双齿辊低速筛分破碎机的特点及其在我国的应用

李 鹏 杨 健 吴林洁

(1.国家能源集团神东煤炭集团洗选中心，陕西省榆林市,719315;2. 澳大利亚爱邦公司北京代表处，北京市朝阳区, 100023)

双齿辊低速筛分破碎机(Twin Roll Sizer)是英国人阿兰·帕斯(Allen·Parth)为了解决煤炭机械化开采中大块煤炭的破碎问题于1978年首先开发的。后来，澳大利亚人为解决煤炭过粉碎和产品粒度超限问题，又在英国人的基础上进一步发展了这种破碎机的设计和制造。这是一种适用于现代化煤矿煤炭破碎的大型新式破碎机。由于低速筛分破碎机采用的是先进的剪切和挤压破碎理论，设备具有较大的处理能力，可以较大程度地减少过粉碎，可以精确控制产品粒度，又能破碎大块入料，因而逐渐受到普遍关注。

澳大利亚是世界主要的产煤国之一，又是世界上最大的煤炭出口国，由于煤质的关系，对煤炭洗选工艺提出了较高的要求。作为一个老牌的双齿辊破碎机的生产厂家，澳大利亚FLS爱邦有限公司从20世纪80年代开始研制开发低转速筛分破碎机。当时开发这种破碎机的一个主要目的，是减少破碎过程产生的过粉碎，从而降低后续选煤工艺的处理成本。由于具备先进的设计理念、紧凑的外形设计、产品粒度精确可控和可连续破碎高抗压强度的物料的优异性能，爱邦低速筛分破碎机在矿物破碎领域处于领先地位。

1 双齿辊低速筛分破碎机的主要技术特点

20世纪90年代初，英国MMD公司经过多年的宣传和推广，终于成功地将1台双齿辊低速筛分破碎机引进到山西安太堡露天煤矿使用。后来又过了大约7～8年的时间，阳煤集团应用了第2台MMD破碎机。这2台破碎机的使用效果良好，得到了用户的接受和认可。相比传统的双齿辊破碎机，这种破碎机有着多个突出优点，因此，很快就在煤炭洗选行业得到了认可和推广。尤其是2003-2012年的10年煤炭黄金期内，这种破碎机不仅在选煤厂的原煤和精煤破碎中得到了广泛应用，还在井工煤矿的放顶煤开采破碎大块矸石和原煤以及露天煤矿剥离和开采作业的煤炭和矸石破碎中得到较多应用。

21世纪初，随着双齿辊低速筛分破碎机在我国煤炭行业逐渐被接受采用，澳大利亚FLS爱邦有限公司先进的双齿辊低速筛分破碎机决定正式开始进入中国，并于2005年在我国正式成立了爱邦公司办事处，招聘技术员工并系统开始对技术员工进行培训工作，开始了爱邦破碎机在中国的正式引进工作。爱邦双齿辊低速筛分破碎机的性能特点及其优势如下。

(1)破碎齿采用燕尾槽固定，稳固不松动。目前煤矿井下和选煤厂中大处理量原煤破碎机的部分厂家都采用齿座齿帽式的安装方式。这种截齿采用螺栓固定。当入料矸石硬度较大时，螺栓单向受力，很容易出现螺栓松动，无法紧固破碎齿，运行情况中会有脱落情况出现，还会出现螺栓断裂的情况，对后续选煤工艺造成很大麻烦，而且需要经常停机紧固破碎齿，严重影响生产。井下破碎机更换齿帽相当麻烦，需要矿上备两个齿辊轴总成备件，将井下需要换齿的轴拆下运至地面，把备件轴安装在破碎机上。运至地面的轴再由机修工人拿焊枪慢慢割下断裂的螺栓。更换一套齿不但需要矿方额外采购两根齿辊轴总成备件，整个换齿过程还需一周的时间。

