近年来投产的新型干法水泥线中，生料系统普遍应用下列三种工艺布置方式：①单段锤破+立磨；②单段锤破+高效细碎机+管磨；③单段锤破+挤压磨+管磨。但在已有的许多老线中，生料系统仍采用传统单段锤破+管磨工艺布置方式，其入磨粒度仅能控制在≤25mm(筛余15%)范围内。而此粒度显然无法满足降低磨机系统综合电耗的目的。受场地和空间限制，老线较难改造成新型破碎工艺系统。在工况条件不变前提下，要进一步提高现有磨机系统产量并降低电耗，较佳途径是降低入磨粒度。因此有必要研制一种出料粒度≤15mm（筛余5%～10%）的新型单段锤破。我院在多年来研制推广PCX型高效细碎机经验和技术的基础上，研制了PCZ强力破碎机。
1、破碎机理
PCZ强力破碎机基本结构见图l，其破碎是基于单颗粒破碎和颗粒体的群体料层破碎相结合的破碎方式。进机的大块矿石首先由锤盘支托，受高速旋转的锤头打击，矿石被一块一块地敲脱下来。进机的较小矿石，则直接飞向反击板破碎并反弹，与后续飞来的矿石再次空中碰撞。此粗碎阶段属单颗粒破碎。反复击打变小的矿石，在破碎腔里继续被打击破碎，在压力作用下，料层厚度被逐级压缩．快速通过破碎板与转子之间的颚口进入下机体，在转子圆周与篦板之间狭小空间形成的“沸腾床”里，被挤压、剪切、搓磨，合格粒度的矿石由篦缝排出机外。此细碎阶段属颗粒体的群体料层破碎。
2、技术特点
2.1破碎腔型优化
反击破碎腔的结构特点决定了设备的能力、功耗、磨耗及产品粒度等重要指标。为了充分发挥单颗粒破碎和颗粒体的群体料层破碎的功能，通过在计算机上进行动态模拟试验，分析了破碎腔内破碎板与转子圆周之间几何曲线形状及颚口间隙大小对物料的通过量以及破碎效果的影响，找出了两者之间较佳破碎嵌入曲线和嵌入角，并优化设计了反击破碎腔。使整个破碎腔的颗粒群密度保持了一个由疏变密的较佳速率以及破碎腔齿角的较佳动态性能。其破碎腔型优化前后结构见图2（图中R710是转子回转半径）。
2.2转子结构优化
为使转子具有将大块矿石瞬间击碎并迅速达到所需粒度的能力，同时保证大块矿石进机时电动机电流基本不发生大的波动，优化了转子结构：①尽量增加锤头外伸量；②根据锤头磨损及转子动平衡情况，建立锤头排列配置模型；③将锤盘、端盘等焊接成一体，增强转子结构强度；④根据矿石特性和含土及水分不同，对转子做针对性的设计。
2.3锤头材质合理选用
根据石灰石中游离Si02含量、物理性能、泥沙和水分含量等，选用超高锰合金或合金钢模锻锤头。
对高硬度物料选用超高锰合金锤头(ZCMn17Cr2MoVTi)。该材质的锤头由于加入Cr、Mo和V等元素使晶粒细化，提高了锤头的强度和韧性。通过采用合理的热处理工艺，锤头的金相组织以奥氏体为主，加少量的碳化物和马氏体。这种锤头在高硬度物料的剧烈冲击下会迅速产生奥氏体的冷作硬化效果，可由原始硬度HB200左右提高到HB460-500。图3为PC21414强力破碎机在破碎20万吨石灰石后超高锰合金锤头的磨损情况。
对中硬或偏软的物料则选用合金钢模锻锤头。这种锤头不仅整体抗拉强度达850MPa，而且有相当的塑性和韧性。在锤孔加工后对锤端打击区进行淬火，其表面硬度可达HB410-460。
2.4排料篦子优化
优化排料篦子的主要目的是提高破碎效率及对原料的适应性。通过研究篦条的截面形状及走向、刃口角度、篦缝大小及变化、排列方式，找出了较佳的颗粒体的群体料层破碎密度及密度变化率。另外，老式篦子的调节只能使中部达到与转子有合理的间隙，而前后两段均扩张增大，从而极易形成垫层，不仅使篦子的通过能力减小，产量降低，而且垫层又加速锤头的磨损并缩短寿命。优化后篦子采用可收缩结构，可以消除垫层现象的产生，使破碎机在锤头磨短之后仍保持正常的工作状态。
2.5安全保护装置
除本体内设计了排铁门安全机构、在强力作用下可后退的反击破碎板、能3600转动的铰接锤头速三项进铁保护功能外，在自动控制上考虑了下列两个安全保护措施：
1)应用模糊数学控制原理，破碎机主电动机装有功率变送器，根据其检测到负荷信号可自动调节喂料设备的速度，使破碎机始终在较佳负荷和较合理电耗状态下运行。在超负荷等异常情况下控制系统自动发出报警信号或给出停车控制动作。
2)控制系统将根据轴承温度检测装置传输的信号，设定上限报警值，异常时发出报警信号或给出停车控制动作。
