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振動(dòng)粉碎和振動(dòng)粉磨技術(shù)發(fā)展回顧

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 羅 帆 （ 230051 ）

　　1 振動(dòng)粉磨技術(shù)進(jìn)步的兩大標(biāo)志

　　以細(xì)磨和超細(xì)粉磨為特點(diǎn)的振動(dòng)磨自首臺(tái)工業(yè)磨問(wèn)世以來(lái)，已歷經(jīng)五十多年的發(fā)展史?；仡欉@段歷史，可謂技術(shù)日新月異，設(shè)備不斷出新，其中最顯著的標(biāo)志可以歸結(jié)于兩個(gè)方面，一是振幅由早期的 3~7mm 提高到 12~15mm ，使磨機(jī)的生產(chǎn)能力數(shù)倍提高，由結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)制約的振動(dòng)磨設(shè)備大型化難題可望通過(guò)高產(chǎn)得到很大程度的解決;二是振動(dòng)粉磨的作用原理向破碎作業(yè)拓展，使其高能量利用率、高粉碎比的優(yōu)勢(shì)在包括粗碎、細(xì)碎和細(xì)磨等各個(gè)階段都得以充分利用。對(duì)于大振幅所產(chǎn)生的高效應(yīng)，國(guó)際工程界目前已形成廣泛共識(shí)，并作為衡量振動(dòng)磨設(shè)備性能的分界線;而振動(dòng)粉磨與振動(dòng)破碎相結(jié)合，則使高細(xì)粉體的制備能耗大為降低，效率更加顯著。按日本學(xué)者平田博、西竹茂樹等人對(duì)表 1 所示的粉磨過(guò)程的劃分和設(shè)備效率的評(píng)價(jià)，振動(dòng)破碎和振動(dòng)粉磨在粗碎、中碎、細(xì)碎以及粉磨和超細(xì)粉磨等各個(gè)階段，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，制備更加有效。因此，振動(dòng)磨發(fā)展至今一直在建材、化工、冶金、礦山、非金屬礦和耐火材料等行業(yè)廣為應(yīng)用。

表 1 粉磨過(guò)程劃分和設(shè)備效率評(píng)價(jià)

　　2 振動(dòng)粉磨技術(shù)

　　振動(dòng)磨的最早雛形是一種同心圓的多室磨，由德國(guó) FASTING 公司 1910 年發(fā)明。但真正意義上的第一臺(tái)振動(dòng)磨直到 1949 年才由 SIEBTE-CHNIK 公司制造，為單筒體結(jié)構(gòu)，容積 0.6L ，采用間歇式粉磨。 50~60 年代，振動(dòng)磨發(fā)展為多筒式，其結(jié)構(gòu)幾乎包括 2~6 筒體的所有布置形式，設(shè)備最大容積也突破 1000L 。 1962 年，德國(guó) KHD 、 WEUAG 公司研制的 65U 型以偏心體作激振器的振動(dòng)磨，是當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力較大的機(jī)型，有效容積達(dá)到 2000L ，以產(chǎn)品細(xì)度 43μm ( 325 目)計(jì)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá) 2.5 t/h ，功率 130kW ，并依賴產(chǎn)量和細(xì)度的優(yōu)勢(shì)，使市場(chǎng)覆蓋面在十年中已達(dá)到 50 多個(gè)國(guó)家。這種由電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心體飛速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)磨體振動(dòng)的激振方式，為各國(guó)后來(lái)所仿效。受其啟發(fā)，德國(guó) Lurgi 公司與南非合作也采用激振方法研制出具細(xì)度優(yōu)勢(shì)的離心式振動(dòng)磨，粉磨細(xì)度可 < 40μm 。同期進(jìn)行研制的還有強(qiáng)制通入壓縮空氣的氣流式振動(dòng)磨、雙腔式振動(dòng)磨等等。自此，以細(xì)磨為目的的振動(dòng)粉磨技術(shù)，不僅在德國(guó)迅速發(fā)展，尤其以 Humboldt 公司的 Palla 型和 KHD 公司的 50U 、 65U 型等產(chǎn)品最為著名，而且也成為歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重要研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用形式。

　　美國(guó) Ails-CHAIMERS 公司在 50 年代中期研制的 CHLMERS 單筒振動(dòng)磨，筒體直徑突破了通常的 Φ 0.5m ，達(dá)到 Φ 1.03m ，采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大容積為 880L 。其他型式多從德國(guó)引進(jìn)。英國(guó)的振動(dòng)磨大部分也為引進(jìn)德國(guó) Palla 型、 VAR10 型和 AUBEMA 型等技術(shù)生產(chǎn)，但應(yīng)用相當(dāng)廣泛，基本占據(jù)了國(guó)內(nèi)超細(xì)粉體加工的主要市場(chǎng)。

