CA砂浆干粉料生产工艺及其设备的研究

2011-05-08叶昌林

铁道建筑 2011年1期

叶昌林

(中铁八局集团第四工程有限公司，成都 610081)

CRTSⅠ型板式无砟轨道技术，需用一种特殊的乳化沥青水泥砂浆(以下简称CA砂浆)灌浆注满预制轨道板与基础之间4～10 cm的中空层，将列车荷载较均匀地传递给混凝土基础，以达到列车平稳、舒适运行的目的。所需专用CA砂浆垫层主要由CA砂浆干粉料、乳化沥青、添加剂等加水搅拌而成。CA砂浆干粉料是CA砂浆的重要成份，加之我国铁路大规模建设的需求量，有必要对其机械化生产工艺和设备控制等过程进行专题研究，以确保产品质量能全面满足工程施工的需要。

1 生产工艺及设备

1.1 生产工艺

根据生产实际需要，CA砂浆干粉料的生产工艺一般为:原材料预处理→上料储存→配料计量→搅拌混合→包装运输。原材料处理包括砂的烘干至筛分。处理好的原材料放入储存仓进行储备。上料时，粉料由散装运输车通过气泵输送，砂通过提升机提升，添加剂采用人工投料并预均化。生产时，物料计量输送至螺旋输送机配料计量，计量好的物料按一定的顺序投入搅拌主机中进行搅拌混合。混合均匀后，卸入成品斗中计量，打包出料。

1.2 CA砂浆专用干粉生产线的核心功能

1)按照生产工艺流程，CA砂浆专用干粉生产线(以下简称生产线，见图1)主要由冷料上料系统、干燥系统、热料上料系统、筛分系统、原料储存系统、原料计量系统、外加系统、搅拌系统、包装系统等部分组成，采用国内产品。生产周期预设4 min，每批次1 200 kg，每小时产量18 t。

2)原料烘干输送筛分料除尘系统。主要有输送带、提升机、烘干机、除尘机、筛分等设备。

3)计量系统。分为胶集料累加和添加剂计量系统，主要有计量斗、传感器、计算机等设备。

4)搅拌系统。主要有搅拌机、除尘、成品储仓等设备。搅拌主机设计采用欧洲最先进、最成熟的犁刀式搅拌机的搅拌机理及其核心技术。搅拌主机的混合精度高，各种物料的和易性及均匀度好，混合时不产生离析，搅拌的混合比可达1∶10 000，能够最大程度地满足施工要求。

5)控制系统。控制系统采用双计算机同步控制系统，主要硬件设计由两台ADLINK工业级计算机、高性能的可编程控制器(PLC)、高速高精度的称重单元和国际著名低压电器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)组成。其中，一台为主控机，另一台为监控机。在生产过程中，主控机出现故障时，在不需要任何人工干预的情况下，监控机可自动转换成主控机，承担控制和管理任务，从而保证系统持续生产，将因计算机故障的停机率降到最低，确保产品的质量稳定。

1.3 生产线的安装和调试

1.3.1 生产线的安装

1)进行生产线整体平面规划，原则上做到布局合理，满足各个工序生产功能的需要，同时考虑产品运输、装卸、储存能力以及环境保护。

2)根据主设备安装要求，基础要求规范、牢固，避免设备在运行时对产品质量和计量造成影响。

3)设备的吊装要按照作业规范安全地进行。

4)各种材料输送管道焊接按照国家技术规范进行验收，安装必须固定、可靠，确保良好运行，避免安全隐患。特别需要注意的是:现场焊接工作前，应该先把传感器拆下，等焊接完成后，再将传感器重新安装上;如无条件拆下传感器，焊接前，在传感器附近做好传感器的跨接短路保护，并尽量缩短地线和焊枪的距离，以避免焊接电流烧坏传感器。

