三峽下岸溪人工砂石系統破碎和制砂設備選型

摘 要: 在人工砂石生產工藝系統中, 破碎和制砂設備是最主要的砂石生產設備, 下岸溪人工砂石系統的破碎和制砂機設備的選型經歷了投標、施工設計和增容設計階段。經過幾年的生產運行, 可以認為該系統的設備選型整體上是成功的, 基本達到了技術先進、運行可靠和經濟合理的標準。

一、前言

在人工砂石料生產工藝中, 破碎和制砂設備是最主要的砂石生產設備, 其設備性能的好壞直接影響著整個人工砂石加工系統的投資和生產成本。目前國際、國內破碎和制砂設備廠家繁多, 品種多樣, 其性能和價格也各有千秋。如何選擇合適的破碎、制砂設備, 以保證人工砂石生產系統的運行可靠性、技術先進性、經濟合理性是人工砂石生產系統設計的主要課題。

下岸溪人工砂石生產系統是長江三峽工程二、三期工程混凝土施工所需成品砂和部分石料的主要生產基地。下岸溪料場位于三峽壩址下游12km 處的雞公嶺, 料場巖石為斑狀花崗巖, 另有少量輝綠巖晶脈等分布。斑狀花崗巖一般呈灰白色或肉紅色, 粗粒斑狀結構、塊狀結構。巖石整體性能較好, 抗壓強度高, 磨蝕指數較大。

二、設計規模

 根據三峽工程混凝土施工計劃和人工碎石總體平衡要求,下岸溪人工砂石系統設計規模需滿足如下條件:

 ①2000 年高峰月混凝土澆筑所需55.59 萬m3的人工砂石和 17.4 萬m3的碎石供應要求;

 ②2001 年高峰月混凝土澆筑所需40.4 萬m3的人工砂石和 23.9 萬m3的碎石供應要求;

 ③2004 年高峰月 55.59 萬m3混凝土人工砂石和碎石的供應要求。實行每月 25d、每天 20h 的工作制度。從設計處理規模上看,下岸溪人工砂石料生產加工系統 是目前世界上最大的砂石料生產和加工基地。經過系統的典型工藝流程計算,各個車間要求處理量如表 1。

表1  各車間砂石處理量

三、主要車間設備配置概況

 下岸溪砂石加工系統破碎和制砂設備配置情況如表 2 所示。

表2  破碎和制砂設備實際配置情況

滿負荷試驗表明: 主要設備的生產能力均已達到設計要求, 設備運行情況基本正常, 產品特性基本達到設計要求。各設備實際配置情況如表 3 所示。

表3  各種設各實際配置情況

50- 65MK- Ⅱ、B9000、B9100 等破碎設備均是在國內首次使用。總的說來,它們普遍具有生產性能良好、生產效率高、維護方便等特點;但 B9000、B9100 等設備卻具有易損件更換頻率高造成生產成本高等缺陷。

四、設備的選型和配置方案

下岸溪人工砂石系統的設計、建筑安裝和生產運行由三峽工程建設三七八聯營總公司全過程承包, 從選型設計的過程看, 破碎和制砂設備的選型經歷了投標設計、施工設計和增容設計階段。

1.投標設計階段

本階段破碎和制砂設備的選型主要依據是響應招標文件的要求,選擇能滿足生產能力和產品質量的設備,考慮的重點是系統運行的可靠性,設備選型的范圍主要是國產設備。粗碎車間選用國產 PXZ- 900/130 液壓旋回破碎機;中碎車間選用國產 PYT- B2235 標準圓錐破碎機; 細碎車間選用國產PYT- Z2227 中圓錐破碎機; 超細碎車間選用美國 Nordberg 生產的 HP700高性能圓錐破碎機; 棒磨車間選用國產 MBZ2136 周邊排礦棒磨機。各車間主要設備配置見表 4, 其主要技術參數見表 5。

表4  投標設計階段設各配置

表5  投標設計階段破碎設各主要技術參數

下岸溪人工砂石系統投標設計由于時間短,設計人員無法對國際、國內的設備進行全面比較,投標設計選型研究相對比較粗糙。從各個車間設備選型配置情況看,主要存在如下問題:

①粗碎、中碎、細碎全部采用國

產設備,產量低,產品粒形差。

②設備數量多,配套工程費多。

③超細碎車間設備配置價格昂貴。

2.施工設計階段

破碎和制砂設備的選型是施工設 計 階 段 中 最 重 要 的 設 計 內 容 之一。本階段的設備選型是在設計的基礎上, 結合國際、國內破碎制砂設備的性能進行全面的優化設計。在保證系統運行可靠性的前提下, 進一步提高整個系統的技術先進性和經濟合理性。施工設計各車間設備配置情況見表 6。所選設備的主要技術性能參數見表 7。

表6 施工設計階段設備配置

表7 施工設計階段設備主要技術參數

表8  Barmac9000的產品特性

表9  Barmac9000生產砂的組成和細度模數

從投標設計與施工設計中可以看出, 破碎機制砂設備選型變化很大, 這樣提高了本系統的技術先進性。所選用的兩種設備屬于國際上先進、國內首次使用,即:沖擊式破碎機 B9000 和圓錐破碎機 HP500。在B9000 中, 物料一部分供給高速旋轉的轉子,一部分通過破碎腔,在離心力作用下向轉子外 高 速 投 射,線速度達 60m/s,與破碎腔內物料相撞擊而破碎, 由轉子拋射的物料與腔內物料成直角碰撞, 繼而產生物料在腔內旋流, 高效率發揮破碎性能,由此出現的石擊石, 使得產品粒形多呈立方體。

