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在人工砂石料生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中，破碎和制砂設(shè)備是主要的砂石生產(chǎn)設(shè)備，其設(shè)備性能的的好壞直接影響著整個人工砂石加工系統(tǒng)的投資和生產(chǎn)成本。縱觀人工砂石料系統(tǒng)制砂工藝的發(fā)展歷程，目前國內(nèi)外破碎和制砂設(shè)備廠家繁多，品種多樣，其性能和價格也各有千秋。如何選擇合適的破碎、制砂設(shè)備，以保證人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)合理性是人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的主要課題。

下岸溪人工砂石生產(chǎn)加工系統(tǒng)是長江三峽工程二、三期工程混凝土施工所需成品砂和部分石料的主要生產(chǎn)基地。下岸溪料場位于三峽壩址下游12km處的雞公嶺，料場巖石為斑狀花崗巖，另有少量輝綠巖晶脈等分布。斑狀花崗巖一般呈灰白色或肉紅色。粗粒斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。巖石整體性能較好，抗壓強(qiáng)度高，磨蝕指數(shù)較大。

1、設(shè)計規(guī)模

根據(jù)三峽工程混凝土施工計劃和人工碎石總體平衡要求，下岸溪人工砂石系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模需滿足如下條件。

1)2000年高峰月混凝土澆注所需55.59萬m3的人工砂和12.9萬m3的碎石供應(yīng)要求；

2)2001年高峰月混凝土澆注所需40.4萬m3的人工砂和23.9萬m3的碎石供應(yīng)要求；

3)2004年高峰月40.4萬m3混凝土人工砂和碎石的供應(yīng)要求。

實(shí)行每月25d，每天20h的工作制度。從設(shè)計處理規(guī)模上看，下岸溪人工砂石料生產(chǎn)加工系統(tǒng)是目前世界上較大的砂石料生產(chǎn)和加工基地。

經(jīng)過系統(tǒng)的典型工藝流程計算，各個車間要求處理量如表1。

表1

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車間名稱設(shè)計取值(t/h)車間名稱設(shè)計取值(t/h)

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粗碎車間2400破碎車間1020預(yù)篩分車間2400超細(xì)碎車間1440中碎車間1180檢篩車間1440篩分車間2700棒磨車間200

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說明：預(yù)篩分、篩分、檢篩車間將不作為本文研究范圍。

2、主要車間設(shè)備配置概況

下岸溪砂石加工系統(tǒng)破碎和制砂設(shè)備配置情況如表2所示。滿負(fù)荷試驗(yàn)表明：主要設(shè)備的生產(chǎn)能力均已達(dá)到設(shè)計要求，設(shè)備運(yùn)行情況基本正常，產(chǎn)品特性基本達(dá)到設(shè)計要求。各設(shè)備實(shí)際處理能力如表3所示。

表2

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車間名稱設(shè)備名稱型號單位數(shù)量

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粗碎車間旋回破碎機(jī)PXZ-900/130臺2旋回破碎機(jī)M-Ⅱ-50-65臺2中碎車間圓錐破碎機(jī)HP-500ST-F臺2細(xì)碎車間圓錐破碎機(jī)HP-500ST-F臺3圓錐破碎機(jī)PYT-Z2227臺2超細(xì)碎車間立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)B-9100臺3立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)B-9000臺2棒磨機(jī)MBZ2136臺6

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表3

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名稱型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產(chǎn)量(t/h)功率(kW)

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旋回破碎機(jī)50-65MK-Ⅱ～～旋回破碎機(jī)PXZ～～圓錐破碎機(jī)HP-500STC～50430～圓錐破碎機(jī)HP-500STF～50290～圓錐破碎機(jī)PYZ-Z～立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)B9000、B9100<棒磨機(jī)MBZ～60210

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50-65MK-Ⅱ、B9000、B9100等破碎設(shè)備均是在國內(nèi)使用。總的說來，它們普遍具有生產(chǎn)性能良好、生產(chǎn)效率高、維護(hù)方便等特點(diǎn)；但B9000、B9100等設(shè)備卻具有易損件更換頻率大，造成生產(chǎn)成本高等缺陷。

3、設(shè)備的選型和配置方案

下岸溪人工砂石系統(tǒng)的設(shè)計、建筑安裝和生產(chǎn)運(yùn)行由宜昌三峽工程建設(shè)三七八聯(lián)營總公司全過程承包，從選型設(shè)計的過程看，破碎和制砂設(shè)備的選型經(jīng)歷了投標(biāo)設(shè)計、施工設(shè)計和增容設(shè)計階段。

4、投標(biāo)設(shè)計階段

本階段破碎和制砂設(shè)備的選型主要依據(jù)是響應(yīng)招標(biāo)文件的要求，選擇能滿足生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)備，考慮的是系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，設(shè)備選型的范圍主要是國產(chǎn)設(shè)備。粗碎車間選用國產(chǎn)PXZ900/130液壓旋破碎機(jī)；中碎車間選用國產(chǎn)PYT-B2235標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī)；細(xì)碎車間選用國產(chǎn)PYT-Z2227中圓錐破碎機(jī)；超細(xì)碎車間選用美國Noxdberg生產(chǎn)的HP700高性能圓錐破碎機(jī)；棒磨車間選用國產(chǎn)MBZ2136周邊排礦棒磨機(jī)。各車間主要設(shè)備配置見表4，上述破碎設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表4

