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三峡下岸溪人工砂石系统破碎和制砂设备选型

摘 要: 在人工砂石生产工艺系统中, 破碎和制砂设备是最主要的砂石生产设备, 下岸溪人工砂石系统的破碎和制砂机设备的选型经历了投标、施工设计和增容设计阶段。经过几年的生产运行, 可以认为该系统的设备选型整体上是成功的, 基本达到了技术先进、运行可靠和经济合理的标准。

一、前言
在人工砂石料生产工艺中, 破碎和制砂设备是最主要的砂石生产设备, 其设备性能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。目前国际、国内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、块状结构。岩石整体性能较好, 抗压强度高, 磨蚀指数较大。


二、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:
 ①2000 年高峰月混凝土浇筑所需55.59 万m³的人工砂石和 17.4 万m³的碎石供应要求;
 ②2001 年高峰月混凝土浇筑所需40.4 万m³的人工砂石和 23.9 万m³的碎石供应要求;
 ③2004 年高峰月 55.59 万m³混凝土人工砂石和碎石的供应要求。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 是目前世界上最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。

 各车间砂石处理量表

表1  各车间砂石处理量


三、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。

破碎和制砂设备实际配置情况表

表2  破碎和制砂设备实际配置情况

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。各设备实际配置情况如表 3 所示。

表3各种设各实际配置情况

表3  各种设各实际配置情况

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高造成生产成本高等缺陷。


四、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。


1.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 PXZ- 900/130 液压旋回破碎机;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 Nordberg 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, 其主要技术参数见表 5。

投标设计阶段设各配置表

表4  投标设计阶段设各配置

投标设计阶段破碎设各主要技术参数表

表5  投标设计阶段破碎设各主要技术参数


下岸溪人工砂石系统投标设计由于时间短,设计人员无法对国际、国内的设备进行全面比较,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。

2.施工设计阶段
破碎和制砂设备的选型是施工设 计 阶 段 中 最 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, 结合国际、国内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。

施工设计阶段设备配置表

表6 施工设计阶段设备配置
施工设计阶段设备主要技术参数

表7 施工设计阶段设备主要技术参数

Barmac9000的产品特性

表8  Barmac9000的产品特性

Barmac9000生产砂的组成和细度模数

表9  Barmac9000生产砂的组成和细度模数


从投标设计与施工设计中可以看出, 破碎机制砂设备选型变化很大, 这样提高了本系统的技术先进性。所选用的两种设备属于国际上先进、国内首次使用,即:冲击式破碎机 B9000 和圆锥破碎机 HP500。在B9000 中, 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。
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, 用来处理大于 50mm和小于 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。

三峡下岸溪人工砂石系统破碎和制砂设备选型

表10  HP- 5OOST- C产品检验

HP- 5oosT- F产品检验

表11 HP- 5oosT- F产品检验

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破碎设备采用了国际上一流的先进设备, 与下岸溪人工砂石系统这一目前世界上最大跨世纪工程相匹配, 技术先进;
②设备的购置费大为节约, 原投标设计国产设备费为 2228 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, 折合人民币 4855 万元, 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 3099 万元, 两项合计破碎、制砂设备的购置费 4189万元, 即施工设计破碎、制砂设备的购置费节约人民币 2954 万元。


3.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。
本次设计选用了国际上先进的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。
该破碎机与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破碎机生产能力见表 12, 试验成果见表 13。

50- 65MK- I I生产能力

表12   50- 65MK- I I生产能力

三峡下岸溪人工砂石系统破碎和制砂设备选型

表13  50- 65MK- I I产品级配试验表


五、经验与教训
系统的满负荷工艺试验表明:破碎、制砂设备的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。由岩石的化学成分知, 二氧化硅含量 72.21%, 从矿物成分中知, 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衬板有极大的影响, 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、噪声有待改善。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、国际设备的合理搭配。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, 是有待进一步研究的问题。下岸溪人工砂石系统的破碎和制砂设备的选型, 经过这几年的生产运行, 虽然还存在很多不足, 但结合目前国际、国内相关设备生产经验比较可以得出: 该系统的设备选型整体上是成功的, 基本达到了技术先进性、运行可靠性、经济合理性的标准。整个系统通过一定的改造和完善,完全可以满足三峡工程人工砂石料的需要。

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