選粉（fěn）機在水電工程砂石生產係統製（zhì）砂工藝中的應用

摘 要:錦屏水電站砂石加工係統的製砂料源主要采用大理（lǐ）岩,由於錦屏工（gōng）程大理岩具有抗壓強（qiáng）度指標較（jiào）低,軟化係數大,錘擊易成粉的特性,其製砂主（zhǔ）要采用全幹法生產（chǎn）製砂（shā）工藝,即立軸製砂機+選粉機製砂工藝。對選粉機在錦屏電站全幹法製砂工藝中的（de）運用情況進行了介紹（shào）,以資在其它（tā）水電工（gōng）程中借鑒應用。

1、選粉機運用於全幹法製砂工（gōng）藝的背景

1. 1 料源特性

水工混凝土（tǔ）中砂石料占混凝土重（chóng）量的80%左右,因而砂石加工係統被譽為大（dà）壩的“糧倉”。製砂工藝是砂石生產（chǎn）工藝的核心工藝,石粉是製（zhì）砂過程中的伴生物,石粉控製是製砂工藝的重要組成部分（fèn）,而石（shí）粉含量的多少與製砂料源的岩石特性有直接（jiē）的（de）關係。錦屏工程東端模薩（sà）溝（gōu）砂石係（xì）統、西端三灘砂石係統製砂料源均為大理岩,抗壓強度低、軟化係數大、錘擊易成粉為（wéi）其（qí）顯著特點（diǎn）。

1. 2 大理岩立軸（zhóu）製（zhì）砂工藝參數

錦（jǐn）屏工程砂石加工係統料源為（wéi）大理岩,在生產（chǎn）過程中,由於大理岩的抗壓強度低、軟化係數大、錘擊易成粉等原因,其生產成品含粉率高（gāo）達（dá）40% ~50%,且成品砂級配較差。通過立軸製砂（shā）機做生產性試（shì）驗,其級配、細度模（mó）數、石（shí）粉含量等（děng）數據（jù）具有如表1所示的（de）關係。

表1 人工砂有關參數表

通過表1中的數據可以看出:

(1)相同線速度情況下,原狀砂獲得率（lǜ）隨進料粒徑（jìng）增大而減少;線速度越大,原狀砂（shā）成（chéng）砂率隨（suí）線速（sù）度增大而增大。

(2)原狀砂的石粉含量高（gāo）(遠超過規範標準);石粉含量（liàng）隨線速度減小而減少,石粉含量與進料粒徑的關係不十分明顯。

(3)原狀砂中粒徑0. 315~2. 5 mm顆粒含量偏少,粒徑2. 5 mm以上（shàng）顆（kē）粒含量偏（piān）大,砂的級配曲線不完全在（zài）中砂（shā）的級配曲線內。原狀砂的細度模數隨線速度減小而增大。

1. 3 錦（jǐn）屏工程東端砂石加工係統製砂工藝設計背景

錦屏工程東端砂石加工係統不僅承（chéng）擔錦屏二級水電站成品砂石（shí）骨（gǔ）料的生產（chǎn）任務,還需要為二灘公司官地水電站提供（gòng）50萬t優質石粉。

針對大理岩料源特性,結合生產性試驗結果,在立軸全（quán）幹法製砂工藝中（zhōng）,不僅需要解決（jué）大理岩製砂產生的高石粉含量和（hé）粒徑0. 315~2. 5 mm顆粒含量偏少的問題,還需要解決石粉的回收再利用（yòng）問題,即石粉回收、輸送（sòng）、儲存、裝袋等工藝措施,以確（què）保石粉質量和產量達到設計求。

傳統的石粉去除方案是用水噴淋衝洗去除法,即原狀砂（shā）經水洗後采用螺旋洗砂（shā）機回收成品砂,而石粉則隨洗砂漿液進入廢水處理池進行後處理。試驗顯（xiǎn）示,成品（pǐn）砂的石粉（fěn）含量仍在25%以上,且中間顆（kē）粒流（liú）失量較大。因廢水中含有大量石粉,且其中還（hái）含有部分（fèn）粒徑大於0. 16 mm的細石料（liào）,不但增加了廢水處（chù）理工作量,也無法（fǎ）解決石粉幹化（huà）回收再利用的問題。

