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日产5000吨熟料生产线的石灰石破碎车间设计 系 别 ：材料与化学工程学院 专业（班级）：应用化学15级专升本班 作者（学号）：指导教师：完成日期：2017/1/4 蚌埠学院教务处制日产5000吨熟料生产线的石灰石破碎车间设计说明书1 绪论1.1 中国水泥行业现状 水泥是国民经济建设的重要基础原材料，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。随着我国经济的高速发展，水泥在国民经济中的作用越来越大。作为国民经济的重要基础产业，水泥工业已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。改革开放以来，国内经济建设规模不断扩大，推动国内水泥行业快速发展。据统计，1978年我国水泥产量为6524万吨。 12月份还是行业传统旺季，2011年12月全国水泥产量17508万吨，日平均产量565万吨，同比上月增长7%；2011年全年生产水泥20.6亿吨，同比增长16.1%。自1985年起我国水泥产量已连续26年位居世界第一位，现如今已占世界水泥总产量的一半多。水泥产量的迅速增长，从数量上已经基本满足我国大规模经济建设的需要。1.2 物料的一般技术特性1.2.1 物料粒度及破碎比所谓物料粒度，是指物料料块的大小，通常以料块最大边长的mm数来表示，也有以通过的筛选尺寸或筛余百分数来表示，但一般均以料块最大边长表示。破碎机的喂料粒度与破碎后的出料粒度的比值，称为破碎比。破碎比的喂料粒度应与来料的粒度相适应。换言之，要根据破碎物料的最大力度，合理选择破碎机。石灰石是水泥厂用量最多、粒度相对较大的主要原料，其来料尺寸的大小与开采方法和装矿设备铲斗容积的大小有关。破碎机的出料粒度，决定于破碎机出料口的宽度及破碎机的特性。为提高磨机的工作效率，降低粉磨电耗，在物料入磨前，将其尽可能破碎得细一些是十分必要的，因此，破碎机的出料粒度，往往按入磨物料所要求的力度而定。1.2.2 矿石强度及硬度系数物料破碎的难易程度主要取决于矿石的机械强度，通常采用普氏硬度系数来评定矿石的强度。所谓普氏硬度系数（f）是矿石的极限抗压强度（压）除以100所得数值。按普氏硬度系数的大小，可将矿石分为五个硬度等级，如表1所示。表1 按普氏硬度系数划分的硬度等级 矿石硬度等级普氏硬度系数矿石举例很软10花岗岩、玄武岩、硬石英岩1.3 破碎设备及特性 水泥厂常用于石灰石破碎的设备如表2所示，分别介绍如下。表2 各型破碎机设备的一般工艺特性序号破碎机型号破碎原理破碎比i适用破碎阶段允许物料含水率适宜破碎的物料1颚式破碎机挤压46粗、中碎10石灰石、熟料、石膏2细碎颚式破碎机挤压810中、细碎10石灰石、熟料、石膏3锤式破碎机冲压1015（双转子3440）中、细碎10石灰石、熟料、石膏4冲击式破碎机冲压1030细碎10石灰石、熟料、石膏5立轴锤式破碎机冲压1020细碎12石灰石、熟料、石膏6反击式破碎机冲压1040中、细碎12石灰石、熟料1.3.1 颚式破碎机 颚式破碎机按活动颚板的运动状态可分为简单摆动、复杂摆动和组合摆动三种类型，颚式破碎机机构简单、坚固耐用、维护检修方便、生产费用较低，是水泥厂广泛采用的一种破碎设备。1.3.2 锤式破碎机锤式破碎机是利用机壳内锤头快速旋转 动能对物料进行打击破碎，同时锤头与篦条之间还具有一定的研磨作用。锤式破碎机体型小、结构简单、破碎比大、产品粒度细、生产效率高，在水泥厂被广泛应用于物料的中碎和细碎。锤式破碎机按回转轴的轴数分类，有单转子和双转子两种型式；按转子回转方向分类，有可逆式和不可逆式的区别。双转子破碎机具有破碎比大、喂料均匀、兼有预碎和细碎两段破碎功能等特点，常被用作石灰石一段破碎系统。1.3.3 反击式破碎机反击式破碎机分为单转子和双转子两种。反击式破碎机是利用板锤、反击板和料块之间相互的冲击作用对矿石进行破碎的。这种破碎机的生产效率高，破碎比大，结构简单，制造方便，适用于中硬脆性物料的中碎和细碎。