　　前蘇聯(lián)對(duì)振動(dòng)磨的研究重點(diǎn)傾向于設(shè)備的大型化，從 1952 年 ~1968 年相繼研制的 2700L 、 4000L 甚至 15000L 等大容積振動(dòng)磨均見諸許多報(bào)導(dǎo)，有效容積大幅度突破了國(guó)際當(dāng)時(shí)最大不足 2000L 的局限。但見于文字的工業(yè)應(yīng)用仍只介于 2000L 以內(nèi)，例如 M1000-1.0 單筒型，功率 70kW ; M1000-1.5 雙筒型，功率 150kW 。近幾年我國(guó)一些設(shè)備制造企業(yè)引進(jìn)的技術(shù)即是容積為 1000L 的 2 筒體機(jī)型。

　　日本從六十年代開始在引進(jìn)德、美等國(guó)技術(shù)的基礎(chǔ)上才進(jìn)行本國(guó)振動(dòng)磨技術(shù)的研究，但發(fā)展速度極為迅速，質(zhì)量和市場(chǎng)至今仍處于領(lǐng)先地位。其中以中央化工機(jī)械、安川電機(jī)、川崎重工等制造商的生產(chǎn)規(guī)模為最大，產(chǎn)品最為著名，如 CKC 型、 CH 型、 RSM 型、 VAMT 、 YASR 、 YAT 型和引進(jìn)的 Palla 型等振動(dòng)磨在國(guó)際上都享有較高的聲譽(yù)。這些產(chǎn)品并不以容積見長(zhǎng)，一般多為 250L~1200L ，但從材質(zhì)性能、加工質(zhì)量和設(shè)備的降噪防塵、系統(tǒng)配套等各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了整體的先進(jìn)性和工藝完整性，因而市場(chǎng)應(yīng)用率極高，范圍涉及粉磨行業(yè)的各種固體物料。國(guó)內(nèi)如寶鋼、開灤煤礦等許多大型企業(yè)在 1980 年前后引進(jìn)的成套細(xì)磨設(shè)備均以此為主。

　　我國(guó)于 1965 年由原建材部北京建材研究院錢汝中、胡惠中、王 炤 等人通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型研制的國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)振動(dòng)磨，首創(chuàng)了 3 筒體串聯(lián)結(jié)構(gòu)，容積為 30L ，功率 3kW ， 1978 年通過(guò)省級(jí)技術(shù)鑒定。以此為基礎(chǔ)，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、制造出第一臺(tái)用于工業(yè)生產(chǎn)的 3 筒體 SM 型 1000L 振動(dòng)磨，于 1980 年通過(guò)部級(jí)技術(shù)鑒定。并以其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性和對(duì)難磨物料的適應(yīng)性，在自應(yīng)力混凝土水泥、帶酸木屑以及云母、剛玉、炭化硅等各種粉體的生產(chǎn)中廣為應(yīng)用，受到業(yè)內(nèi)普遍歡迎。寶鋼、唐山炭化硅廠等大中型企業(yè)以其替代國(guó)外設(shè)備進(jìn)行剛玉、炭化硅等高硬物料的粉磨都展示出超強(qiáng)的細(xì)磨能力。這一時(shí)期的市場(chǎng)空前，在國(guó)內(nèi)享有較高的知名度。至今，其 3 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和撓性聯(lián)軸器型式仍是國(guó)內(nèi)同類型振動(dòng)磨的參照標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展， SM 型振動(dòng)磨現(xiàn)已形成包括 200L 、 300L 、 500L 、 800L 和 1200L 等容積在內(nèi)的產(chǎn)品系列化。

　　國(guó)內(nèi)振動(dòng)磨的制造和應(yīng)用在 1985 年前后進(jìn)入高潮。據(jù)簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)的振動(dòng)磨制造企業(yè)已達(dá) 20多家，最大容積達(dá)到 1500L ， 2筒體并聯(lián)和 3 筒體串聯(lián)兩種 結(jié)構(gòu)并存，浙江溫州、安徽安慶、河南新鄉(xiāng)、鶴壁、陜西西安等地的振動(dòng)磨都占據(jù)了各自的市場(chǎng)份額。 2000年，由冶金部主持的振動(dòng)磨產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始制定，一些企業(yè)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)制造的振動(dòng)磨也陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，振動(dòng)磨的設(shè)備形式和市場(chǎng)結(jié)構(gòu)更加多元化。

　　縱觀國(guó)內(nèi)外振動(dòng)粉磨技術(shù)的發(fā)展，在 外型特征上 表現(xiàn)為設(shè)備有效容積愈來(lái)愈大，結(jié)構(gòu)傾向 多筒體和單電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。但實(shí)質(zhì)上的進(jìn)步卻在于研制者對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度即重力加速度的重新認(rèn)識(shí)和實(shí)踐，使現(xiàn)在可以作到一臺(tái)大振幅振動(dòng)磨的產(chǎn)量能夠達(dá)到以前十?dāng)?shù)倍容積的振動(dòng)磨生產(chǎn)能力。