通過方案比較論證,借鑒其（qí）它行業（yè）粉料生產工藝,係統生產首次采用（yòng）了（le）立軸製砂+選粉機分級、回收的生產工藝,能夠較好地滿足係統需要。

1. 4 選粉機實施機理

選粉機是粉料分級（jí）設備,原主要用於水泥工（gōng）業生（shēng）產（chǎn）工藝,同時在化工、冶金等行業也有著廣泛的應用。在實際工況下,將需分選的物料由選（xuǎn）粉機上部加料口喂（wèi）入,落到與轉子成一體的撒料盤上,在離心力（lì）的作用下沿徑向甩出而分散於選粉（fěn）室內。物料在選（xuǎn）粉室內與上旋的氣流相遇,物料中的細顆粒因質量小而隨氣（qì）流上升,經由隨轉（zhuǎn）子旋轉的（de）分（fèn）級圈分級,合格的細粉穿過分級圈柵條繼續上升進入旋風筒,經（jīng）旋風筒收（shōu）集後落入集灰（huī）鬥,由（yóu）細粉管排（pái）出;清除細粉後的空氣則從旋風筒中心經風管返回風機形成氣流閉路循環;粗顆粒因質量較大在撒料盤和分級圈的作用下與細（xì）物料分離、下落,從粗粉管（guǎn）排出。產品的粗（cū）細可通過改變主軸的轉速及風機的風量來調（diào）節。

在製砂（shā）工藝中采用選（xuǎn）粉機,其主要功能是分離出多餘石粉和有用顆粒並分別進行回收。它的工作原理是:將氣、粉混合,形成氣固兩相流,旋轉的撒（sā）料盤和高（gāo）速氣流使含粉氣流在旋轉時獲得離（lí）心力,不同粒徑顆粒獲得的離心力不同,從而實現（xiàn）粗細粉粒分離。同時（shí）,采用相應的方法對粗細粉粒分別進行回收。有（yǒu）用顆粒（lì）即為（wéi）成品砂,無用細粉則為（wéi）棄料。

選粉機的主（zhǔ）要工作參數為:進料流（liú）量、供風量、撒料盤(主軸（zhóu）)轉（zhuǎn）速。

2、錦屏工程東端（duān）砂石係統概況及製砂工藝

東（dōng）端砂（shā）石（shí）加工係統毛（máo）料處理能力（lì）為（wéi）800 t/h,成品料生產能力為580 t/h,其中人工砂生產（chǎn）能力（lì）為232 t/h。東端砂石加工係統加工料源采用（yòng）東端引水隧洞開挖料(其中（zhōng）: 1#、3#隧洞為TBM掘進機開挖, 2#、4#為鑽爆法開挖),毛料（liào）最大粒徑d≤300 mm。係統布置（zhì）在錦屏二級水電站東（dōng）端模薩溝棄渣場,係（xì）統半成品料場、成品料場、檢查篩分車間、2#風選車間及石粉裝袋廠等布置在1 430m高程平台,在1 430 m高程平台南側的山坡上開挖（wā）形成1 445、1 440、1 435 m高程三個台地,分別布（bù）置主篩（shāi）分車間、預（yù）篩分中碎車間、1#風選車間、超細碎車間等車間,係統占地麵積約3. 5萬m2。

2. 1 係統製砂工藝

錦（jǐn）屏工程東端砂石加工係統采用兩段破碎（suì）+選粉機去粉的製砂工藝（yì）,其工藝見圖1

圖1 製（zhì）砂工藝（yì）流（liú）程圖

2. 2 主要設備選型

主要製砂設備為:

