立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)制砂工藝的對(duì)比研究

立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)制砂工藝的對(duì)比研究

在中國的大型和中型電氣工程中，大型人工砂石廠的生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)形成。20世紀(jì)70年代，它位于貴州省吳江市。該工程設(shè)計(jì)建成了一套從毛料開采、粗破、中破、細(xì)破到篩分制砂的人工砂石料生產(chǎn)系統(tǒng),滿足了烏江渡水電站工程160余萬m3混凝土所需的砂石料,并取得了多項(xiàng)科研成果,系統(tǒng)采用的ΦBMZ2100×3600棒磨機(jī)使制砂工藝的規(guī)?；a(chǎn)提到了一個(gè)新的水平,先后在東江、五強(qiáng)溪、漫灣等大型水電站應(yīng)用。隨著我國水電資源的開發(fā)以及對(duì)外開放,20世紀(jì)90年代新建的湖南江埡水電站工程,引進(jìn)了立軸沖擊式破碎機(jī)制砂,后在福建棉花灘、廣西百色等水電站采用。三峽水電站使用立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂取得了成功的經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂已在廣西龍灘水電站等工程中廣泛采用。1砂細(xì)度與粒度棒磨機(jī)制砂是通過棒磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)棒磨機(jī)中鋼棒轉(zhuǎn)動(dòng)、跌落等運(yùn)動(dòng),對(duì)進(jìn)入棒磨機(jī)中的制砂母巖擠壓、研磨、撞擊而獲得砂料。棒磨機(jī)生產(chǎn)的砂粒形較好,特別是粒度分布穩(wěn)定,砂的細(xì)度模數(shù)可人為控制。根據(jù)烏江渡工程對(duì)棒磨機(jī)制砂生產(chǎn)實(shí)踐的研究,砂的細(xì)度模數(shù)與給料量、裝棒量、料漿濃度、給料粒徑,呈多元線性關(guān)系,即式中,FM為細(xì)度模數(shù);a、b、c、d、e為系數(shù),與不同巖石相關(guān);x1為給料量,t/h;x2為裝棒量,t;x3為料漿濃度,%;x4為給料粒度模數(shù)。研究結(jié)果表明,對(duì)砂的細(xì)度模數(shù)影響最大的是給料粒度模數(shù)。棒磨機(jī)制砂的粒度分布具有一定的特性,即一種細(xì)度模數(shù)對(duì)應(yīng)一條顆粒級(jí)配曲線,不同細(xì)度模數(shù)的顆粒級(jí)配曲線不相交(見圖1,2)。經(jīng)過多年的工程實(shí)踐以及20世紀(jì)90年代的大型特大型水電站的新建,棒磨機(jī)制砂工藝也暴露出一些不足:其一,能耗、鋼耗、水耗大,從統(tǒng)計(jì)資料看,一般制1t砂耗電20kW·h左右,耗鋼0.118(石灰?guī)r)~2.9(硫紋巖)kg,耗水7t左右,制砂成本大;其二,產(chǎn)量低,棒磨機(jī)單機(jī)銘牌產(chǎn)量40~60t/h,但各工程使用實(shí)踐表明,始終達(dá)不到銘牌產(chǎn)量,一般單機(jī)產(chǎn)量30t/h左右,單靠棒磨機(jī)制砂與大型特大型水電站巨大混凝土用量以及混凝土高澆筑強(qiáng)度不相匹配。2立軸沖擊式粉碎砂細(xì)度低,砂粒形好,細(xì)度模數(shù)較低,石粉含量低立軸沖擊式破碎機(jī)根據(jù)破碎方式有兩種機(jī)型,一種是“石打石”破碎機(jī);另一種是“石打鐵”破碎機(jī)。它們都具有破碎比大、粒形好、處理量大且土建與安裝工程量小、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。特別是單機(jī)處理量大,克服了棒磨機(jī)產(chǎn)量低的問題。目前國內(nèi)所使用的立軸沖擊式破碎機(jī)處理能力一般在250~300t/h,成砂率40%左右,即單機(jī)產(chǎn)砂100~120t/h,且根據(jù)需要可同時(shí)生產(chǎn)中、小石。立軸沖擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的砂粒形好、但偏粗,細(xì)度模數(shù)3.0~3.4,石粉含量低,一般在12%左右。這與現(xiàn)有水工碾壓混凝土用砂要求細(xì)度模數(shù)2.4~2.8,石粉含量一般在16%~20%不相匹配,且砂的中間粒徑偏少,顆粒級(jí)配不盡合理。