2.6加工和装配工艺改进
2.6.1 锤盘和端盘表面堆焊
锤盘及端盘外缘部分要求有较高的耐磨性，同时锤轴孔的部位还需较高的韧性。为此，先在锤轴孔外周用D212焊条堆焊2.5 mm厚缓冲层，然后整个轮缘再用TM-55焊条堆焊8mm厚的耐磨层。锤盘及端盘母材采用低碳厚钢板，焊接性较好，但由于板材及堆焊层较厚，焊接时热影响区有可能产生热裂纹。为避免此现象，采用火焰对锤盘及端盘进行预热，堆焊时保持该温度。图4为采用上述堆焊工艺的锤盘使用6个月后的情况，从图中可见，几乎未磨损。
2.6.2 主轴承装配
由于高载荷和工作条件苛刻，PCZ强力破碎机的转子选用了大游隙的圆锥调心滚子轴承，它的自调心功能可补偿两轴承座的不同心及可能产生的转子偏斜。主轴承装配水平直接影响到轴承温度及使用寿命。我们通过测量由于内圈的受力膨胀而减少的径向游隙来决定圆锥调心滚子轴承的配合。
例：将22344CAKJW33/C3轴承(PC21414强力破碎机选用)装配到主轴锥套上，用塞尺测到起始游隙为0.286mm。从表l查得，当起始游隙减少0.102~0.140mm时为适宜的配合，所以锁紧螺母必须拧至径向游隙达到0.146—0.184mm范围内，取0.166mm。
3、应用
上海浦东水泥厂原为700t/d熟料生产线，2003年烧成系统技改后达到了1100/d规模，但石灰石破碎系统未作同步改造，严重制约了生料磨能力，并影响到窑的产量。2004年2月该厂委托我院对石灰石破碎系统进行技术改造。
3.1 技改工程简介
改造前有两条相同的∮l130mmx1150mm双转子锤式破碎机(允许人料粒度≤350mm，台产约30t/h，出料粒度≤20mm)破碎石灰石生产线，受板喂机及破碎设备制约，要求外购石灰石粒度≤350mm，物料由驳船运到码头后卸人地坑，经800mm中型板喂机（允许物料粒度$350mm，输送量l5—110m3/h）分别喂入两台破碎机。
存在的问题：
1)该破碎机属老式双转子锤破，由于设有盛料筐、转子上锤头排列稀疏和转速慢(锤头线速度仅为19.3m/s)等原因，存在产量低、排料中粗颗粒多、来料中泥沙含量较多时排料篦子易堵塞等缺陷。由于破碎机与生料磨产量不匹配，实际生产中放宽了篦缝，出料粒度放宽至20—40mm，单机产量约50t/h，但仍无法满足生料磨实际生产需求。
2)因矿山资源紧张，外购石灰石粒度已无法满足≤350mm要求。
3)来料中泥沙含量高达10%—30%，水分高达5%～10%，经常造成破碎机篦子堵塞，电动机过载跳闸。
另外，为了不影响全厂正常生产，整个改造工程要求在7d内完成。
针对上述情况，确定改造一条石灰石破碎线，生产能力达到90~130t/h，最大进料粒度达到600mm。另一条线保持原状不变，作为备用和补充。
具体技改措施如下：
新换一台PC21414强力破碎机，最大进料粒度增大到600mm左右，出料粒度≤15mm(筛余5010~10%)。板喂机输送量达130t/h左右，角度从22。抬高到23°，并相应缩短长度。并根据该厂石灰石原料中泥沙和水分含量大特点，对转子及篦子结构作了针对性设计。该机工艺简图见图5。
破碎机基础利用原机地脚螺栓固定，两者之间设一个钢结构过渡架。因原破碎机基础承载力不够，利用原基础下方出料皮带廊空间，设计了一个八字型钢结构支架加固原基础承载梁，其下部支腿与预埋钢板焊接固定，上部长方形钢梁用膨胀螺栓与承载梁底部固定。新做一个较大钢结构支架作为电动机基础，其内圈利用原电动机基础地脚螺栓进行固定，外圈周边用地脚螺栓穿过楼板固定。其加固简图见图6。由于准备工作充分，整个工程仅用5d时间就顺利结束。
3.2调试
从2004年5月31日至6月3日，共负荷投料25h，主机运行平稳，用HY-103型测振仪测出主轴承座最大振动烈度为4mm/s．最大振幅为0.12mm。均符合IS02372的振动评定标准和JC/T922-2003《水泥工业用破碎机技术条件》行业标准。主轴承温度稳定在40~60℃，小轴承温度30-40。C，空载电流30～50A，负载电流160~200A。进料平均粒度约200mm，最大粒度500mm，平均产量约100t/h。
针对调试中暴露的问题，进行了及时处理：