　　關(guān)于振動(dòng)強(qiáng)度的理論依據(jù)，上述各國(guó)振動(dòng)磨都是根據(jù)德國(guó)巴赫曼 D.Bachmann1940 年提出的“磨介共振”學(xué)說(shuō)為基礎(chǔ)，其取值均在 60~90m/s 2 之間，最大振幅 8mm 。這種工作狀態(tài)使磨機(jī)水平方向的振動(dòng)干擾了鉛垂方向運(yùn)動(dòng)，故而生產(chǎn)能力有限，較大規(guī)格的 1000L 振動(dòng)磨粉磨到 300 m 2 /kg 左右比表面積的最大產(chǎn)量也不過(guò) 1.5t/h 。此后十多年間，英國(guó)羅茲 H.E.Rose 和 Bate 、我國(guó)錢汝中、胡惠中、王 炤 等人均著文對(duì)這一學(xué)說(shuō)提出不同的觀點(diǎn)， H.E.Rose 認(rèn)為振動(dòng)強(qiáng)度在 50~70m/s 2 為宜; Bate 認(rèn)為振動(dòng)磨的松散介質(zhì)群運(yùn)動(dòng)不能簡(jiǎn)化為非彈性質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，增大振幅的粉磨效率更明顯;錢汝中等人認(rèn)為振動(dòng)強(qiáng)度必須是包括物料性質(zhì)在內(nèi)的各種因數(shù)的函數(shù)，例如粉磨帶酸木屑的最佳振動(dòng)強(qiáng)度為 110m/s 2 。這些觀點(diǎn)雖然都在各自的研究中得到應(yīng)用，但工業(yè)磨的振動(dòng)強(qiáng)度均未突破 100m/s 2 的局限，粉磨效率仍基本停留于原先水平。

　　一些研究者試圖從改變磨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)或者從改善磨機(jī)外部工藝條件來(lái)提高振動(dòng)磨的粉磨效率。德國(guó) M.Bayer 、 Mulish 和 K.Gemesi 等人曾進(jìn)行磨內(nèi)通入壓縮氣體的試驗(yàn)，以借助于氣流推力使物料在磨內(nèi)充分?jǐn)噭?dòng)中得到充分研磨和迅速排出，從而縮短物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，獲得單位時(shí)間下的最大產(chǎn)量，但試驗(yàn)效果不明顯，氣流量較小時(shí)，對(duì)物料的流速改變不大，而氣流量過(guò)大則使粉磨產(chǎn)品的粒度變粗，很難找到氣體入口和氣體流量的最佳結(jié)合點(diǎn)。德國(guó) Gock 等人在 1979 年 ~1986 年間，曾發(fā)明一種雙區(qū)振動(dòng)磨和轉(zhuǎn)腔振動(dòng)磨，前者是在磨腔內(nèi)增設(shè)一個(gè)隔倉(cāng)板，使之成為兩個(gè)粉磨區(qū);后者是在磨腔中加設(shè)一個(gè)可隨介質(zhì)旋轉(zhuǎn)的葉輪裝置，兩者的作用均在于活化研磨體，消除磨腔中心部位的乏能區(qū)，以達(dá)到強(qiáng)化粉磨的目的。類似的研究國(guó)內(nèi)也有所報(bào)導(dǎo)，北京光華木材廠、林科院和同濟(jì)大學(xué)分別于 1968 年和 1981 年在 SM 型振動(dòng)磨磨腔中心沿筒體長(zhǎng)度方向加入一根 Φ 61mm 圓管作強(qiáng)化器，其試驗(yàn)結(jié)果使產(chǎn)量提高 1 倍，但圓管磨損嚴(yán)重，連續(xù)運(yùn)行對(duì)材質(zhì)的要求較高。可見這些改進(jìn)對(duì)于設(shè)備的整體應(yīng)用效果并未得到根本改變。

　　圍繞振動(dòng)磨理論和實(shí)踐的探索，國(guó)內(nèi)外幾十年來(lái)從未停止。直到九十年代初期才形成一個(gè)廣泛共識(shí)，這就是增大振動(dòng)強(qiáng)度，提高振幅，才是獲得高效率粉磨的最簡(jiǎn)捷有效的途徑。這一理論，最早可追溯到 1959 年前蘇聯(lián) M. Л . 莫爾古利斯提出的“振動(dòng)磨的振動(dòng)強(qiáng)度應(yīng)取 200 m/s 2 ”的觀點(diǎn)，而發(fā)展和實(shí)踐者則始于 Bernotat 和 WangShulin 等人。后者主張按低頻率大振幅設(shè)計(jì)振動(dòng)磨，因?yàn)榻档驼耦l有利于延長(zhǎng)軸承的使用壽命，增大振幅則可有效提高介質(zhì)的能量傳遞接觸面積和正向擠壓碰撞能力，從而大幅度提高振動(dòng)粉磨的效率。表 2 的實(shí)踐為他們的主張?zhí)峁┝擞辛Φ闹С?。至此，以大振幅為特征的高效率振?dòng)磨問(wèn)世，并在生產(chǎn)中不斷驗(yàn)證其巨大的實(shí)用價(jià)值。

