大中型水電工程人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)制砂工藝探討

1、收稿日期∶20130924作者簡介∶楊偉山（1964），男，廣西昭平人，高級工程師，碩士，主要從事水電工程技術(shù)管理工作，Email：jsb@.cn。大中型水電工程人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)制砂工藝探討楊偉山（廣西水電工程局，廣西南寧530001）摘要∶在大中型水電工程人工砂石系統(tǒng)中，常采用棒磨機(jī)、立軸式破碎機(jī)制砂或棒磨及與立軸式破碎機(jī)聯(lián)合制砂。文章對棒磨機(jī)、立軸式破碎機(jī)制砂規(guī)律進(jìn)行了分析，并對制砂工藝相關(guān)問題如開閉路循環(huán)、干濕法生產(chǎn)方式選用以及成

2、品砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量、含水量控制等進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞∶制砂工藝；人工砂石系統(tǒng)；水電工程中國分類號∶TU755.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼∶Ｂ文章編號∶1001408X（2014）01005504第33卷第1期2014年2月紅水河HongShuiRiverVol.33，No.1Feb.20141概述人工砂石料與天然砂石料相比，具有料源豐富、加工受季節(jié)影響小、成品料的粒形及級配良好、能使混凝土強(qiáng)度提高以及減少水泥用量等優(yōu)勢而得到廣泛應(yīng)用。而在人工砂石系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì)中，制砂工藝最為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的人工砂生產(chǎn)有錘式破碎機(jī)制砂、棒磨機(jī)制砂等。錘式破碎機(jī)制砂具有出砂率高、破碎比大、進(jìn)料粒度要求低、工藝流程簡單等優(yōu)點(diǎn)，但所生產(chǎn)的砂偏粗、細(xì)度模數(shù)大，砂的產(chǎn)量和質(zhì)量均不穩(wěn)定，往往隨著錘頭磨損程度而變化。棒磨機(jī)制砂具有產(chǎn)品粒型好，級配連續(xù)，細(xì)度模數(shù)和產(chǎn)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但也存在鋼棒消耗、能耗、水量消耗量大，產(chǎn)量低、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。自上世紀(jì)90年代以后，國內(nèi)水電施工行業(yè)開始嘗試采用立軸式破碎機(jī)制砂，因其具有進(jìn)料量

4、大、進(jìn)料粒徑大、產(chǎn)量高、土建工程量小、設(shè)備安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛使用。目前，已經(jīng)形成了以棒磨機(jī)、立軸破獨(dú)立制砂或棒磨機(jī)與立軸破聯(lián)合制砂為主流工藝的多種制砂工藝并存格局。2人工砂產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求人工砂主要技術(shù)指標(biāo)包括級配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量、含水量等。根據(jù)DLT51442001《水工混凝土施工規(guī)范》，細(xì)骨料產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求見表1。表1細(xì)骨料產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求表表1中，細(xì)度模數(shù)為主要質(zhì)量指標(biāo)，它反映人工砂的粒度分布情況，直接影響混凝土的和易

5、性和質(zhì)量。在工程實(shí)際中，工程業(yè)主單位往往會結(jié)合本工程的實(shí)際對上述細(xì)骨料產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)作適當(dāng)調(diào)整。3棒磨機(jī)制砂3.1制砂規(guī)律棒磨機(jī)主要工作部件筒體內(nèi)裝有粉磨介質(zhì)鋼棒，當(dāng)物料由給料部從進(jìn)料中空軸進(jìn)入筒體內(nèi)，電動機(jī)帶動裝有鋼棒的筒體旋轉(zhuǎn)，物料受到鋼棒的撞擊以及鋼棒之間和鋼棒與筒體與襯板粉磨，被粉磨后的物料從排料中空軸流出進(jìn)入洗砂機(jī)洗砂。項(xiàng)目指標(biāo)備注細(xì)度模數(shù)2.4～2.8含泥量%3石粉含量%常態(tài)混凝土用砂6～18指粒徑小于0.16mm的顆粒。

6、碾壓混凝土用砂14～22含水量%6%楊偉山：大中型水電工程人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)制砂工藝探討4立軸破制砂4.1制砂規(guī)律立軸式破碎機(jī)在80年代由新西蘭人提出BARMAC立軸式破碎機(jī)原型，后經(jīng)不斷改進(jìn)，于80年代后期推出BARMAC立軸式破碎機(jī)，90年代在世界范圍內(nèi)已推廣使用。其工作原理：是利用高速轉(zhuǎn)動的物料相互自行破碎及物料之間摩擦而破碎。立軸式破碎機(jī)按其工作模式有“石打鐵”和“石打石”之分：立軸破葉輪在電機(jī)帶動下做高速旋轉(zhuǎn)，將物料從葉輪流道拋

7、出并打在反擊板上，這種裝有反擊板的立軸式破碎機(jī)稱為“石打鐵”；若不裝反擊板，破碎機(jī)被葉輪拋出的物料直接打在自然形成的料襯上，這種情況成為“石打石”?！笆蜩F”產(chǎn)砂率要比“石打石”產(chǎn)砂率高。4.1.1產(chǎn)砂率生產(chǎn)實(shí)踐證明，立軸破的產(chǎn)砂率主要和破碎巖石的硬度、葉輪轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子的線速度）、渦動破碎腔空間物料顆粒密度、進(jìn)料量和進(jìn)料粒徑及物料含水量等因素有關(guān)。根據(jù)小浪底工程石英巖的試驗(yàn)成果，在物料特性和機(jī)械參數(shù)一定的情況下，產(chǎn)砂率P和進(jìn)料量Q的關(guān)系可

