棒磨机人工制砂过粉碎原因分析

2022-09-10

棒磨机是人工制砂常用设备,往往把过粉碎量少作为其一大优越性。其实,用棒磨机人工制砂时,砂中石粉的含量并不算低,甚至较高。特别是当原料岩石脆性突出,砂的细度模数较小时,石粉含量尤高,有时排料中的石粉含量竟达30%,成品砂中的石粉也往往超标。过多的石粉会带来使流失量增大、成砂率降低、石料不能充分利用;成品砂中石粉含量过高,会使砂的脱水时间延长,砂仓容积增大,而且在脱水过程中容易“固结”;石粉含量过多会增加混凝土中水泥的用量,甚至降低混凝土的性能[1]。因此,弄清棒磨机制砂石粉含量过高原因,采取相应措施予以解决,对加快施工进度、提高工程质量和节约工程投资十分重要。

1 人工制砂技术的发展现状

1.1 人工砂加工技术

人工砂加工按工艺分为湿法制砂和干法制砂两种,无论是湿法还是干法人工制砂,最终除了要获得合格的细度模数和优良的粒度特性外,还要除掉产品中多余的石粉和泥土,降低和稳定成品砂含水率等,我国现行砂石料有关规范中要求人工砂的石粉含量控制在6%~1 2%,含泥量<3%,含水量<5%。

在湿法制砂工艺中棒磨机是最常见的设备,其进料粒径为5mm~25mm,成品中大于5mm碎石含量很少,排出后的产品经螺旋分级机和旋流器分成人工砂和废污泥水,废污泥水最后送至旋转式分级机或沉砂池以回收流失的细砂。

干法制砂典型工艺流程为以5 m m~40mm的碎石为原料给制砂机,通过筛分分级设备剔除大于5 m m碎石和部分2.5 m m~5mm细碎石返回制砂机进行再加工,其小于2.5 mm再分级成0.6m m~2.5m m与小于0.6mm两级,小于0.6mm的细砂料经过空气分级机除掉多余石粉,最后通过混合设备使3中不同粒径均匀混合,获得满足质量要求的人工砂。

1.2 人工砂加工设备的发展

1.2.1 机械制砂原理和常用设备

制砂设备属物料破碎中的超细碎设备,物料机械破碎技术具有近2002年的发展历史,直至目前破碎技术仍以机械破碎为主。岩石在破碎机中破碎一般有挤压、劈碎、折断和冲击破碎等4种形式,大部分破碎机的破碎原理为几种形式的共同作用,岩石在破碎机内破碎主要克服作用于岩石晶体内部的、晶体各质点之间的内聚力,以及作用与晶体与晶体之间和作用于晶体表面的内聚力。岩石能够粉碎主要是克服上述两种内聚力,岩石破碎的难易程度与晶体本省的性质、结构及晶体结构中的错位和微裂纹有很大关系,常用的人工制砂设备有惯性圆锥破碎机、棒磨机、盘式破碎机、冲击式破碎机等形式[2]。

1.2.2 国内制砂设备的使用情况

国内早期人工制砂设备以棒磨机为主,但由于棒磨机运行成本较高,今年来其有逐步被其他形式设备取代的趋势。

2 造成砂过粉碎的原因分析

2.1 钢棒滑落和泻落所占比重

棒磨机是靠其研磨介质钢棒的运动磨碎物料的。同一棒磨机中的钢棒一般具有3种不同的运动形式,而以不同形式运动的钢棒将给予物料以不同的作用。抛落时,钢棒在较高处脱离筒壁,沿抛物线轨迹落下,砸在刚进入筒体的粗粒料上,以其很大的冲击力将这些粗料砸碎成大小不一的碎屑,钢棒泻落时,上层钢棒沿下层钢棒一步一步地向下滚跌,此时,它既对碎屑产生研磨,又给予冲击,使其进一步破碎成更小的颗粒。而滑落时钢棒仅因相对滑动或自身的滚动而产生研磨作用。虽然钢棒抛落时产生的冲击力很大,但它却不可能成为物料过粉碎的主要原因,这是因为:岩块在快速冲击作用下,破坏强度将大大提高,可能达到其静力强度的数倍;岩块在冲击作用下呈脆性破坏。这种破坏主要是由岩块内部已有的脆弱面的破坏引起的,而这些脆弱面的数量是有限的;抛落钢棒对岩块的冲击作用是瞬时的,一次性的。当岩块破碎成碎屑后,它便落入棒间缝隙和粗粒岩块的空隙中,从而避免了抛落钢棒的再次冲击。

