立軸式沖擊破碎機制砂工藝與研究

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1、 立軸式沖擊破碎機制砂工藝與研究 第22卷第2期貴州水力發(fā)電 GUIZH0UWArERP0WER 2008年4月 ? 水工建筑物設計與施工? 立軸式沖擊破碎機制砂工藝與研究 李永杰,毛鐵牛 (中國水利水電第九工程局,貴州貴陽550001) 摘要:文章根據立軸式沖擊破碎機的工作原理以及生產測試資料,分析影響立軸式沖擊破碎機制砂效果的各種 因素;并通過對常速,高速立軸式破碎機聯(lián)合制砂生產工藝試驗的可行性研究,提出了立軸式沖擊破碎機新的 制砂生產工藝及機型參數選擇要點. 關鍵詞:水利水電工程施工;制砂工藝研究;立軸式沖擊破碎機 中圖分類號:TU63文獻標志碼:B文章編號:

2、1007—0133(2008)02-0001—04 采用立軸式沖擊破碎機制砂,國內從20世紀 90年代中期以來就在大型水電工程中開始使用, 其生產工藝有干法,濕法,半干法等.但無論采用 何種生產工藝,都存在所生產的砂細度模數偏大, 中徑粒徑偏少等缺點,嚴重影響混凝土質量以及其 對各種混凝土配比要求適應性差等.因此,對立軸 式沖擊破碎生產工藝需進一步研究,以提高混凝土 產品的質量. 1立軸式沖擊破碎機傳統(tǒng)生產工藝 目前國內大多數工程均采用立軸式沖擊破碎機 作為制砂的主要生產設備,破碎腔形式無論是 "石打石"還是"石打鐵",其傳統(tǒng)生產工藝均采 用"進料一破碎一篩分一返回(

3、或進倉)",其生產 工藝流程框圖見圖1. mm 2.5mm 圖1立軸式沖擊破碎機制砂傳統(tǒng) 生產工藝流程框圖 按圖1生產流程,石料由轉料倉經給料機,膠 帶輸送機送入立軸式破碎機,經破碎后送入篩分機 分級,其中大于5mm的石料全部返回轉料倉進行 循環(huán),5—2.5mm的石料分2路輸出:一路返回轉 料倉由破碎機再破碎,另一路進入成品砂倉;而小 于2.5mm的石料進入成品砂倉或進入螺旋分級機 后至成品砂倉.此生產工藝的特點為:a.工藝流 程簡單,單位能量消耗低;b.5—2.5mm的石料 要經反復循環(huán)破碎,破碎效果差,能量損耗略偏 大;c.成品砂中2.5—1.25mm,1.2

4、5—0.63mm 粒徑的石料偏少;d.成品砂的粒度模數控制難(人 為因素控制);e.成品砂率偏低. 2立軸式沖擊破碎機與棒磨機聯(lián)合制 砂工藝 采用棒磨機制砂工藝,早在20世紀70年代就 已開始使用.該制砂工藝具有如下特點:a.成品 砂質量穩(wěn)定,粒形好;b.耗水,耗電量高,鋼棒 耗量大;c.建安工程量大;d.石粉損失量大,水 處理費用高. 為了解決立軸式沖擊破碎機制砂工藝中中徑砂 含量偏少以及提高產量等問題,采用了立軸式沖擊 破碎機與棒磨機聯(lián)合的制砂工藝,其工藝流程框圖 見圖2. 圖2立軸式沖擊破碎機與棒磨機聯(lián)合 制砂生產工藝流程框圖 收稿日期:2008—01—0

5、2;修回日期:2008-02-18 作者簡介:李永杰(1957"),男,廣西陸川縣人,教授級高級工程 師,從事水電站大型施工輔屬企業(yè)及城市商品混凝土站 砂石系統(tǒng),高速公路砂石系統(tǒng)設計等工作. 第22卷第2期貴州水力發(fā)電2008年4月 按圖2流程,石料經立軸式沖擊破碎機破碎后 進入篩分機分級,其中大于5mm的石料全部返回 轉料倉進行第2次破碎,5～2.5mm的石料進入棒 磨機破碎并經螺旋分級機后與小于2.5mm的石料 混合進入成品倉.此工藝有如下特點:a.集中了 立軸式沖擊破碎機,棒磨機制砂的優(yōu)點,克服了立 軸式沖擊破碎機及棒磨機制砂的缺點,解決了中粒 徑砂含量少,石

