基于提高效益的砂石系统破碎环节自动化改造

汤立群

摘 要：砂石生产系统中弃料成本在整个生产直接成本中占较大比重，因此对羊曲右岸砂石系统实际生产工艺和生产设备性能进行研究，调节毛料级配不平衡因素，减少生产环节和级配不平衡造成的弃料，节约生产成本，使项目利润最大化。

关键词：砂石系统；破碎；自动化；改造；效益

中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0103-02

1 工程概况

羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处，是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多和羊曲”三个规划梯级电站的最下一级，该水电站水库正常蓄水位为2715m，死水位2713m，正常蓄水位时水库库容14.724亿m3，工程规模为一等大（1）型工程。羊曲水电站设计混凝土量约132万m3，混凝土骨料采用野狐峡天然砂石料场右岸Ⅰ区、Ⅱ区开采料和部分河道疏浚料进行加工，料源成份为砂岩、灰岩、花岗岩及少量石英岩。

2 课题背景

羊曲水电站砂石骨料加工系统要供应整个电站混凝土生产使用，规模和强度较大，砂石骨料总需用量175万m3。要确保生产骨料级配良好、减少弃料，同时满足成本节约和环保的要求，必须要对砂石生产工艺和设备性能进行研究。天然砂石系统在国内一些水电工程上使用较多，但是目前形成可借鉴的资料较少，通过本工程砂石系统工况研究，积累砂石系统生产方面的运行管理经验，总结成果，便于在以后类似项目工艺设计及运行等方面进行参考。

3 关键技术路线

根据野狐峡料场勘察资料，该料场粗骨料天然级配理想，大于150mm的超径石含量极少，含泥量符合规范要求；细骨料质量较差，细度模数高低悬殊，不均衡，含泥量普遍超标，平均粒径偏细。针对料源级配情况和岩性情况，结合本工程的料源不确定性特点，砂石加工工艺流程设计采运弃料和破碎相结合的工艺流程平衡设计思路，即弃除大于180mm的超径毛料，180mm以下的毛料进行工艺平衡，将80-180mm的超径石经过逐级破碎平衡，满足骨料平衡要求。因此，砂石系统工艺设计中不设粗碎环节，只设中细碎环节，采用立轴冲击破及棒磨机联合制砂，并考虑天然砂料的清洗和级配调整。

4 主要的技术经济指标

为了适应生产的不均匀性，系统设计有半成品料堆、预筛分调节料堆。系统的不平衡生产造成部分工序超强度生产或延长系统生产时间才能满足工程需要，另一方面还将增加料堆富余料的倒运费用。本砂石系统生产工期紧、规模大、生产强度不均衡。羊曲水电站设计混凝土量约132万m3，通过对砂石设备性能研究，既确保安全运行、又能加快施工进度、降低施工成本，有很大的经济效益，初步估算初步预计节约成本100万元～200万元。羊曲水电站砂石加工系统在进行设备选型时，充分考虑了料场天然级配的波动，及不同级配需求时各级骨料用量的变化，使系统对料场及混凝土级配的变化适应性增强。

5 主要实验研究过程

5.1 试验阶段

利用运行的砂石设备进行模拟试验，检测出毛料的级配情况。野狐峡料场粗骨料物理和化学性能良好，各项指标均满足规范要求。细骨料细度模数偏低，平均粒径较细，含泥量普遍超标，空隙率略高。料场超径石含量较少，有效粒径含量较高，含砾率、含砂率均较高，级配较好。干松混合密度、比重、空隙率、吸水率、有机质、轻物质及针片状颗粒含量等指标均能满足砼用粗骨料的质量技术要求。细骨料试验成果表明：砂的级配较好，细度模数1.72～2.54，平均值2.22，满足规范要求，含泥量4.5%～20.0%，平均10.4%，大于规范要求的<3%。试验得出数据：大石的含量大约为19.87%，中石的含量大约为20.2%，小石的含量大约为23.23%，砂子的含量大约为19.6%。

5.2 试验分析阶段

合同中要求项目部生产混凝土132万方，需要毛料约180万方，按照试验阶段我部得出的各种骨料的含量值，可以次推算出180万毛料生产出来的各骨料的总量。根据业主提供的混凝土配合比，故我部计算出生产132万方混凝土所需的骨料总量，两者相比较，我们不难发现，大石生产的富余系数很大，则小石，中石，砂子的生产量将无法满足需求。所以我们通过对设备进行改造以提高小石，中石，砂子的生产量，保证整个系统的生产量满足生产混凝土的需求量。

