三滩砂石加工系统中的粉碎机应用

秦 明1　刘漫远2　齐拥军1　邹宏超1

（1. 中国葛洲坝集团第五工程有限公司　2. 二滩水电开发有限责任公司）

摘 要：三滩砂石系统采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺，大坝细骨料料源采用加工性能较差的大理岩。针对不同岩性采取各种措施有效控制成品砂细度模数、石粉含量技术指标满足锦屏设计要求，同时进一步提高产品质量稳定性。

关键词：干法生产　选粉机剔除石粉　大理岩　原状砂　颗粒级配　稳定性

1 引言

雅砻江锦屏一级水电站大坝细骨料采用三滩右岸大理岩料场，该料场大理岩岩石加工性能较差，通过破碎设备破碎后，原状砂具有石粉含量高，中间级配含量严重偏少，细度模数低和砂的成品率低的特点，在国内外还未出现这种岩石做大坝混凝土细骨料的先例。为了保证成品细骨料产品质量，通过在溪洛渡、大岗山和三滩前期砂石加工系统试验，以及对选粉机工作原理和在厂家对原状砂中多余石粉的剔除试验研究，最终确定三滩右岸砂石系统采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺。这种工艺是一种新工艺，该工艺主要以选粉机风选法剔除多余石粉，提供合格的大坝混凝土细骨料为目的，并配备合理的破碎、筛分等设备的全干法生产。三滩右岸砂石系统于2008年年底投产后，生产的成品细骨料从初期细度模数和石粉含量存在较大的波动且与锦屏设计提出的要求相差很大，经过系统调整和改造后，细度模数和石粉含量合格率稳定在90%以上。选粉机在三滩右岸砂石系统的应用获得了成功。

2 选粉机的应用及运行初期细骨料质量状况

2.1 选粉机的应用

三滩砂石系统采用三滩右岸大理岩料场，该料场大理岩岩石加工性能较差，通过破碎设备破碎后，生产的原状砂石粉含量约为33%～40%，细度模数很小，砂中粒径0.315mm以下的颗粒所占比例大，中间级配颗粒偏少，原状砂经水洗 （或加大冲洗水量） 后用螺旋洗砂机回收的成品砂石粉含量仍无法满足本工程规定砂中石粉含量6%～18%的要求，成品砂中石粉含量基本上都大于18%，最高达32%，因此，用传统的水洗工艺来剔除原状砂中多余石粉的方案在本工程中是很难实现的。

为有效剔除原状砂中的多余的石粉，并保证砂中的石粉含量满足本工程要求，经咨询广泛用于水泥生产厂的选粉机作用和厂家现场原状砂进入选粉机生产成品细骨料的试验，在三滩砂石系统选用了选粉机风选剔除多余石粉方案。

选粉机在三滩砂石系统应用原理是高速电机通过传动装置带动立式传动轴转动，原状砂通过设在选粉机室上部的进料口进入选粉室内，再通过设置在原状砂收集锥的上下两锥体之间的通道落在撒料盘上，撒料盘随立式传动轴转动，原状砂在惯性离心力的作用下，向四周均匀撒出，分散的原状砂在外接风机通过进风口进入选粉室的高速气流作用下，原状砂中的粗重颗粒受到惯性离心力的作用被甩向选粉室的内壁面，碰撞后失去动能沿壁面滑下，落到成品细骨料收集锥中，其余的颗粒被旋转上升的气流卷起，并高速旋转，又有一部分粗粉颗粒被抛到选粉室的内壁面，碰撞后失去动能沿壁面滑下，落到成品细骨料收集锥中。

中粗粉和细粉在上升气流的作用下，继续上升穿过立式导向叶片进入二级选粉区。含尘气流在旋转的笼型转子形成的强烈而稳定的平面涡流作用下，使中粗粉在离心力的作用下，被抛向立式导向叶片后失去动能，落到中成品细骨料收集锥中，通过下料口排出，进入成品细骨料运输胶带机。细粉 （即石粉） 则穿过笼型转子进入其内部，随循环风进入高效低阻型旋风分离器中，随后滑落到弃料收集锥内，也通过弃料收集锥下料口排出，进入系统弃料运输胶带机。