三峽工程開始至目前在建的龍灘工程采用了立軸沖擊式破碎機(jī)與蔡肅川,等:淺析立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂工藝設(shè)計(jì)與施工棒磨機(jī)聯(lián)合制砂工藝。砂的細(xì)度模數(shù)及石粉含量、顆粒級(jí)配等均得到了很好的解決,同時(shí)解決了砂產(chǎn)量偏低的問題。3滑動(dòng)軸沖擊軸和磨輥機(jī)的聯(lián)合砂法3.1系統(tǒng)制砂工藝三峽下岸溪制砂系統(tǒng)經(jīng)設(shè)計(jì)到擴(kuò)容之后共布置了5臺(tái)立軸沖擊式破碎機(jī)和6臺(tái)棒磨機(jī)聯(lián)合制砂,工藝流程見圖3。該系統(tǒng)加工常態(tài)混凝土用砂設(shè)計(jì)技術(shù)要求細(xì)度模數(shù)2.6±0.2,石粉含量10%~14%。投產(chǎn)后系統(tǒng)生產(chǎn)能力立軸沖擊式破碎機(jī)小時(shí)產(chǎn)量442t,棒磨機(jī)小時(shí)產(chǎn)量205t,滿足了高峰月39萬t砂的需要,質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求且穩(wěn)定。該系統(tǒng)制砂是濕法生產(chǎn),棒磨機(jī)生產(chǎn)的砂經(jīng)脫水倉地弄膠帶機(jī)出料與立軸沖擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的砂在進(jìn)成品倉膠帶上混合輸入成品倉。該流程的特點(diǎn)是降低了成品砂的含水率,縮短成品砂在成品倉的脫水時(shí)間。3.2細(xì)砂石粉回收刮砂機(jī)工藝流程龍灘水電站大法坪制砂系統(tǒng)配備4臺(tái)立軸沖擊式破碎機(jī)與6臺(tái)棒磨機(jī),又由于龍灘大壩碾壓混凝土用砂石粉含量要求在16%~20%,設(shè)計(jì)配備了3臺(tái)石粉回收裝置,后又增加了細(xì)砂石粉回收的刮砂機(jī),其工藝流程見圖4。龍灘工程大法坪砂石系統(tǒng)制砂有別于三峽下岸溪制砂,即棒磨機(jī)制的砂未經(jīng)脫水倉脫水直接與立軸沖擊式破碎機(jī)制砂混合,回收石粉裝置(2SG48-120W-4A)與刮砂機(jī)回收的細(xì)砂石粉于進(jìn)料倉膠帶機(jī)上混合進(jìn)入成品倉。該制砂系統(tǒng)近兩年的運(yùn)行證明,能完全滿足和超過大壩混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度32萬m3混凝土用砂的生產(chǎn)能力,且于2005年12月份創(chuàng)下為大壩45萬m3混凝土澆筑供應(yīng)41.27萬t成品砂的國內(nèi)新記錄,產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求且穩(wěn)定。4粉碎立軸沖浪機(jī)與磨機(jī)結(jié)合砂石的質(zhì)量4.1立軸沖擊式破碎機(jī)理立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂,目的是選取了立軸沖擊式破碎機(jī)產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)三峽下岸溪與龍灘大法坪兩制砂系統(tǒng)資料表明其成砂率均未達(dá)到應(yīng)有的成砂率,三峽下岸溪砂石系統(tǒng)成砂率為30%左右,龍灘大法坪砂石系統(tǒng)成砂率為27%~42%(2005年3月8日~4月3日測(cè)試結(jié)果),各機(jī)成砂率不一。關(guān)于立軸沖擊式破碎機(jī)成砂率,貴州成智破碎設(shè)備有限公司資料介紹,當(dāng)進(jìn)料粒徑為>5mm的大、中、小石時(shí)成砂率達(dá)58.26%,細(xì)度模數(shù)2.87;當(dāng)進(jìn)料粒徑中含有部分<5mm的顆粒時(shí)成砂率為38.09%,細(xì)度模數(shù)3.14。立軸沖擊式破碎機(jī)理充分表明了成砂率與進(jìn)料級(jí)配密切相關(guān)。這種相關(guān)關(guān)系在立軸沖擊式破碎機(jī)制砂工況上必須加以重視,才能充分發(fā)揮立軸沖擊式破碎機(jī)的破碎效果。根據(jù)龍灘工程近兩年來的運(yùn)行情況,兩種機(jī)型聯(lián)合制砂的產(chǎn)量、質(zhì)量均能充分保證,細(xì)度模數(shù)穩(wěn)定在2.65左右,且內(nèi)部級(jí)配合理。也有一種細(xì)度模數(shù)對(duì)應(yīng)一條顆粒級(jí)配曲線,曲線不相交的趨勢(shì)(見圖5),便于質(zhì)量控制。