5.3 设备改造

根据目前破碎行业的新概念，大破碎比、具有层压破碎的圆锥破最适合本工程的需要。利用精力层压破碎新理念解决静力挤压破碎骨料粒型存在针片状问题；选用粗腔型小排料口的圆锥破碎机，通过调整圆锥破碎机的开口尺寸，加大破碎比，发挥静力层压破碎新技术，可充分调整出料的级配、粒型，平衡系统生产、优化产品粒型，减少骨料工艺流程循环量，达到高效生产的目的。因为针对本系统的中碎和细碎车间设备进行改造，达到级配平衡，弃料减少的目的[1]。

5.3.1 中碎车间改进方法

（1）更换高功率的电机。将原有的160kw的电机更换成为185kw的电机，电机功率加大。因为破碎机圆锥部在偏心套的迫动下绕一周固定点作旋摆运动从而使破碎圆锥的破碎璧时而靠近又时而离开固装在调整套上的扎臼壁表面，电机功率加大能更好的提高带载能力，使砂砾石在破碎腔内受到冲击频率增加，挤压和弯曲作用使得砂砾石的破碎效率更高，加之其配备的自动控制和保护功能的润滑系统使其运行更保证可靠。（2）将圆锥破中动锥提升1cm，使圆锥破动锥和圆锥破内壁周围的静耐磨件的间距较少，排料口减小。由于原有圆锥破设备中的动锥外围动耐磨件和圆锥皮内壁的静耐磨件为4cm后，设备在运行过程和卸料过程时沿工作表面交替连续进行，将动锥外围动耐磨件和圆锥皮内壁的静耐磨件均加厚为5cm，大大减小其间距，排料口相比减小，物料夹在两椎体之间，受到挤压力度变大，弯曲和剪切作用增加，破碎频率增加，同时破碎比增加，生产物料粒度更均匀，多呈立方体形状，动力消耗较低，动锥工作表面的磨损也较均匀，从而达到通过圆锥破破碎的骨料粒径减小的目的，这样以来通过圆锥破破碎后的石子的粒径就会减小，以此来达到减少大石生产量，增加中小石生产量的目的。

5.3.2 细碎车间改进方法

（1）更换高功率的电机。将原有的90kw的电机更换成为110kw的电机，电机功率加大。因为破碎机圆锥部在偏心套的迫动下绕一周固定点作旋摆运动从而使破碎圆锥的破碎璧时而靠近又时而离开固装在调整套上的扎臼壁表面，电机功率加大能更好的提高带载能力，使砂砾石在破碎腔内受到冲击频率增加，挤压和弯曲作用使得砂砾石的破碎效率更高，加之其配备的自动控制和保护功能的润滑系统使其运行更保证可靠。（2）将圆锥破中动锥提升1cm，使圆锥破动锥和圆锥破内壁周围的静耐磨件的间距较少，排料口减小。由于原有圆锥破设备中的动锥外围动耐磨件和圆锥皮内壁的静耐磨件为3cm后，设备在运行过程和卸料过程时沿工作表面交替連续进行，将动锥外围动耐磨件和圆锥皮内壁的静耐磨件均加厚为4cm，大大减小其间距，排料口相比减小，物料夹在两椎体之间，受到挤压力度变大，弯曲和剪切作用增加，破碎频率增加，同时破碎比增加，生产物料粒度更均匀，多呈立方体形状，动力消耗较低，动锥工作表面的磨损也较均匀，从而达到通过圆锥破破碎的骨料粒径减小的目的，这样以来通过圆锥破破碎后的石子的粒径就会减小，以此来达到减少大石生产量，增加中小石生产量的目的。

总之，通过上述两种情况的改造，使得新改造后的系统中小石生产量大大增加。小石和中石的生产量增大后，通过胶带机回到立轴式冲击破碎机上的中小石量也将明显增加，通过立轴破碎机生产出来的砂子量也将明显增加，从而增加砂子的生产量；通过胶带机进入棒磨机中的小石量也明显增加，通过棒磨机生产出来的砂子量也明显增加，从而达到提高砂子产量的目的。

6 设备改造后综合经济效益分析

通过对中细碎车间破碎机的改造，减少了弃料和大石的生产量，提高了中石、小石、砂子的生产量，更好的满足了混凝土生产的需求量，缩短了施工工期，节约了资源的浪费，提高了经济效益，具有良好的推广应用前景。

参考文献

[1]SL 677-2014.水工混凝土施工规范[S].endprint