爱邦破碎机采用燕尾槽镶嵌从轴端固定破碎齿的方式，可以完全固定截齿不松动，不会出现脱落或断齿。这种方式破碎齿和齿辊轴受力面积大，利于破碎硬度大的矸石，本身破碎齿也更粗壮，强度更大，鹰嘴式齿牙更耐磨。更换截齿也很方便，无需吊出齿辊轴，只需在端部打开夹紧环，截齿就可以一个接一个退出来，一个班就可以换完2根轴上的截齿。安装方式见图1。

(2)平行布置破碎齿，杜绝产品超粒。大部分厂家都采用螺旋齿布置方式。在同一时间各个齿牙的开口角不同，每个齿牙间空隙的尺寸不同，厂家在设计时为保证处理量，由小开口角处限定出料粒度，导致大开口角处就会有超粒通过。爱邦公司采用平行式布置方式，保证在同一时间，各个齿牙间的间隙尺寸是一致的，保证大于出料粒度的物料必须被破碎。前面叙述的同煤大唐塔山煤矿有限公司原使用的其它厂家的破碎机，参数为入料粒度50～150 mm，出料粒度50 mm。该破碎机出料严重超粒，出料粒度最大到80 mm，超过50 mm的量高达25%～30%。2015年爱邦为选煤厂提供了2台ABON 5/180CC型双齿辊筛分破碎机替换原有破碎机。自2015年3月运行至今，爱邦破碎机保证了精煤产品50 mm出料粒度5%限上率的技术要求。破碎齿布置对比见图2。

图1 爱邦破碎机破碎齿安装方式

图2 破碎机破碎齿布置对比

(3)全稀油润滑，日常维修保养简单。大部分破碎机厂家都采用油脂集中润滑系统。这种润滑方式有以下几个显著的缺点：一是要有一套专门的注油系统，而且由于黄油粘稠度太大，注油系统经常出毛病；二是需要频繁地注油，间隔最短的注油时间为2周左右；三是黄油润滑容易造成轴承外侧的油脂和煤尘及其他细微颗粒混合在一起，造成轴承的磨损，导致轴承使用寿命短，一般3～5年就需要大修。

爱邦破碎机整机采用全稀油润滑。日常维修保养很简单，只需每周通过油位观察镜观察油位即可。每年只需要定期更换一次润滑油即可。轴承完全被密封起来，不与外界接触。这是爱邦破碎机10 a才需要大修的原因之一。

(4)高强度耐磨合金钢保证破碎截齿耐磨寿命长。破碎截齿使用寿命的长短对煤炭破碎作业非常关键，它直接关系到破碎机的运营成本和维护工作量。在原煤破碎作业中，由于原煤中矸石含量大，矸石硬度大，破碎机截齿的寿命问题成为控制作业成本的关键。比如，同煤集团同忻煤矿选煤厂就出现过原煤破碎机的截齿使用2周就被全部磨掉的情况。

为解决这一关键问题，爱邦公司整体设计破碎机时，充分考虑了截齿使用寿命的重要性。一方面是材质上选用澳洲自行开发的一种特殊的高强度耐磨合金钢材料来制造截齿，这种材料有很高的强度，又不太脆，而且还要求越磨越耐磨。另一方面，爱邦公司在破碎机设计选型阶段，一定要确保需要破碎的物料在破碎机中被咬合1～2次的情况下就要被破碎，达到用户要求的粒度。这样的设计可确保物料磨损截齿的时间较短和次数较少，从而截齿的使用寿命得以大大延长。另外，螺旋齿形排列结构会造成坚硬大块物料在破碎腔内沿轴向多次移动打滚，从而使破碎机截齿的磨损加快很多。爱邦破碎机平行排列的截齿则可避免这种情况的发生，从而延长破碎机破碎截齿的寿命。

同煤集团的挖金湾煤矿和四老沟煤矿的使用工况基本相同，原煤和矸石的抗压强度几乎一样，入料粒度和出料粒度，还有小时处理量都十分类似。爱邦公司的ABON5/180CHD型破碎机的一套截齿使用寿命在8～10个月左右。

