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摘要國內大型水電站工程砂石加工廠的制砂設備數十年來最常用的是棒磨機,由于其電耗料耗大,效率低,維修勞動強度大,在近年新建電站工程中,已開始為新型高效制砂機設備所替代。天生橋一級水電站工程采用了旋盤破碎機制砂設備,規模生產合格的人工砂,成功地滿足大壩面板混凝土對原材料的高質量要求,為推廣應用旋盤破碎機、HP園錐破碎機新型制砂設備,積累了寶貴的工程實踐經驗。

1 砂石加工廠概況

天生橋一級水電站工程采用混凝土面板堆石壩壩型,壩高178 m,混凝土工程量132萬m3,全部采用人工砂石料(灰巖),工區內設有2個砂石加工廠和3個混凝土拌和系統。

1.1 白巖砂石加工廠

該廠由水電九局天生橋分局承建運行管理,按合同規定,供應放空洞(C2標)、電站廠房及引水系統(C4標)、臨建工程和業主同意的其它工程所需砂石料,生產能力滿足混凝土澆筑強度2.5萬m3/月的要求。

1.2 C3標砂石加工廠

該廠由南方水電工程聯合有限公司承建運行管理,主要供應大壩和溢洪道工程所需砂石料,生產能力滿足混凝土澆筑強度2.4萬m3/月的要求,也可直接生產大壩填筑半透水墊層ⅡA料3.4萬m3/月。

2 制砂工藝

制砂設備采用美國諾德伯格(Nordberg)公司制造的旋盤破碎機,該設備由業主采購,并在標書中明確規定為承包商不得拒絕的設備。

2.1 白巖制砂系統

該系統于1994年建成投產,制砂工藝流程見圖1。

(1)原料供應。采用成品骨料倉的小石(5~20 mm)為主,少量摻入中石(20~40 mm)混合供料,由裝載機配合自卸汽車裝運入貯料倉C,運距1.5 km。

(2)給料控制。貯料倉采用手動卸料門控制給料量,經膠帶機J1、脫水篩T向旋盤破碎機給料。因脫水篩無脫水作用,雖裝未用,今后設計時,可不設脫水篩。

(3)質量檢測。旋盤破碎機排料,經膠帶機J2送往兩組檢查篩S(亦稱閉路篩)進行篩選,大于3.8 mm粒徑的物料,經膠帶機J3、J4返回貯料倉;小于3.8 mm粒徑的物料,經螺旋洗砂機X進行分級脫水,最終產出合格的人工砂,經膠帶機J5送往成品砂堆場。

該系統安裝旋盤破碎機1臺,實測產砂量為35 t/h,不能滿足C2、C4標工程用砂量的要求, 1995年又擴建安裝BMZ2136型棒磨機1臺,但實際上很少使用,多處備用狀態。

旋盤破碎機制砂工藝及質量控制

圖1 白巖砂石加工廠制砂工藝流程J1~5膠帶機

C貯料倉 T脫水篩(2ZK2460) P旋盤破碎機M棒磨機(BMZ2136) S檢查篩(2YA1536) X螺旋洗砂機(FG-15)

2.2 C3標制砂系統該系統于1996年建成投產,制砂工藝流程見圖2。

(1)原料供應。直接由篩分樓將小石(5~20 mm)分流或全部經膠帶機J1、J2送往貯料脫水倉C,每個脫水倉容積為500m3,3個脫水倉按進料、脫水、供料3種方式輪換使用,由雙向移動膠帶機J2進料。

(2)給料控制。脫水倉采用手動卸料門卸料,經膠帶機J3、脫水篩T(同樣雖裝未用)、膠帶機J4,送入緩沖倉H;緩沖倉采用溜槽中間手動卸料門控制給料量。

(3)質量檢測。旋盤破碎機排料直接進入下部檢查篩S進行篩選,大于3.5 mm粒徑的物料,經膠帶機J6、J4返回緩沖倉;小于3.5 mm粒徑的物料,經螺旋洗砂機X分級脫水,最終產出合格的人工砂,經膠帶機J7送往砂脫水倉,脫水后砂的含水率較穩定,再經膠帶機轉送到成品砂堆場。該系統安裝2臺旋盤破碎機,由于場地面積限制,主要制砂設備采用樓式布置,制砂樓1層(高程755 m)為螺旋洗砂機;2層(高程759.5 m)為檢查篩;3層(高程765 m)為旋盤破碎機;4層(高程770 m)為緩沖倉;頂層(高程774 m)為上料膠帶機J4機頭臺,由于樓層高,J4膠帶機仰角22°,因而滿載上料較為困難。

