立轴冲击式破碎机与棒磨机制砂工艺的对比研究

立轴冲击式破碎机与棒磨机制砂工艺的对比研究

在中国的大型和中型电气工程中，大型人工砂石厂的生产系统已经形成。20世纪70年代，它位于贵州省吴江市。该工程设计建成了一套从毛料开采、粗破、中破、细破到筛分制砂的人工砂石料生产系统,满足了乌江渡水电站工程160余万m3混凝土所需的砂石料,并取得了多项科研成果,系统采用的ΦBMZ2100×3600棒磨机使制砂工艺的规模化生产提到了一个新的水平,先后在东江、五强溪、漫湾等大型水电站应用。随着我国水电资源的开发以及对外开放,20世纪90年代新建的湖南江垭水电站工程,引进了立轴冲击式破碎机制砂,后在福建棉花滩、广西百色等水电站采用。三峡水电站使用立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂取得了成功的经验,现立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂已在广西龙滩水电站等工程中广泛采用。1砂细度与粒度棒磨机制砂是通过棒磨机的转动带动棒磨机中钢棒转动、跌落等运动,对进入棒磨机中的制砂母岩挤压、研磨、撞击而获得砂料。棒磨机生产的砂粒形较好,特别是粒度分布稳定,砂的细度模数可人为控制。根据乌江渡工程对棒磨机制砂生产实践的研究,砂的细度模数与给料量、装棒量、料浆浓度、给料粒径,呈多元线性关系,即式中,FM为细度模数;a、b、c、d、e为系数,与不同岩石相关;x1为给料量,t/h;x2为装棒量,t;x3为料浆浓度,%;x4为给料粒度模数。研究结果表明,对砂的细度模数影响最大的是给料粒度模数。棒磨机制砂的粒度分布具有一定的特性,即一种细度模数对应一条颗粒级配曲线,不同细度模数的颗粒级配曲线不相交(见图1,2)。经过多年的工程实践以及20世纪90年代的大型特大型水电站的新建,棒磨机制砂工艺也暴露出一些不足:其一,能耗、钢耗、水耗大,从统计资料看,一般制1t砂耗电20kW·h左右,耗钢0.118(石灰岩)~2.9(硫纹岩)kg,耗水7t左右,制砂成本大;其二,产量低,棒磨机单机铭牌产量40~60t/h,但各工程使用实践表明,始终达不到铭牌产量,一般单机产量30t/h左右,单靠棒磨机制砂与大型特大型水电站巨大混凝土用量以及混凝土高浇筑强度不相匹配。2立轴冲击式粉碎砂细度低,砂粒形好,细度模数较低,石粉含量低立轴冲击式破碎机根据破碎方式有两种机型,一种是“石打石”破碎机;另一种是“石打铁”破碎机。它们都具有破碎比大、粒形好、处理量大且土建与安装工程量小、运行成本低等优点。特别是单机处理量大,克服了棒磨机产量低的问题。目前国内所使用的立轴冲击式破碎机处理能力一般在250~300t/h,成砂率40%左右,即单机产砂100~120t/h,且根据需要可同时生产中、小石。立轴冲击式破碎机生产的砂粒形好、但偏粗,细度模数3.0~3.4,石粉含量低,一般在12%左右。这与现有水工碾压混凝土用砂要求细度模数2.4~2.8,石粉含量一般在16%~20%不相匹配,且砂的中间粒径偏少,颗粒级配不尽合理。三峡工程开始至目前在建的龙滩工程采用了立轴冲击式破碎机与蔡肃川,等:浅析立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂工艺设计与施工棒磨机联合制砂工艺。砂的细度模数及石粉含量、颗粒级配等均得到了很好的解决,同时解决了砂产量偏低的问题。3滑动轴冲击轴和磨辊机的联合砂法3.1系统制砂工艺三峡下岸溪制砂系统经设计到扩容之后共布置了5台立轴冲击式破碎机和6台棒磨机联合制砂,工艺流程见图3。该系统加工常态混凝土用砂设计技术要求细度模数2.6±0.2,石粉含量10%~14%。投产后系统生产能力立轴冲击式破碎机小时产量442t,棒磨机小时产量205t,满足了高峰月39万t砂的需要,质量满足设计要求且稳定。该系统制砂是湿法生产,棒磨机生产的砂经脱水仓地弄胶带机出料与立轴冲击式破碎机生产的砂在进成品仓胶带上混合输入成品仓。该流程的特点是降低了成品砂的含水率,缩短成品砂在成品仓的脱水时间。3.2细砂石粉回收刮砂机工艺流程龙滩水电站大法坪制砂系统配备4台立轴冲击式破碎机与6台棒磨机,又由于龙滩大坝碾压混凝土用砂石粉含量要求在16%~20%,设计配备了3台石粉回收装置,后又增加了细砂石粉回收的刮砂机,其工艺流程见图4。龙滩工程大法坪砂石系统制砂有别于三峡下岸溪制砂,即棒磨机制的砂未经脱水仓脱水直接与立轴冲击式破碎机制砂混合,回收石粉装置(2SG48-120W-4A)与刮砂机回收的细砂石粉于进料仓胶带机上混合进入成品仓。