礦石綜合利用工藝生產(chǎn)線設計體會

　　本人曾主持并設計過一條以石灰?guī)r為原料的碎石生產(chǎn)線的全套工藝及總圖設計，該項目從前期配合至最終投產(chǎn)，歷時近一年半時間，從現(xiàn)在生產(chǎn)的實際情況來看，已完全達到當初設計的意圖，整套系統(tǒng)能長時間超設計能力約15％平穩(wěn)運行，基本上將當初設計時所預留的各環(huán)節(jié)的富裕生產(chǎn)能力全部發(fā)揮出來了。聯(lián)想到我們目前的建材礦山所剝離的大部分廢石，均具有較高的強度與硬度，剝離時對其的開采成本與開采礦石其實是一樣的，這些所謂的廢石均可以用來破碎成合格的建筑碎石，該項目的成功實施為這些資源的大規(guī)模綜合利用提供了一個比較好的借鑒經(jīng)驗，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，能節(jié)約廢石場所占用的土地。與目前我國數(shù)量眾多的小規(guī)模單條碎石生產(chǎn)系統(tǒng)相比較，本項目具有生產(chǎn)能力大（約為前者的十五倍以上）、安全環(huán)保、綜合能耗低、生產(chǎn)管理簡單等優(yōu)點，從礦山環(huán)保與安全等角度出發(fā)，也能減少廢石場所帶來的滑坡等潛在安全隱患，因此這種做法的積極意義是顯而易見的。

　　該生產(chǎn)線設計之初，根據(jù)甲方的委托，要求該線設計年產(chǎn)粒徑為10～40mm的石灰石碎石成品量為195萬t，該條生產(chǎn)線不僅在國內(nèi)是產(chǎn)量最大的一條，在國外也很少見。本人接手該項目之后，依據(jù)該項目生產(chǎn)線的特點，共歸納出如下幾個技術難點：

　　1、 生產(chǎn)線上的主機設備的選擇（主要是破碎機與篩分機，其它輔助設備如板喂機、收塵器、散裝機等可以按常規(guī)計算配置）；

　　2、 工藝布置方案的選擇（因為甲方要求必須采取生產(chǎn)線內(nèi)部循環(huán)破碎工藝，下文還將詳細闡述此點）；

　　3、 總圖的布置。因為甲方僅僅提供一條順已有道路的狹長地帶作為生產(chǎn)線的場地，該場地高低不平，地質(zhì)條件好壞不一，且新的生產(chǎn)區(qū)還必須與現(xiàn)有周邊生產(chǎn)系統(tǒng)進行合理銜接；

　　4、 整套生產(chǎn)線的收塵系統(tǒng)的計算與風量的分配；

　　5、 整套生產(chǎn)線的噪聲控制（碎石在整套生產(chǎn)線內(nèi)部循環(huán)倒運，流程復雜且較長，噪聲的產(chǎn)生不可避免）。

　　以上的幾大難點之中，關鍵之一便是破碎篩分設備的選擇，因為這種工藝線要求破碎機的粉礦率不能太高，否則便會造成資源的浪費。甲方要求成品率（成品量占原礦年產(chǎn)量的比率）不得小于68％，成品中粒級小于10mm粉礦的混入率控制在3％以內(nèi)，且生產(chǎn)線上大于40mm的碎石不得外排，必須在生產(chǎn)線內(nèi)部循環(huán)破碎至粒徑為40mm以內(nèi)。68％的成品率的達到，對于目前我們水泥生產(chǎn)常見的幾種破碎機類型來說很難達到，必須對其它類型的大型破碎機進行仔細的調(diào)研才能決定。另外篩分機的選擇也是個難題，國產(chǎn)大型雙層或三層篩分機的篩分效率不太穩(wěn)定，其實際效果的不確定性也為是否敢在如此大規(guī)模的生產(chǎn)線上使用帶來了不小的疑問。

　　除了以上問題之外，另外工藝布置也必須恰當，應當盡量減少轉(zhuǎn)運存儲等環(huán)節(jié)所造成的對礦石的額外粉碎，以減少粉塵與噪聲的產(chǎn)生。另外可供布置生產(chǎn)線的場地僅為一條順公路一側(cè)的狹長堤坡地形，且大部為濕陷性黃土，總圖的布置受到不小的限制。