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車間名稱設(shè)備名稱型號單位數(shù)量

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粗碎車間旋回破碎機(jī)PXZ-900/130臺2中碎車間圓錐破碎機(jī)PYT-B2235臺3PYT-Z2227臺2細(xì)碎車間圓錐破碎機(jī)PYT-D2213臺5超細(xì)碎車間圓錐破碎機(jī)HP-700臺5棒磨車間棒磨機(jī)MBZ2136臺6

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表5

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型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產(chǎn)量(t/h)功率(kW)重量(t)

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PXZPYT-B80PYT-Z80PYT-DHP700<MBZ28

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下岸溪人工砂石系統(tǒng)投標(biāo)設(shè)計由于時間短，設(shè)計人員無法對國內(nèi)外設(shè)備進(jìn)行全面比較，投標(biāo)設(shè)計選型研究相對比較粗糙。從各個車間設(shè)備選型配置情況看，主要存在如下問題。

①粗碎、中碎、細(xì)碎全部采用國產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)量低，產(chǎn)品粒形差；

②設(shè)備數(shù)量多，配套工程費(fèi)多；

③超細(xì)碎車間設(shè)備配置價格昂貴。

5、施工設(shè)計階段

破碎和制砂設(shè)備的選型是施工設(shè)計階段中重要的設(shè)計內(nèi)容之一。本階段的設(shè)備選型是在設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外破碎制砂設(shè)備的性能進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計。在保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的前提下，進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性。施工設(shè)計各車間設(shè)備配置情況見表6。所選設(shè)備的主要技術(shù)性能參數(shù)見表7。

表6

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車間名稱設(shè)備名稱型號單位數(shù)量

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粗碎車間旋回破碎機(jī)PXZ-900/130臺2中碎車間圓錐破碎機(jī)HP-500ST-C臺2細(xì)碎車間圓錐破碎機(jī)HP-500ST-F臺2圓錐破碎機(jī)PYT-Z2227臺2超細(xì)碎車間立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)B-9100臺3立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)B-9000臺2棒磨車間棒磨機(jī)MBZ2136臺6

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表7

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型號給料口尺寸(mm)給料尺寸(mm)排料口范圍(mm)產(chǎn)量(t/h)功率(kW)重量(t)

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PXZ～～～HP-500STC～50430～HP-500STF～50290～PYT-Z～B900<.8MBZ～

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從投標(biāo)設(shè)計與施工設(shè)計中可以看出，破碎制砂設(shè)備選型變化很大，這樣提高了本系統(tǒng)技術(shù)上的先進(jìn)性。所選用的兩種設(shè)備屬于先進(jìn)、國內(nèi)使用，即：沖擊式破碎機(jī)B9000和圓錐破HP500。物料一部分供給高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，一部分通過破碎腔，在離心力作用下向轉(zhuǎn)子外高速投射，線速度達(dá)60m/s，與破碎腔內(nèi)物料相撞擊而破碎，由轉(zhuǎn)子拋射的物料與腔內(nèi)物料成直角碰撞，繼而產(chǎn)生物料在腔內(nèi)旋流，高效率發(fā)揮破碎性能，由此出現(xiàn)的石擊石，使得產(chǎn)品粒形多呈立方體。

表8

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粒徑組成(%)進(jìn)料量產(chǎn)砂量產(chǎn)砂率

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t/ht/h%40～2020～1010～5<5

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.118.222.421.338.1

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表9

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篩孔尺寸(mm)分級篩余(%)累計篩余(%)

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50.272.514.8615.121.2518.3033.421.0330.2263.640.31520.0283.660.168.8592.51<0.167.49100細(xì)度模數(shù)2.88

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HP500有處理能力大，過載、過鐵保護(hù)功能先進(jìn)，制造緊密運(yùn)行性能可靠， 產(chǎn)品粒形好的特點(diǎn)。

其構(gòu)造與圓錐破碎機(jī)大體相同，破碎力大，可用來處理>150和<5mm的石料，只需更換定錐襯板即可。經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)運(yùn)行，其產(chǎn)品粒徑產(chǎn)量均能達(dá)到設(shè)計要求，檢驗(yàn)表如表10和表11。

表10

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級 配(mm)次數(shù)產(chǎn)量

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(t/h)80～4040～2050～5<5

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1428.745.530.711.512.92464.844.426.412.312.4平均446.84528.611.912.6

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表11 HP-500ST-F

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級配(mm)次數(shù)產(chǎn)量

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(t/h)>4040～2020～5<5

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1368.80.517.949.333.1

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2418.33446.916.644.439.54435.65417.60.516.446.936.3

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下岸溪人工砂石系統(tǒng)的施工設(shè)計與投標(biāo)設(shè)計相比較有以下特點(diǎn)。

