矿石综合利用工艺生产线设计体会

矿石综合利用工艺生产线设计体会本人曾主持并设计过一条以石灰岩为原料的碎石生产线的全套工艺及总图设计，该项目从前期配合至最终投产，历时近一年半时间，从现在生产的实际情况来看，已完全达到当初设计的意图，整套系统能长时间超设计能力约 15%平稳运行，基本上将当初设计时所预留的各环节的富裕生产能力全部发挥出来了。联想到我们目前的建材矿山所剥离的大部分废石，均具有较高的强度与硬度，剥离时对其的开采成本与开采矿石其实是一样的，这些所谓的废石均可以用来破碎成合格的建筑碎石，该项目的成功实施为这些资源的大规模综合利用提供了一个比较好的借鉴经验，符合国家产业政策，能节约废石场所占用的土地。与目前我国数量众多的小规模单条碎石生产系统相比较，本项目具有生产能力大(约为前者的十五倍以上)、安全环保、综合能耗低、生产管理简单等优点，从矿山环保与安全等角度出发，也能减少废石场所带来的滑坡等潜在安全隐患，因此这种做法的积极意义是显而易见的。该生产线设计之初，根据甲方的委托，要求该线设计年产粒径为 1040mm 的石灰石碎石成品量为 195 万 t，该条生产线不仅在国内是产量最大的一条，在国外也很少见。本人接手该项目之后，依据该项目生产线的特点，共归纳出如下几个技术难点：1、 生产线上的主机设备的选择(主要是破碎机与筛分机，其它辅助设备如板喂机、收尘器、散装机等可以按常规计算配置);2、 工艺布置方案的选择(因为甲方要求必须采取生产线内部循环破碎工艺，下文还将详细阐述此点);3、 总图的布置。因为甲方仅仅提供一条顺已有道路的狭长地带作为生产线的场地，该场地高低不平，地质条件好坏不一，且新的生产区还必须与现有周边生产系统进行合理衔接;4、 整套生产线的收尘系统的计算与风量的分配;5、 整套生产线的噪声控制(碎石在整套生产线内部循环倒运，流程复杂且较长，噪声的产生不可避免)。以上的几大难点之中，关键之一便是破碎筛分设备的选择，因为这种工艺线要求破碎机的粉矿率不能太高，否则便会造成资源的浪费。甲方要求成品率(成品量占原矿年产量的比率)不得小于 68%，成品中粒级小于 10mm 粉矿的混入率控制在 3%以内，且生产线上大于 40mm 的碎石不得外排，必须在生产线内部循环破碎至粒径为 40mm 以内。68% 的成品率的达到，对于目前我们水泥生产常见的几种破碎机类型来说很难达到，必须对其它类型的大型破碎机进行仔细的调研才能决定。另外筛分机的选择也是个难题，国产大型双层或三层筛分机的筛分效率不太稳定，其实际效果的不确定性也为是否敢在如此大规模的生产线上使用带来了不小的疑问。除了以上问题之外，另外工艺布置也必须恰当，应当尽量减少转运存储等环节所造成的对矿石的额外粉碎，以减少粉尘与噪声的产生。另外可供布置生产线的场地仅为一条顺公路一侧的狭长堤坡地形，且大部为湿陷性黄土，总图的布置受到不小的限制。一、系统主要设备及工艺布置的确定该项目的正式设计开始之后，便开始了设备选型、生产线工艺流程的确定与场地的总图布置等工作。首要设计原则，是在破碎、输送及储存的各个环节均应突出考虑提高矿石综合利用率和降低矿石粉率的原则。在经过对目前几种常用的破碎机的可靠性、破碎比、适应岩石的情况、产量、出入料粒度、出料粒径分布曲线、设备价格等主要因素进行对比分析之后，又与几个国内外候选厂家进行了几轮的技术交流与澄清，加上实地的考察，前后历时五个多月，反反复复，最后选定了某国外专业生产齿辊式破碎机厂家的三段破碎机作为本生产线的主要破碎设备，大型双层筛分机最终也因性能上的可靠性而选定了国外设备，至此本生产线的主要生产设备已基本确定。至于其它配套的重型喂料机、胶带输送机、收尘等设备，选用国内技术成熟厂家的设备即可满足本项目的要求。本生产线的总体流程如下：原矿经过第一破碎机(亦称一破)后，通过长胶带机送至第一筛分机，筛分后物料将被分成三部分：第一部分为小于 10mm 的矿渣( 实际为矿土混合物)，通过胶带机直接送至露天堆场排弃;第二部分为 1040mm 的成品矿，通过胶带机送至成品库;第三部分为大于 40mm 的超标矿石，由胶带机送至第二破碎机(亦称二破)，中碎后经第二筛分机，物料被分成两部分，第一部分粒径大于 40mm 的物料被送进第三破碎机(亦称三破)，第二部分粒径小于 40mm 的直接通过胶带机被送至第三筛分机，经过三破的物料在被破碎后全部被送至第三筛分机，在物料通过第三筛分机后，物料被分成三部分，第一部分为大于40mm 的物料经过循环胶带机再重新送至第二破碎机，第二部分粒径为 1040mm 的通过胶带机送至成品库，第三部分粒径小于10mm 的被送至碎石库储存，尔后通过汽车散装运走。