　　一、系統(tǒng)主要設備及工藝布置的確定

　　該項目的正式設計開始之后，便開始了設備選型、生產(chǎn)線工藝流程的確定與場地的總圖布置等工作。

　　首要設計原則，是在破碎、輸送及儲存的各個環(huán)節(jié)均應突出考慮提高礦石綜合利用率和降低礦石粉率的原則。在經(jīng)過對目前幾種常用的破碎機的可靠性、破碎比、適應巖石的情況、產(chǎn)量、出入料粒度、出料粒徑分布曲線、設備價格等主要因素進行對比分析之后，又與幾個國內(nèi)外候選廠家進行了幾輪的技術交流與澄清，加上實地的考察，前后歷時五個多月，反反復復，最后選定了某國外專業(yè)生產(chǎn)齒輥式破碎機廠家的三段破碎機作為本生產(chǎn)線的主要破碎設備，大型雙層篩分機最終也因性能上的可靠性而選定了國外設備，至此本生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)設備已基本確定。至于其它配套的重型喂料機、膠帶輸送機、收塵等設備，選用國內(nèi)技術成熟廠家的設備即可滿足本項目的要求。

　　本生產(chǎn)線的總體流程如下：原礦經(jīng)過第一破碎機（亦稱一破）后，通過長膠帶機送至第一篩分機，篩分后物料將被分成三部分：第一部分為小于10mm的礦渣（實際為礦土混合物），通過膠帶機直接送至露天堆場排棄；第二部分為10～40mm的成品礦，通過膠帶機送至成品庫；第三部分為大于40mm的超標礦石，由膠帶機送至第二破碎機（亦稱二破），中碎后經(jīng)第二篩分機，物料被分成兩部分，第一部分粒徑大于40mm的物料被送進第三破碎機（亦稱三破），第二部分粒徑小于40mm的直接通過膠帶機被送至第三篩分機，經(jīng)過三破的物料在被破碎后全部被送至第三篩分機，在物料通過第三篩分機后，物料被分成三部分，第一部分為大于40mm的物料經(jīng)過循環(huán)膠帶機再重新送至第二破碎機，第二部分粒徑為10～40mm的通過膠帶機送至成品庫，第三部分粒徑小于10mm的被送至碎石庫儲存，爾后通過汽車散裝運走。整個系統(tǒng)為循環(huán)閉路破碎篩分工藝。整個系統(tǒng)的工藝流程至此確定下來，見圖一。

　　圖一  系統(tǒng)工藝流程圖

　　二、破碎及篩分能力的確定

　　破碎和篩分機能力以成品粒級（10～40mm）和產(chǎn)量195萬噸/年為確定依據(jù)。在每次破碎后，物料的粒級分布曲線是決定破碎及篩分能力的關鍵因素，國內(nèi)外尚無與本項目相同的例子，但有國外設備廠家提供的類似礦山破碎篩分曲線用于參考，根據(jù)以往的設計經(jīng)驗，據(jù)此曲線進行計算，并考慮一定的設備富余能力，整個系統(tǒng)能力可滿足設計工藝要求。

　　以下為破碎輸送系統(tǒng)的基本計算參數(shù)：每年工作日為330天，3班/天，8小時/班，考慮設備起制動及意外停機等所占時間，每班實際工作時間按6小時/班計，則年實際有效工作時間為5940小時，按年額定生產(chǎn)能力195萬噸/年，折算單位成品產(chǎn)量（10～40mm）為328.3 t/h。