旋盤破碎機制砂工藝及質量控制

圖2 C3標砂石加工廠制砂工藝流程

J1~7膠帶機 C脫水倉(3×500 m3) T脫水篩(2ZK2460)

H緩沖倉(2×60 t) P旋盤破碎機 S檢查篩(2YA2460)

X螺旋洗砂機(FG-15)

3 質量控制措施

砂的質量標準按《水工混凝土施工規范》SDJ—207—82和本工程混凝土專家會議《紀要》,確定砂的質量技術要求:細度模數FM=2.4~3.0,含泥量小于3%,石粉含量6%~12%,粒徑級配特性在設計范圍內。為此,對制砂系統有關設備和環節,歷經多次反復和長時間的調試過程。

3.1 旋盤破碎機的調試

旋盤破碎機由于構造復雜,配備有效完善的潤滑油系統和電氣控制、檢測、自動保護裝置,一般應由廠家派專人到現場指導并參加安裝調試。

旋盤破碎機采用物料粒間層壓破碎原理,干法生產,設備自身不直接控制砂的質量。旋盤破碎機給料喉口寬度為38mm,排料口寬度調整在8~12 mm為宜,為了保證設備正常工作效率,給料粒徑應不超過喉口寬度,給料中的合格粒徑含量不超過15%,給料中的含水率不超過4%。實踐表明,給料含水率過高,不僅破碎效率低,細顆粒被擠壓成餅塊排出,嚴重時造成悶車停機,需進行清腔處理。

3.2 檢查篩的調試

檢查篩是控制砂的FM值的關鍵設備,根據廠家計算資料,旋盤破碎機需用篩網面積應不小于12 m2。

(1)白巖制砂系統采用兩組2YA1536型園振動篩,篩網面積2 m×5.4 m,最初采用雙層鋼絲篩網,上層網孔為6 mm×6 mm方孔,下層為3.8 mm×3.8 mm方孔。由于上下層篩網間距小,下層篩網常因細顆粒物料堵塞,清掃篩網非常困難,后將上層篩網取消,只用下層篩網生產。

(2) C3標制砂系統每臺旋盤破碎機配用一組2YA2460型

園振動篩,篩網面積14.4 m2,廠家成套供應雙層鋼絲篩網,上層網孔為8 mm×8 mm方孔,下層為4 mm×4 mm方孔,抽樣檢測砂的FM值為3.1~3.3。后將下層篩網改用3.5 mm×3.5 mm方孔橡膠篩網,FM值降至2.4~2.6,但產量低。最后將下層篩網改為3.5 mm×3.5 mm橡膠篩網和4 mm×4 mm鋼絲篩網組合使用,橡膠篩網面積占3/5,檢測砂的FM值為2.8~3.0,符合質量要求,產量達到25 t/h以上,投入正常生產。實踐表明,橡膠篩網為梯形方孔,上小下大,較易清掃;網孔愈小,砂的FM值減小,產量亦低,篩網也愈易堵塞,在生產過程中,當檢查篩返回料接近15%時,需及時清掃篩網。

旋盤破碎機制砂工藝及質量控制

圖3 成品砂粒徑特性曲線

1.白巖砂 FM=3.09 含石率0.8% 含粉率16.6%

2.C3標砂 FM=2.82 含石率0.76% 含粉率9.4%

3.3 螺旋洗砂機的水量調節

螺旋洗砂機兼有洗砂、分級、脫水作用,給水量的大小,直接影響成品砂的石粉(粒徑0.15 mm以下)含量和FM值。在檢查篩下的集料內安裝多孔淋水排管,由手動閥調節給水量,水和篩下物料混合,經溜槽流入洗砂機。由于條件和時間限制,對給水未進行計量,而是根據抽樣檢測砂的FM值和含粉率,酌情增減給水量,直至符合砂的質量要求為止。抽樣檢測砂的粒徑級配特性見圖3。