2 爱邦低速筛分破碎机在神东煤制油选煤厂的应用

国家能源集团神东煤炭集团公司洗选中心煤制油选煤厂(以下简称为“煤制油选煤厂”)地处内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇。该厂自2006年开工建设，2008年8月建成投产，年处理原煤6.0 Mt/a，负责国家“十五”计划重点工程神华煤直接液化项目燃料煤的洗选加工任务。洗选工艺为重介旋流器全末煤入洗，主要分选设备为有压两产品重介质旋流器，分选粒度为1.5～30 mm，分选出精煤和中煤。精煤作液化用煤，中煤用于发电。产品利用率达到100%，洗水实现了一级闭路循环。主要产品有煤制油精煤(粒度小于30 mm)、煤制油混煤(粒度小于30 mm)和电煤(粒度小于30 mm)。

2006年12月煤制油选煤厂引进2台爱邦7/250HSS型筛分破碎机。每台破碎机配备1台电机，功率250 kW，减速器速比28∶1，电压等级660 V。该破碎机是中心距固定的双齿辊筛分破碎机。齿辊轴中心距为700 mm，齿辊轴长度为2500 mm，入料粒度为30～80 mm，出料粒度要求为30 mm。

为达到设计的小时处理能力以及保证产品的出料粒度，这种破碎机采用了侧边破碎方式，即两根齿辊轴向外旋转，利用截齿将处在齿辊轴与破碎板之间的物料进行破碎。在破碎机排料口处的破碎板上安装了用于最终控制出料粒度的合金钢梳齿插件。而破碎板安装在破碎机侧板上，通过油泵上下可以调节，以确保出料粒度在用户要求的范围之内。

煤制油选煤厂筛分车间共计安装了6台破碎机，分别是一级破碎机，二级破碎机，三级破碎机。每一级破碎机都安装2台，其中一级破碎机控制出料粒度≤150 mm，二级破碎机控制出料粒度≤50 mm，三级破碎机(即爱邦7/250HSS型破碎机)为三级破碎机，也是终破，控制粒度≤30 mm，三破是保证供应煤制油公司产品煤粒度的最终破碎机，起到关键作用。

爱邦7/250HSS型筛分破碎机单台设计处理能力为500 t/h。实际生产过程中，过煤量可达到450 t/h。 采用两侧破碎方式，原煤出料粒度也很好地被控制在30 mm以下。

自2007年投入使用以来，这2台爱邦7/250HSS型筛分破碎机至今已稳定可靠运行12 a多，没有超粒现象，除了正常更换磨损件(截齿和破碎板)外，没有更换过主要大件，也没有进行过大修。

3 爱邦低速筛分破碎机在其他煤炭企业的应用

3.1 井下破碎作业

由于现在井工煤矿综采设备越做越大，再加上放顶煤开采方式，最大原煤和矸石粒度往往可达1～1.5 m，甚至长达2 m左右。通常工作面刮板输送机机机尾会布置一台转载破碎机。这种转载破碎机一般采用单辊锤式破碎机，出料开口的高度通常是300 mm。但是，当遇到抗压强度高的矸石或原煤粒度达到1 m以上时，而且来料量又很大，转载破碎机来就会不及破碎。为保证通过能力，使用现场往往会抬高出料口，直至所有物料能顺利通过为止。这就导致从采煤工作面的来料粒度变大，一般三维尺寸会有不少超过600×800×1000 mm的。这种尺寸对一般选煤厂是无法处理的。另外，由于锤式破碎机自身设计上的缺点导致会有扁平型的物料，因此，会出现最长边会达到1.5～2 m的大块。在转载过程中，这些大块会砸坏、撕裂大巷皮带和造成井下煤仓堵塞，因此现在1000万t/a以上的大型煤矿设计趋势是在顺槽皮带和大巷皮带之间，或井下煤仓上方安装一台双齿辊低速筛分破碎机，把这些超大块破碎到300 mm以下。