　　礦石經(jīng)過一破及篩分后，粒級區(qū)間為0～250mm，粒級分布區(qū)間及所占比例：

　　0～10mm：占16％（已含原礦中<10mm的粉礦部分）

　　10～40mm：占20％

　　>40mm：占64％

　　一破篩分后>40mm的部分送入二破進行破碎，破碎后粒級區(qū)間為0～100mm，粒級分布區(qū)間及所占比例：

　　0～10mm：占8％

　　10～40mm：占34％

　　>40mm：占58％

　　二破篩分后>40mm的部分送入三破進行破碎，破碎后粒級區(qū)間為0～60mm，粒級分布區(qū)間及所占比例：

　　0～10mm：占18％

　　10～40mm：占75％

　　40～60mm：占7％

　　綜合以上各級篩分曲線，物料在經(jīng)過三次破碎之后，總的物料粒徑分布曲線如下（不考慮循環(huán)閉路）：

　　0～10mm：占27.8％

　　10～40mm：占69.6％

　　40～60mm：占2.6％

　　如果單純依據(jù)上述理論曲線值，系統(tǒng)最終物料粒徑在40～60mm之間的比例僅為2.6％，小于業(yè)主提出的混入率小于3％的要求，可以不用采用循環(huán)閉路工藝，但經(jīng)向國外廠家仔細咨詢，他們認為實際數(shù)值肯定比這個要大些，但量也不會太多，循環(huán)閉路工藝不能省略，因此上述各部分的比例值必須從穩(wěn)妥的角度出發(fā)進行適當?shù)娜藶檎{(diào)整。另外，考慮到礦山覆蓋土層較多，局部還較厚，在采礦過程中不可能將其剝離干凈，根據(jù)業(yè)主已有的使用經(jīng)驗，以及提供的相關資料，該地區(qū)雨雪天每年約30個工作日左右，這期間，物料較為潮濕，篩分機的篩分效率會大大下降，嚴重時“糊篩子”的問題很突出，解決之道便是，臨時性的加大篩孔尺寸，或者干脆取消某層篩網(wǎng)，這樣會額外排棄掉一部分合格的礦石，加大原礦的使用量，根據(jù)各種數(shù)據(jù)估算，一年下來，因雨雪天氣而額外排棄掉的合格礦石約為5萬噸左右。在考慮以上兩種意外情況的基礎之上，進行了本系統(tǒng)篩分后粒徑分布情況及各部分能力的調(diào)整，得出了如下系統(tǒng)能力表，見表一：

　　表一

　　上表中的值僅為計算能力，在對各種設備的生產(chǎn)能力的穩(wěn)定性進行逐一考慮之后，加上適當?shù)母辉Ｏ禂?shù)，再配合廠家設備的現(xiàn)有規(guī)格，最后選定了各主要設備的實際能力要求。

　　三、總圖的布置

　　甲方提供的可供總圖布置的場地大部分為濕陷性黃土，少數(shù)為巖石地基，所以在布置時一方面要考慮現(xiàn)有的場地能實現(xiàn)上述的工藝布置方案，另一方面也要考慮將主要的車間盡量放置在地基較好的地段之上，以節(jié)省土建費用。另外對于這塊起伏較大的狹長地形，也要注意土石方工程量的節(jié)省，以及與現(xiàn)有外部道路的順暢連接，總之工藝布置方案的好壞，決定了整個系統(tǒng)設計是否合理，從而決定整個系統(tǒng)能否達產(chǎn)達標；總圖布置的好壞，決定了整個系統(tǒng)設計是否好用，給人一種直觀的印象。

　　在進行總圖布置時，從眾多的布置方案中，一共選出了三套最有可行性的方案，均能實現(xiàn)以上工藝流程，但所需的建構筑物的數(shù)量相差50％以上，系統(tǒng)內(nèi)部物料轉(zhuǎn)運點的數(shù)量也多少不一。膠帶機數(shù)量最多的一個方案多達14條，最少的一個為9條。所需場地在縱向上最長的一個方案為約350m，最短的僅為220m左右，但轉(zhuǎn)運點集中，噪聲的控制成了關鍵。建構筑物在高度上，各個方案也相差較大，最高的與最矮的相差一倍以上，另外幾個篩分機是否布置在一棟建筑物內(nèi)也頗費思量。總之既要考慮各種設備在高度上的互相滿足，又要考慮膠帶機在國家規(guī)定縱坡度以內(nèi)能布置得開，還不能讓轉(zhuǎn)運點過于集中，造成收塵系統(tǒng)的布置困難，以及噪聲的產(chǎn)生等等。