图1 CA砂浆干粉料生产工艺流程及设备配置

1.3.2 生产线的调试

1)做好调试前的准备工作:① 依照设计图纸检查线路的连接情况，确保无错接、漏接和松动等现象。新机台在通电生产一段时间后，必须再次将接线端子进行拧紧处理。② 在接通电源前，必须保证所有的空气开关处于断开状态，转换开关处于停止状态。

2)控制电源调试如下:① 通电前，必须确保紧急停止开关的可靠性。② 在进行控制电源调试前，应逐级检查各隔离变压器初级、次级绕组接线是否正确，开关电源各输入电压挡位是否在正确位置。

3)主机调试内容有:① 单独合上主机空气开关，然后，观察主机轴的转动方向。② 若主机转动方向不对，应断开总电源开关，将主机两根电源线对调，再合闸重试。

4)卸料门开关调试:调整好卸料门开、关的检测位置，操作计算机界面上开关(卸料)门按钮，检查开关门显示与实际开、关门位置是否相符。同时，观察半开门检测开关和清扫位的输入信号是否正常。

5)气阀调试内容有:① 启动空压机，把气动三联件的气压调到0.6～0.8 MPa，达到压力后，打开总气阀。② 检查各气动机构是否处于关闭状态，若处于开启状态，应先关闭总气阀，等气压下降后，再对调气缸进气口与出气口的管路。③ 打开总气阀，在计算机上分别点击手动按钮操作各气阀，观察是否与相应仓的位置相符，仓门开关是否灵活;对于开、关门检测的开关，应等气缸完全打开或关闭时，再调整气缸检测信号的位置。

6)待各部分都调整正常后，空机运转数小时，并随时观察各部件的运转情况，以及各电机的电流值，将整机调整到最佳运行状态。

7)试生产时，按主机最大容量的一半进行生产，并再次适当调整各开关门检测开关的位置。待试生产完全正常后，方可进入满负荷的自动生产状态。

2 工艺及设备的改进和完善

由于生产线在哈大高速铁路建设中属首次应用，其生产工艺和设备当然也存在一些不完善之处，在生产实际中，对其生产工艺和设备进行分析研究后进行了以下几方面改进和完善。

2.1 水泥库存量的工艺检算

生产线设计配置一个100 t的水泥仓。该设计有两点不足:①当水泥仓的下料螺旋输送机一旦出现任何故障，生产只能全线停机，无法进行正常生产;②如果按日产200 t的正常生产任务进行设计，水泥的日用量为66 t，其库存供应周期还不足2 d，存在水泥供应不能满足生产的隐患，可能出现停机待料的现象。为此，自行设计加装了一个100 t的备用水泥仓和计量控制系统，提高了生产线生产保障能力。

2.2 外加剂的配料方式

生产线初始设计的外加剂加料方式为:袋装CSA膨胀剂采用人工加料到中间储存仓，然后由调速螺旋计量后进入搅拌主机，在中间储料仓上设计了大功率的收尘装置;铝粉计量后投料进入搅拌主机。该设计存在的问题有:①由于铝粉用量极少，再加上其密度小、颗粒细、易漂浮的特点，很不容易实现在搅拌机内均匀混合，造成搅拌主机搅拌时间过长，降低生产效率;②由于CSA膨胀剂中间储料仓上大功率的收尘装置会抽走CSA膨胀剂中部分细料成份，影响膨胀剂的使用性能。经技术人员的仔细研究和不断试验，采取了在CSA膨胀剂中间储存仓前加设一个外加剂预混机，袋装CSA膨胀剂和人工称量的铝粉同时投入到预混机进行预搅拌，然后由调速螺旋计量后进入搅拌主机，并同时取消原大功率除尘设备，另根据实际需要设计一个简易布袋除尘装置。这样，既减轻了搅拌主机的搅拌负荷，提高了生产效率和搅拌均匀度，同时，又保证了产品质量的稳定，利于环境保护。