1.3.4 冲击式破碎机冲击式细碎机是一种锤式破碎机，具有产品粒度细、破碎比大、产量高等特点，适用于细碎。1.4 石灰石破碎系统流程 石灰石破碎系统的流程应根据石灰石的物理性质、不同的进料粒度、原料磨要求的入磨粒度和生产能力, 以及所选用的破碎设备来确定破碎系统工艺流程。破碎系统流程一般分为单段破碎和多段破碎。目前, 国内大部分水泥厂采用单段破碎的工艺流程。单段大型化破碎机被广泛应用且有很好的效果。因此, 石灰石破碎系统在原料符合单段破碎的条件下首先选用单段破碎流程。单段破碎进料粒度大, 系统投资少, 工艺流程简单。2. 设计准备2.1 设计目的 综合应用所学设计及工艺知识，结合工厂实际，以破碎车间为例，依据无机非金属材料工厂设计概论课程的理论知识和相关工艺知识，针对不同的产品对象确定不同的工艺条件，对其设备选型、工艺计算进行基本训练。了解工艺设计的基本过程、要求，初步培养分析、解决实际问题的能力和工程表达能力。2.2 设计原则1、以“技术先进、生产可靠、节约投资、提高效益”为前提，既要技术先进可靠，还要最大限度的节约投资，可保证产品质量，计划任务书规定的产品规范往往有一定的范围，设计规范在该范围内或是略超出范围都是认为合理的。2、充分考虑实际，因地制宜，确保生产线设计的灵活性，为进一步发展留有余地。3、立足于国内成熟、先进的技术和装备，最大限度的控制项目投资。4、合理选用工艺设备和流程，尽量减少物料的转运点和落差，减少粉尘的飞扬，按照归家标准对所有的尘源点设置高效收尘器，使本项目的各项排放指标达到国家环保标准。5、选用节能设备，合理使用调节手段，尽量减少系统漏风，加强保温隔热，采取必要措施提高效率，将能耗指标控制在国内先进水平。2.3 原始数据 原料：LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石41.814.431.030.3450.070.430.06粘土8.0756.110.034.758.663.140.7铁粉2.2721.747.2154.43.552.740.94白粘土10.2545.1112.028.316.594.743.34煤灰50.4421.788.7710.393.331.1 其中：石灰石水分为4%、粘土和白粘土水分俱为14%、铁粉水分含量为7%。烟煤中煤灰的含量为15.83%；煤的低位发热量为29000kJ/kg煤；热耗为900kcal/kg熟料；当地平均大气压为735mmHg；2.4 工艺要求KH0.870.01、SM2.60.1、IM1.40.1；石灰石出破碎机粒度20mm2.5 设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：设计说明书一份,8000字；工艺布置图三张，其中：流程图一张、主要设备图两张；设备表一份。3 配料计算3.1 计算煤灰掺入量因为选用新型干法窑，采用袋式收尘器。所以可知S=100%。所以:熟料中的煤灰掺入量：GA= （式3-1） 式中：GA熟料中煤灰掺入量，； q单位熟料热耗，kJ/kg熟料； Qy煤的应用基低热值，kJ/kg煤； Ay煤的应用基灰份含量，%。GA=2.06% （式3-2）3.2 计算熟料化学成分 选取=97.5% Fe2O3=97.5/(2.80.87+1) (1.4+1) 2.6+2.651.4+1.35=3.68% （式3-3） Al2O3=IMFe2O3=5.15% （式3-4） SiO2=SM(Al2O+Fe2O3)=22.96% （式3-5） CaO=-Fe2O3-Al2O3-SiO2=65.71% （式3-6）3.3 用递减试凑法求各原料配合比 熟料基准=100kg，得到下表3：SiO2Al2O3Fe2O3CaO其他要求熟料成分22.96 5.15 3.6865.71 2.5 -2.06Kg煤灰1.04 0.44 0.180.22 0.09 差21.92 4.71 3.50 65.49 2.41 -125Kg石灰石5.54 1.29 0.45 65.09 0.68 差16.38 3.42 3.05 0.40 1.73 -28kg粘土15.99 3.09 1.39 