　　在對三套方案進行仔細對比之后，又充分征求了甲方的意見，最后略作修改，選定了如下這套方案，作為本項目的總圖實施方案，見圖二。

　　圖二  系統(tǒng)總平面布置示意圖

　　四、調(diào)試時的使用情況及相應問題的處理

　　整個系統(tǒng)投產(chǎn)之后，很快達到了預定的設計能力，并能平穩(wěn)地運行，證明當初對各個環(huán)節(jié)所預估的設計值與實際的情況吻合的較好，根據(jù)各個出料口的膠帶機上所裝設的電子皮帶稱所顯示的能力數(shù)據(jù)來看，盡管部分環(huán)節(jié)上與設計數(shù)據(jù)有一些出入，但都在預估范圍之內(nèi)，各個設備的能力基本上都發(fā)揮出來了，沒有出現(xiàn)能力浪費的現(xiàn)象，很快甲方對整個系統(tǒng)的運行進行了調(diào)整，加大了系統(tǒng)的生產(chǎn)量，從投產(chǎn)到現(xiàn)在的近兩年時間里，系統(tǒng)一直穩(wěn)定在超設計能力約15％的產(chǎn)量上運行，沒有出現(xiàn)大的問題，很多環(huán)節(jié)的設備能力在超過設計值之后基本上都達到了飽和值。

　　但在投產(chǎn)之初，也出現(xiàn)了一些小的問題，例如個別設備的調(diào)試問題、少數(shù)設備局部的改造、膠帶機的跑偏、土建問題的處理、少數(shù)膠帶機接料點的非標改造等等，這些問題都很快被解決了，但有些問題卻很頭疼，處理了一段時間才解決，主要是粉塵與噪聲。盡管在工藝布置過程中，這些問題已經(jīng)給予了極大的注意，工藝布置為此還特意進行了不小的變動，從實際效果來看，大部分的車間與轉(zhuǎn)運點的情況都與設計預期相差不大，但仍有幾個環(huán)節(jié)的效果不太理想，揚灰比較大，噪聲也超標，主要是集中在綜合篩分車間的第一層的平面上，其中從第一篩分機的第一下料口的非標溜子與下部接料膠帶機的接口處，粉塵最大，噪聲也不小，另外三臺篩分機的頂部非標蓋子密封也不嚴實，這些地方的非標件以后均進行了重新改裝制作。

　　關于篩分樓第一層出現(xiàn)的粉塵量比較大的問題，經(jīng)過實地仔細觀察，發(fā)現(xiàn)附近好幾處應該密封嚴實的地方都密封不好，但該處溜子所溜的物料，均是從第一篩分機的上層篩網(wǎng)上所下來的物料，物料的粒度均大于40mm，實際尺寸是絕大部分物料都在100mm以上，少數(shù)甚至在300mm左右，物料在經(jīng)過第一破碎機破碎之后，自由面都新鮮光凈，僅極少數(shù)還帶有未被篩凈的泥印。沒有想到的是，這些物料經(jīng)過溜子溜至膠帶機帶面上之后，物料經(jīng)過互相撞擊摔打，新產(chǎn)生的粉塵量大大超出當初設計時所估計的量，也大大超過我們一般礦山物料轉(zhuǎn)運點的揚塵量。在對所有縫隙進行重新密封，加大閘閥流量之后，該處粉塵問題依然沒有完全解決，在對整個收塵系統(tǒng)設備進行全部仔細檢查之后，發(fā)現(xiàn)通風機的風壓值比設計值偏小約四分之一，另外當初預估此處揚塵量時也沒有給予足夠的富裕系數(shù)，最后根據(jù)整個篩分車間的收塵系統(tǒng)的風量風壓進行重新平衡計算，增加了一臺收塵器，才算徹底解決粉塵這個問題。

　　至于該處的噪聲問題，因為對物料在溜子內(nèi)部的下落軌跡沒有完全預估準確，導致物料來回撞擊非標件鋼板而產(chǎn)生較大的噪聲，而鋼板產(chǎn)生噪聲的大小，又是隨著鋼板的厚度而顯著降低，該處非標鋼板的厚度為20mm，再往上加厚對噪聲值的減低已經(jīng)不太顯著，只能對非標的形狀進行徹底的改變，以改變物料現(xiàn)有的下落軌跡，或者是非標件內(nèi)部內(nèi)襯耐磨的高分子橡膠襯板，但后者一是價格較高，加工費時，二是其被物料磨穿之后更換也較麻煩，后續(xù)維護工作量較大，因此最后還是通過對非標件進行反復改制，才將噪聲減至正常水平。

　　三臺篩分機的頂部蓋子非標，全部由當初的薄鋼板改成了由小斷面方鋼管、工字鋼、薄鋼板、槽鋼、2mm厚的橡膠防灰布、塑料卡子加上少量的螺栓螺母等組成的輕巧頂蓋，制作極其簡單，造價低，外形也美觀，防塵效果理想。

