立轴式冲击破碎机制砂工艺与研究

立轴式冲击破碎机制砂工艺与研究第22卷第2期贵州水力发电GUIZH0UWArERP0WER2008年4月?水工建筑物设计与施工?立轴式冲击破碎机制砂工艺与研究李永杰,毛铁牛(中国水利水电第九工程局,贵州贵阳550001)摘要:文章根据立轴式冲击破碎机的工作原理以及生产测试资料,分析影响立轴式冲击破碎机制砂效果的各种因素;并通过对常速,高速立轴式破碎机联合制砂生产工艺试验的可行性研究,提出了立轴式冲击破碎机新的制砂生产工艺及机型参数选择要点.关键词:水利水电工程施工;制砂工艺研究;立轴式冲击破碎机中图分类号:TU63文献标志码:B文章编号:10070133(2008)02-000104采用立轴式冲击破碎机制砂,国内从20世纪90年代中期以来就在大型水电工程中开始使用,其生产工艺有干法,湿法,半干法等.但无论采用何种生产工艺,都存在所生产的砂细度模数偏大,中径粒径偏少等缺点,严重影响混凝土质量以及其对各种混凝土配比要求适应性差等.因此,对立轴式冲击破碎生产工艺需进一步研究,以提高混凝土产品的质量.1立轴式冲击破碎机传统生产工艺目前国内大多数工程均采用立轴式冲击破碎机作为制砂的主要生产设备,破碎腔形式无论是石打石还是石打铁,其传统生产工艺均采用进料一破碎一筛分一返回(或进仓),其生产工艺流程框图见图1.mm2.5mm图1立轴式冲击破碎机制砂传统生产工艺流程框图按图1生产流程,石料由转料仓经给料机,胶带输送机送入立轴式破碎机,经破碎后送入筛分机分级,其中大于5mm的石料全部返回转料仓进行循环,52.5mm的石料分2路输出:一路返回转料仓由破碎机再破碎,另一路进入成品砂仓;而小于2.5mm的石料进入成品砂仓或进入螺旋分级机后至成品砂仓.此生产工艺的特点为:a.工艺流程简单,单位能量消耗低;b.52.5mm的石料要经反复循环破碎,破碎效果差,能量损耗略偏大;c.成品砂中2.51.25mm,1.250.63mm粒径的石料偏少;d.成品砂的粒度模数控制难(人为因素控制);e.成品砂率偏低.2立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂工艺采用棒磨机制砂工艺,早在20世纪70年代就已开始使用.该制砂工艺具有如下特点:a.成品砂质量稳定,粒形好;b.耗水,耗电量高,钢棒耗量大;c.建安工程量大;d.石粉损失量大,水处理费用高.为了解决立轴式冲击破碎机制砂工艺中中径砂含量偏少以及提高产量等问题,采用了立轴式冲击破碎机与棒磨机联合的制砂工艺,其工艺流程框图见图2.图2立轴式冲击破碎机与棒磨机联合制砂生产工艺流程框图收稿日期:20080102;修回日期:2008-02-18作者简介:李永杰(1957),男,广西陆川县人,教授级高级工程师,从事水电站大型施工辅属企业及城市商品混凝土站砂石系统,高速公路砂石系统设计等工作.第22卷第2期贵州水力发电2008年4月按图2流程,石料经立轴式冲击破碎机破碎后进入筛分机分级,其中大于5mm的石料全部返回转料仓进行第2次破碎,52.5mm的石料进入棒磨机破碎并经螺旋分级机后与小于2.5mm的石料混合进入成品仓.此工艺有如下特点:a.集中了立轴式冲击破碎机,棒磨机制砂的优点,克服了立轴式冲击破碎机及棒磨机制砂的缺点,解决了中粒径砂含量少,石粉过多流失等问题;b.流程中仍然保留了棒磨机及其不足之处;e.工艺流程复杂,设备品种多.3立轴式冲击破碎机制砂新工艺研究3.1立轴式冲击破碎机工作原理3.1.1立轴式冲击破碎机组成结构立轴式冲击破碎机由人料斗1,落料环2,转子3,涡动破碎腔4,主轴装置5,电动机6,机架7,排料斗8等8个部分组成,如图3所示.