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人工砂石系统破碎和制砂设备选型

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在人工砂石料生产工艺系统中,破碎和制砂设备是主要的砂石生产设备,其设备性能的的好坏直接影响着整个人工砂石加工系统的投资和生产成本。纵观人工砂石料系统制砂工艺的发展历程,目前国内外破碎和制砂设备厂家繁多,品种多样,其性能和价格也各有千秋。如何选择合适的破碎、制砂设备,以保证人工砂石生产系统的运行可靠性、技术先进性、经济合理性是人工砂石生产系统设计的主要课题。

下岸溪人工砂石生产加工系统是长江三峡工程二、三期工程混凝土施工所需成品砂和部分石料的主要生产基地。下岸溪料场位于三峡坝址下游12km处的鸡公岭,料场岩石为斑状花岗岩,另有少量辉绿岩晶脉等分布。斑状花岗岩一般呈灰白色或肉红色。粗粒斑状结构、块状构造。岩石整体性能较好,抗压强度高,磨蚀指数较大。


1、设计规模

根据三峡工程混凝土施工计划和人工碎石总体平衡要求,下岸溪人工砂石系统设计规模需满足如下条件。

1)2000年高峰月混凝土浇注所需55.59万m3的人工砂和12.9万m3的碎石供应要求;

2)2001年高峰月混凝土浇注所需40.4万m3的人工砂和23.9万m3的碎石供应要求;

3)2004年高峰月40.4万m3混凝土人工砂和碎石的供应要求。

实行每月25d,每天20h的工作制度。从设计处理规模上看,下岸溪人工砂石料生产加工系统是目前世界上较大的砂石料生产和加工基地。

经过系统的典型工艺流程计算,各个车间要求处理量如表1。

表1


车间名称 设计取值(t/h) 车间名称 设计取值(t/h)

粗碎车间 2400 破碎车间 1020
预筛分车间 2400 超细碎车间 1440
中碎车间 1180 检筛车间 1440
筛分车间 2700 棒磨车间 200

说明:预筛分、筛分、检筛车间将不作为本文研究范围。

2、主要车间设备配置概况

下岸溪砂石加工系统破碎和制砂设备配置情况如表2所示。满负荷试验表明:主要设备的生产能力均已达到设计要求,设备运行情况基本正常,产品特性基本达到设计要求。各设备实际处理能力如表3所示。

表2


车间名称 设备名称 型号 单位 数量

粗碎车间 旋回破碎机 PXZ-900/130 2
旋回破碎机 M-Ⅱ-50-65 2
中碎车间 圆锥破碎机 HP-500ST-F 2
细碎车间 圆锥破碎机 HP-500ST-F 3
圆锥破碎机 PYT-Z2227 2
超细碎车间 立轴式冲击破碎机 B-9100 3
  立轴式冲击破碎机 B-9000 2
  棒磨机 MBZ2136 6

表3


名称 型号 给料口尺寸
(mm)
最大给料尺寸
(mm)
排料口范围
(mm)
产量
(t/h)
功率
(kW)

旋回破碎机 50-65MK-Ⅱ 1200 1000 140~160 1200~1600 400
旋回破碎机 PXZ-900 900 750 130~160 625~770 210
圆锥破碎机 HP-500STC 297 297 3~50 430~560 400
圆锥破碎机 HP-500STF 130 130 16~50 290~560 400
圆锥破碎机 PYZ-Z2227 275 100 10~30 200 280
立轴式冲击破碎机 B9000、B9100   <40   350 440
棒磨机 MBZ2136   20   40~60 210

50-65MK-Ⅱ、B9000、B9100等破碎设备均是在国内首次使用。总的说来,它们普遍具有生产性能良好、生产效率高、维护方便等特点;但B9000、B9100等设备却具有易损件更换频率大,造成生产成本高等缺陷。

3、设备的选型和配置方案

下岸溪人工砂石系统的设计、建筑安装和生产运行由宜昌三峡工程建设三七八联营总公司全过程承包,从选型设计的过程看,破碎和制砂设备的选型经历了投标设计、施工设计和增容设计阶段。

4、投标设计阶段

本阶段破碎和制砂设备的选型主要依据是响应招标文件的要求,选择能满足生产能力和产品质量的设备,考虑的重点是系统运行的可靠性,设备选型的范围主要是国产设备。粗碎车间选用国产PXZ900/130液压旋破碎机;中碎车间选用国产PYT-B2235标准圆锥破碎机;细碎车间选用国产PYT-Z2227中圆锥破碎机;超细碎车间选用美国Noxdberg生产的HP700高性能圆锥破碎机;棒磨车间选用国产MBZ2136周边排矿棒磨机。各车间主要设备配置见表4,上述破碎设备的主要技术参数见表5。