(1)中（zhōng）碎:配置兩台NP1315型反擊製砂機,銘牌處理能力為（wéi）840 t/h。

(2)細碎:配置兩台PL9500型立軸製砂機,銘（míng）牌處理能力為600 t/h

(3)選粉機:1#風選（xuǎn）車間配置XF3500型選粉機（jī）4台,銘牌處理能力為320 t/h; 2#風（fēng）選車間配（pèi）置XF3000型選粉機4台,銘牌處理能力為240 t/h。

考慮到大理岩（yán）製砂出砂率高,細度模數偏小的特點,製砂機選用了石打石型（xíng）的PL-9500立軸衝擊式破碎機。為調節砂的細度模數,配置了分選設備對主（zhǔ）篩分和製砂（shā）車間出（chū）的砂進行了風選處理,以調節砂的（de）細（xì）度模數。

3、項目實施（shī）效果

錦屏工程東（dōng）端砂石加（jiā）工係統於2007年6月中旬開始建安, 2007年11月底（dǐ）係統全線投（tóu）產,經過兩年多時（shí）間的運（yùn）行,其結果顯示,係統設計可靠,能夠滿足施工需要。

3. 1 立軸製砂

通過大理岩立軸生產性試驗（yàn）和其它工程相關資料,該係統在設備定貨時將PL9500立軸製砂機的線速度設定為62 m/s,其（qí）生產實測相（xiàng）關數（shù）據見（jiàn）表2(未經選粉機去粉的（de）原（yuán）狀砂)。根據實測結果,在立軸線速度為62 m/s的情況下,原狀砂的成砂（shā）率在60% ~65%之間,原狀砂的石粉（fěn）含量在40%左右。

3. 2 選粉機

東端砂石係統采用的選粉機為XF3500型和XF3000型兩種,其單台處理（lǐ）能力分（fèn）別為80 t/h和60 t/h兩種。係統（tǒng）設置兩個（gè）風選車間,分別配置2台XF3500和2台XF3000,其中1#風選車間（jiān）的進料來自反擊（jī）破破碎經第一篩分車（chē）間的、粒 徑<5mm的原狀砂, 2#風選車間的進料來自立軸破碎料經第二篩分車間的、粒徑<5 mm的原狀砂,生產（chǎn）過程中的實測生產數（shù）據見（jiàn）表3(以2#選車間的單台實測數據為例（lì）)

表2 未經選粉機去粉的原狀（zhuàng）砂特性表

  表3 經選粉機去粉處理後的粒度特性表

以上數據顯示,在進料含水率為2%左右時,選粉機的成（chéng）砂率在60% ~70%之間（jiān）;由試驗可知,在保證供料穩定和（hé）選粉機為（wéi）同一技術參數的情況下,將成品砂（shā）中的石粉含量控製在一個穩定的範圍內是（shì）有可能（néng）的。

為確保（bǎo）原狀砂中多餘的石粉能夠得到有效（xiào）剔除,當進料流量增大時,供風量和撒（sā）料盤轉速應相應增加;當進料流量減少時,若供風量（liàng）和撒料盤（pán）轉速不（bú）變,則原狀砂中的石粉、甚至有用顆粒將被剔除的較（jiào）多,以致出現成砂率降低、細度模數增大的不利結果。

3. 3 成品砂

在生產過程中,對立（lì）軸+選粉機製砂後的成品進行隨機取樣檢測,其數據見表4。

表4 成品砂特（tè）性表

從表4中可（kě）以（yǐ）看出,原狀砂含（hán）水量在（zài）2%以下時,成品砂的石粉含（hán）量可以控製在18±2%以內,細（xì）度模數可以控製在2. 8±0. 2以內,成品砂顆粒（lì）級配較好。

3. 4 石 粉

通過對回收石粉進行檢測,在毛料含水小於2%的情況下,石粉回收（shōu）效果較好,回收石粉的粗粒徑含量(>0. 16 mm)小於15%,含（hán）水在1%左右（yòu）,可滿足後續（xù）工程（chéng）石粉需求（qiú）。