①破碎設(shè)備采用了的先進(jìn)設(shè)備，與下岸溪人工砂石系統(tǒng)這一目前世界上跨世紀(jì)工程相匹配，技術(shù)上先進(jìn)；

②設(shè)備的購置費(fèi)大為節(jié)約，原投標(biāo)設(shè)計國產(chǎn)設(shè)備費(fèi)為2288萬元，進(jìn)口設(shè)備在上海到岸價格415萬美元，考慮進(jìn)口設(shè)備匯率和增值稅等，折合4855元，而施工設(shè)計國產(chǎn)設(shè)備費(fèi)為1099萬元，進(jìn)口設(shè)備265萬美元折合人民幣3090萬元，兩項(xiàng)合計破碎，制砂設(shè)備的購置費(fèi)4189萬元，施工設(shè)計破碎、制砂設(shè)備的購置費(fèi)節(jié)約人民幣2954萬元。

6、增容設(shè)計階段

1998年古樹嶺人工碎石加工料源經(jīng)測量存在較大缺口，不能滿足二期工程人工骨料的需求，總公司決定提前實(shí)施下岸溪人工砂石加工系統(tǒng)擴(kuò)建，使其具有成品碎石生產(chǎn)能力。本次設(shè)計是在總結(jié)前兩次設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。各個車間設(shè)備配置情況如表2所示；單臺設(shè)備實(shí)際處理能力如表3所示。

本次設(shè)計選用了國內(nèi)先進(jìn)的50-65MK-Ⅱ旋回破碎機(jī)。該機(jī)由SVEDALA公司生產(chǎn)。

其構(gòu)造與目前國內(nèi)的旋回破碎機(jī)的主要區(qū)別是：偏心套齒輪在底部，傳動方式為電動機(jī)與傳動軸直聯(lián)，傳動齒輪為螺旋傘齒。破碎原理為軸作旋擺運(yùn)動，破碎圓錐時而靠近、時而離開固定錐表面，頻率為178次/min，從而使入破碎腔的礦石不斷受到擠壓和彎曲作用而被破碎，被破碎的礦石靠自重從破碎腔底部排出。

該破碎機(jī)較國內(nèi)同型號破碎機(jī)比較，具有如下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕(為同類型的3/5)，②機(jī)座鑄件設(shè)有氣管通道，可為動錐運(yùn)動時，提供正壓環(huán)境。防止?jié)櫥突赜拖鋾r將巖塵被吸入油箱，和巖塵沉淀在偏心套內(nèi)外銅套上，而加快銅套碗形支承軸承磨損。③主傳動齒為一對螺旋傘齒，從而有運(yùn)行平穩(wěn)，重合度大，承高速重載的特點(diǎn)。④破碎機(jī)配有動錐位置傳感器，以指示動錐位置。⑤具有重載啟動的能力。

50-65MK-Ⅱ破碎機(jī)生產(chǎn)能力試驗(yàn)成果見表12、13。

表12

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開口(mm)取樣長度(m)樣品重量(kg)實(shí)測帶速(m/s)生產(chǎn)能力(t/h)

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....

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表13 產(chǎn)品級配試驗(yàn)表

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粒級

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重量(kg)含量(%)重量(kg)含量(%)重量(kg)含量(%)

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>15784.41157.113.82185.713..629.09316.127.81364.327..220.72206.618.18312.623..212.48120.810.62138.710..115.52154.413.58164.212.27<5315.117.78181.815.97173.712.97合計1772...2100

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7、經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

系統(tǒng)的滿負(fù)荷工藝試驗(yàn)表明：破碎、制砂設(shè)備在生產(chǎn)能力及粒度要求均滿足了選型要求。但是在系統(tǒng)投入運(yùn)行的這段時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯存在下列不足之處。

1)備品、備件多。由于系統(tǒng)破碎設(shè)備品種多，生產(chǎn)廠家也多，造成備品、備件庫存量大及采購困難。

2)易損件消耗量大，生產(chǎn)成本高。由巖石的化學(xué)成份知，二氧化硅含量72.21%，從礦物成份中知，石英含量31.6%～42.7%，經(jīng)驗(yàn)表明，二氧化硅含量對破碎機(jī)的錳鋼材料的達(dá)到冷作硬化度有極大的影響，造成磨損量大。因錳鋼制造的襯板，具有適應(yīng)破碎過程和磨損的冷作硬化特性，即在破碎壓力持續(xù)作用下，硬度可以從布氏200～220HB上升到350～380HB，而二氧化硅，能夠使冷作硬化條件阻止，從而使磨損加快。

3)系統(tǒng)除塵、噪音有待改善。特別是棒磨車間的工作環(huán)境惡劣。

4)對進(jìn)口設(shè)備的消化吸收方面還明顯存在不足，導(dǎo)致在對進(jìn)口設(shè)備的使用中走了許多彎路，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5)在各車間設(shè)備的選型上應(yīng)注重國內(nèi)外設(shè)備的合理搭配。設(shè)備的技術(shù)先進(jìn)性與購置經(jīng)濟(jì)性始終是相互矛盾的兩方面，如何把握這個度，這是有待進(jìn)一步研究的問題。