　　國(guó)內(nèi)最早見諸報(bào)道的大振動(dòng)強(qiáng)度( 150m/s 2 )、大振幅( 15mm )的 MGZ 型 80L 振動(dòng)磨由西安冶金建筑學(xué)院研制，其粉磨效果為：產(chǎn)量 1.5~4.0t/h ，磨細(xì)比 200~300 ，比功耗 27.5kWh/t 。這一效果比相同容積的德國(guó) Palla 型、日本 CH 型等振動(dòng)磨分別提高產(chǎn)量 30 倍和 15 倍，提高磨細(xì)比 4 倍，降低功耗 65% 和 25% 。從而實(shí)現(xiàn)了以一臺(tái) 80L 大振幅振動(dòng)磨的產(chǎn)量即相當(dāng)于原來(lái) 1000L 甚至更大容積振動(dòng)磨才能達(dá)到的水平，也意味著振動(dòng)磨設(shè)備大型化的難度可以通過(guò)提高振動(dòng)強(qiáng)度來(lái)加以解決。

　　合肥水泥研究設(shè)計(jì)院進(jìn)行的試驗(yàn)也得出，振幅由 7mm 增大至 13mm 時(shí)，可提高水泥的粗粉磨能力 10 倍以上，合格細(xì)度的產(chǎn)量可提高 4~6 倍，降低功耗 40%~50% ，且入磨粒度由原來(lái)的 < 8mm 放寬至 < 30mm 。在此基礎(chǔ)上， 1996 年研制出 ZM 型 500L 、 ZM1000L 等大振幅振動(dòng)磨，振動(dòng)頻率 700 次 /min ，最大振幅 13mm ，功率分別為 45kW 和 75kW ，均為 3 筒體結(jié)構(gòu)，主要用于非礦、建材等行業(yè)的超細(xì)粉磨。例如 ZM 型 500L 用于方解石的粉磨，入磨粒度 20mm ，產(chǎn)品細(xì)度 < 10μm 占 65% 時(shí)，產(chǎn) 量 1 .5t/h ，等容積產(chǎn)量提高近 4 倍。各國(guó)不同振幅的試驗(yàn)?zāi)ズ凸I(yè)磨的粉磨效率對(duì)比分別見表 3 、表 4 。

表3 各國(guó)不同振幅的試驗(yàn)?zāi)シ勰バ蕦?duì)比

表3 各國(guó)振動(dòng)磨技術(shù)參數(shù)及產(chǎn)量對(duì)比

　　表 4 中， ZM1000 型振動(dòng)磨產(chǎn)量是以水泥熟料粉磨至 0.08mm 篩余 7~8% 為據(jù)，粉磨其他中硬物料的產(chǎn)量則可達(dá)到 6t/h 以上，單位容積產(chǎn)量

　　比低振幅振動(dòng)磨提高約 4 倍，增幅雖未達(dá)到表 2 的水平，但基本印證了前述觀點(diǎn)的正確性。從 2000 年以來(lái)， ZM 型振動(dòng)磨先后用于超細(xì)水泥( < 10μm )、超細(xì)礦渣( > 450m 2 /kg )和各種非金屬礦等生產(chǎn)中，顯示出良好的應(yīng)用效果和發(fā)展前景。

　　3 振動(dòng)破碎技術(shù)

　　振動(dòng)破碎是振動(dòng)粉磨作用原理的延伸和發(fā)展。在振動(dòng)磨問(wèn)世的 20 多年之后，研制者逐漸認(rèn)識(shí)到，振動(dòng)沖擊動(dòng)能對(duì)破碎同樣有效，故而嘗試通過(guò)振動(dòng)磨結(jié)構(gòu)、沖擊介質(zhì)等一系列的改變，研制可以適應(yīng)粉磨全過(guò)程的破磨設(shè)備，振動(dòng)破碎由此應(yīng)營(yíng)而生。

　　日本安川電機(jī)株式會(huì)社研制的威式 YASR 型和 YAT 型兩種振動(dòng)破碎機(jī) 1968 年見于資料。 YASR 型屬粗、中碎機(jī)，單破碎腔，以鋼棒為沖擊件，雙電機(jī)拖動(dòng)。物料由破碎腔頂部進(jìn)入并受沖擊粉碎后由端部排出，粉碎粒度由排料口篦縫寬度決定。即使在粉碎高硬物料時(shí)，破碎腔內(nèi)襯和沖擊件的磨損僅為錘破的 1/10 ，產(chǎn)品中鐵的增量?jī)H占其 1/5 ，產(chǎn)品粒度也比錘破小得多，研制之初可由 80mm 細(xì)碎到 < 10mm 占 60% ，到 1980 年已能夠達(dá)到完全 < 3mm 。上述效果正如研制者所說(shuō)，是因?yàn)椤罢駝?dòng)破碎是利用整個(gè)沖擊件作用于物料，而錘破則僅僅依靠錘頭的邊角”。