该制砂系统近两年的运行证明,能完全满足和超过大坝混凝土月高峰浇筑强度32万m3混凝土用砂的生产能力,且于2005年12月份创下为大坝45万m3混凝土浇筑供应41.27万t成品砂的国内新记录,产品质量满足设计要求且稳定。4粉碎立轴冲浪机与磨机结合砂石的质量4.1立轴冲击式破碎机理立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制砂,目的是选取了立轴冲击式破碎机产量高的优点。现三峡下岸溪与龙滩大法坪两制砂系统资料表明其成砂率均未达到应有的成砂率,三峡下岸溪砂石系统成砂率为30%左右,龙滩大法坪砂石系统成砂率为27%~42%(2005年3月8日~4月3日测试结果),各机成砂率不一。关于立轴冲击式破碎机成砂率,贵州成智破碎设备有限公司资料介绍,当进料粒径为>5mm的大、中、小石时成砂率达58.26%,细度模数2.87;当进料粒径中含有部分<5mm的颗粒时成砂率为38.09%,细度模数3.14。立轴冲击式破碎机理充分表明了成砂率与进料级配密切相关。这种相关关系在立轴冲击式破碎机制砂工况上必须加以重视,才能充分发挥立轴冲击式破碎机的破碎效果。根据龙滩工程近两年来的运行情况,两种机型联合制砂的产量、质量均能充分保证,细度模数稳定在2.65左右,且内部级配合理。也有一种细度模数对应一条颗粒级配曲线,曲线不相交的趋势(见图5),便于质量控制。4.2保证石粉含量三峡工程因是生产常态混凝土用砂,石粉含量要求相对较低,制砂工况中石粉含量矛盾不突出。而龙滩工程主要生产碾压混凝土用砂,石粉含量设计要求在16%~20%。经过近两年以来的生产实践,成品砂的石粉含量始终处于下限,如对2005年7~12月统计结果表明平均石粉含量为17.1%。龙滩工程大法坪制砂系统石粉含量始终偏下限是由于工艺流程所致。经检测立轴冲击式破碎机出料口砂石粉含量达17%左右,经三筛湿法筛洗后,大部分石粉随冲洗水流走,成品砂石粉降到10%和5%左右不等;棒磨机制砂的石粉含量可达25%~30%,经洗砂机后部分石粉随冲洗水流走。龙滩大法坪棒磨机制砂经过洗砂机后石粉含量为12%~17%不等,流失的石粉经回收设备回收时,就现有设备的工况也只能达到石粉含量的下限17%左右,且由于一筛、二筛的影响,回收效果更难以满足要求。经分析,立轴冲击式破碎机与棒磨机联合制碾压混凝土用砂,要保证石粉含量在16%~20%,需从如下3方面进行研究与改进:(1)立轴冲击式破碎机采用干法或半干法生产。福建省棉花滩水电站人工砂生产采用立轴冲击式破碎机干法生产,石粉含量在20%~25%,经改造后,石粉含量在18%~22%。采用干法生产减少了系统的耗水量,降低了成品砂的含水率,即解决了石粉含量偏低的矛盾又缩短了成品砂的脱水时间。采用干法与半干法生产的粉尘问题需进一步研究,现国际上也有成功的经验可以借鉴。(2)控制棒磨机制砂的石粉流失。适当控制棒磨机制砂的料浆浓度,料浆浓度大,则砂中石粉少流失,控制洗砂机的冲水量以减少石粉流失。(3)选定棒磨机制砂的细度模数。棒磨机制砂石粉含量与细度模数相关,细度模数大,石粉含量低,反之石粉含量则高。根据乌江渡棒磨机制制砂的研究结果,砂的细度模数与石粉含量的经验公式棒磨机口为y=aebx;洗砂机口为y=ae-bx。式中,y为细度模数;a、b为系数;x为石粉含量。4.3混合砂的制备龙滩工程大法坪制砂系统的流程是立轴冲击式破碎机制的砂与棒磨机制的砂以及石粉回收装置回收的石粉在同时段进成品仓胶带机上混合后进入成品仓。该流程使混合砂的含水率高达25%左右,呈流态砂,进入料仓后,一部分细颗粒砂、石粉与粗砂分离,砂的均匀性差,且延长了脱水时间,一般要经过5d左右脱水率才能达到6%以下。近两年在混凝土生产强度高峰时,易产生来不及脱水就要使用的问题。三峡下岸溪制砂系统初期将棒磨机制的砂先进入脱水砂仓后再与立轴冲击式破碎机进行混合,且立轴冲击式破碎机设置了高频振动脱水筛,混合后的砂含水可降到15%左右,三峡的流程有可取之处。总之,湿法生产的脱水问题还有待进一步研究。4.4石粉回收装置和刮砂机对石粉含量的影响湿法生产石粉回收对生产碾压混凝土用砂至关重要。龙滩工程制砂系统的回收设备运行基本正常,可基本满足石粉含量16%~20%的要求。但近两年来的运行实践表明,通过石粉回收装置和刮砂机回收的石粉含量始终处在下限17%左右,且有低于下限不达标的情况发生。关于石粉回收问题还需从回收工况上进一步研究。5提高石粉含量立轴冲击式破碎机与棒磨机这两种机型的联合制砂质量