4.2保證石粉含量三峽工程因是生產(chǎn)常態(tài)混凝土用砂,石粉含量要求相對(duì)較低,制砂工況中石粉含量矛盾不突出。而龍灘工程主要生產(chǎn)碾壓混凝土用砂,石粉含量設(shè)計(jì)要求在16%~20%。經(jīng)過近兩年以來的生產(chǎn)實(shí)踐,成品砂的石粉含量始終處于下限,如對(duì)2005年7~12月統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明平均石粉含量為17.1%。龍灘工程大法坪制砂系統(tǒng)石粉含量始終偏下限是由于工藝流程所致。經(jīng)檢測(cè)立軸沖擊式破碎機(jī)出料口砂石粉含量達(dá)17%左右,經(jīng)三篩濕法篩洗后,大部分石粉隨沖洗水流走,成品砂石粉降到10%和5%左右不等;棒磨機(jī)制砂的石粉含量可達(dá)25%~30%,經(jīng)洗砂機(jī)后部分石粉隨沖洗水流走。龍灘大法坪棒磨機(jī)制砂經(jīng)過洗砂機(jī)后石粉含量為12%~17%不等,流失的石粉經(jīng)回收設(shè)備回收時(shí),就現(xiàn)有設(shè)備的工況也只能達(dá)到石粉含量的下限17%左右,且由于一篩、二篩的影響,回收效果更難以滿足要求。經(jīng)分析,立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)聯(lián)合制碾壓混凝土用砂,要保證石粉含量在16%~20%,需從如下3方面進(jìn)行研究與改進(jìn):(1)立軸沖擊式破碎機(jī)采用干法或半干法生產(chǎn)。福建省棉花灘水電站人工砂生產(chǎn)采用立軸沖擊式破碎機(jī)干法生產(chǎn),石粉含量在20%~25%,經(jīng)改造后,石粉含量在18%~22%。采用干法生產(chǎn)減少了系統(tǒng)的耗水量,降低了成品砂的含水率,即解決了石粉含量偏低的矛盾又縮短了成品砂的脫水時(shí)間。采用干法與半干法生產(chǎn)的粉塵問題需進(jìn)一步研究,現(xiàn)國際上也有成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。(2)控制棒磨機(jī)制砂的石粉流失。適當(dāng)控制棒磨機(jī)制砂的料漿濃度,料漿濃度大,則砂中石粉少流失,控制洗砂機(jī)的沖水量以減少石粉流失。(3)選定棒磨機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)。棒磨機(jī)制砂石粉含量與細(xì)度模數(shù)相關(guān),細(xì)度模數(shù)大,石粉含量低,反之石粉含量則高。根據(jù)烏江渡棒磨機(jī)制制砂的研究結(jié)果,砂的細(xì)度模數(shù)與石粉含量的經(jīng)驗(yàn)公式棒磨機(jī)口為y=aebx;洗砂機(jī)口為y=ae-bx。式中,y為細(xì)度模數(shù);a、b為系數(shù);x為石粉含量。4.3混合砂的制備龍灘工程大法坪制砂系統(tǒng)的流程是立軸沖擊式破碎機(jī)制的砂與棒磨機(jī)制的砂以及石粉回收裝置回收的石粉在同時(shí)段進(jìn)成品倉膠帶機(jī)上混合后進(jìn)入成品倉。該流程使混合砂的含水率高達(dá)25%左右,呈流態(tài)砂,進(jìn)入料倉后,一部分細(xì)顆粒砂、石粉與粗砂分離,砂的均勻性差,且延長了脫水時(shí)間,一般要經(jīng)過5d左右脫水率才能達(dá)到6%以下。近兩年在混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度高峰時(shí),易產(chǎn)生來不及脫水就要使用的問題。三峽下岸溪制砂系統(tǒng)初期將棒磨機(jī)制的砂先進(jìn)入脫水砂倉后再與立軸沖擊式破碎機(jī)進(jìn)行混合,且立軸沖擊式破碎機(jī)設(shè)置了高頻振動(dòng)脫水篩,混合后的砂含水可降到15%左右,三峽的流程有可取之處。總之,濕法生產(chǎn)的脫水問題還有待進(jìn)一步研究。4.4石粉回收裝置和刮砂機(jī)對(duì)石粉含量的影響濕法生產(chǎn)石粉回收對(duì)生產(chǎn)碾壓混凝土用砂至關(guān)重要。龍灘工程制砂系統(tǒng)的回收設(shè)備運(yùn)行基本正常,可基本滿足石粉含量16%~20%的要求。但近兩年來的運(yùn)行實(shí)踐表明,通過石粉回收裝置和刮砂機(jī)回收的石粉含量始終處在下限17%左右,且有低于下限不達(dá)標(biāo)的情況發(fā)生。關(guān)于石粉回收問題還需從回收工況上進(jìn)一步研究。5提高石粉含量立軸沖擊式破碎機(jī)與棒磨機(jī)這兩種機(jī)型的聯(lián)合制砂質(zhì)量