2.2 运行初期细骨料质量状况

三滩砂石系统建安完成投产后，生产的细骨料通过取样试验发现细度模数和石粉含量存在较大的波动，与合同文件细度模数2.40±0.2，石粉含量6%～18%相差很大。通过对成品细骨料试验结果统计分析，大部分为粗砂粉多、粗砂粉少、细砂粉多、细砂粉少这四个类别成品细骨料。选取各类别具有代表性的砂样进行颗粒级配分析，如表1、图1所示。

表1 成品砂累计筛余分析表

从表1、图1可以看出，成品细骨料细度模数与石粉含量变化明显，波动性很大，对出厂产品质量稳定非常不利，不够稳定的成品细骨料质量对大坝混凝土性能有很大影响，不利于拌和楼配合比控制，成本较高，浪费较大，无法满足锦屏工程优质骨料要求。

图1 成品砂颗粒级配图

出现上述情况后，就要厂家联系对选粉机进行重新调试，试图通过增加选粉机加风量和调整主轴频率，控制成品细骨料细度模数与石粉含量的稳定性，但效果并不明显。

3 原因分析

在调整选粉机效果不明显后，对进入选粉机的大理岩原状砂进行统计分析，发现造成细骨料质量状况主要有如下三种原因。

①大理岩原状砂颗粒级配存在较大差异。主要存在四种类型原状砂，分别为粗颗粒较多石粉含量高、粗颗粒较多石粉含量低、粗颗粒较少石粉含量高、粗颗粒较少石粉含量低。分别选取各类具有代表性原状砂进行颗粒级配分析，如表2、图2所示。

表2 大理岩原状砂颗粒分计筛余表

1—代表原状砂粗颗粒较多石粉含量高；2—代表原状砂粗颗粒较多石粉含量低；

3—代表原状砂粗颗粒较少石粉含量高；4—代表原状砂粗颗粒较少石粉含量低。

造成大理岩原状砂颗粒级配存在较大差异主要原因是两方面：一方面是三滩大理岩料场岩石以灰色中细晶大理岩、浅灰～灰白色细晶大理岩为主，夹白色中晶大理岩条带。不同岩性的大理岩不均匀分布在料场，加工性能存在差异。初期开采时，料场工作面比较狭小，无法多点同时取料，经过破碎后原状砂颗粒级配有较大的变化；另一方面对偏软大理岩各种破碎和制砂设备未调试到最佳状态，使原状砂颗粒级配较差。

②选粉机选粉能力受大理岩原状砂含水率变化影响较大。在系统运行过程中发现，对选粉机在原状砂颗粒级配基本相同但不同含水率情况进行试验，分析如图3。

图2 原状砂颗粒分计筛余图

从图3可以看出：原状砂含水率较大，成品细骨料细度模数较小和石粉含量偏高。说明系统选粉机剔除石粉能力受原状砂含水率制约。毛料越干燥，选粉机剔除石粉能力越强，颗粒级配越好。

③选粉机进料不均匀使成品细骨料颗粒级配存在较大差异。主要原因为在系统设计时在三筛车间保留了湿法工艺的布置，原状砂易在筛分机底层卸料槽堆积，使选粉机进料不均匀。在选粉机风量和主轴频率相同，进料量不均匀时，形成成品细骨料颗粒级配差异较大。

图3 在不同含水率情况下通过选粉机后成品细骨料颗粒级配图

4 应用中的调整和改造

4.1 料场和加工系统的调整(www.xing528.com)

根据对初期细骨料质量状况的原因分析，在料场和加工系统进行了以下几方面的调整：

①通过原岩抗压强度试验，确定料场开采料区毛料质量，对偏软的大理岩进行弃除，同时严禁覆盖层、风化料等无用料和污染料进入生产系统。通过研究试验总结，找出不同料源的岩石加工性能参数，选择比较理想的颗粒级配，有意识的对不同岩性的原岩搭配进入加工系统进行破碎。从一定程度上解决了原状砂的级配不良和波动较大的问题。