6、粉過多流失等問題;b.流程中仍 然保留了棒磨機及其不足之處;e.工藝流程復雜, 設備品種多. 3立軸式沖擊破碎機制砂新工藝研究 3.1立軸式沖擊破碎機工作原理 3.1.1立軸式沖擊破碎機組成結構 立軸式沖擊破碎機由人料斗1,落料環(huán)2,轉 子3,渦動破碎腔4,主軸裝置5,電動機6,機架 7,排料斗8等8個部分組成,如圖3所示.' 圖3立軸式沖擊破碎機組成結構示意圖 3.1.2立軸式沖擊破碎機工作原理 第1階段:物料在重力作用下經過人料斗形成 垂直向下的物料流,該物料流通過落料環(huán)進入轉子 中心錐帽頂部并順勢被均勻分配成多股(3～5股) 水平料流,之后它在轉子加速通道中由

7、于轉子自旋 轉料波的強力沖擊在通道中首先產生強力擠壓和研 磨破碎,并在加速通道終端遭受拋料頭旋轉撞擊破 碎,如圖4所示. 圖4立軸式沖擊破碎機轉子中水平物料破碎示意圖 ? 2? 第2階段:水平料流在高速旋轉的轉子所施離 心力作用下由加速通道被快速加速激射并同時獲得 巨大動能,此高速料流在渦動破碎腔與物料墊層 (石打石機型)或鐵砧(石打鐵機型)撞擊產生激烈 動能與破碎能間的能量充分轉換而產生碰撞破碎. 動能轉化為破碎能的物料會被高速轉子提供的源源 不斷的水平料流追擊產生連續(xù)破碎,切向拋射也會 產生高速擠壓,研磨破碎,如圖5所示. 圖5立軸式沖擊破碎機加速破碎物料流示

8、意圖 第3階段:經水平撞擊后的物料由于巨大的 料流動能無法完全釋放將會反向濺射,如果濺射 進入轉子運動區(qū)域會再次遭遇轉子反擊形成反擊 破碎. 第4階段:高速旋轉的轉子與渦動破碎腔桶壁 之間形成一密集高速的渦流粒子云,由此使物料相 互追擊,碰撞,擠壓,研磨,形成連續(xù)高能量碰撞 的鏈式復合反應過程,如圖6所示. 圖6立軸式沖擊破碎機物料復合破碎示意圖 立軸式沖擊破碎機實際破碎過程大致可視為以 上4個階段的鏈式復合作用過程.在破碎過程中耗 盡動能的物料,會在自身重力作用下彈人機架空間 并順勢滑落進入卸料流排出機架外.在整個破碎過 程中,石打石機型的物料流之間自行沖擊,研磨

9、, 擠壓破碎,不與渦動破碎腔的金屬構件發(fā)生直接碰 撞,而是與物料墊層發(fā)生沖擊,研磨,破碎,這就 減少了鐵污染和"卡鋼"現(xiàn)象;而且物料相互撞 擊,互相整形,因此砂石料無片狀,針狀,粒形呈 李永杰,等:立軸式沖擊破碎機制砂工藝與研究2008年第2期 良好的立方體形,因而能獲得最優(yōu)質的機制砂.而 石打鐵機型由于沖擊破碎更為徹底及高速動能轉換 為破碎能更為充分,制砂的效果更加顯著. 3.2立軸式沖擊破碎機特點 立軸式沖擊破碎機是低成本生產優(yōu)質砂的設 備,,其特點有:a.破碎能力強,能耗少,產品顆 粒好,產量大;b.轉子及破碎腔內的物料墊層使 得磨損件磨損少,運作成本低廉;

