人工砂石加工系统设备选型经验介绍

1、槟榔江松山河口水电站人工砂石加工系统破碎设备选型经验介绍程洪泉 万林波 赵相军 摘要：由于用来加工人工砂石料的岩石是多样性的，人工砂石料加工系统的设备选型是否合适，对系统能否满足工程混凝土浇筑对人工骨料生产的质量、数量和强度要求，系统运行能否实现可靠性和经济性都有着直接和决定性的影响。槟榔江松山河口水电站人工砂石加工系统是已经成功完成生产任务的专业人工砂石加工系统，本文对其破碎设备选型实践的情况进行了简要的分析探讨。关键词：槟榔江；松山河；人工砂石；破碎设备选型1、松山河口水电站砂石加工系统概述云南保山槟榔江松山河口水电站人工砂加工系统主要生产松山河口电站主体工程19.5×104m3

2、混凝土（含1×104 m3喷混凝土）的用砂约15.1×104t，苏家河口电站主体工程58×104 m3混凝土（含4.5×104 m3喷混凝土）用砂约44.9×104t，总计约60×104t。该项目于2007年1月1日正式接到监理下达的开工令。砂石加工系统于2007年4月15日顺利试运行，合同工期截止到2009年12月底。为保证两个电站的用砂强度，本系统不生产粗骨料，只单一的生产人工砂，每小时成品砂产量设计为180吨/小时。2、料源特点和成品砂石料质量要求人工砂石料料源岩石的物理和化学性质对加工系统不同类别设备的性能发挥、易耗件的使用寿

3、命等都有着直接影响，是设备选型应考虑的重要先决条件之一。松山河砂石加工系统料源为大安采石场开挖的灰质硬岩，含大量稀有金属，因此对系统设备的磨损很严重。根据业主提供的相关资料，料场弱风化结晶灰岩密度为2.77g/cm3，软化系数为0.80，平均湿抗压强度为84.7MPa，最高湿抗压强度达107.4MPa，平均干抗压强度106.3MPa，最高干抗压强度达119.6MPa；微风化及新鲜结晶灰岩密度为2.71g/cm3，软化系数为0.72，平均湿抗压强度为88.1MPa，最高湿抗压强度达96.4MPa，平均干抗压强度123.5MPa，最高干抗压强度达136.0MPa。弱风化、微风化及新鲜结晶灰岩属坚硬

4、岩类。表2-1 大安石料场岩石物理力学性试验成果汇总表岩样编号取样地点 及深度(m)岩 性风化程度物理性试验力学性试验比重密度(g/cm3)孔隙率()吸水率()最大吸水率()抗压强度(MPa)软化系数抗剪强度静弹模(干）静弹模（湿）干湿(°)C(MPa)E (GPa)Ed (GPa)Y551-122.8026.00细晶灰岩弱风化2.782.751.080.140.15113.179.00.7753.16.77.570.245.930.29119.6107.4118.883.4Y552-143.1144.80细晶灰岩弱风化2.832.810.710.100.1196.584.60.83

5、53.16.74.390.212.770.2897.480.395.775.6Y553-119.2521.33微晶灰岩弱风化2.782.751.080.090.10107.683.80.8054.55.66.400.322.940.38100.879.5107.188.6平均值2.802.770.960.110.12106.384.70.8053.66.36.120.263.880.32Y553-239.9041.60微晶灰岩微风化新鲜2.792.712.870.180.19130.583.40.6954.28.47.920.286.630.34113.184.8118.881.8Y554-1

6、46.8050.00微晶灰岩微风化新鲜2.802.703.570.180.19126.592.50.7453.66.16.090.285.780.41136.089.9116.296.4平均值2.802.713.220.180.19123.588.10.7253.97.37.010.286.210.38成品砂石料的质量要求如粗骨料的超逊径、成品砂的含水率和石粉含量等也是设备选型过程中要重点考虑的因素之一。招标文件和合同文件中对成品砂石骨料的质量技术要求见表2-2。表2-2 成品砂的质量技术要求序号项目指标备注1表观密度2500kg/m32含泥量C30和有抗冻要求3%C305%3泥块含量不允许4

7、坚固性有抗冻要求8%无抗冻要求10%5云母含量2%6含水率6%应保持稳定7硫酸盐及硫化物含量<1%换算成SO3，按质量计8有机质含量不允许9轻物质含量1%10细度模数2.42.811石粉含量618% 常态混凝土1022%碾压混凝土12碱活性经检验和试验论证后，有潜在危害时，应采取相应措施3、系统设计规模（1）粗碎处理能力槟榔江苏家河口水电站和松山河口水电站工程混凝土总量77.9万m³，混凝土量及骨料量见表3.1。电站名称序号名 称混凝土量（104m3）分级配混凝土量（104m3）二级配三级配苏家河口电站1大坝混凝土面板6.56.340.162溢洪道12.311.70.63引水发