整个系统为循环闭路破碎筛分工艺。整个系统的工艺流程至此确定下来，见图一。图一 系统工艺流程图二、破碎及筛分能力的确定破碎和筛分机能力以成品粒级(1040mm)和产量 195 万吨/年为确定依据。在每次破碎后，物料的粒级分布曲线是决定破碎及筛分能力的关键因素，国内外尚无与本项目相同的例子，但有国外设备厂家提供的类似矿山破碎筛分曲线用于参考，根据以往的设计经验，据此曲线进行计算，并考虑一定的设备富余能力，整个系统能力可满足设计工艺要求。以下为破碎输送系统的基本计算参数：每年工作日为 330 天，3 班/天，8 小时/班，考虑设备起制动及意外停机等所占时间，每班实际工作时间按 6 小时/班计，则年实际有效工作时间为 5940小时，按年额定生产能力 195 万吨/年，折算单位成品产量(1040mm)为 328.3 t/h。矿石经过一破及筛分后，粒级区间为 0250mm，粒级分布区间及所占比例：010mm：占 16%(已含原矿中40mm：占 64%一破筛分后40mm 的部分送入二破进行破碎，破碎后粒级区间为 0100mm，粒级分布区间及所占比例：010mm：占 8%1040mm：占 34%40mm：占 58%二破筛分后40mm 的部分送入三破进行破碎，破碎后粒级区间为 060mm，粒级分布区间及所占比例：010mm：占 18%1040mm：占 75%4060mm：占 7%综合以上各级筛分曲线，物料在经过三次破碎之后，总的物料粒径分布曲线如下(不考虑循环闭路)：010mm：占 27.8%1040mm：占 69.6%4060mm：占 2.6%如果单纯依据上述理论曲线值，系统最终物料粒径在4060mm 之间的比例仅为 2.6%，小于业主提出的混入率小于 3%的要求，可以不用采用循环闭路工艺，但经向国外厂家仔细咨询，他们认为实际数值肯定比这个要大些，但量也不会太多，循环闭路工艺不能省略，因此上述各部分的比例值必须从稳妥的角度出发进行适当的人为调整。另外，考虑到矿山覆盖土层较多，局部还较厚，在采矿过程中不可能将其剥离干净，根据业主已有的使用经验，以及提供的相关资料，该地区雨雪天每年约 30 个工作日左右，这期间，物料较为潮湿，筛分机的筛分效率会大大下降，严重时“糊筛子”的问题很突出，解决之道便是，临时性的加大筛孔尺寸，或者干脆取消某层筛网，这样会额外排弃掉一部分合格的矿石，加大原矿的使用量，根据各种数据估算，一年下来，因雨雪天气而额外排弃掉的合格矿石约为 5 万吨左右。在考虑以上两种意外情况的基础之上，进行了本系统筛分后粒径分布情况及各部分能力的调整，得出了如下系统能力表，见表一：设备名称 理论生产能力(t/h)第一破碎机 476.9第二破碎机 524.7第三破碎机 328.7第一筛分机 476.9第二筛分机 524.7第三筛分机 524.7上表中的值仅为计算能力，在对各种设备的生产能力的稳定性进行逐一考虑之后，加上适当的富裕系数，再配合厂家设备的现有规格，最后选定了各主要设备的实际能力要求。三、总图的布置甲方提供的可供总图布置的场地大部分为湿陷性黄土，少数为岩石地基，所以在布置时一方面要考虑现有的场地能实现上述的工艺布置方案，另一方面也要考虑将主要的车间尽量放置在地基较好的地段之上，以节省土建费用。另外对于这块起伏较大的狭长地形，也要注意土石方工程量的节省，以及与现有外部道路的顺畅连接，总之工艺布置方案的好坏，决定了整个系统设计是否合理，从而决定整个系统能否达产达标;总图布置的好坏，决定了整个系统设计是否好用，给人一种直观的印象。在进行总图布置时，从众多的布置方案中，一共选出了三套最有可行性的方案，均能实现以上工艺流程，但所需的建构筑物的数量相差 50%以上，系统内部物料转运点的数量也多少不一。胶带机数量最多的一个方案多达 14 条，最少的一个为 9 条。所需场地在纵向上最长的一个方案为约 350m，最短的仅为 220m 左右，但转运点集中，噪声的控制成了关键。建构筑物在高度上，各个方案也相差较大，最高的与最矮的相差一倍以上，另外几个筛分机是否布置在一栋建筑物内也颇费思量。