8、用下式表示：P（%）=0.0016Q20.4413Q4.3788（2）式中Q———進(jìn)料量，th。此外，立軸破的產(chǎn)砂率隨著巖石硬度的增加而降低。4.1.2細(xì)度模數(shù)與石粉含量生產(chǎn)試驗(yàn)表明：砂子的細(xì)度模數(shù)與進(jìn)料量近似呈線性關(guān)系，并在進(jìn)料量達(dá)到某一定值W時，細(xì)度模數(shù)（FM）達(dá)到最大值，且此時的進(jìn)料量W略大于產(chǎn)砂率最大時對應(yīng)的的進(jìn)料量Q。當(dāng)進(jìn)料量小于W時，F(xiàn)M隨進(jìn)料量的增大而增大，而當(dāng)進(jìn)料量大于W時，F(xiàn)M隨進(jìn)料量的增大而減小。FM隨轉(zhuǎn)子速度增大而

9、減小，但砂中石粉含量隨FM減小而增大，細(xì)度模數(shù)FM與石粉含量X的關(guān)系可近似用下式表示：FM=4.0816.724X（3）不同的工程，式（3）中的系數(shù)略有差異。實(shí)踐表明，隨著進(jìn)料量含水率的增大，產(chǎn)砂率明顯降低，而砂子的細(xì)度模數(shù)有所增大。4.1.3產(chǎn)品級配及粒形半成品碎石（粒徑5～40mm）經(jīng)立軸式破碎機(jī)（石打石）破碎后，其產(chǎn)品分布為：20～40mm約占25%，5～20mm約占40%，產(chǎn)砂率約35%。如采用“石打鐵”破碎機(jī)，則砂率可達(dá)50%

10、以上。而立軸破所生產(chǎn)的成品砂粒徑呈“兩頭多，中間少”的間斷級配，2.5～5mm含量一般在32%以上，大大超出中砂10%～25%的范圍標(biāo)準(zhǔn)，而0.63～2.5mm含量在20%左右，與大約40%的標(biāo)準(zhǔn)值相比，又嚴(yán)重不足。因此，立軸破生產(chǎn)的砂成品細(xì)度模數(shù)大，經(jīng)篩分后人工砂的FM值達(dá)到3.2～3.9，屬粗砂。由于立軸破制砂的破碎過程是多種破碎機(jī)理（撞擊、撕裂、擠壓等）的綜合作用，每個顆粒幾乎都經(jīng)過多次碰撞、破碎，其產(chǎn)品粒形呈立方形，幾乎沒有裂隙

11、和軟弱面，粒形良好。4.2制砂工藝4.2.1工藝流程立軸破制砂工藝有開路生產(chǎn)和閉路生產(chǎn)兩種方式，而每種方式又有干法、濕法和半干法生產(chǎn)之分。立軸破之前常設(shè)調(diào)節(jié)料倉，料倉下設(shè)出料廊道，通過振動給料機(jī)給立軸破均供料。半成品混合料經(jīng)立軸破破碎后，送到篩分車間進(jìn)行篩分分級，砂經(jīng)洗砂（濕法）最后通過皮帶機(jī)將砂送至成品砂倉堆存。根據(jù)立軸破制砂的試驗(yàn)結(jié)果，采用閉路工藝制砂產(chǎn)砂率有所降低，能耗增大。因此，在保證粗細(xì)骨料成品級配平衡的前提下，立軸破制砂以開

12、路工藝為宜，把整個砂石加工系統(tǒng)所有5～40mm的碎石全送到立軸破制砂，不但可以提高產(chǎn)砂率，降低能耗。當(dāng)產(chǎn)砂量不足或時，應(yīng)采用閉路工藝即將5～40mm的碎石盈余部分送回立軸破制砂。如前所述，由于立軸破的破碎特性是：產(chǎn)品粒徑中石比例較少（25%左右）、小石比例較大（40%左右），如將全部20～40mm的碎石全部送到立軸破破碎將導(dǎo)致粗骨料的不平衡。此外，對立軸破破碎后的混合料進(jìn)行篩分的篩分機(jī)，其底層設(shè)3mm、5mm復(fù)合篩網(wǎng)，用于調(diào)節(jié)2.5～5

13、mm粒徑級的數(shù)量。4.2.2制砂原料含水率控制立軸破制砂效果對原料的含水率非常敏感濕法生產(chǎn)系統(tǒng)中對制砂原料含水率的控制就顯得尤為重要。由于進(jìn)料中物料表面含有水分，在破碎過程中容易產(chǎn)生“地毯效應(yīng)”使產(chǎn)砂率明顯下降。特別是物料含水率大于3%時，產(chǎn)砂率大幅降低，因此，立軸破之前設(shè)置調(diào)節(jié)料倉應(yīng)有一定的容量（按一臺班產(chǎn)量考慮），以延長物料的脫水時間，可以有效降低原料的含水率。同時，對調(diào)節(jié)料倉進(jìn)行全封閉，一方面可以減少雨水對原料含水率的影響，另一方