人工砂石系統破碎和制砂設備選型方式
在人工砂石料生產工藝系統中，破碎和制砂設備是主要的砂石生產設備，其設備性能的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。縱觀人工砂石料系統制砂工藝的發展歷程，目前國內外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加工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、塊狀構造。巖石整體性能較好，抗壓強度高，磨蝕指數較大。
1、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。
1)2000年高峰月混凝土澆注所需55.59萬m3的人工砂和12.9萬m3的碎石供應要求；
2)2001年高峰月混凝土澆注所需40.4萬m3的人工砂和23.9萬m3的碎石供應要求；
3)2004年高峰月40.4萬m3混凝土人工砂和碎石的供應要求。
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較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
車間名稱設計取值(t/h)車間名稱設計取值(t/h)
粗碎車間2400破碎車間1020預篩分車間2400超細碎車間1440中碎車間1180檢篩車間1440篩分車間2700棒磨車間200
說明：預篩分、篩分、檢篩車間將不作為本文研究范圍。
2、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。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。各設備實際處理能力如表3所示。
表2
車間名稱設備名稱型號單位數量
粗碎車間旋回破碎機PXZ-900/130臺2旋回破碎機M-Ⅱ-50-65臺2中碎車間圓錐破碎機HP-500ST-F臺2細碎車間圓錐破碎機HP-500ST-F臺3圓錐破碎機PYT-Z2227臺2超細碎車間立軸式沖擊破碎機B-9100臺3立軸式沖擊破碎機B-9000臺2棒磨機MBZ2136臺6
表3
名稱型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產量(t/h)功率(kW)
旋回破碎機50-65MK-Ⅱ～～旋回破碎機PXZ～～圓錐破碎機HP-500STC～50430～圓錐破碎機HP-500STF～50290～圓錐破碎機PYZ-Z～立軸式沖擊破碎機B9000、B9100<棒磨機MBZ～60210
50-65MK-Ⅱ、B9000、B9100等破碎設備均是在國內使用。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大，造成生產成本高等缺陷。
3、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宜昌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。
4、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PXZ900/130液壓旋破碎機；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Noxdberg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，上述破碎設備的主要技術參數見表5。
表4
車間名稱設備名稱型號單位數量
粗碎車間旋回破碎機PXZ-900/130臺2中碎車間圓錐破碎機PYT-B2235臺3PYT-Z2227臺2細碎車間圓錐破碎機PYT-D2213臺5超細碎車間圓錐破碎機HP-700臺5棒磨車間棒磨機MBZ2136臺6
表5
型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產量(t/h)功率(kW)重量(t)
PXZPYT-B80PYT-Z80PYT-DHP700<MBZ28
下岸溪人工砂石系統投標設計由于時間短，設計人員無法對國內外設備進行全面比較，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。
5、施工設計階段
破碎和制砂設備的選型是施工設計階段中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，結合國內外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
車間名稱設備名稱型號單位數量
粗碎車間旋回破碎機PXZ-900/130臺2中碎車間圓錐破碎機HP-500ST-C臺2細碎車間圓錐破碎機HP-500ST-F臺2圓錐破碎機PYT-Z2227臺2超細碎車間立軸式沖擊破碎機B-9100臺3立軸式沖擊破碎機B-9000臺2棒磨車間棒磨機MBZ2136臺6
表7
型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產量(t/h)功率(kW)重量(t)
PXZ～～～HP-500STC～50430～HP-500STF～50290～PYT-Z～B900<.8MBZ～
從投標設計與施工設計中可以看出，破碎制砂設備選型變化很大，這樣提高了本系統技術上的先進性。所選用的兩種設備屬于先進、國內使用，即：沖擊式破碎機B9000和圓錐破HP500。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。
表8
粒徑組成(%)進料量產砂量產砂率
t/ht/h%40～2020～1010～5<5
.118.222.421.338.1
表9
篩孔尺寸(mm)分級篩余(%)累計篩余(%)
50.272.514.8615.121.2518.3033.421.0330.2263.640.31520.0283.660.168.8592.51<0.167.49100細度模數2.88
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，可用來處理>150和<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
級 配(mm)次數產量
(t/h)80～4040～2050～5<5
1428.745.530.711.512.92464.844.426.412.312.4平均446.84528.611.912.6
表11 HP-500ST-F
級配(mm)次數產量
(t/h)>4040～2020～5<5
1368.80.517.949.333.1
2418.33446.916.644.439.54435.65417.60.516.446.936.3
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破碎設備采用了的先進設備，與下岸溪人工砂石系統這一目前世界上跨世紀工程相匹配，技術上先進；
②設備的購置費大為節約，原投標設計國產設備費為2288萬元，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4855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3090萬元，兩項合計破碎，制砂設備的購置費4189萬元，施工設計破碎、制砂設備的購置費節約人民幣2954萬元。
6、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。
本次設計選用了國內先進的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。
該破碎機較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被吸入油箱，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破碎機生產能力試驗成果見表12、13。
表12
開口(mm)取樣長度(m)樣品重量(kg)實測帶速(m/s)生產能力(t/h)
....
表13 產品級配試驗表
粒級
重量(kg)含量(%)重量(kg)含量(%)重量(kg)含量(%)
>15784.41157.113.82185.713..629.09316.127.81364.327..220.72206.618.18312.623..212.48120.810.62138.710..115.52154.413.58164.212.27<5315.117.78181.815.97173.712.97合計1772...2100
7、經驗與教訓
系統的滿負荷工藝試驗表明：破碎、制砂設備在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。由巖石的化學成份知，二氧化硅含量72.21%，從礦物成份中知，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材料的達到冷作硬化度有極大的影響，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、噪音有待改善。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外設備的合理搭配。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，這是有待進一步研究的問題。
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