦件的相对速度的平方成正比，因此相较于锤式、反击式破碎机，齿辊式破碎机易损件的使用寿命将大大延长。同时，具有维护量少、震动小、扬尘少和噪音低等显著特点。

（3）活动辊采用液压定位

齿辊式破碎机活动辊采用新型液压弹性定位设计，适应高压安全破碎要求。当异物进机时，活动辊及时退让将异物排出，保护设备不受损坏。

（4）采用大惯量辊子设计

采用大惯量飞轮辊子和加强型V带传动，转子运行中能储存大量的动能。因此设备进行破碎作业时，运行稳定，破碎大料能力增强，产量也会得到提高。

5　NPG2020大型齿辊式破碎机在电石行业的应用

NPG2020大型齿辊式破碎机成功应用在青海盐湖海纳化工有限公司聚氯乙烯一体化项目20万吨/年电石项目中，实现全自动化连续喂料破碎，整个系统具有自动化程度高、故障率低、人工成本少和运行稳定等优势。

该项目电石预破碎系统主要由大料斗（70t储量）、B2200板式喂料机、NPG2020齿辊式破碎机、B1200槽式输送机、火星捕捉器和袋式收尘器等组成（见图7）。冷却后的大块电石可直接用卡车运送并倾倒进大料斗，再经板式喂料机将大块电石均匀连续地喂入破碎机，破碎后的小块矿石经由槽式输送机输送至下一工序。

图7　电石预破碎系统工艺流程图

整个破碎系统采用以下安全监控措施：

（1）齿辊式破碎机各个轴承设有PT100温度监控，设置80℃报警并调停。

（2）液压系统由控制箱自动控制，并输出油压、油温高低报警型号。

（3）转子设有转速监控装置。

（4）为了减少扬尘，系统增设袋式收尘器。

（5）因电石遇水会产生乙炔气体，易产生燃烧爆炸，增设火星捕捉器，确保系统安全。

（6）现场所有电机采用防爆电机，确保安全生产。

（7）整个破碎系统采用PLC全自动联锁控制，确保破碎系统运行安全稳定。

该破碎系统于2013年12月主机设备发货，2014年1月进行安装，2014年4月完成整个破碎系统调试并投产至今，各项性能指标均已达到合同要求，破碎系统运行稳定，故障率极低，除各轴承的定期润滑外，设备基本免维护。

图8　破碎系统现场

6　结语

中国中材国际工程股份有限公司（南京）研发的NPG2020大型齿辊式破碎机是首次成功应用在国内电石行业。该破碎系统克服了颚式破碎腔易产生卡料故障和传统的破碎系统自动化程度低、人工成本高、可靠性低等缺点，同时，实现了全自动化连续喂料破碎。整个系统具有自动化程度高、故障率低、人力成本少和运行稳定等优势，取得了很好的应用效果。

青海盐湖海纳化工有限公司在随后的生产线中又采购应用了另外2套相同设备，也取得了令人满意的经济效益。

NPG2020大型齿辊式破碎机在电石行业的应用取得了圆满成功，填补了国内大型齿辊式破碎机的空白，具有推广应用的价值。

Development and Application of NPG2020 Large-scale Toothed Roll Crusher in Calcium Carbide Industry

TQ172.611.7

A

1001-6171（2016）03-0023-04

通讯地址：中国中材国际工程股份有限公司，江苏南京211100；2016-02-22；编辑：赵莲