图3立轴式冲击破碎机组成结构示意图3.1.2立轴式冲击破碎机工作原理第1阶段:物料在重力作用下经过人料斗形成垂直向下的物料流,该物料流通过落料环进入转子中心锥帽顶部并顺势被均匀分配成多股(35股)水平料流,之后它在转子加速通道中由于转子自旋转料波的强力冲击在通道中首先产生强力挤压和研磨破碎,并在加速通道终端遭受抛料头旋转撞击破碎,如图4所示.图4立轴式冲击破碎机转子中水平物料破碎示意图?2?第2阶段:水平料流在高速旋转的转子所施离心力作用下由加速通道被快速加速激射并同时获得巨大动能,此高速料流在涡动破碎腔与物料垫层(石打石机型)或铁砧(石打铁机型)撞击产生激烈动能与破碎能间的能量充分转换而产生碰撞破碎.动能转化为破碎能的物料会被高速转子提供的源源不断的水平料流追击产生连续破碎,切向抛射也会产生高速挤压,研磨破碎,如图5所示.图5立轴式冲击破碎机加速破碎物料流示意图第3阶段:经水平撞击后的物料由于巨大的料流动能无法完全释放将会反向溅射,如果溅射进入转子运动区域会再次遭遇转子反击形成反击破碎.第4阶段:高速旋转的转子与涡动破碎腔桶壁之间形成一密集高速的涡流粒子云,由此使物料相互追击,碰撞,挤压,研磨,形成连续高能量碰撞的链式复合反应过程,如图6所示.图6立轴式冲击破碎机物料复合破碎示意图立轴式冲击破碎机实际破碎过程大致可视为以上4个阶段的链式复合作用过程.在破碎过程中耗尽动能的物料,会在自身重力作用下弹人机架空间并顺势滑落进入卸料流排出机架外.在整个破碎过程中,石打石机型的物料流之间自行冲击,研磨,挤压破碎,不与涡动破碎腔的金属构件发生直接碰撞,而是与物料垫层发生冲击,研磨,破碎,这就减少了铁污染和卡钢现象;而且物料相互撞击,互相整形,因此砂石料无片状,针状,粒形呈李永杰,等:立轴式冲击破碎机制砂工艺与研究2008年第2期良好的立方体形,因而能获得最优质的机制砂.而石打铁机型由于冲击破碎更为彻底及高速动能转换为破碎能更为充分,制砂的效果更加显着.3.2立轴式冲击破碎机特点立轴式冲击破碎机是低成本生产优质砂的设备,其特点有:a.破碎能力强,能耗少,产品颗粒好,产量大;b.转子及破碎腔内的物料垫层使得磨损件磨损少,运作成本低廉;c.可破碎中硬,特硬物料(例如花岗岩,烧结铝钒土,刚玉等);d.构造简单,造价低廉.3.3破碎物料的粒度与破碎机转子线速度的关系物料有其固有的晶粒凝聚力,要使物料破碎必须获取一定的能量并转化为破碎能,且此转化破碎能必须大于或等于其破坏物料晶粒凝聚力的能量.从立轴式冲击破碎机工作原理可知,物料所获得的能量为动能即:E=丢(1)由(1)式可知,当物料粒径大小已确定时(质量m一定),随着破碎机转子线速度/3的增高,动能E增加很大;当破碎机转子线速度/3衡定时,若物料质量m增大,动能E亦随之增加,反之亦然.,经试验分析,立轴式冲击破碎机破碎石料的粒径与破碎机转子线速度之间存在一定的相关关系,见图7.,粒径d/mm00图7立轴式冲击破碎机破碎石料粒径与转子线速度关系曲线图由图7知,立轴式冲击破碎机的工作状态在达到相同破碎效果的前提下,若破碎物料的粒径大,破碎机转子的线速度就低;当破碎物料的粒径为202.5mm时,破碎机转子的线速度为7090m/s.3.4破碎物料的物理特性与破碎机转子速度的关系破碎物料(石料)的物理特性:物料的破碎强度,杨氏模量E,物料密度P,物料的质量m,物料的临界破碎能E临等与破碎速度/3产生的碰撞能量E碰之间经理论推导存在E碰E临关系即:(m)(2)于是有:去)即物料的破碎强度值高,其临界破碎速度/3就高.当破碎物料(石料)确定后,设物料临界破碎能为常数K,物料的破碎速度为破,则有:m破2K(4)m破,即:.KJ(5)由此可见,物料的破碎强度,杨氏模量E,物料密度P等增大时,需要的破碎速度相应要增大;而物料的质量m较小时,需要的破碎速度则要增大.3.5立轴式冲击破碎机制砂新工艺根据立轴式冲击破碎机工作原理及破碎物料的粒径与速度关系,制定了2种速度组合的立轴式破碎机制砂工艺流程并通过试验确定其参数,用以指导生产.2种速度组合的立轴式冲击破碎机制砂工艺流程见图8.