表4


车间名称 设备名称 型号 单位 数量

粗碎车间 旋回破碎机 PXZ-900/130 2
中碎车间 圆锥破碎机 PYT-B2235 3
    PYT-Z2227 2
细碎车间 圆锥破碎机 PYT-D2213 5
超细碎车间 圆锥破碎机 HP-700 5
棒磨车间 棒磨机 MBZ2136 6

表5


型号 给料口尺寸
(mm)
最大给料尺寸
(mm)
排料口范围
(mm)
产量
(t/h)
功率
(kW)
重量
(t)

PXZ-900 900 750 130-170 625 210 140
PYT-B2235 350 250 35 500 280 80
PYT-Z2227 300 200 27 200 280 80
PYT-D2213 300 100 13 120 280 80
HP700   <40     290 65
MBZ2136   20   40 210 58

下岸溪人工砂石系统投标设计由于时间短,设计人员无法对国内外设备进行全面比较,投标设计选型研究相对比较粗糙。从各个车间设备选型配置情况看,主要存在如下问题。

①粗碎、中碎、细碎全部采用国产设备,产量低,产品粒形差;

②设备数量多,配套工程费多;

③超细碎车间设备配置价格昂贵。

5、施工设计阶段

破碎和制砂设备的选型是施工设计阶段中重要的设计内容之一。本阶段的设备选型是在设计的基础上,结合国内外破碎制砂设备的性能进行全面的优化设计。在保证系统运行可靠性的前提下,进一步提高整个系统的技术先进性和经济合理性。施工设计各车间设备配置情况见表6。所选设备的主要技术性能参数见表7。

表6


车间名称 设备名称 型号 单位 数量

粗碎车间 旋回破碎机 PXZ-900/130 2
中碎车间 圆锥破碎机 HP-500ST-C 2
细碎车间 圆锥破碎机 HP-500ST-F 2
圆锥破碎机 PYT-Z2227 2
超细碎车间 立轴式冲击破碎机 B-9100 3
立轴式冲击破碎机 B-9000 2
棒磨车间 棒磨机 MBZ2136 6

表7


型号 给料口尺寸
(mm)
最大给料尺寸
(mm)
排料口范围
(mm)
产量
(t/h)
功率
(kW)
重量
(t)

PXZ~900 900 750 130~160 625~770 210 140
HP-500STC 297 297 3~50 430~560 400 30
HP-500STF 130 130 16~50 290~560 400 30
PYT-Z2227 275 100 10~30 200 280 81
B900   <40   350 440 12.8
MBZ2136   20   40~60 210 58

从投标设计与施工设计中可以看出,破碎制砂设备选型变化很大,这样提高了本系统技术上的先进性。所选用的两种设备属于先进、国内首次使用,即:冲击式破碎机B9000和圆锥破HP500。物料一部分供给高速旋转的转子,一部分通过破碎腔,在离心力作用下向转子外高速投射,线速度达60m/s,与破碎腔内物料相撞击而破碎,由转子抛射的物料与腔内物料成直角碰撞,继而产生物料在腔内旋流,高效率发挥破碎性能,由此出现的石击石,使得产品粒形多呈立方体。

表8


      粒径组成(%)
进料量 产砂量 产砂率
t/h t/h % 40~20 20~10 10~5 <5

315 120 38.1 18.2 22.4 21.3 38.1

表9


筛孔尺寸(mm) 分级筛余(%) 累计筛余(%)

5 0.27  
2.5 14.86 15.12
1.25 18.30 33.42
1.03 30.22 63.64
0.315 20.02 83.66
0.16 8.85 92.51
<0.16 7.49 100
细度模数 2.88

HP500有处理能力大,过载、过铁保护功能先进,制造紧密运行性能可靠, 产品粒形好的特点。

其构造与圆锥破碎机大体相同,破碎力大,可用来处理>150和<5mm的石料,只需更换定锥衬板即可。经过一段时间的生产运行,其产品粒径产量均能达到设计要求,检验表如表10和表11。

表10


    级 配(mm)
次数 产量
  (t/h) 80~40 40~20 50~5 <5

1 428.7 45.5 30.7 11.5 12.9
2 464.8 44.4 26.4 12.3 12.4
平均 446.8 45 28.6 11.9 12.6