3. 5 實施效果評價（jià）

通過以上（shàng）生產數據可以得到以下結論：

(1)經選粉（fěn）機選粉後的成品砂中石（shí）粉含量隨選粉機主軸轉速和風機的風量變化而變化,說明（míng）通過調整選（xuǎn）粉機的技術參數來控製成品砂中的石粉含量（liàng）是可行的。

(2)從試驗可知,在保證（zhèng）供料穩定和選粉機（jī）在同一技術參（cān）數情況下,成（chéng）品砂（shā）中的石粉含量在一個穩定（dìng）的範圍內是有可能的。

(3)原狀砂的來料流量、石粉含量、含水率（lǜ）等都是影響選粉機（jī）選粉能力和選粉效果的重要因素。當進料含水率在2%時,選粉機能夠較好地發揮其（qí）效率。

(4)通過調整選粉機主（zhǔ）軸轉速和風機風量,可以控製成品砂中石粉含量在18±2%範圍內（nèi）。

4、立（lì）軸+選粉機製砂工藝在錦（jǐn）屏水電站西端砂

石（shí）加工係統中的應用在錦屏工程中,繼東（dōng）端在模薩溝砂石加工係統采（cǎi）用立軸+選粉機（jī）的製砂工藝後（hòu）,在（zài）後續的錦屏西端三灘砂石加工係統（tǒng）中也采用（yòng）了（le）立軸+選粉機的製砂（shā）工藝。

4. 1 係統（tǒng）製砂工藝

錦屏西端三灘砂石加工（gōng）係統采用四（sì）段破（pò）碎+選粉機去粉的（de）全幹法生產工藝,其工藝見圖2。

圖2 全幹法（fǎ）生產工藝示意圖

(1)料源特性。錦屏西端砂石加工係統的原料為專用料場鑽爆開采（cǎi）,其原料粒（lì）徑組成（chéng）可根據生產特性設（shè）計爆破參數,使原料盡可能的滿足生（shēng）產需要,且含水（shuǐ）、含粉率比較易於控製;而錦屏東端砂石加工係統是（shì）利用引水隧洞開挖料做為生產原料,其含水、含粉量大且受地質條件限製。

(2)成品要求。錦屏西（xī）端砂石（shí）加工係統需要生產合格的成品砂石骨料,石粉全部作為棄料;錦屏（píng）東端砂石加工（gōng）係統不僅需要生產合格的砂（shā）石（shí）骨料,還需要回收部分優質石粉供官地水（shuǐ）電站應（yīng）用。

(3)製砂工藝。 錦屏西端砂石加工係統為自行鑽爆料,加工工藝采用了四段（duàn）破碎+選粉（fěn）機去粉工藝,即:粗碎(鄂破)+中碎(反擊破)+細碎(PL9500立軸)+超細碎 (PL8500立軸)+選粉機（jī）去粉;而錦屏（píng）東端砂石加工（gōng）係統由（yóu）於為TBM掘進料(粒徑小於300 mm),在實施中采用兩段破碎+選粉機去粉+石粉回裝置,即:中碎(反擊破)+細碎(PL9500立軸)+選粉機去粉+石粉回收裝置。

4. 2 實施效果

在錦屏（píng）西端砂石加工係統生產過程中,也一度出現因雨天（tiān）開采毛料（liào）含水過大而導致（zhì）選粉機去粉效果（guǒ）不理想,甚至出現“兩（liǎng）頭大”(石（shí）粉含量大或（huò）細度模數大)的情 況,後（hòu）經嚴格控製毛料含水等措施,在毛料含水量在（zài）2%以下時,成品砂的石粉含量可（kě）以控（kòng）製在18±2%以內,細度模數可以控製在2. 8±0. 2以內,成品（pǐn）砂顆粒級配（pèi）較好,取得了較好的實施效果。