1)电动机传动装置小轴承座水平方向振动偏大，超过了IS02372中≤11.2mm/s评定标准。用千分表检查发现联轴器同轴度安装误差过大，为此经重新调整，将其最大误差控制在0.2mm以内，解决了水平振动过大问题。调整前后小轴承座振动烈度见表2。
2)检测主轴承温度的显示仪不工作。经检查发现WZPM-201型端面热电阻上分度号与温度显示仪上分度号不匹配。我们更换了分度号为Pt100的XMT智能温度数显仪，并将上限报警温度设定为75℃。
3)顶衬板螺栓易松动。我们将螺栓由M20增大到M27，强度等级由4.8级提高到8.8级，机腔和衬板上螺孔用手提式旋磨机现场扩孔，最后上紧顶衬板并用双螺母锁紧。
4)大带轮一侧密封环发热。设计图上密封环内径与主轴公差为∮180H7/h6，实际加工件间隙为上限，加之破碎机运行后振动使大带轮与密封环端面未压紧，造成密封环与主轴间有相对转动而发热。为此在密封环上增加了4个紧定螺钉，避免了相对转动。
5)板喂机头罩严重变形。头罩系原破碎机头罩改装而成，钢板太薄强度不够。为此，用lOmm钢板重做了一个头罩，里面镶16Mn衬板。对前墙及顶部作了进一步加固。
6)出料皮带上间隔3—4m有40 ~60mm大块漏料。经实地观察，漏料系破碎机内反弹石块从链板与接料溜子底边之间空隙中弹射出来，并经料斗直接落入出料皮带上造成的。其原因是板喂机头轮伸人头罩接料溜子的深度不够，链板与接料溜子底边之间空隙过大，胶皮不起作用。改进措施是将接料溜子接点移到头轮中垂线之下，并尽量减少与链板间空隙，接料溜子底部安装一块伸入链板凹槽内厚橡皮挡板，使机内反弹石块重新进入机腔内破碎。
3.3使用效果
PC21414强力破碎机自2004年6月初投运以来，已成为该厂1100t/d生产线提供原料的主导设备，到2005年9月，累计破碎石灰石40多万吨。
1)原料适应性
由于该厂外购右灰石受制于供应商，进厂原料中掺杂了大量湿泥沙，当泥沙含量高达10%—30%，水分5%～10%时，一般能正常运转。在上海6、7月梅雨季
节，曾发生过被堵的事件。后来通过降低板喂机转速，
减少破碎量以及对泥沙含量超过30%、水分超过
10%的原料先晾晒后破碎，使问题得到了解决。
2)安全性
在调试阶段曾发生过顶衬板螺栓松动脱落，顶衬板落人下机腔情况。在运行2个月后因振动停机检查时发现断了一个锤头，锤轴上只剩锤柄，而锤头已从排铁门中穿过进入料库。检查篦子、锤盘及反击板等均无损伤，说明它的安全性是比较好的。
3)运转的平稳性
主轴承座用HY-103型测振仪测定空载和负载时振动烈度为：水平0.10—0.34cm/s，轴向0.10 ~0.4cm/s，垂直0.12~0.16cm/s，表明它的运转是平稳的。而且工作电流稳定在160~200A范围内，没有大起大落的现象，表明设计的主参数和惯量恰当。
4)生产能力
根据用户要求，本机按90—130 t/h设计，并留有20%的余量。实际使用表明，上述指标已经达到。目前喂料量控制在100—130 t/h范围内。通常在黄梅雨季喂料量适当减少。据统计全年平均产量约lOOt/h。
5)出料粒度
经取样筛分后出机粒级分布如下：0～3mm占35%，3～5mm占25%，5～lOmm占20%，10～15mm占16%，≥15mm占4%。比预期指标要好。
6)电耗
本机由一台160kW电动机拖动，其负载电流波动范围160~200A，实际运行功率约在74—92kW范围，平均电耗小于0.92kWh/t。
7)易损件的磨耗
第一套锤头使用6个月后更换，共破碎石灰石约18万吨，新锤头总重1 564.65kg，换下锤头总重1283.0lkg，净消耗量281.64kg，锤头金属磨耗为1.56g/t，锤头消耗成本约为0.13元／t。更换锤头时检查篦板、反击板、破碎板、锤盘及端盘等均未发现明显磨损，锤轴抽取检查基本无磨损。
8)不足之处
由于板喂机改造受资金限制，没有达到预期效果，最大进料粒度限制在500mm以下，破碎机能力没有充分发挥出来。另外，破碎含泥沙和水分高的石灰石时其电耗和锤头磨耗尚不十分理想，锤头消耗成本也偏高。
4、结束语
从上述测试数据和实际使用效果来看，PCZ强力破碎机基本上达到了原定各项技术经济指标。通过一年多连续带负荷运行，表明该机设计参数较合理，制造加工质量较好，为老线石灰石破碎技术改造提供了一种比较可靠的破碎设备。今后的研制方向是进一步降低出机粒度，并向大型化发展。