针对以上的破碎需求，伊泰煤炭公司酸刺沟煤矿于2007年引进了1台爱邦公司ABON 8/300CCTD型破碎机，并在2008年开始安装使用，处理能力为4500 t/h，入料中矸石含量30%左右，矸石最大硬度达到150 MPa，入料粒度最大1200 mm，出料粒度为300 mm，从2008年开始使用至今，很好地达到了设计技术要求。虽然已处理原煤约1.3亿t，但ABON 8/300CCTD型破碎机的驱动系统、破碎轴总成及破碎机箱体仍保持良好状态，日常除正常破碎截齿消耗，没有更换过其它备件。尤其是齿辊轴上固定截齿的燕尾槽结构经受住了考验，固定截齿不松动。该公司后来又陆续采购2台同型号的破碎机。除了酸刺沟矿以外，这种破碎机在中煤能源集团安家岭1号井工矿、山西焦煤集团斜沟煤矿等煤矿也得到很好的应用。

3.2 选煤厂破碎作业

大同煤矿集团公司塔山矿选煤厂以往一直存在超粒问题，尝试过多家双齿辊破碎机厂家的产品，都不能很好解决超粒问题，以至由于产品煤超粒严重，产品煤销售时而被罚款。爱邦公司通过多次实地考察和煤炭采样分析，针对塔山矿的超粒问题，开发出了ABON5/180CC型精煤破碎机，于2015年3月在塔山二期选煤厂安装了2台ABON5/180CC型破碎机，单台处理能力300 t/h，入料粒度50～200 mm，出料粒度50 mm。由于在设计中采用了平行齿结构，结合截齿结构的动态三维设计，保证了出料粒度控制。在出料粒度的测试中，基本达到了没有超粒的要求，非常好地解决了塔山选煤厂长期超粒的问题。

大同煤矿集团公司挖金湾矿选煤厂在考察塔山矿选煤厂之后应用了1台ABON5/180CHD型原煤破碎机。该破碎机入料量处理能力300 t/h，矸石含量最大时达到80%，矸石硬度120 MPa，入料粒度50～300 mm，出料粒度50 mm。50 mm的出料后续采用旋流器洗选，得益于爱帮破碎机严格的粒度控制，解决了以往旋流器经常由于超粒入料而堵塞的现象。ABON5/180CHD型破碎机在挖金湾矿使用中，一套截齿使用寿命在8～10个月左右。

在我国煤炭企业，一般原煤破碎前要设置手选皮带，把大块的矸石先人工捡走，虽然设置有人工拣矸皮带，但并不能保证矸石完全被捡出，经常造成破碎机堵塞，甚至损坏的后果。爱邦公司针对中国煤炭企业的实际使用情况，开发了高抗强度和高抗冲击的减速机和破碎腔结构，在大同煤矿北辛窑矿采用2台ABON5/180CC型原煤破碎机，设计处理量250 t/h，入料粒度150～300 mm，出料粒度150 mm，实际上矸石入料粒度往往在500 mm以上，人工捡矸来不及捡的时候甚至还会有1 m的扁平型物料进入破碎机。在这种极端超粒的情况下，大块矸石需要在破碎腔中滚动多次才能被破碎，但除截齿磨损比正常快之外，并不会影响爱邦破碎机的正常运行，未出现断齿、掉齿和堵转等情况，也没有出现过故障停机。保证了在人工捡矸不到位的情况下，也能保证破碎系统的稳定。

4 结语

爱邦双齿辊低速筛分破碎机在国外是设计用来在煤矿和金属矿山全天候进行连续作业的高质量设备，制造水平高、可靠性好。在引进中国市场后，爱邦破碎机表现出来的技术先进性也已经通过10多年的应用证明。因此，爱邦双齿辊低速筛分破碎机必然会被越来越多的大型煤炭企业集团所采用，从而为提升我国煤炭企业的经济效益做出更大贡献。

目前，爱邦低速筛分破碎机已在全球范围内广泛用于煤炭、金属矿和非金属矿的初碎、中碎和细碎，如加拿大铝业、美国铝业、英美矿业、BHP、力拓、皮博迪煤炭、英科矿业、壳牌矿业、蒂斯总包、中国国家能源集团神东煤炭集团、山西焦煤集团、平朔煤炭集团、伊泰煤炭、大同煤矿集团、莱芜矿业、黄陵矿业等矿业集团等。在澳大利亚，爱邦破碎机已逐步取代了其他竞争对手的设备，在煤炭工业领域占据了90%以上的市场。