砂干燥、筛分、输送系统优化方案

干混砂浆所用的砂分为天然砂和机制砂。天然砂在干混砂浆生产过程中通常需经过干燥、筛分处理。干法制得的机制砂含水率较低时，可不经烘干处理。

1.原砂的干燥

天然砂的含水率变化范围大，通常为0%～12%，而用于干混砂浆的砂的含水率要求在0.5%以下，否则将严重影响成品砂浆的质量，为此，通常需要对市场采购的原砂进行干燥处理。天然砂的烘干系统如图4-5所示。

图4-5　天然砂烘干系统示意图

1-湿料；2-上料机；3-进料装置；4-出料装置；5-引风系统；6-皮带输送机；7-热风炉；8-烘干机；9-传动装置；10-成品

原砂的干燥通过烘干机来实现。常见的烘干机为滚筒式烘干机，是一种以对流换热和辐射换热为主要加热方式来处理大量物料的干燥设备。滚筒式烘干机可分为单筒烘干机、双筒烘干机和三筒烘干机。

（1）单筒烘干机

单筒烘干机的烘干原理如图4-6所示。烘干机的主体是一个具有一定斜度的回转圆筒，另外配有燃料室、排气装置、收尘装置、加料装置等。它是以高温烟气为干燥介质，在排气装置的抽吸下进入烘干筒内。湿砂由加料装置进入烘干筒内，与高温烟气接触。高温烟气以对流、辐射、传导方式将热量传给湿砂，湿砂被加热后，水分蒸发，进入干燥介质中。筒体不断回转而使砂不断运动，从筒体的高端流向低端。气体也在排气装置的驱动下，由压力高处向压力低处流，在气体与砂的运动过程中，砂被干燥后排出，废气经收尘后排至大气。

（2）双筒烘干机

双筒烘干机又称双回程烘干机，其烘干原理如图4-7所示。滚筒主体部分由内筒和外筒两部分构成。其中，内筒为干燥筒，筒体内布置多种叶片结构，可实现砂在干燥区形成极佳的料帘分布，使砂与热风进行充分的热交换，达到最佳的温度场分布，砂中的水分不断地蒸发，随尾气经收尘后排出。外筒为冷却筒，落入外筒的干砂在外筒反向螺旋叶片的推动下回流至出口，强大的引风机将冷却风从滚筒夹层内引出，对热砂强制逆流冷却。外筒内壁布置了扬料片，有效避免砂与内筒筒壁直接接触，为逆流冷却风与返程砂的热交换提供了充分的保证。

图4-6　单筒烘干机烘干原理示意图

图4-7　双筒烘干机烘干原理示意图

（3）三筒烘干机

三筒烘干机又称三回程烘干机，滚筒由三层结构组成，如图4-8所示。其工作原理如图4-9所示。工作时，热风在出风口抽风机的作用下由热风炉进入内筒，经过两个回程到达外筒，逐渐冷却排出。湿砂由皮带输送机（或斗式提升机）经燃烧炉上部的进料溜管均匀进入滚筒，砂在滚筒内经过两个回程进入外筒，经过排料漏斗进入筛分工段，废气经收尘后排入大气。

图4-8　三筒烘干机结构示意图

1-筒体装置；2-传动装置；3-整体支架；4-托轮装置；5-密封装置；6-出料罩；7-挡轮装置

图4-9　三筒烘干机烘干原理示意图

三筒烘干机是较为新型的烘干设备，具有以下优点。①采用三筒式结构，内筒和中筒被外筒所包围，形成了一个自我保温结构筒体，使散热面积大大减少，热交换面积大大增加，而且外筒的散热处处于低温区，从而使热量得到了充分利用，降低了排出废气和干砂的温度，大大提高了烘干效率，降低了能耗。其热效率可达75%以上，是单筒烘干机热效率的210%，是双筒烘干机热效率的125%。②筒体长度大大缩短，从而减少了机体的占地面积，一般减小1/2～2/3，降低了土建投资费用。③简化了传动系统，去掉了大、小齿轮传动和笨重的传动系统，采用行星减速和电机直联的减速电机，直接驱动托轮和轮带，从而降低了造价，提高了传动效率，减少了噪声。④降低了物料在筒内的落差，从而减少了噪声和筒体的磨损。