2.51 1.05 差0.39 0.33 1.66 -2.11 0.68 -2.9kg铁粉 0.69 0.21 1.64 0.11 0.11 差-0.30 0.12 0.02 -2.22 0.57 +4.3kg石灰石-0.19 -0.04 -0.02 -2.24 -0.02 和-0.11 0.16 0.04 0.02 0.59 +0.28kg粘土-0.16 -0.03 -0.01 -0.03 -0.01 和 0.05 0.19 0.05 0.05 0.60 +0.08kg铁粉-0.02 -0.006 -0.05 -0.003 -0.003 和0.07 0.196 0.10 0.053 0.603 根据上表可求得煅烧100Kg熟料所需各种原料用量为: 干石灰石=125-4.3=120.7Kg 干粘土=28-0.28=27.72Kg 干铁粉=2.9-0.08=2.82Kg各原料的配合比为： 干石灰石=120.7/(120.7+27.72+2.82)100%=79.81% 干粘土27.72/(120.7+27.72+2.82)100%=18.33% 干铁粉=2.82/(120.7+27.72+2.82)100%=1.86%3.4 校验熟料化学成分和率值由配料计算表计算熟料的率值如下： KH=(65.657-1.654.954-0.353.58)/(2.822.89)=0.88 （式3-7） SM=22.89/(4.954+3.58)=2.7 （式3-8） IM=4.954/3.58=1.4 （式3-9）考虑到生产波动，熟料的率值可按生产工艺考虑，根据要求KH=0.870.01,SM=2.60.1,IM=1.40.1可知，基本符合生产工艺要求。3.5 计算湿物料配比表4 湿物料配比表湿基用量湿基配合比石灰石79.81100/(100-4)=83.1483.14/106.44100%=78.11%粘土18.33100/(100-14)=21.3120.02%铁粉1.86100/(100-7)=21.88%合计106.45100%3.6 计算生料烧失量生料烧失量=石灰石烧失量80.21%+粘土烧失量18.41%+铁粉烧失量1.39% =40.81%79.81%+9.07%18.33%+2.07%1.86% =34.27% （式3-10）3.7 计算干料消耗定额 理论干料消耗定额= （式3-11） 石灰石：(1-2.06%) /(1-34.27%)79.81=118.92 粘 土：(1-2.06%) /(1-34.27%)18.33=27.31 铁 粉：(1-2.06%) /(1-34.27%)1.86=2.77 干料消耗定额=理论干料消耗定额 （生产损失在3%5%之间，在这里取中间值4%） （式3-12） 石灰石：118.92=123.88 粘 土：27.31=28.45 铁 粉：2.77=2.89 其中石灰石水分为2%，粘土水分为16%，铁粉水分含量为4%。4 物料平衡计算及物料平衡表 由于设计任务书中水泥厂规模以水泥日产量表示，所以按周平衡计算。4.1 熟料小时产量 Qh=5000/24=208.33（t/h） （式4-1） 熟料周产量： Qw=50007=35000（t/周） （式4-2） 4.2 原料消耗定额 煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量 KT=(100-S)/(100-I)=(100-2.06)/(100-34.27)=1.49t/t熟料 （式4-3） 式中：KT干生料的理论消耗量，t/t熟料； I干生料的烧失量，%； S煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）。 煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额 K生=(1001.49)/(100-4)=1.55t/t熟料 （式4-4） 式中：K生干生料的消耗定额，t/t熟料； KT干生料的理论消耗量，t/t熟料； P生料的生产损失，参考下列数值：回转窑为3%5%。 