　　五、一點設計體會

　　針對此類的工藝系統(tǒng)，盡管沒有我們常規(guī)水泥工廠的生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，但因為是第一次設計，沒有可套用的任何資料，所以在一些事先沒有想到的環(huán)節(jié)仍然出現(xiàn)了一些麻煩。對于整套系統(tǒng)的工藝布置來說，可行的工藝布置方法肯定不只一套，但最適合的可能只有一個。本項目在與外商談判過程中，不同的國外廠家就提出了不同的工藝布置方法，對于這些工藝布置圖，本人最后都沒有采用，而是根據(jù)現(xiàn)場總圖布置的場地，結(jié)合那幾家的布置特點，自己設計了一套工藝流程圖，簡單而緊湊，也完全實現(xiàn)了業(yè)主的要求。因此在制定此類較為復雜的生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程圖時，一定要充分貫徹業(yè)主意圖、結(jié)合擬采用的設備特點、結(jié)合總圖布置的場地特點、充分利用平面的寬度與立面的高度來綜合進行。

　　系統(tǒng)各部分能力的預估與計算，是關系到該生產(chǎn)線日后能否順利達標達產(chǎn)的關鍵，本系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的物料流量的波動系數(shù)各不一樣，各種設備所能承受的能力波動范圍也不相同，另外大小膠帶機共11條，在不大的場地內(nèi)，繞來繞去，每條膠帶機的能力均大小不一，這其中，如果一個環(huán)節(jié)的能力不配套，就會產(chǎn)生“卡脖子”現(xiàn)象，因此在進行能力計算時，要根據(jù)各種設備的自身特點，適當考慮富裕系數(shù)，該大則大，該小則小，這樣今后正常生產(chǎn)時就不會出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部能力不匹配等現(xiàn)象。

　　對于粉塵與噪聲的問題，在最初進行工藝流程布置之時就要給予充分的注意，不能將轉(zhuǎn)運點太過集中于一處，但太分散也會帶來其它問題，如有需要，則應該大膽改變工藝布置。在總圖布置確定完畢，系統(tǒng)收塵風量的計算時，與水泥廠的物料轉(zhuǎn)運點相比較，此類生產(chǎn)線應該適當增加一定量的富裕系數(shù)，非標溜子也不能簡單地處理了事，而要根據(jù)各個轉(zhuǎn)運點的溜子的形狀特點，進行有針對性的設計，盡量避免物料直接撞擊非標鋼板。另外工藝布置上也應該盡量避免物料的落差過大。如果實在無法避免，則在施工圖之前，事先就應該找出該套非標件的解決方法，否則一旦施工完畢，再想改變，難度就會大很多。重要的非標件應該與設備一同視之，從工藝布置到土建資料，再到非標件的設計等各環(huán)節(jié)上均是如此。另外非標件的設計上，也應該從我們水泥工廠的老的設計思路上走出來，不能一味地采用鋼結(jié)構了事，對于一些非受力的非標件，接縫不一定非得要采用鋼板焊接方式，本項目上采用的塑料扣件效果就很好，原先采用薄鋼板的地方，本項目上也改用較厚的工業(yè)布來替代，最終的使用效果與采用鋼板時的一樣，還方便制作，費用也低。

　　整個系統(tǒng)的工藝布置應充分考慮相關專業(yè)的特點，一個好的工藝布置的設計師不僅應該對自己專業(yè)的知識了如指掌，還應該對下游的相關專業(yè)的知識有所了解，這樣布置出的方案，其它專業(yè)的人員做起來才能得心應手，工藝布置時的想法才能得到其它專業(yè)的一絲不茍的貫徹與執(zhí)行，這樣才能真正體現(xiàn)出主體專業(yè)的主導性的作用。

　　總圖的布置是為了實現(xiàn)工藝流程的意圖，很少有項目能提供一塊又寬又長的平場地來供設計者進行總圖的布置，尤其是當今我國大力提倡使用荒山荒坡等地來進行工業(yè)設施的建設，以期達到減少對良田等的占用。當總圖的布置受到場地的嚴重限制時，應該在不影響整個工藝流程的前提下，適當去修改工藝布置。