以上三种烘干机各有特点。其中，单筒烘干机结构简单、运行可靠、维护方便、生产量大，但能耗和占地较大。从单筒到双筒再到三筒，烘干机结构越来越复杂，维护越来越不方便，但能耗与占地却越来越小。

2.机制砂的制备

为了保护环境和节约资源，机制砂的应用越来越广泛，有些干混砂浆企业直接在厂内配套机制砂的生产设备。机制砂由石子或矿山尾矿等经破碎、整形和选粉后制成，含水率通常较低，可免去烘干环节。

机制砂的生产过程如图4-10所示。块石经粗碎、中碎或细碎、整形、筛分后获得成品砂。在筛分过程中，超粒径的物料会通过输送机返回破碎整形机中重新进行破碎整形，经筛分后被选出的细粉即机制砂的粉料。也可以直接采用石子进行制砂，当水分较高时，宜先烘干再制砂。

图4-10　机制砂生产过程示意图

机制砂生产系统由给料设备、破碎设备、筛分设备、收尘设备、输送设备和料仓等组成，当制砂原材料水分含量较高时，还有烘干设备。设备配置应满足给料、破碎、筛分、收尘、输送等制砂工艺要求，以获得合适的尺寸、级配和形貌的颗粒，并使石粉含量控制在合理范围内。

目前，干混砂浆生产企业自带的制砂设备，多是由计算机控制的全自动连续式生产设备，包括输送上料、破碎、整形、筛分分级、收尘和储存系统等。常见破碎设备有颚式破碎机、立轴冲击式破碎机、滚式破碎机、圆锥破碎机、可逆反击破碎机、立轴反击破碎机等。各种破碎机都有各自的特点和适用范围，目前用得较多的破碎机有颚式破碎机（见图4-11）和立轴冲击式破碎机（见图4-12）。

图4-11　颚式破碎机结构示意图

1-静颚板；2-边护板；3-动颚板；4-皮带轮；5-偏心轴；6-电机；7-调整块；8-推力板(www.xing528.com)

图4-12　立轴冲击式破碎机结构示意图

1-上壳体；2-中壳体；3-撒料盘；4-转子轴；5-下壳体；6-地基；7-皮带轮；8-反击衬板

颚式破碎机进料口大，破碎腔长，机体特别坚固，活动部位的平衡配重振动小，噪声小，偏心轴具有高韧性及耐冲击性，重负荷下仍可平顺运转，颚板之间的间隙调整方便迅速，适用于块石的快速粗碎和中碎。

立轴冲击式破碎机将进入的物料经分料器分成两部分。一部分从中部进入高速旋转叶轮内，被迅速加速，从叶轮的三个均布的流道内抛射出去。首先与分料器四周落下的另一部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡动腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，在涡动破碎腔内受多次撞击、摩擦和研磨破碎作用，被破碎的物料由下部出口排出，和筛分系统形成闭路循环。其特点是结构简单，破碎效率高，具有细碎和粗磨的功能，物料最大含水率可达4%，破碎的成品颗粒形貎佳，粉尘污染少，安装、操作、维修方便，运行成本低。

目前，大多数制砂设备都兼具整形功能。机制砂的整形是制备过程中的一个重要环节，其目的是提高机制砂颗粒的圆度，减少棱角。机制砂颗粒特点是“两头大，中间小”，在破碎整形工艺过程中，为了增加中间档颗粒的含量，可降低筛网网孔尺寸，但同时也增加了机制砂的粉料含量。

3.砂的筛分

干混砂浆生产过程中，需要将砂中粒径大于4.75mm的颗粒除去，有时还需要将物料分为若干颗粒级别的产品，因而需要对砂进行筛分处理。常用的筛分设备为振动筛和滚筒筛。

振动筛的种类繁多，但主要都是由激振器、筛箱、隔振装置、支架等几个部分组成。其中，隔振装置一般为金属螺旋弹簧或橡胶弹簧。金属螺旋弹簧用得最广，寿命长，内摩擦小，且对使用环境无特殊要求。筛箱内含筛网，筛网为易损件。激振器一般多采用振动电机或偏心轴电机。