10、c.可破碎中硬, 特硬物料(例如花崗巖,燒結鋁釩土,剛玉等); d.構造簡單,造價低廉. 3.3破碎物料的粒度與破碎機轉子線速度的關系 物料有其固有的晶粒凝聚力,要使物料破碎必 須獲取一定的能量并轉化為破碎能,且此轉化破碎 能必須大于或等于其破壞物料晶粒凝聚力的能量. 從立軸式沖擊破碎機工作原理可知,物料所獲 得的能量為動能即: E=丟(1) 由(1)式可知,當物料粒徑大小已確定時(質 量m一定),隨著破碎機轉子線速度'/3的增高,動 能E增加很大;當破碎機轉子線速度'/3衡定時, 若物料質量m增大,動能E亦隨之增加,反之亦 然., 經試驗分析,立軸式沖擊破碎機破

11、碎石料的粒 徑與破碎機轉子線速度之間存在一定的相關關系, 見圖7. , , —\ ,\ , ,, ,, \ \ , \ 粒徑d/mm 00 圖7立軸式沖擊破碎機破碎石料粒徑 與轉子線速度關系曲線圖 由圖7知,立軸式沖擊破碎機的工作狀態(tài)在達 到相同破碎效果的前提下,若破碎物料的粒徑大, 破碎機轉子的線速度就低;當破碎物料的粒徑為 20～2.5mm時,破碎機轉子的線速度為70～90m/s. 3.4破碎物料的物理特性與破碎機轉子速度的 關系 破碎物料(石料)的物理特性:物料的破碎強 度,楊氏模量E,物料密度P,物料的質量m, 物料的臨界破碎能E臨等

12、與破碎速度'/3產生的碰撞 能量E碰之間經理論推導存在E碰≥E臨關系即: ≥(m×)(2) 于是有:≥去) 即物料的破碎強度值高,其臨界破碎速度'/3 就高. 當破碎物料(石料)確定后,設物料臨界破碎 能為常數K,物料的破碎速度為破,則有: ÷m破2≥K(4)m破, 即:.K≥^J(5) 由此可見,物料的破碎強度,楊氏模量E, 物料密度P等增大時,需要的破碎速度相應要增 大;而物料的質量m較小時,需要的破碎速度則 要增大. 3.5立軸式沖擊破碎機制砂新工藝 根據立軸式沖擊破碎機工作原理及破碎物料的 粒徑與速度關系,制定了2種速度組合的立軸式破 碎機制砂工藝流程

13、并通過試驗確定其參數,用以指 導生產. 2種速度組合的立軸式沖擊破碎機制砂工藝流 程見圖8. 圖8常速與高速立軸式沖擊破碎機 聯(lián)合制砂生產工藝流程框圖 按圖8生產流程,石料由轉料倉經給料機,膠 帶機送人常速('/3=50～70m/s)立軸式沖擊破碎機 破碎,經破碎后進人篩分機分級,然后大于5mm 的石料返回轉料倉,5～2.5mm的石料送人高速('/3 >75m/s)立軸式沖擊破碎機再破碎,經再破碎的 石料與小于2.5mm的石料混合后進人成品倉.此 生產工藝適用于干法,半干法生產,對于濕法生產 需進一步研究. 3.6常速與高速立軸式沖擊破碎機制砂試驗 試驗條件

14、:a.巖石類型為中等抗壓強度的灰 巖;b.轉料倉石料粒徑為40～5mm;c.常速立軸 式破碎機的理論速度'/3=65m/s,高速立軸式破碎 . 3. 第22卷第2期貴州水力發(fā)電20o8年4月 機的理論速度=85Hs.試驗結果見圖9. 褂 昭 : m氍 _ —— i}一, 速+j重立.稻-—//// 排砂線FM=2.77,// 中砂E包絡線/,lll,/ 高速+速立破排砂,/////一 棄石粉后線?Fl_3o1/\鞭基立砌秒纓L ,～fF=3.4, ,,,砂下包絡線/// //,'/ / /一, f一, , / 粒徑d/mm O 圖9

