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1、概述
    水利水電、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)和建筑等行業(yè)都有砂石料系統(tǒng)，砂石料系統(tǒng)作為項(xiàng)目的主要組成部分，越來越受到重視，特別是砂石料的質(zhì)量直接關(guān)系到工程質(zhì)量，使得砂石料生產(chǎn)和管理漸漸成為一項(xiàng)較為專業(yè)的項(xiàng)目工程。如何選好設(shè)備，如何管好設(shè)備，生產(chǎn)出成本低、質(zhì)量滿足要求的砂石料，是從事砂石料生產(chǎn)管理人員的主要工作內(nèi)容。
    因施工項(xiàng)目對(duì)砂、骨料要求嚴(yán)格、設(shè)備種類和形式較多，產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，為了達(dá)到骨料技術(shù)指標(biāo)，只有利用較先進(jìn)的礦山設(shè)備，有機(jī)組合并科學(xué)應(yīng)用，才能滿足項(xiàng)目業(yè)主和規(guī)范要求。
    立式破碎機(jī)是國(guó)內(nèi)外制砂設(shè)備商爭(zhēng)奪市場(chǎng)的焦點(diǎn)，以國(guó)外較早生產(chǎn)的石打石破碎機(jī)為主導(dǎo)。國(guó)內(nèi)幾大知名制造廠對(duì)石打石立式制砂機(jī)，有了較深入研究，不斷更新產(chǎn)品，搶占制砂新領(lǐng)域，所以國(guó)內(nèi)外“石打鐵”和“石打石”兩種制砂原理的立式破碎機(jī)，發(fā)展日趨完善。
    三峽下岸溪是Barmac9000/9100與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂，Barmac9000利用石打石原理，產(chǎn)砂率32～34%，重慶彭水使用石打鐵VI400與棒磨機(jī)聯(lián)合制砂，貴州索風(fēng)云開始使用VI400制砂后來改為貴州成智破碎王PL-9500SD，四川武引和貴州光照采用貴州成智破碎王PL-9500SD。由于VI400目前產(chǎn)砂率僅30%，而國(guó)內(nèi)設(shè)備成智破碎王處理能力接近VI400的處理能力，達(dá)到300t/h，產(chǎn)砂率>50%，所以立式破碎機(jī)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備占領(lǐng)的趨勢(shì)。
2、立式破碎機(jī)工作原理
    以三峽下岸溪的Barmac9000和重慶彭水的VI400為例。
    (1)“石打石”原理：物料由進(jìn)料斗進(jìn)入破碎機(jī)，經(jīng)分料器將物料分成兩部分：一部分由分料器進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中，在葉輪內(nèi)迅速加速，其加速度可達(dá)數(shù)倍重力加速度，然后以60～64m/s的速度從葉輪三個(gè)均布的流道內(nèi)拋射出去，首先同由分料器四周自由落體的一部分物料沖擊破碎，然后一起沖擊到渦動(dòng)腔物料襯板上，被物料襯墊反彈，斜向上沖擊到渦動(dòng)腔的項(xiàng)部，又改變其運(yùn)動(dòng)方向，偏離向下運(yùn)動(dòng)，從葉輪道發(fā)射出來的物料形成連續(xù)的物料幕。這樣，一塊物料在渦動(dòng)破碎腔內(nèi)受到兩次以至多次機(jī)率撞擊，磨擦和研磨破碎，形成一定云狀懸浮顆粒，在破碎腔內(nèi)作環(huán)繞沖擊等多種運(yùn)動(dòng)形式。旋轉(zhuǎn)顆粒持續(xù)這種狀態(tài)5～20s后，靠自重掉離破碎腔，進(jìn)入下道工序。其特征是物料在加速時(shí)靠心臟部件葉輪加速，大多數(shù)顆粒直接與葉輪耐磨件接觸獲得能量，一旦射出葉輪，所有破碎過程中的物料均不再與設(shè)備金屬元件直接接觸，而是與物料襯層發(fā)生沖擊、磨擦或者物料與物料作高速撞擊而破碎，即石打石。