　　YAT 型振動(dòng)破碎機(jī)屬于細(xì)碎或粗粉磨的范疇，產(chǎn)品包括 C 、 F 等多種規(guī)格。 YAT-C 型和 YAT-F 型通常為 2~4 個(gè)破碎腔，其中 F400 型為 2 腔，呈縱向垂直布置，雙電機(jī)拖動(dòng)，最大容積 400L ，功率 30kW × 2 ;容積 1200L 的 F600 型為 4 腔結(jié)構(gòu)，呈“田”字布置，每上下兩腔相聯(lián)，形成一個(gè)物料流，故該機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以雙倍料流進(jìn)行細(xì)碎，物料粒度由排料口的篦縫寬度控制，產(chǎn)量可達(dá) 20t/h 。 YAT 型機(jī)的最大特點(diǎn)是集細(xì)碎、粉磨于一體，上筒體相當(dāng)于一臺(tái)等容積的 YASR 型機(jī)，下筒體則相當(dāng)于一臺(tái)多倉(cāng)球磨機(jī)的第一或第二倉(cāng)的粗磨效果。物料經(jīng)上筒體由 80mm 細(xì)碎到 < 3mm ，再由下筒體粗磨到全部 < 0.8mm ( 20 目)出機(jī)，破碎比高達(dá) 1/100~1/200 ，從而為后續(xù)細(xì)粉磨提供極為理想的入磨粒度。

　　日本這一時(shí)期的振動(dòng)破碎機(jī)均采用高頻率( 1000~1500 )、低振幅( 5~7mm )的技術(shù)路線，所以效率并不高。 YASR80 型的單機(jī)最大產(chǎn)量不過(guò) 1.0t/h ，擴(kuò)大設(shè)備規(guī)格至 4 腔 1200L 的 YAT-F600 型的產(chǎn)量才達(dá)到 20t/h ?？梢娖涮岣呱a(chǎn)能力的唯一辦法只在于擴(kuò)大設(shè)備的規(guī)格，目前尚無(wú)更大規(guī)格以及高頻、大振幅機(jī)型的生產(chǎn)應(yīng)用報(bào)導(dǎo)。但是，就其設(shè)備設(shè)計(jì)、制造的水平而言，則有許多可取之處。如：安川電機(jī)、川崎重工等制造商生產(chǎn)的振動(dòng)破磨設(shè)備一般多用隔音罩進(jìn)行全封閉，既防止粉塵污染，也屏蔽噪音;機(jī)體外部均用水冷卻，以控制物料升溫;電機(jī)設(shè)在共振體內(nèi)側(cè)并由多個(gè)軸承支承，故單個(gè)軸承的負(fù)荷小，使用壽命很長(zhǎng)。因此，仍一直被粉體工程界各種規(guī)模的企業(yè)廣泛采用。

　　運(yùn)用同樣的原理，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院在 ZM 振動(dòng)磨的基礎(chǔ)上， 1999 年開發(fā)的 HG 型振動(dòng)沖擊破碎機(jī)為雙腔結(jié)構(gòu)，呈水平布置，單電機(jī)拖動(dòng)，每一腔以各自的料流由頂部喂入，兩端排出，破碎腔兩端為可拆卸結(jié)構(gòu)，用于定期補(bǔ)充或更換沖擊件。其結(jié)構(gòu)與日本 YAT 型機(jī)有所不同，傳動(dòng)方式也較之更加簡(jiǎn)捷。然而，根本上的區(qū)別還在于 HG 型機(jī)采用了高頻強(qiáng)振沖擊破碎，其最大振幅 13mm ，沖擊頻率 970 次 /min 。因此單機(jī)處理能力要相對(duì)大得多，尤其在鋼渣的破碎中已經(jīng)突顯優(yōu)勢(shì)。兩種振動(dòng)破碎機(jī)的性能參數(shù)見表 5 。