15、立軸式沖擊破碎機排砂粒度試驗曲線圖 由圖9可知,砂的粒度模數FM由3.54降為 2.77,達到要求;砂中的石粉(<0.16mm)含量由 12.88%上升到17.56%;中粒徑石料中2.5～ 1.25mm粒徑含量由12.83%上升到27.0%,1.25 ～ 0.63mm粒徑含量由14.59%上升到26.12%. 作為民用建筑用砂,機制生產可棄除多余石 粉,使其石粉(<0.08mm)含量控制在5%以內, 則此成品砂的粒度模數FM為3.0,見圖l0. 褂 昭 : m氍 一一 / ,一 ●—,/,/ 高速+常速立破. . //,,// 悱玩M=.;

16、.1D上/.\///中砂上包絡線/ \/ r///\常速立唳日盹峨, ,./枷下旬3.5l,/ , // // f一/ / / 粒徑dlmm 圖1O立軸式沖擊破碎機排砂粒度試驗曲線圖 (棄石粉后曲線) 4影響立軸式沖擊破碎機制砂效果的 因素 4.1破碎物料含水量對制砂量的影響 破碎物料含水量控制在一定范圍內時,能對除 塵效果起到重要作用;但其含水量較高時則會降低 產砂量.經測試分析: (1)當物料含水量控制在不大于2%時,在破 碎物料過程中揚塵污染嚴重,必須采取除塵設施. (2)當物料含水量控制在大于5%時,產砂率 明顯降低,且隨著物料含水量的增加產

17、量急劇降 ? 4? 低;當含水率達到9%～11%時,產砂率幾乎為 零.物料含水率增加產砂率降低,究其原因主要是 在破碎腔內鐵砧(或料墊層)表面產生了一層石粉 墊,物料與鐵砧(或料墊)發(fā)生碰撞時產生"地毯" 效應,從而降低了破碎效果. (3)當物料含水量控制在2%～5%時,物料的 破碎效果最佳. (4)當物料含水量大于11%時,宜采用濕法生 產,但產砂量比半干法低. 4.2給料量對砂產量的影響 如圖11所示.當給料量較小時,產砂量隨給 料量的增加而增加;當給料量達到一定量時,產砂 量達到最大值,如PL8500型機最佳給料值為70～ 90Wh(物料:灰?guī)r,"石打鐵"

18、破碎腔);當給料 量超過一定值后,產砂量有所降低,如PL8500型 機的給料量超過110Wh時產砂量減小(物料:灰 巖,"石打鐵"破碎腔).其原因是破碎腔內的石 料流較大,轉子拋出的石料大部分打在石料流上而 不是打在鐵砧上的緣故. 6O 50 4O 3O 血l{ 2o 10 O 一一\ / /.,, / / / / 1050l0O150 給料量,(1.h—1) 圖l1立軸式沖擊破碎機給料量對產砂量的影響曲線圖 4.3影響制砂效果因素的結論 (1)在物料粒徑,含水率及破碎機轉子速度 (線速度)相同的情況下,若給料量(通過量)增加, 則成品砂中

19、的石粉含量降低而砂的粒度模數增大. (2)當物料的含水率,給料量穩(wěn)定且破碎機 轉子速度(即線速度)相同的情況下,若物料粒 徑(≤60mm)增大,則其石粉含量增加而粒度 模數降低. (3)在物料粒徑,含水率,給料量相同的情況 下,隨著破碎機轉子速度(即線速度)上升,砂中 石粉含量增加,粒度模數降低. 5常速與高速立軸式沖擊破碎機制砂 工藝特點 經試驗分析,采用常速與高速立軸式沖擊破碎 第22卷第2期貴州水力發(fā)電 GUIZHOUWATERPOWER2008年4月 ? 水工建筑物設計與施工? 高順向邊坡開挖與支護快速施工方法研究 楊簫 (中國水利水電第九工程局董

20、箐水電站工程項目部,貴州貞豐562000) 摘要:董箐水電站廠區(qū)邊坡為典型的高順向坡,地質條件復雜,邊坡穩(wěn)定問題突出,如何保持該邊坡的穩(wěn)定和 實現(xiàn)開挖與支護快速施工,是具有挑戰(zhàn)性的課題.該邊坡在開挖施工中項目部對開挖與支護的快速施工方法進 行了探索,認為因地制宜的施工布置,先進的施工機具,適宜的開挖方法,微差控制的爆破技術,寬孔比的孔 網參數以及邊坡治理的工程措施等是實現(xiàn)開挖與支護快速施工的主要而有效的方法.通過實施上述快速施工方 法,抑制或減少了該邊坡巖體順層滑塌,保證了該邊坡的穩(wěn)定,取得了良好的工程效果. 關鍵詞:水利水電工程施工;高順向邊坡開挖;施工布置;控制爆破;加固處理;