    (2)“石打鐵”工作原理：物料由進(jìn)料斗進(jìn)入破碎機(jī)，經(jīng)進(jìn)料槽進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中，在葉輪內(nèi)迅速加速，其加速度可達(dá)數(shù)百倍重力加速度，然后以56—66m/s的速度從葉輪三個(gè)均布的流道內(nèi)拋射出去，具有較大動(dòng)能的物料與破碎腔內(nèi)的周邊圓錐鐵砧相碰撞，大部分物料將動(dòng)能瞬間轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生撞擊力和磨擦力，物料在撞擊力作用下，沿物料薄弱斷面如礦物的分界線、接合部位和微小裂隙等斷裂，變成細(xì)小顆粒，能量消耗的物料因自重落入下部卸料腔，部分物料還是具有動(dòng)能的，從鐵砧反彈回，從葉輪流道發(fā)射出來的物料碰撞而加速，再次與鐵砧撞擊，這樣，一塊物料在破碎腔內(nèi)兩次或多次撞擊鐵砧，通過撞擊、磨擦和研磨破碎，形成流體狀物料混合物，從卸料腔內(nèi)排出。
3、適用環(huán)境
    三峽下岸溪破碎物料是斑狀花崗巖，干抗壓強(qiáng)度138. 8～175MPa，主要化學(xué)成分Si02占72. 21%，花崗巖對(duì)葉輪的接觸部位磨蝕相當(dāng)快，利用石打石原理減少鐵耗，減少維護(hù)、保養(yǎng)時(shí)間是選型的主要依據(jù)，在1996年試運(yùn)行中Barmac9000剛投入使用每100h左右就需要更換一次拋料頭，每180h左右就必須更換拋料頭夾塊耐磨板，所以石打鐵原理不適于這種高強(qiáng)度和高磨蝕性材料。而重慶彭水砂石系統(tǒng)是石灰?guī)r，飽和抗壓強(qiáng)度78～92MPa，磨蝕性低，為了防止石打石出現(xiàn)過粉現(xiàn)象，選用石打鐵的VI400，目前生產(chǎn)中磨蝕速度小。
4、Bamac9000與VI400處理能力
4.1作進(jìn)料量與級(jí)配檢測(cè)，1#與2#巴馬克進(jìn)料分別在l#與2#進(jìn)料皮帶機(jī)上取樣，測(cè)試情況見表1。每臺(tái)巴馬克設(shè)計(jì)處理能力為385t/h，從表中可以看出，14巴馬克進(jìn)料量偏低，但進(jìn)料級(jí)配都比較理想。l#與2#巴馬克出料分別在1#與2#出料皮帶機(jī)上取樣，測(cè)試情況見表2。
    由表可知，l#Barmac生產(chǎn)能力較設(shè)計(jì)值偏小，主要原因是進(jìn)料量偏低，2#Barmac生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計(jì)值。兩臺(tái)Barmac產(chǎn)品中砂的百分率分別達(dá)到46.11%和40.25%，分別扣除進(jìn)料中砂的百分率9. 78%和6.58%，得出實(shí)際產(chǎn)砂率分別為36. 33%和33. 67%，已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)產(chǎn)砂率35%。
    Barmac制砂細(xì)度模數(shù)一般在2.7～2.9之間，單臺(tái)產(chǎn)量可達(dá)到每小時(shí)70多噸；經(jīng)調(diào)節(jié)進(jìn)料粒度、進(jìn)料量，細(xì)度模數(shù)可以達(dá)到2.5～2.7。
    比較兩臺(tái)Barmac，當(dāng)進(jìn)料量超過其生產(chǎn)能力，產(chǎn)砂率有所下降，另外，40～20mm粒徑料偏多時(shí)也會(huì)降低產(chǎn)砂率。這一結(jié)論，在后續(xù)生產(chǎn)實(shí)踐中得到了證明。當(dāng)主要進(jìn)料為40～20mm時(shí)，產(chǎn)砂率很低；當(dāng)主要進(jìn)料為20～5mm時(shí)，產(chǎn)砂率也不理想；只有當(dāng)40～20mm粒徑料占30～35%，其余為20～5mm時(shí)，產(chǎn)砂率最高，可以達(dá)到40%的產(chǎn)砂率。但系統(tǒng)中無法保證最好的進(jìn)料級(jí)配，因?yàn)槭艿匠善飞爸惺�粉含量與細(xì)度模數(shù)制約。一般情況下，進(jìn)料中40～20mm與20～5mm各占一半，產(chǎn)砂率在30%左右波動(dòng)。
4.2 VI400進(jìn)料量及級(jí)配檢測(cè)結(jié)果