　　洛陽(yáng)同利破碎設(shè)備研究所 1997 年研制的 PBZ 型振動(dòng)破碎機(jī)，是由擺輥和固定在機(jī)架上的 4 組彈簧構(gòu)成一個(gè)質(zhì)量 —— 彈簧振動(dòng)系統(tǒng)，由電機(jī)帶動(dòng)偏心體產(chǎn)生激振力，使物料在振動(dòng)沖擊下被擠壓破碎。擺輥設(shè)計(jì)為雙層，中間的隔熱層可以阻隔物料熱量向軸承傳遞，對(duì)灼燒的熱料適應(yīng)性較強(qiáng);兩邊沖擊件能平移或以圓心旋轉(zhuǎn)，可對(duì)其嚙角、排料口寬度任意調(diào)整;當(dāng)入機(jī)粒度變化產(chǎn)生不均勻受力時(shí)，擺輥可沿兩端同步平移，使軸承在正確的幾何條件下運(yùn)行，一旦鐵塊混入也不必?fù)?dān)心對(duì)設(shè)備造成損壞;設(shè)備在共振點(diǎn)工作，故裝機(jī)功率較低。 PBZ 型振動(dòng)破碎機(jī)的入機(jī)粒度 60~190mm ，出機(jī)粒度 3~10mm ，最大生產(chǎn)能力可達(dá) 55t/h ，裝機(jī)功率 37kW 。目前已形成產(chǎn)品系列。

　　上述各種破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)各有不同，但原理一樣，都是依賴于偏心體的激振產(chǎn)生沖擊力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的粉碎，其破碎力均為非剛性力，運(yùn)動(dòng)件的止點(diǎn)由振動(dòng)強(qiáng)度決定，且隨物料的硬度可變，這是與傳統(tǒng)破碎機(jī)的根本區(qū)別所在。三種振動(dòng)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

　　圖中， YASR 型、 YAT 型和 HG 型的沖擊件采用鋼棒， PBZ 型的沖擊件為耐磨板。前者以散體形式自由沖擊物料，后者由振動(dòng)沖擊力的大小和物料的硬度決定運(yùn)動(dòng)件的止點(diǎn)，因而都具有非剛性力破碎特征。有關(guān)非剛性力破碎的作用，王 炤、王友宏 等人曾著文從降低沖擊件磨損、改善被磨物料易磨性和選擇性破碎功能等方面的效果進(jìn)行了詳細(xì)論述，結(jié)論與前述的“利用整個(gè)沖擊件對(duì)物料進(jìn)行沖擊比錘破僅依靠錘頭邊角的作用更有效” 的觀點(diǎn)完全相同，并為生產(chǎn)實(shí)踐所證明。

　　4 應(yīng)用技術(shù)

　　裝備技術(shù)的發(fā)展更加有效地拓展了應(yīng)用空間，現(xiàn)在的振動(dòng)粉磨和振動(dòng)破碎可滿足不同行業(yè)、不同粒度的生產(chǎn)需求。除常見工藝外，在以下方面已取得了顯著的應(yīng)用效果。

　　4.1 超細(xì)微粉的生產(chǎn)

　　從數(shù)微米到十?dāng)?shù)微米的超細(xì)微粉生產(chǎn)一直倍受各國(guó)關(guān)注，研究的焦點(diǎn)主要集中于工藝與裝備技術(shù)。對(duì) < 10μm 的超細(xì)微粉生產(chǎn)，日本早期多采用振動(dòng)磨間歇粉磨或多級(jí)連續(xù)粉磨，效率極低，僅適用于小規(guī)模生產(chǎn)。與空氣選粉機(jī)配套組成閉路連續(xù)生產(chǎn)工藝后有所改善，但存在的問(wèn)題是對(duì)選粉機(jī)的性能要求較高，同時(shí)也受制于振動(dòng)磨的粉磨能力和足夠的合格細(xì)粉量，兩者都具有一定難度。隨著振動(dòng)粉磨技術(shù)的發(fā)展，其配套能力可以與更多的分級(jí)設(shè)備組合，形成更為豐富有效地工藝形式，其中，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是振動(dòng)磨 + 渦輪式氣流分級(jí)機(jī)工藝。合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 2000 年先后用于兗礦水泥廠的方解石微粉生產(chǎn)、徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的超細(xì)水泥生產(chǎn)均采用這一形式。其配套設(shè)備為 ZM500 型振動(dòng)磨和 ADW 型渦輪式微粉分級(jí)機(jī)，成品粒度全部 < 10μm ，振動(dòng)磨出機(jī)粒度 < 10μm 占 70% 以上，產(chǎn)量 1.5t/h ，電耗 32kW/h 。在此工藝中，振動(dòng)磨的作用是為滿足于分級(jí)機(jī)的分級(jí)能力提供所需的物料量和成品占有量，這兩個(gè)指標(biāo)即是得益于設(shè)備生產(chǎn)能力的大幅度提高。同期用于河南鋼花水泥廠的礦渣微粉生產(chǎn)線，采用 ZM1000 型振動(dòng)磨開流粉磨工藝，產(chǎn)品比表面積達(dá)到 450m 2 /kg ，產(chǎn)量 1.5~2.0t/h ，電耗 55kW/h 左右。此外，國(guó)內(nèi)采用其他工藝進(jìn)行的振動(dòng)磨超細(xì)水泥的生產(chǎn)報(bào)道也常見于資料。

　　4.2 特殊粒度的生產(chǎn)