8、电系统27.325.22.14泄洪放空隧洞7.77.75灌浆洞0.100.106喷混凝土4.5松山河口电站1大坝混凝土7.93.64.32引水隧洞6.26.23厂区枢纽4.40.34.14喷混凝土根据招标文件提供的参考资料，苏家河口与松山河口水电站高峰月混凝土浇筑强度相互叠加，总的高峰月混凝土浇筑强度为6.37万m³/月，两电站混凝土浇筑强度见下表：混凝土高峰月强度表（表3.2）项目单位苏家河口松山河口合计高峰月强度万m³/月3.323.056.37成品砂月生产强度计算（表3.3）项目单位数值备注混凝土高峰月强度(Q)万m³/月6.37混凝土骨料比重(k1)t/

9、m³2.2砂级配比例(k2)%37成品砂高峰月生产强度(Qmp)t/月51850Qmp= 10000Q×k1×k2根据上表中成品骨料高峰月强度计算粗碎车间的处理能力。加工系统小时成品骨料生产能力：Qhp=Qmp/(m×n)式中：Qhp系统成品骨料小时生产能力，t/h； Qmp系统月成品骨料生产强度，t/月； m系统月工作天数，d；取25天 n系统日工作小时数（按两班制），n=14小时。则：Qhp=51850/(25×14) =148.14(t/h)，取值Qhp=150(t/h)粗碎车间处理能力Q=Qhp×C1×C2式中：Q粗

10、碎车间小时处理能力，t/h； C1加工系统生产不均衡系数，取C1=1.2； C2加工工艺流程损耗系数，取C2=1.35；则：Q=150×1.2×1.35=243(t/h)，取值Q=250(t/h)系统生产时检测成品砂生产能力Qc= Qhp×C1=150×1.2=180(t/h)（2）级配平衡计算级配平衡表根据系统工艺流程及系统所选设备破碎特性计算。工艺流程简图级配平衡表（表3.4）料径(mm)6301501504040520552.52.5合计设计生产级配(%)1585100.00设计生产量(t)36144180.00爆破级配(%)75.0015.005

11、.003.002.000.00100.00级配量(t)187.5037.5012.507.505.000.00250.00弃料后的骨料量(t)187.5037.5012.50弃料237.50粒径(mm)1914040520552.52.5PE750X1060特性(%)75.9012.008.501.701.90100破碎后级配量(t)180.2628.5020.194.044.51237.50粒径(mm)80552.52.5PF1315特性(%)76.0016.0018.00100破碎后级配量(t)180.5038.0042.75237.50级配平衡(t)2.00-101.25PL9500SD

12、特性(%)55.0020.0025.00100.00破碎后级配量(t)330.00120.00150.00600级配平衡+48.75车间的处理能力表（表3.5）序号项目名称单位设计处理能力最大处理能力备注1粗碎车间t/h2503002一筛车间t/h2505003中碎车间t/h1902404制砂车间t/h6007605二筛车间t/h6008004、系统前期主要破碎设备选型及存在的问题和处理41设备选型遵循的主要原则：(1)为提高砂石系统长期运行的可靠性，砂石加工系统关键设备采用技术领先、质量可靠、单机生产能力大，使用的是经验成熟的国际先进设备；(2) 设备配置应适合料源特点,满足砂石加工系统生产

13、能力和质量的要求，并考虑适当的负荷率；(3)尽量选用相同规格型号的设备，以简化机型，方便管理维修；(4)尽量选用便于操作，工作可靠，节省投资，节省能耗及其它消耗，以及能降低运行管理费用的设备。42根据招标资料系统前期破碎设备的选择（1）破碎岩石的特性根据招标资料提供的数据，本系统需破碎的岩石的岩性属坚硬、可破碎性结晶灰岩。（2）粗碎设备选择粗碎车间设计生产能力为250t/h。设备选用2台PE750X1060颚式破碎机。该机处理最大进料粒径为630mm，处理坚硬岩类时其运行成本较低。根据厂商提供的资料，PE750X1060颚式破碎机在产品为150mm时（即150mm的骨料含量90%）时，单台处理