滑落和泻落则不同,它们的作用对象都是已被初碎到一定程度的岩屑。前者虽然所占的比重很小,但岩屑被夹持着离开钢棒的着落区时是处于靠近衬板的少数几层钢棒的缝隙中的,其上面的钢棒压重很大,所以此时钢棒对岩块的压力很大,研磨作用较强。泻落虽然仅发生在表面几层钢棒,岩屑所受压重较小,但此时钢棒既有冲击作用,也产生研磨,它使岩屑内的压应力和剪应力都较高。由于岩屑的抗剪强度远低于其抗压强度,故岩屑更容易被剪破,而且钢棒泻落时对岩屑的作用次数多,作用时间较长。更主要的是,在实际生产条件下,泻落所占的比重最大,因此泻落和滑落才是引起过粉碎的根本原因[3]。

2.2 棒径偏小

棒磨机钢捧之间存在着条形缝隙,这些缝隙可及时地接纳已被初破到一定程度的碎屑。使之避免遭受钢棒抛落时的再次冲击,并使已达到细度要求的颗粒沿缝隙被水冲出筒体,因而棒缝能起到一定的“筛分”作用。显然,棒缝横截面大,则它所接纳的碎屑便粗,碎羼中的细粒受研磨的机会少。过粉碎现象也就轻。反之,则过粉碎将加重。在正常生产情况下,钢捧不断地磨损,其直径逐渐变小,捧缝也相应变小。然而,运行过程中往往不能及时检除这些已磨细到一定程度的钢棒。这样,虽然定期加入新棒,钢捧的级配也常常偏细。

2.3 物料停留时间过长

岩块进入棒磨机筒体后,先在抛落钢棒的冲击作用下初碎成碎屑,然后在滑落和泻落钢棒的冲击、研磨作用下进一步粉碎。显而易见,如果被磨碎到所需粒度的物料能及时地排出筒体,那么,过粉碎现象将大大减少。否则,物料反复遭受钢棒的研磨,一破再破,必然形成较多的石粉。由此可知,物料在筒体中逗留的时间过久,即遭受钢棒的研磨时间过长,也是造成过粉碎的重要原因。

目前,用于制砂的棒磨机一般都为湿式中间周边排料式。这种棒磨机是依靠水力排料的。显然,水的流速大,则其挟砂能力强,易于将细物料冲出筒体;但若水的流速过大,其挟砂能力过强,则将使一部分粗粒被带出而形成超径现象,为避免发生这种情况,生产中不得不减少加水量。这样一来,料浆浓度便往往较高,常在70%以上,也使它成为引起过粉碎的重要原因。

2.4 进料量

在生产过程中,砂的细度模数一般都是通过进料量来控制的。这样,在生产细度模数较小的砂时,棒磨机的进料量往往较少。此时,由于简体内物料的有效体积减小,在其它条件不变的情况下,单位体积物料所受的冲击力和研磨力都将增大,亦即物料的实际破碎比功增加,因而容易造成实际破碎比功过大,引起较严重的过粉碎。

3 结语

用棒磨机磨碎不同岩石时,为了保证在成品砂的细度模数符合要求的前提下,尽量减少砂的过粉碎和提高棒磨机的处理能力。过去的试验中,衬板的表面结构形式、筒体的工作转速以及分级方法等这样一些对过粉碎现象起决定性作用的因素都是被当作固定因素考虑。导致优选出的生产条件不能完全与岩石的物理力学性质相适应,过粉碎现象得不到根本解决。为此,在今后的正交试验中,应该重视这些因素的作用,将其纳入试验因素中一并考虑。才有使过粉碎问题得到根本解决。

摘要：叙述了人工制砂技术及设备的发展现状,从钢棒滑落泻落所占比重、棒径偏小、物料停留时间过长、进料量小等方面叙述了过粉碎的原因。

关键词：棒磨机,人工制砂,过粉碎