　　許多物料隨其用途不同，要求產(chǎn)品的粒度僅限于一定的粒級(jí)范圍或者限定各粒級(jí)的含量，例如某廠要求的鉀長(zhǎng)石粉磨粒度只按兩個(gè)產(chǎn)品檔次控制在 0.4~0.9mm ( 20 目 ~40 目)或 0.12~0.4mm ( 40 目 ~120 目)之間;一些廠制磚用煤矸石的粒度及含量需嚴(yán)格控制在 1~2mm 占 10% ， 0.5~1.0mm 占 20% ， 0.12~0.5mm 占 30% ，< 0.12mm 占 40% 。等等。對(duì)這類粒度的生產(chǎn)采用通常的破碎設(shè)備，單機(jī)不可能達(dá)到，用粉磨方式則因細(xì)粉量過(guò)多以致成品減少，而利用振動(dòng)破碎所具有的選擇性破碎這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行嘗試，效果則相對(duì)要好得多。對(duì)鉀長(zhǎng)石的粒度，試驗(yàn)條件下振動(dòng)破碎的一次成品率可達(dá) 60% 以上，噸物料產(chǎn)生的廢品率(< 0.12mm 的粉體)不足 20% ;對(duì)煤矸石的破碎已用于山東淄川建材公司， HG3 型振動(dòng)破碎機(jī)單機(jī)產(chǎn)量 15~18t/h ，各粒級(jí)含量無(wú)須篩分即達(dá)到允許的控制范圍。

　　4.3 預(yù)粉磨和分別粉磨工藝

　　預(yù)粉磨的作用是將磨機(jī)的部分粉磨功移至磨外由破碎完成， 這要求破碎的粒度應(yīng)< 3mm ，并盡可能多地產(chǎn)生成品細(xì)粉;產(chǎn)品電耗和鋼耗較低，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便;產(chǎn)品顆粒結(jié)構(gòu)的微裂縫較多，有利于改善物料易磨性。對(duì)傳統(tǒng)破碎設(shè)備而言，其破碎的粒度中 < 3mm 顆粒量以及 < 0.08mm 成品量都很低，高硬物料要達(dá)到這一指標(biāo)通常需借助于多級(jí)破碎，以前要獲得 < 5mm 占 80% 的鋼渣約經(jīng)過(guò) 4~5 次分級(jí)破碎才能完成，而目前只要將鋼渣粗碎至 < 80mm ，即可由振動(dòng)破碎一次達(dá)到 < 5mm 占 90% 以上、 < 0.08mm 成品量占 20% 以上的細(xì)碎效果。利用首鋼和上鋼鋼渣的 2 條細(xì)碎試生產(chǎn)線于 1999 年和 2001 年投產(chǎn)以來(lái)，分別年產(chǎn) 4.5 萬(wàn)噸和 7.2 萬(wàn)噸，為水泥廠提供較細(xì)的混合材。應(yīng)用表明，由于入磨粒度大幅度減小和物料易磨性得到約 20% 的改善，從而降低了球磨機(jī)的粉磨難度，因此，以其作混合材的水泥磨產(chǎn)量都有不同程度的提高。

　　分別粉磨是針對(duì)一些物料的難磨特性采用的一種工藝，國(guó)外在七十年代即有報(bào)導(dǎo)。由于礦渣、鋼渣一類物料與熟料之間的易磨性懸殊，傳統(tǒng)的混合粉磨很難使礦渣達(dá)到足夠的細(xì)度使其摻入量受到限制，若希望增大摻入量則勢(shì)必以降低水泥標(biāo)號(hào)為代價(jià)。分別粉磨既可按要求的細(xì)度控制混合材的比面積，也使得熟料的粉磨因難磨組分減少而更易于控制細(xì)度和提高產(chǎn)量，而提高熟料粉磨細(xì)度所帶動(dòng)的強(qiáng)度增長(zhǎng)又為多摻混合材創(chuàng)造了條件，因而從工藝上減輕了混合材難磨特性對(duì)粉磨的影響。由于振動(dòng)磨設(shè)備的體積小，對(duì)物料的細(xì)磨能力強(qiáng)，粉磨至 400m 2 /kg 比表面積相對(duì)容易，故采用開流振動(dòng)粉磨工藝作混合材分別粉磨，具有投資和場(chǎng)地等方面的優(yōu)勢(shì)。這種工藝目前只在礦渣微粉生產(chǎn)中有所應(yīng)用，仍有很大的開發(fā)潛力。