HP500 有處理能力大, 過載、過鐵保護功能先進, 制造緊密, 運行性能可靠, 產品粒形好的特點, 其構造與圓錐破碎機大體相同, 破碎力大, 用來處理大于 50mm和小于 5mm的石料, 只需更換定錐襯板即可。經過一段時間的生產運行, 其產品粒徑產量均能達到設計要求, 檢驗表如表10 和表 11。

表10  HP- 5OOST- C產品檢驗

表11 HP- 5oosT- F產品檢驗

下岸溪人工砂石系統的施工設計與投標設計相比較有以下特點:

①破碎設備采用了國際上一流的先進設備, 與下岸溪人工砂石系統這一目前世界上最大跨世紀工程相匹配, 技術先進;

②設備的購置費大為節約, 原投標設計國產設備費為 2228 萬元, 進口設備在上海到岸價格 415 萬美元,考慮進口設備匯率和增值稅等, 折合人民幣 4855 萬元, 而施工設計國產設備費為 1099 萬元, 進口設備 265萬美元折合人民幣 3099 萬元, 兩項合計破碎、制砂設備的購置費 4189萬元, 即施工設計破碎、制砂設備的購置費節約人民幣 2954 萬元。

3.增容設計階段

1998 年古樹嶺人工碎石加工料源經測量存在較大缺口, 不能滿足二期工程人工骨料的需求, 總公司決定提前實施下岸溪人工砂石加工系統擴建, 使其具有成品碎石生產能力。本次設計是在總結前兩次設計的經驗基礎上進行的。各個車間設備配置情況如表 2 所示; 單臺設備實際處理能力如表 3 所示。

本次設計選用了國際上先進的50- 65MK- Ⅱ旋回破碎機。該機由SVEDALA 公司生產, 其構造與目前國內的旋回破碎機的主要區別是: 偏心套齒輪在底部, 傳動方式為電動機與傳動軸直聯, 傳動齒輪為螺旋傘齒。破碎原理為中心軸作旋擺運動,破碎圓錐時而靠近、時而離開固定錐表面, 頻率為 178 次/min, 從而使入破碎腔的礦石不斷受到擠壓和彎曲作用而被破碎, 被破碎的礦石靠自重從破碎腔底部排出。

該破碎機與國內同型號破碎機比較,具有如下特點:

①結構緊湊, 體積小, 重量輕(為同類型的 3/5);

②機座鑄件設有氣管通道, 可為動錐運動時, 提供正壓環境, 防止潤滑油回油箱時將巖塵吸入油箱和巖塵沉淀在偏心套內外銅套上, 而加快銅套碗形支承軸承磨損;

③主傳動齒為一對螺旋傘齒, 從而有運行平穩, 重合度大,承高速重載的特點;

④破碎機配有動錐位置傳感器, 以指示動錐位置; ⑤具有重載啟動的能力。50- 65MK- Ⅱ破碎機生產能力見表 12, 試驗成果見表 13。

表12   50- 65MK- I I生產能力

表13  50- 65MK- I I產品級配試驗表

五、經驗與教訓

系統的滿負荷工藝試驗表明:破碎、制砂設備的生產能力及粒度要求均滿足了選型要求。但是, 在系統投入運行的這段時間內發現明顯存在下列不足之處:

(1)備品、備件多。由于系統破碎設備品種多, 生產廠家也多, 造成備品、備件庫存量大及采購困難。

(2) 易損件消耗量大, 生產成本高。由巖石的化學成分知, 二氧化硅含量 72.21%, 從礦物成分中知, 石英含量 31.6%～42.7%, 經驗表明, 二氧化硅含量對破碎機的錳鋼襯板有極大的影響, 造成磨損量大。因錳鋼制造的襯板具有適應破碎過程和磨損的冷作硬化特性, 即在破碎壓力持續 作 用 下, 硬 度 可 以 從 布 氏 200～220HB 上升到 350～380HB, 而二氧化硅能夠使冷作硬化條件阻止, 從而使磨損加快。

(3)系統除塵、噪聲有待改善。特別是棒磨車間的工作環境惡劣。

(4) 對進口設備的消化吸收方面還明顯存在不足, 導致在對進口設備的使用中走了許多彎路, 造成不必要的經濟損失。

(5) 在各車間設備的選型上應注重國內、國際設備的合理搭配。設備的技術先進性與購置經濟性始終是相互矛盾的兩方面, 如何把握這個度, 是有待進一步研究的問題。下岸溪人工砂石系統的破碎和制砂設備的選型, 經過這幾年的生產運行, 雖然還存在很多不足, 但結合目前國際、國內相關設備生產經驗比較可以得出: 該系統的設備選型整體上是成功的, 基本達到了技術先進性、運行可靠性、經濟合理性的標準。整個系統通過一定的改造和完善,完全可以滿足三峽工程人工砂石料的需要。 

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