2.3 砂和水泥的预筛分

由于CA砂浆干粉原材料使用的是未筛分的河砂，里面免不了含有少量草根、粒径10 mm以上的卵石等杂质，而该生产线只在砂的进料斗处设有100 mm的初滤网，经过皮带机、提升机进入烘干机干燥，干燥后的砂又经提升机进入概率振动筛，这样，由于有少量卵石进入概率振动筛，大大地降低了其筛分效率，增加了概率筛分装置的故障率。为此，在烘干机出料口至干砂提升机之间的卸料槽上增设了一个钢筋过滤装置，预先对进入概率筛分装置的砂进行了预筛分，经过改进后，既提高了概率振动筛的筛分效率，又降低了其故障率。根据此原理，在水泥储存仓也加设了一个过滤装置，将水泥可能出现的杂质进行了预选，保障了产品的质量。

3 生产质量控制研究

应确保CA砂浆产品质量符合高铁CA砂浆相关技术条件和工程应用的要求，生产线的产品质量控制主要包括水泥、砂、外加剂等原材料的质量控制，烘干系统的烘干质量控制，砂的筛分质量控制，计量系统的计量精度控制等。主要从以下几个方面对其进行了分析和研究。

3.1 烘干系统的质量控制

烘干系统的质量控制主要从两个方面进行研究:一是除了加强进场原料砂的质量控制外，在条件允许时，利用太阳辐射热对原砂进行自然烘干，或者增设库房，对砂进行存放，以便去除部分水分。二是选择性能良好和可调范围较宽的燃烧器，提高烘干系统的可控度，以提高烘干的质量和烘干效率。生产线更换了一个可以任意调节火力的ECG160M比例调节式燃烧器，可以根据原材料的实际情况，进行火力大小的调节，既保证了烘干质量，又提高了生产效率。

3.2 砂的筛分质量控制

生产线的筛分设备采用的是概率振动筛，其筛网孔径分别为1.18 mm，0.60 mm，0.30 mm和0.15 mm四种。由于在选择原料砂的颗粒分布时，主要考虑0.60 mm，0.30 mm两种粒径的含量要占80%以上，最后选用的砂中含这两种临界粒径的砂含量相对集中，造成0.60 mm，0.30 mm的筛网堵孔率较大，影响砂的筛分质量和筛分效率。采取的措施有:①加大对振动筛分料口的检查，避免局部堵塞，影响分料装置的分散性能;②加大对振动筛网的清孔频率，在每班生产前，必须对振动筛网进行清孔，以提高筛分质量和筛分效率;③将1.18 mm以下的筛网由一层改为上下两层，上层为原孔径筛网，下层为大一个规格的筛网，这样，大大加强了筛网的强度，使筛网更加经久耐用，减少了检修更换时间，降低了成本。

3.3 计量精度的控制

生产线的计量控制系统采用双机同步控制系统，主要硬件由两台ADLINK工控计算机、高性能长寿命的 MITSUBISHI PLC、MITSUBISHI AD 模块:500 μs高速转换，1/20 000高分辨率、高速高精度的称重单元和国际著名低压电器 (Schneider、ABB、Omron、MITSUBISHI)组成(如图2所示)。

图2 FBZ1200型生产线的计量控制系统

该系统采用专业的控制软件实现干混砂浆生产的自动化控制，具有全立体界面动画模拟生产工况和全方位在线实时检测设备生产状态，并进行安全联锁管制。若出现异常工况，可准确提示设备故障点并提醒工作人员进行定位查看与检修，实现准确的故障定位并排除故障。

在对FBZ1200型生产线的计量控制系统进行全面分析和研究的基础上，主要采取以下措施来提高系统的计量精度:①通过调整慢速配料值和慢速配料速度来提高计量精度，一般为目标值的50%。②粉料计量斗检查排气通道是否保持通畅，除尘管路堵塞，会使电子秤的读数变化;蝶阀与主机的软连接不宜太硬，过硬的软连接约束了秤体的灵活性，会导致零点漂移与秤间距的偏差。③检查粉料秤卸料口的软件连接，检查是否有粉料凝固块，如秤体被托起，将会影响精度。