　　4.4 振動(dòng)磨 + 輥壓機(jī)終粉磨工藝

　　輥壓機(jī)的發(fā)展為水泥粉磨提供了有效的技術(shù)保證，輥壓機(jī)半終粉磨、聯(lián)合粉磨等工藝已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但節(jié)能更為顯著的終粉磨工藝卻一直受困于水泥的顆粒級(jí)配形態(tài)、需水量和凝結(jié)時(shí)間等指標(biāo)而至今仍在研究完善之中。德國(guó) A.Wolter 等人近年提出一種如圖 2 所示的振動(dòng)磨 + 輥壓機(jī)終粉磨新工藝，被視為水泥粉磨技術(shù)的重大進(jìn)步。該工藝是在選粉機(jī)上增加一個(gè)出料口，用以卸出 50μm ~ 80μm 的中等顆粒，其中的一部分直接加入水泥最終成品;另一部分送入振動(dòng)磨細(xì)磨至 < 10μm 后再與成品共混，以改善水泥的粒度級(jí)配和顆粒形態(tài);剩余部分則隨選粉機(jī)粗粉一并送入輥壓機(jī)，以改善輥壓機(jī)入料的粒度組成。各設(shè)備相互補(bǔ)充和完善，最終使輥壓機(jī)終粉磨產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)。在這一工藝中，振動(dòng)磨主要起調(diào)節(jié)水泥成品粒度級(jí)配和改善水泥性能的作用。

　　振動(dòng)破碎和振動(dòng)粉磨的應(yīng)用實(shí)際遠(yuǎn)不止上述。目前歐美和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，幾乎涉及各種固體材料的粉體生產(chǎn)。相比之下，我國(guó)無(wú)論是應(yīng)用技術(shù)還是裝備技術(shù)的研究力度都顯得薄弱，要滿足于不同行業(yè)、不同細(xì)度的粉體生產(chǎn)需求，仍存在很大的差距。

　　5 　思考與建議

　　半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展證明，振動(dòng)粉磨技術(shù)是粉體制備工藝的完善和補(bǔ)充，其細(xì)磨或細(xì)碎效果很難被其他設(shè)備所代替，應(yīng)加強(qiáng)這一裝備和應(yīng)用技術(shù)的研究。筆者認(rèn)為應(yīng)著重從以下方面開展工作。

　　( 1 )超細(xì)微粉制備工藝和設(shè)備配套。利用振動(dòng)磨的超細(xì)粉磨能力和 ADW 渦輪式微粉分級(jí)機(jī)的良好分級(jí)性能，研究開發(fā)適合于各類物料和不同生產(chǎn)規(guī)模的微粉制備工藝和配套技術(shù)，從系統(tǒng)增產(chǎn)降耗、降低鐵污染、提高白度等主要指標(biāo)入手來(lái)提升產(chǎn)品的檔次，以滿足越來(lái)越多的微粉生產(chǎn)需求。

　　( 2 )振動(dòng)沖擊破碎的細(xì)碎效果，可為球磨機(jī)提供 95% < 5mm 的入料粒度，許多行家預(yù)示，粉磨因此而存在較大的增產(chǎn)節(jié)能潛力。以前的工作只是根據(jù)用戶需要進(jìn)行了最大容積為 500L 機(jī)型的設(shè)計(jì)，應(yīng)用也僅限于鋼渣或非礦，但對(duì)旋窯水泥熟料細(xì)碎至 95% < 5mm 的批量試驗(yàn)產(chǎn)量已能夠達(dá)到 16~18t/h ，若在此基礎(chǔ)上按現(xiàn)已成熟的 1000L 機(jī)型加大設(shè)備的開發(fā)力度，即可與 Φ 2.4~2.6m 水泥磨具有相當(dāng)?shù)呐涮啄芰Α?/p>

　　( 3 )加強(qiáng)振動(dòng)粉磨工藝的研究，開發(fā)能充分利用細(xì)碎和細(xì)磨特點(diǎn)的振動(dòng)預(yù)細(xì)碎、分別粉磨或不同設(shè)備相組合的粉磨工藝技術(shù)，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝的先進(jìn)性。在這一方面，德國(guó)開發(fā)的“振動(dòng)磨 + 輥壓機(jī)終粉磨”工藝就是一個(gè)良好的例證。

　　( 4 )振動(dòng)細(xì)碎和振動(dòng)粉磨的裝備大型化研究。由于振動(dòng)磨的結(jié)構(gòu)受重力加速度等參數(shù)的制約，其大型化一直存在較大的難度。隨著理論的發(fā)展，裝備大型化的難題可望通過(guò)提高生產(chǎn)能力來(lái)得到很大程度的改善。如表 2 所說(shuō)，成倍提高振動(dòng)強(qiáng)度、加大振幅和適當(dāng)減小振動(dòng)頻率，相同規(guī)格機(jī)型的產(chǎn)量可獲得 15~20 倍的提高，這比單純擴(kuò)大設(shè)備幾何尺寸來(lái)提高生產(chǎn)能力的方法更為有效。對(duì)此，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院通過(guò) 1000L 振動(dòng)磨進(jìn)行了有益的嘗試，并已取得了初步效果，但距這一增產(chǎn)幅度尚有距離。從這個(gè)意義上講，值得進(jìn)行更深入地研究。

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