    選擇32#膠帶機(jī)作測(cè)試。
    (1)從表4和表5可以看出，進(jìn)料為混合料，其中中石與米石比例為1：2，破碎后的產(chǎn)品中<5mm的僅29%，即進(jìn)料中20～40mm含量占30%時(shí)，產(chǎn)砂效果較好，產(chǎn)砂率在32%左右，且進(jìn)料含水率不大于10%和<5mm顆粒不大于3%;當(dāng)進(jìn)料中20—40mm含量<25%時(shí)，產(chǎn)砂效果變差，產(chǎn)砂率下降到20%左右。
    (2)從表6可以看出，VI400所產(chǎn)砂在上述處理?xiàng)l件下，細(xì)度模數(shù)為3.16，石粉含量為9. 53%，由于經(jīng)三篩3.5mm×3.5mm篩網(wǎng)后，<5mm物料中3.5mm以下占75%，按照VI400產(chǎn)砂率30%計(jì)算，進(jìn)入成品倉的砂為55～60t/h．臺(tái)。
    選擇31#-33#膠帶機(jī)中的一條，分別開啟2個(gè)弧門進(jìn)料，  39#取樣篩析，級(jí)配情況按表5，表6記錄。
5、Barmac9000與VI400產(chǎn)砂率因素探討
5.1Barmac9000與VI400平均進(jìn)料量均可達(dá)350t/h，產(chǎn)砂率為30～35%。兩種設(shè)備轉(zhuǎn)子的線速度均在66m/s以下，根據(jù)貴州成智對(duì)破碎王PL-9500SD系列制砂設(shè)備的研究，當(dāng)轉(zhuǎn)子的線速度大于71m/s時(shí)，按“石打鐵”原理可以突破50%的產(chǎn)砂率，甚至接近65%的產(chǎn)砂率，所以提高轉(zhuǎn)子速度是提高產(chǎn)砂率的關(guān)鍵。三峽下岸溪因配置5臺(tái)Barmac9000，沒有就大幅度提高產(chǎn)砂率作深入研究，僅僅圍繞進(jìn)料級(jí)配如何影響產(chǎn)砂率、進(jìn)料量如何影響產(chǎn)砂率作了多次試驗(yàn)，但產(chǎn)砂率最好時(shí)只能達(dá)到33-35%。在彭水工地，由于廠家提供的說明資料表明：VI400產(chǎn)砂率可以達(dá)到56%（指中軟的石灰?guī)r），但實(shí)際產(chǎn)砂率在30%左右徘徊。為了尋求提高產(chǎn)砂率的途徑作了5次試驗(yàn)，在設(shè)備轉(zhuǎn)子的線速度在59m/s、62m/s、66m/s三種條件下試驗(yàn)，產(chǎn)砂率沒有明顯變化。
5.2進(jìn)料級(jí)配對(duì)產(chǎn)砂率有一定影響，立式破碎機(jī)制砂原料主要是中石和小石的混合料，中石比例偏多，中石被加速后攜帶的能量就多，沖擊和碰撞時(shí)能量轉(zhuǎn)化也多，使物料裂變的幾率更大，粗顆粒變成細(xì)顆粒的比例增大，所以產(chǎn)砂率較高。彭水砂石系統(tǒng)由于生產(chǎn)工藝的限制，不可能實(shí)現(xiàn)中石多于小石的進(jìn)料狀況，調(diào)整進(jìn)料級(jí)配在彭水砂石系統(tǒng)沒有多大研究?jī)r(jià)值，這就要求必須以提高轉(zhuǎn)子速度獲得較高的產(chǎn)砂率。
5.3當(dāng)VI400破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子速度提高到66m/s時(shí)，設(shè)備振動(dòng)顯著加大，設(shè)備不能正常運(yùn)行。彭水使用的3臺(tái)VI400破碎機(jī)已不能突破66m/s的轉(zhuǎn)子速度，這與該設(shè)備的主軸結(jié)構(gòu)和軸承配置存在必然聯(lián)系。主軸設(shè)計(jì)和軸承等級(jí)選用是制約轉(zhuǎn)子線速度提高的主要問題。
6、結(jié)論
    只有將立式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子速度突破臨界轉(zhuǎn)速，才能明顯提高產(chǎn)砂率。處理能力在不超過設(shè)備最大能力的范圍內(nèi)，隨著進(jìn)料量的增加，絕對(duì)產(chǎn)砂量相應(yīng)增加，但產(chǎn)砂率沒有明顯變化。進(jìn)料級(jí)配對(duì)產(chǎn)砂率有一定影響，但不管進(jìn)料級(jí)配如何變化，不會(huì)超過最大產(chǎn)砂率。