图8常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂生产工艺流程框图按图8生产流程,石料由转料仓经给料机,胶带机送人常速(/3=5070m/s)立轴式冲击破碎机破碎,经破碎后进人筛分机分级,然后大于5mm的石料返回转料仓,52.5mm的石料送人高速(/3>75m/s)立轴式冲击破碎机再破碎,经再破碎的石料与小于2.5mm的石料混合后进人成品仓.此生产工艺适用于干法,半干法生产,对于湿法生产需进一步研究.3.6常速与高速立轴式冲击破碎机制砂试验试验条件:a.岩石类型为中等抗压强度的灰岩;b.转料仓石料粒径为405mm;c.常速立轴式破碎机的理论速度/3=65m/s,高速立轴式破碎.3.第22卷第2期贵州水力发电20o8年4月机的理论速度=85Hs.试验结果见图9.褂昭:m氍_i一,速+j重立.稻-/排砂线FM=2.77,/中砂E包络线/,lll,/高速+速立破排砂,/一弃石粉后线?Fl_3o1/鞭基立砌秒缨L,fF=3.4,砂下包络线/,/一,f一,/粒径d/mmO图9立轴式冲击破碎机排砂粒度试验曲线图由图9可知,砂的粒度模数FM由3.54降为2.77,达到要求;砂中的石粉(<0.16mm)含量由12.88%上升到17.56%;中粒径石料中2.51.25mm粒径含量由12.83%上升到27.0%,1.250.63mm粒径含量由14.59%上升到26.12%.作为民用建筑用砂,机制生产可弃除多余石粉,使其石粉(<0.08mm)含量控制在5%以内,则此成品砂的粒度模数FM为3.0,见图l0.褂昭:m氍一一/,一,/,/高速+常速立破./,/悱玩M=.;.1D上/./中砂上包络线/r/常速立唳日盹峨,./枷下旬3.5l,/,/f一/粒径dlmm图1O立轴式冲击破碎机排砂粒度试验曲线图(弃石粉后曲线)4影响立轴式冲击破碎机制砂效果的因素4.1破碎物料含水量对制砂量的影响破碎物料含水量控制在一定范围内时,能对除尘效果起到重要作用;但其含水量较高时则会降低产砂量.经测试分析:(1)当物料含水量控制在不大于2%时,在破碎物料过程中扬尘污染严重,必须采取除尘设施.(2)当物料含水量控制在大于5%时,产砂率明显降低,且随着物料含水量的增加产量急剧降?4?低;当含水率达到9%11%时,产砂率几乎为零.物料含水率增加产砂率降低,究其原因主要是在破碎腔内铁砧(或料垫层)表面产生了一层石粉垫,物料与铁砧(或料垫)发生碰撞时产生地毯效应,从而降低了破碎效果.(3)当物料含水量控制在2%5%时,物料的破碎效果最佳.(4)当物料含水量大于11%时,宜采用湿法生产,但产砂量比半干法低.4.2给料量对砂产量的影响如图11所示.当给料量较小时,产砂量随给料量的增加而增加;当给料量达到一定量时,产砂量达到最大值,如PL8500型机最佳给料值为7090Wh(物料:灰岩,石打铁破碎腔);当给料量超过一定值后,产砂量有所降低,如PL8500型机的给料量超过110Wh时产砂量减小(物料:灰岩,石打铁破碎腔).其原因是破碎腔内的石料流较大,转子抛出的石料大部分打在石料流上而不是打在铁砧上的缘故.6O504O3O血l2o10O一一/.,/1050l0O150给料量,(1.h1)图l1立轴式冲击破碎机给料量对产砂量的影响曲线图4.3影响制砂效果因素的结论(1)在物料粒径,含水率及破碎机转子速度(线速度)相同的情况下,若给料量(通过量)增加,则成品砂中的石粉含量降低而砂的粒度模数增大.(2)当物料的含水率,给料量稳定且破碎机转子速度(即线速度)相同的情况下,若物料粒径(60mm)增大,则其石粉含量增加而粒度模数降低.