14、能力为150t/h，本系统设计其单台处理能力为125 t/h，设备的负荷率为63%，系统最大设计处理能力为250t/h，最大负荷率为83%。（3）中碎设备选择中碎车间的处理能力为190t/h，设备选用PF1315反击式破碎机。该机具有产量大、出料粒径容易控制、产品粒形好、能耗低等特点。根据厂商提供的资料，反击式破碎机在产品为50mm时（即50mm的骨料含量90%）时，单台处理能力为200t/h，设备的负荷率为79%。（4）制砂设备选择本系统成品砂的主要通过制砂车间生产。制砂车间处理能力为450t/h，设备选用PL8500SD和PL8500两台立轴式制砂机。PL8500SD立式制砂机设计单台处理

15、能力300 t/h，PL8500立式制砂机单台处理能力150 t/h，厂家提供的资料显示PL8500SD和PL8500立式制砂机在最佳制砂效果时设备的通过能力分别为300 380t/h和150 200t/h，设备负荷率为79%。43 选择的破碎设备存在的问题及处理松山河人工砂石加工系统通过运行一段时间，发现选择的破碎设备存在一些问题，导致系统的生产质量和数量，无法满足设计要求，同时运行成本相对极高。必须进行整改，才能满足电站的供应需求。其情况如下：431粗碎设备的使用情况（1）使用情况砂石加工系统生产约1万多吨后，发现颚式破碎机的动颚板和静颚板的牙全被磨平，无法再继续使用，只能更换。粗碎的特种

16、钢耗钢量约为0.1kg/吨，按常规，远远超于灰岩粗碎耗钢量。通过对大安采石场的石料进行化学分析，发现石料中含有铁、锰、硅、钙等成份，极大的提高了石料的耐磨性、抗拉强度，加大了石料的破碎难度，带来了耗钢量的增加。（2）处理办法通过分析测评，颚式破碎机属于低速破碎设备，认为砂石系统所选择的颚式破碎机作为粗碎，是合适大安采石场的。但是为了降低耐磨件的耗用量，必须进行一定的技术改造，才能达到要求。在本系统中，我们采取了两个办法来降低破碎的耗钢量，一个办法是与耐磨件供应商共同研究调整耐磨件的力学性能，增强耐磨性；一个办法是针对岩石的强度范围，调整动颚板和静颚板的磨牙形状，延长磨损寿命。通过这两种办法处理

17、后，粗碎的破碎成本降低了40%左右。432中碎设备的情况（1）使用情况在砂石加工系统中，中碎车间选择的破碎设备是PF1315反击式破碎机，经过一段时间生产后进行测算分析，其耗钢量为4kg/百吨，生产基本满足要求，存在的问题为耐磨件更换频繁，对系统持续生产不利，更换人工成本高。（2）处理办法由于生产基本满足要求，本加工系统中只是在耐磨件方面努力增加锤板使用寿命来处理。在其间我们把石料运到相邻的苏家河口电站砂石系统进行试验，作比较，（苏家河砂石系统中碎车间为圆锥破碎机）通过测算其生产成本可降低30%左右。但从整体成本和生产供应考虑，未进行更换设备。433制砂设备的情况（1）使用情况在加工系统中，前

18、期制砂设备选择的是立轴式制砂机，立轴式制砂机在贵州索风营水电站的灰岩制砂中，取得了成功的应用。因此，本系统仍选择立轴制砂机，一台PL8500SD型石打石和一台PL8500石打铁制砂机。但是通过一段时间的生产运行，发现由于岩石性能的改变导致生产的质量和数量均不能满足要求，同时耗钢量极高，耐磨件更换频繁，影响了供应需求。主要存在的问题：A）单位时间产量不足，B）可持续生产时间短（一付耐磨件单面使用时间基本不能超过十小时），C）耗钢量达到了将近0.3Kg/吨。导致生产成本直线上升，系统制砂设备必须重新选型。（2）处理办法1）制砂设备再次选型的分析：按原招标地质资料提供的数据不能用来正确选择合适的制砂

19、设备，我们通过对大安采石场的石料进一步做物理性能分析和化学分析。通过多次取样试验，发现石料不仅存在多种金属成份，而且还存在有集成金属核的情况，对所选的立轴制砂设备破坏性及大。对大安石料的化学成份分析表如下（表4-1）：中国科学院地球化学研究测试分析中心分析结果报告单成份名称百分含量SiO250.60%Fe 2O 32.56%AI 2O 30.45%CaO34.43%MgO8.43%K 2O2.09%Na 2O1.03%TiO 20.11%P 2O 50.11%烧失量0.42%由表4-1可以看出，本石料场的的灰岩与一般的岩石性质存在极大的差异，由于存在多种金属以及SiO2，导致石料的强度不稳定，抗拉、耐磨加大，必须重新选择制砂机型。2）设备选型试验我们选择了两种制砂机型进行试验，一种为锤式制砂机，一种为自流冲击式立轴制砂机。锤式制砂机试验的情况：运行基本稳定，但持续生产时