5、立軸+選粉機工藝在實（shí）施過程中存在（zài）的問題

及改進在錦屏水電站東（dōng）、西端砂石加工係統（tǒng）中,都出（chū）現過由於毛料（liào）含（hán）水超標等原因影響造成成品砂質量（liàng）波動的情況發生,通過一（yī）係列措施,在一定程（chéng）度上解決（jué）或緩解了矛盾,保證了係統的正常供應。

5. 1 存在問題

(1)原料（liào）含水（shuǐ）問題:在錦屏東、西端砂石生產過程中,都存在毛料含水超標問題,尤其（qí）是錦屏東端砂石加工（gōng）係統所用原料為電站引（yǐn）水洞開挖料,其含（hán）水一般在 20% ~30%之間,而係統由於場地限製（zhì）,調節料場脫水能力有限,進入中碎的毛料含水在10%以上,進入（rù）選粉機的破碎料原狀砂含水量也（yě）在5%以上,嚴重降（jiàng）低了選 粉機的去粉效果(選粉機的（de）進料含水宜控製在2%以下)。

(2)原料含粉問題:料源為大理岩,在洞室開采過程中通過鑽（zuàn）爆或（huò）TBM掘進機開（kāi）挖破碎後其原料自身石粉含量高達25%以上,加上兩級破（pò）碎產生的石粉,使得進選粉機的原狀砂石粉含量高達45%以上,從而增大了（le）兩級破碎和選（xuǎn）粉機的無用負荷,降低了成品率,增加了加工（gōng）成本。

(3)目前使用的選粉機並非（fēi）定型的專用製（zhì）砂設備,選粉機自帶風（fēng）機的供（gòng）風量的調節範圍小且不能隨原狀（zhuàng）砂來（lái）料（liào）量的變化隨時（shí）進行調節。隻要原狀砂的來料流量、石粉含量、含水率發生變化,則該機的處理能力和選粉（fěn）效果均會隨之發生（shēng）變化,這是（shì）成品砂生產質量波動的重（chóng）要原因。

針對以上問題,威尼斯官方网站（men）對係統在運行生產中采取了（le）以下措施:

(1)盡可能減少雨天開采,加大毛料堆存量。

(2)對原料含水和石粉含量進行分析,其含水和（hé）石（shí）粉含量主要集中在粒徑20 mm以下的毛料中,經過現場多次（cì）試（shì）驗調整各項技術參數,在預篩分車間增設（shè）了一條皮帶,將20 mm以下粒徑料根據來料的含水含粉量情況有比例剔除部分作為棄料直接棄掉,從（cóng）而減（jiǎn）少了毛料含水量和石粉含量,提高了選粉機的選（xuǎn）粉（fěn）效果,減少了無用負荷,提 高了成品（pǐn）率。實踐證明,改造（zào）效果良好。

(3)針對毛料存在大量超徑（jìng）問題,係統增加（jiā）了粗碎係（xì）統(移動式破碎站),提高了毛料有用料比例並直接棄掉大部分粒徑20 mm含量以降低毛料含水量（liàng）和石粉含（hán）量,同（tóng）時盡可（kě）能增大調節料場容積（jī）,作好料場排水,延長脫水時間,以提（tí）高係統砂成品率。

(4)在後續工程中選用選粉機時（shí）,應根據水電行業生產環境特點,在選粉機風量、轉盤（pán）轉速的調（diào）節範圍、調節的靈活性等方麵進行深入的研究,使其能更好地滿足水電工程施工環境下（xià）的生產要求。

6、結語

通過選粉（fěn）機在錦屏工程中的應用（yòng）,說明人工砂中含有的（de）多餘的石粉可以（yǐ）通過幹法風（fēng）選予以剔除（chú）,特別是（shì）要求（qiú）石粉回（huí）收再利用的一些工程,可（kě）以采用風選分級（jí）細骨料,而且剔除的效果較濕法生（shēng）產明顯優（yōu）越,不但可以（yǐ）剔除成品（pǐn）砂中多餘的石粉,而且可（kě）較好（hǎo）地調整成品砂的級配分布。

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