(3)在物料粒径,含水率,给料量相同的情况下,随着破碎机转子速度(即线速度)上升,砂中石粉含量增加,粒度模数降低.5常速与高速立轴式冲击破碎机制砂工艺特点经试验分析,采用常速与高速立轴式冲击破碎第22卷第2期贵州水力发电GUIZHOUWATERPOWER2008年4月?水工建筑物设计与施工?高顺向边坡开挖与支护快速施工方法研究杨箫(中国水利水电第九工程局董箐水电站工程项目部,贵州贞丰562000)摘要:董箐水电站厂区边坡为典型的高顺向坡,地质条件复杂,边坡稳定问题突出,如何保持该边坡的稳定和实现开挖与支护快速施工,是具有挑战性的课题.该边坡在开挖施工中项目部对开挖与支护的快速施工方法进行了探索,认为因地制宜的施工布置,先进的施工机具,适宜的开挖方法,微差控制的爆破技术,宽孔比的孔网参数以及边坡治理的工程措施等是实现开挖与支护快速施工的主要而有效的方法.通过实施上述快速施工方法,抑制或减少了该边坡岩体顺层滑塌,保证了该边坡的稳定,取得了良好的工程效果.关键词:水利水电工程施工;高顺向边坡开挖;施工布置;控制爆破;加固处理;快速施工方法中图分类号:TV554文献标志码:B文章编号:10070133(2008)02-0005060工程概况1设计简述董箐水电站位于贵州省镇宁县与贞丰县交界的北盘江上,为北盘江(茅口以下)水电梯级开发的第3级,工程枢纽布置为混凝土面板堆石坝+左岸溢洪道+右岸地面厂房+右岸放空洞.本工程为等工程,工程规模为大(2)型.以中国水利水电第九工程局为责任方,中国水利水电第十一工程局为协作方的黔豫联营体承担了该水电站的厂房开挖与支护工程,主要工程量为:土方明挖24.85万m,石方明挖56.15万m,护坡混凝土0.85万m,各类锚筋0.5万根.施工图设计厂房边坡最大开挖高差125m,实际施工边坡最大开挖高差达141m.董箐水电站厂房为岸边式地面厂房,厂房布置在钢筋混凝土面板堆石坝坝后右岸,厂区枢纽主要由主机间,右端安装间,上游副厂房,上游升压开关站,中控楼,下游副厂房,下游尾水平台及尾水渠等建筑物组成.厂内安装4台水轮发电机组,总装机容量880MW,主厂房长137.0m,宽25.5m,高67.62m,机组安装高程359.6m.厂房389.5m高程以上边坡基本按1:0.5,1:1,收稿日期:2008-01-12作者简介:杨箫(1962一),男,贵州省余庆县人,高级工程师,从事水利水电工程施工技术与管理工作.机联合制砂工艺,设计时应注意如下特点:(1)常速立轴式冲击破碎机的破碎腔体可以为石打铁型亦可以为石打石型,两者没有质的变化只有量上的变化,但石打铁型机的产砂量比石打石型机的产砂量高,而且前者产砂的粒形稍差,石粉含量较多,铁砧的磨损多.(2)高速立轴式冲击破碎机的破碎腔体最好为石打铁型,在生产破碎中其物料通过量要适当低些为宜,原因是52.5ITI/TI石料粒径较小,质量较轻,要使物料破碎必须获得较多且有效的碰撞能量.(3)采用2种速度的立轴式冲击破碎机制砂,若适当增大高速破碎机进石料的粒径,可进一步提高成品砂中的石粉含量及降低成品砂的粒度模数.6结束语采用常速与高速制砂的工艺目前已应用于贵州乌江沙沱水电站砂石生产系统中.该生产系统产砂总量为208.52万t,成品砂生产量为402t/h,采用4台PL9500SD常速及2台PL8500高速立轴式冲击破碎机联合制砂,经生产试验,该生产系统完全达到了设计效果.经理论推导及试验验证,采用常速与高速立轴式冲击破碎机联合制砂生产工艺,达到了降低生产成本,提高系统成品砂产量与质量的目的;同时实现以破代磨工艺,使完全抛弃棒磨机制砂成为现实.该工艺对推动机械制砂工艺的发展,提高成品砂产量与质量,降低能耗,实现环保型工厂化生产等有着极其重要的作用,是值得推广的制砂工艺之一.?5?