②岩石爆破会产生大量石粉，控制粒径的同时还要控制成粉率。布孔前结合大量爆破试验选择合适的爆破设计，施工过程控制孔位间排距、装药和联网结构。同时在挖装填井的过程也要注意设备的使用，尽量避免设备与毛料多次硬性接触造成的石粉，填井为粒径块石，底料粉尘全部弃除。

③调整反击破转速和进排料口径，改变立轴破在不同线速度和破碎腔型破碎时的产砂率，结合立轴破生产厂家经验，改进了立轴破铁砧，根据最优原状砂颗粒级配确定破碎设备的最为理想的破碎工况。

④采用粗细砂搭配供料，皮带运输装车的方式，解决外侧粗颗粒多，细颗粒少，内侧粗颗粒较少，细颗粒较多现象，从而保证成品砂供料的均匀性，有利于各项指标稳定控制。

4.2 加工系统的改造

根据初期应用中加工系统存在的不足，进行了以下几方面的改造：

①在一筛车间增设底料弃除筛，如果发现半成品毛料含水率较高，系统生产过程，底料弃除筛同时运行将来料大于30毫米 （或大于20毫米） 的料进行弃除，留下的粒径石含水率较低，通过其他各个环节后形成的原状砂含水率要比半成品毛料小得多，保证系统正常运行。同时在一定程度也解决了因多次破碎造成石粉偏高的情况，有利于系统的稳定控制。

②对三筛车间的工艺进行了改造，取消三筛车间筛分机的下层钢板，新增胶带机，致使三筛车间筛分机下层原状砂直接进入选粉机进料胶带机，并在细骨料胶带机上架设皮带秤，随时能观察选粉机进料情况，以保证选粉机进料稳定性。

③增加对带料皮带、筛分车间、调节堆场封闭和除尘器，减少除尘喷头的使用和防止雨水淋湿物料。做好竖井、堆场周围的排水措施，修建排水沟、排水管和盲沟，及时将积水排出，尽可能保证原状砂含水率较低。

5 最终应用的效果

通过采取措施，原状砂颗粒级配和含水率得到控制，选粉机进料稳定性加强，出厂成品细骨料质量得到保证，将2011年1月～2012年3月检测结果汇总统计，分析如图4、图5所示。

图4 成品砂细度模数波动曲线图

图5 成品砂石粉含量波动曲线图

从图4、图5可以看出：成品砂细度模数和石粉含量满足锦屏设计提出的要求：细度模数控制在2.20～3.0，单月波动范围为0.4，石粉含量控制在12%～20%，合格率达到85%。细度模数稳定在2.4±0.2，石粉含量主要控制在16%±2%，合格率稳定在90%以上，采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺取得成功。

6 实际应用中的经验

在首次成功地把选粉机应用到水电行业砂石加工系统过程中，得到一些经验，供以后使用者参考。

①选粉机并不是破碎或整形设备，它最大的作用是剔除多余的石粉。要想获得颗粒级配合理且稳定的成品细骨料，必须保证砂石加工系统加工后进入选粉机的原状砂颗粒级配合理且稳定。

②进入选粉机的原状砂的含水率对通过选粉机获得的成品细骨料质量影响很大，含水率1.5%以内效果最好，超过1.5%就会对成品细骨料质量造成影响，含水率越大影响越大。

③选粉机还是靠人工手动调节风量和主轴频率，不能根据进料量不同自动调节，所以选粉机进料的稳定，也是获得合格成品细骨料的保证。

7 结论

选粉机应用到水电行业砂石加工系统，有助于解决今后类似砂石系统的技术难题。其特点为：

①选粉机在人工骨料加工系统中剔除人工砂中多余的石粉，具有成品砂石粉含量易控制，有用料损失少，成品率高等特点。

②由于选粉机正常运行时进料含水率较低，系统需采用干法生产，人工骨料加工系统设计需重视进行防尘、降尘设计，并采取防雨措施。

③通过优化各料仓和堆场的调节功能，人工骨料加工系统中使用的选粉机雨季也能正常生产。

◎作者简介：

秦 明，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石三滩项目部总经理。

刘漫远，男，高级工程师，二滩水电开发有限责任公司。

齐拥军，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石三滩项目部总工程师。

邹宏超，男，工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石三滩项目部。