表11 HP-500ST-F


    级配(mm)
次数 产量
  (t/h) >40 40~20 20~5 <5

1 368.8 0.5 17.9 49.3 33.1

2 418.3        
3 446.9   16.6 44.4 39.5
4 435.6        
5 417.6 0.5 16.4 46.9 36.3

下岸溪人工砂石系统的施工设计与投标设计相比较有以下特点。

①破碎设备采用了一流的先进设备,与下岸溪人工砂石系统这一目前世界上跨世纪工程相匹配,技术上先进;

②设备的购置费大为节约,原投标设计国产设备费为2288万元,进口设备在上海到岸价格415万美元,考虑进口设备汇率和增值税等,折合4855元,而施工设计国产设备费为1099万元,进口设备265万美元折合人民币3090万元,两项合计破碎,制砂设备的购置费4189万元,施工设计破碎、制砂设备的购置费节约人民币2954万元。

6、增容设计阶段

1998年古树岭人工碎石加工料源经测量存在较大缺口,不能满足二期工程人工骨料的需求,总公司决定提前实施下岸溪人工砂石加工系统扩建,使其具有成品碎石生产能力。本次设计是在总结前两次设计的经验基础上进行的。各个车间设备配置情况如表2所示;单台设备实际处理能力如表3所示。

本次设计选用了国内先进的50-65MK-Ⅱ旋回破碎机。该机由SVEDALA公司生产。

其构造与目前国内的旋回破碎机的主要区别是:偏心套齿轮在底部,传动方式为电动机与传动轴直联,传动齿轮为螺旋伞齿。破碎原理为中心轴作旋摆运动,破碎圆锥时而靠近、时而离开固定锥表面,频率为178次/min,从而使入破碎腔的矿石不断受到挤压和弯曲作用而被破碎,被破碎的矿石靠自重从破碎腔底部排出。

该破碎机较国内同型号破碎机比较,具有如下特点:①结构紧凑,体积小,重量轻(为同类型的3/5),②机座铸件设有气管通道,可为动锥运动时,提供正压环境。防止润滑油回油箱时将岩尘被吸入油箱,和岩尘沉淀在偏心套内外铜套上,而加快铜套碗形支承轴承磨损。③主传动齿为一对螺旋伞齿,从而有运行平稳,重合度大,承高速重载的特点。④破碎机配有动锥位置传感器,以指示动锥位置。⑤具有重载启动的能力。

50-65MK-Ⅱ破碎机生产能力试验成果见表12、13。

表12


开口
(mm)
取样长度
(m)
样品重量
(kg)
实测带速
(m/s)
生产能力
(t/h)

140 10 1772.2 2 1276
150 6 1136.8 2 1364.2
160 6 1339.2 2 1607

表13 产品级配试验表


  140 150 160
粒级
  重量(kg) 含量(%) 重量(kg) 含量(%) 重量(kg) 含量(%)

>15 78 4.41 157.1 13.82 185.7 13.37
150-80 515.6 29.09 316.1 27.81 364.3 27.2
80-40 367.2 20.72 206.6 18.18 312.6 23.34
40-20 221.2 12.48 120.8 10.62 138.7 10.35
20-5 275.1 15.52 154.4 13.58 164.2 12.27
<5 315.1 17.78 181.8 15.97 173.7 12.97
合计 1772.2 100 1136.8 100 1339.2 100

7、经验与教训

系统的满负荷工艺试验表明:破碎、制砂设备在生产能力及粒度要求均满足了选型要求。但是在系统投入运行的这段时间内发现明显存在下列不足之处。

1)备品、备件多。由于系统破碎设备品种多,生产厂家也多,造成备品、备件库存量大及采购困难。

2)易损件消耗量大,生产成本高。由岩石的化学成份知,二氧化硅含量72.21%,从矿物成份中知,石英含量31.6%~42.7%,经验表明,二氧化硅含量对破碎机的锰钢材料的达到冷作硬化度有极大的影响,造成磨损量大。因锰钢制造的衬板,具有适应破碎过程和磨损的冷作硬化特性,即在破碎压力持续作用下,硬度可以从布氏200~220HB上升到350~380HB,而二氧化硅,能够使冷作硬化条件阻止,从而使磨损加快。

3)系统除尘、噪音有待改善。特别是棒磨车间的工作环境恶劣。

4)对进口设备的消化吸收方面还明显存在不足,导致在对进口设备的使用中走了许多弯路,造成不必要的经济损失。

5)在各车间设备的选型上应注重国内外设备的合理搭配。设备的技术先进性与购置经济性始终是相互矛盾的两方面,如何把握这个度,这是有待进一步研究的问题。

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