振动筛可分为旋振筛和直线筛，目前干混砂浆企业大多采用直线筛。直线筛的运动轨迹近似为直线，激振器大多为振动电机，根据双振动电机自同步直线振动原理制成。在振动过程中，由电机产生的纵向激振力使筛体在与水平面成一倾斜角度的方向做直线振动，使物料在筛网上向前不断地做抛料运动，从而达到筛分目的。其结构紧凑，运动平稳，效率高，能耗小，全封闭结构，粉尘较少，使用、维修方便。

单层直线筛和直线概率筛是干混砂浆企业常用的两种直线筛。

天然砂排出烘干机后，需要进行筛分处理，筛分的目的是筛除砂中粒径大于4.75mm的颗粒。此时所采用的振动筛多为单层直线筛（见图4-13），该筛只具有一层筛网。

图4-13　单层直线筛结构示意图

1-检视盖；2-橡胶弹簧；3-筛网；4-链条；5-进料斗；6-张紧弹簧；7-振动电机；8-支架；9-细颗粒出口；10-粗颗粒出口

有些企业还对烘干后的砂进行分级处理。砂的分级处理一般采用直线概率筛。直线概率筛采用多层大倾角筛面，利用概率理论，筛孔大于所需筛分粒度，大大提高了筛分效率和生产率。直线概率筛结构见图4-14。工作时，物料由进料斗进入振动筛，在振动电机的作用下，物料在筛网上做抛料运动。粒径小于筛孔尺寸的将落到下一层继续筛分（或由下一层出料斗排出），粒径大于筛孔尺寸的将由本层的出料斗排出。

图4-14　直线概率筛结构示意图

1-弹簧；2-检视盖；3-筛网；4-链条；5-张紧弹簧；6-进料斗；7-出料斗；8-支架；9-振动电机

图4-15　三层筛网筛出四种粒径物料

张紧弹簧用于张紧筛网，使筛网处于一定的紧绷状态，促进物料流动。通过每层筛网上的链条不断拍打筛网，也可促进物料流动，同时能有效防止筛网堵孔。此外，还可以根据企业的生产需求，安装不同层数的筛网，就可以筛分得到比筛网层数多一种的粒径物料（见图4-15）。

滚筒筛也是在砂的筛分过程中应用非常广泛的一种设备，结构如图4-16所示。它是通过控制砂的筛网孔径大小来对砂进行筛分处理的，筛分的精度较高。滚筒筛的筒体一般分几段，可视具体情况而定，筛孔由小到大排列，每一段上的筛孔孔径相同。

图4-16　滚筒筛结构示意图

a.正面图　b.剖面图1-筛网；2-滚筒

滚筒筛主要由电机、减速机、滚筒装置、机架、密封盖、进料口与出料口组成。它的工作原理是：将滚筒装置倾斜安装于机架上，电机经减速机与滚筒装置通过联轴器连接在一起，驱动滚筒装置绕其轴线转动。当砂进入滚筒装置后，滚筒装置的倾斜与转动，使筛面上的砂翻转与滚动，粒径符合要求的砂（筛下砂）经滚筒后端底部的出料口排出，粒径过大的砂（筛上砂）经滚筒尾部的排料口排出。由于砂在滚筒内的翻转和滚动，卡在筛孔中的砂可被弹出，防止筛孔堵塞，筛分稳定性和可靠性较高。

4.砂的输送

砂的输送通常应采用斗式提升机或皮带运输机。

（1）斗式提升机

该机在带或链等挠性牵引构件上每隔一定间隙安装若干个钢质料斗，连续向上输送物料。斗式提升机具有占地面积小、输送能力大、输送高度高、密封性好等特点，因而是干砂的重要输送设备。

（2）皮带运输机

皮带运输机的优点是生产效率高，可以连续作业而不易产生故障，维修费用低，只需定期对某些运动件加注润滑油。为了改善环境条件，防止砂的飞散和雨水混入，可在皮带运输机上安装防护罩壳。