21、快速施工方法 中圖分類號:TV554文獻標志碼:B文章編號:1007—0133(2008)02-0005—06 0工程概況1設計簡述 董箐水電站位于貴州省鎮(zhèn)寧縣與貞豐縣交界的 北盤江上,為北盤江(茅口以下)水電梯級開發(fā)的 第3級,工程樞紐布置為混凝土面板堆石壩+左岸 溢洪道+右岸地面廠房+右岸放空洞.本工程為Ⅱ 等工程,工程規(guī)模為大(2)型. 以中國水利水電第九工程局為責任方,中國水 利水電第十一工程局為協(xié)作方的黔豫聯(lián)營體承擔了 該水電站的廠房開挖與支護工程,主要工程量為: 土方明挖24.85萬m,石方明挖56.15萬m,護 坡混凝土0.85萬m,各類錨筋0.5萬根.施

22、工圖 設計廠房邊坡最大開挖高差125m,實際施工邊坡 最大開挖高差達141m. 董箐水電站廠房為岸邊式地面廠房,廠房布置 在鋼筋混凝土面板堆石壩壩后右岸,廠區(qū)樞紐主要 由主機間,右端安裝間,上游副廠房,上游升壓開 關站,中控樓,下游副廠房,下游尾水平臺及尾水 渠等建筑物組成.廠內安裝4臺水輪發(fā)電機組,總 裝機容量880MW,主廠房長137.0m,寬25.5m, 高67.62m,機組安裝高程359.6m. 廠房389.5m高程以上邊坡基本按1:0.5,1:1, 收稿日期:2008-01-12 作者簡介:楊簫(1962一),男,貴州省余慶縣人,高級工程師,從 事水利水電工

23、程施工技術與管理工作. 機聯(lián)合制砂工藝,設計時應注意如下特點: (1)常速立軸式沖擊破碎機的破碎腔體可以為 "石打鐵"型亦可以為"石打石"型,兩者沒有質 的變化只有量上的變化,但"石打鐵"型機的產砂量 比"石打石"型機的產砂量高,而且前者產砂的粒形 稍差,石粉含量較多,鐵砧的磨損多. (2)高速立軸式沖擊破碎機的破碎腔體最好為 "石打鐵"型,在生產破碎中其物料通過量要適當 低些為宜,原因是5～2.5ITI/TI石料粒徑較小,質量 較輕,要使物料破碎必須獲得較多且有效的碰撞能 量. (3)采用2種速度的立軸式沖擊破碎機制砂, 若適當增大高速破碎機進石料的粒徑,可進一步

24、 提高成品砂中的石粉含量及降低成品砂的粒度模 數. 6結束語 采用常速與高速制砂的工藝目前已應用于貴州 烏江沙沱水電站砂石生產系統(tǒng)中.該生產系統(tǒng)產砂 總量為208.52萬t,成品砂生產量為402t/h,采用 4臺PL9500SD常速及2臺PL8500高速立軸式沖擊 破碎機聯(lián)合制砂,經生產試驗,該生產系統(tǒng)完全達 到了設計效果. 經理論推導及試驗驗證,采用常速與高速立軸式 沖擊破碎機聯(lián)合制砂生產工藝,達到了降低生產成 本,提高系統(tǒng)成品砂產量與質量的目的;同時實現(xiàn) "以破代磨"工藝,使完全拋棄棒磨機制砂成為現(xiàn)實. 該工藝對推動機械制砂工藝的發(fā)展,提高成品砂產量 與質量,降低能耗,實現(xiàn)環(huán)保型工廠化生產等有著極 其重要的作用,是值得推廣的制砂工藝之一. ? 5?