总之既要考虑各种设备在高度上的互相满足，又要考虑胶带机在国家规定纵坡度以内能布置得开，还不能让转运点过于集中，造成收尘系统的布置困难，以及噪声的产生等等。在对三套方案进行仔细对比之后，又充分征求了甲方的意见，最后略作修改，选定了如下这套方案，作为本项目的总图实施方案，见图二。关于筛分楼第一层出现的粉尘量比较大的问题，经过实地仔细观察，发现附近好几处应该密封严实的地方都密封不好，但该处溜子所溜的物料，均是从第一筛分机的上层筛网上所下来的物料，物料的粒度均大于 40mm，实际尺寸是绝大部分物料都在100mm 以上，少数甚至在 300mm 左右，物料在经过第一破碎机破碎之后，自由面都新鲜光净，仅极少数还带有未被筛净的泥印。没有想到的是，这些物料经过溜子溜至胶带机带面上之后，物料经过互相撞击摔打，新产生的粉尘量大大超出当初设计时所估计的量，也大大超过我们一般矿山物料转运点的扬尘量。在对所有缝隙进行重新密封，加大闸阀流量之后，该处粉尘问题依然没有完全解决，在对整个收尘系统设备进行全部仔细检查之后，发现通风机的风压值比设计值偏小约四分之一，另外当初预估此处扬尘量时也没有给予足够的富裕系数，最后根据整个筛分车间的收尘系统的风量风压进行重新平衡计算，增加了一台收尘器，才算彻底解决粉尘这个问题。至于该处的噪声问题，因为对物料在溜子内部的下落轨迹没有完全预估准确，导致物料来回撞击非标件钢板而产生较大的噪声，而钢板产生噪声的大小，又是随着钢板的厚度而显著降低，该处非标钢板的厚度为 20mm，再往上加厚对噪声值的减低已经不太显著，只能对非标的形状进行彻底的改变，以改变物料现有的下落轨迹，或者是非标件内部内衬耐磨的高分子橡胶衬板，但后者一是价格较高，加工费时，二是其被物料磨穿之后更换也较麻烦，后续维护工作量较大，因此最后还是通过对非标件进行反复改制，才将噪声减至正常水平。三台筛分机的顶部盖子非标，全部由当初的薄钢板改成了由小断面方钢管、工字钢、薄钢板、槽钢、2mm 厚的橡胶防灰布、塑料卡子加上少量的螺栓螺母等组成的轻巧顶盖，制作极其简单，造价低，外形也美观，防尘效果理想。五、一点设计体会针对此类的工艺系统，尽管没有我们常规水泥工厂的生产系统复杂，但因为是第一次设计，没有可套用的任何资料，所以在一些事先没有想到的环节仍然出现了一些麻烦。对于整套系统的工艺布置来说，可行的工艺布置方法肯定不只一套，但最适合的可能只有一个。本项目在与外商谈判过程中，不同的国外厂家就提出了不同的工艺布置方法，对于这些工艺布置图，本人最后都没有采用，而是根据现场总图布置的场地，结合那几家的布置特点，自己设计了一套工艺流程图，简单而紧凑，也完全实现了业主的要求。因此在制定此类较为复杂的生产系统工艺流程图时，一定要充分贯彻业主意图、结合拟采用的设备特点、结合总图布置的场地特点、充分利用平面的宽度与立面的高度来综合进行。系统各部分能力的预估与计算，是关系到该生产线日后能否顺利达标达产的关键，本系统各环节的物料流量的波动系数各不一样，各种设备所能承受的能力波动范围也不相同，另外大小胶带机共 11 条，在不大的场地内，绕来绕去，每条胶带机的能力均大小不一，这其中，如果一个环节的能力不配套，就会产生“卡脖子”现象，因此在进行能力计算时，要根据各种设备的自身特点，适当考虑富裕系数，该大则大，该小则小，这样今后正常生产时就不会出现系统内部能力不匹配等现象。对于粉尘与噪声的问题，在最初进行工艺流程布置之时就要给予充分的注意，不能将转运点太过集中于一处，但太分散也会带来其它问题，如有需要，则应该大胆改变工艺布置。在总图布置确定完毕，系统收尘风量的计算时，与水泥厂的物料转运点相比较，此类生产线应该适当增加一定量的富裕系数，非标溜子也不能简单地处理了事，而要根据各个转运点的溜子的形状特点，进行有针对性的设计，尽量避免物料直接撞击非标钢板。另外工艺布置上也应该尽量避免物料的落差过大。如果实在无法避免，则在施工图之前，事先就应该找出该套非标件的解决方法，否则一旦施工完毕，再想改变，难度就会大很多。重要的非标件应该与设备一同视之，从工艺布置到土建资料，再到非标件的设计等各环节上均是如此。另外非标件的设计上，也应该从我们水泥工厂的老的设计思路上走出来，不能一味地采用钢结构了事，对于一些非受力的非标件，接缝不一定非得要采用钢板焊接方式，本项目上采用的塑料扣件效果就很好，原先采用薄钢板的地方，本项目上也改用较厚的工业布来替代，最终的使用效果与采用钢板时的一样，还方便