各种干原料的消耗定额： K原=K生X （式4-5） K石灰石=1.5579.81%=1.24 K粘土=1.5518.33%=0.28 K铁粉=1.551.86%=0.03 计算含天然水份的湿物料消耗定额 K石灰石=1001.24/(100-4)=1.29t/t熟料 （式4-6） K粘土=1000.28/（100-14）=0.33t/t熟料 （式4-7） K铁粉=1000.03/（100-7 ）=0.03t/t熟料 （式4-8） 表5 主要物料平衡表消耗定额物料需要量干料湿料干料湿料 时日周时日周石灰石1.241.29258.33620043400268.75645045149粘 土0.280.3358.331400980068.75165011550铁 粉0.030.036.25150.1210506.25150.121050生 料1.551.64226.04542537975239.175740401805 主机平衡计算及选择主机平衡即物料平衡计算和选定车间工作制度的基础上，计算各车间主机要求的生产能力，为选定各车间主机的型号、规格和台数提供依据。采用周平衡法计算。选取破碎机的工作制度为每日两班，每班7小时，每周六个工作日。根据车间工作制度，选取主机的每周运转小时数，并根据物料周平衡量，求出该主机要求的小时产量。 （式5-1）式中：GH主机要求小时产量，t/h； Gw物料周平衡量，t/年； 主机每周运转小时数（参考水泥厂工厂设计概论P42表3-7取7284，这里取84）。 GH=45149 /84=537.49（t/h） （式5-2） 日产5000吨的水泥厂为大型水泥厂，根据水泥厂工艺设计概论表5-3可得，石灰石最大粒径为8001000mm（这里按最大值1000mm计算），任务书所给定的矿石粒度20mm，则可得最大破碎比为1000/20=50.表6 主机要求生产能力平衡表主机名称周平衡量t/周主机每周运转时间h/周要求主机小时产量t/h破碎机4514984537.49 虽然单段破碎机技术比较先进，由于日产5000t的设计,要求的生产能力比较强,为了更好的延长破碎机的使用寿命，决定使用二级破碎方法。考虑最大进料尺寸、功耗和质量等，选择PE-12001500颚式破碎机和ZPC1820锤式破碎机。汇总为如下主机平衡表主机平衡表主机名称主机型号规 格主机产量（t/台.h）主机台数（台）要求主机小时产量（t/h）主机生产能力（t/h）每周实际运转小时颚式破碎机PE-120015002965601537.4929656084锤式破碎机ZPC18203506001537.49350600846 辅助设备选型6.1 喂料设备选型喂料斗有效容积按破碎机能力的1520 分钟的储量或35 车料来选取。料斗的几何形状应注意长、宽、深尺寸比例合适, 能保持比较厚的料层。料斗的宽度不宜太宽, 一般67m 即可。料斗的侧壁倾角取决于物料的性质, 一般大于55, 对于夹有土或水分较大的石灰石, 料斗的角度应大于60。下部出料口的宽度应为2 倍的最大粒度加200mm。喂料斗的斗壁应铺设内衬, 内衬可选用2025mm 厚的钢板或钢轨。现场使用情况来看, 用钢板做衬板比用钢轨保护的更好。在料仓下安装板式喂料机，通过它将矿石喂入破碎机中，料仓出口长度和出口高度与板喂机结构有关。料仓出口长度要大于矿石最大平均粒径3倍，即： L=3dmax （式6-1） Dmax=(a+b+c)/3 （式6-2）式中：a、b、c最大块三边长。 L=31000=3000mm （式6-3）出口高度要高于堆积矿石的高度，一般H（22.5）dmax。取H=2500mm。一般料仓出口宽度b=2000mm,取料仓出口平行带的高度h1=100mm，导料溜子高度h2=300mm，故总的平行带高度约400mm。 板式给料机的能力按破碎机产量的1.31.5 倍选取, 为降低板式给料机的长度和破碎机所在的平面高度, 板式给料机的安置角度可选用2023。板式给料机的宽度一般按两倍的最大粒度加上200mm, 还应考虑好与破碎机进料口的宽度连接的问题。板式给料机应正面方向喂料, 尽量不要侧面喂料, 保持喂料斗内始终有部分存料, 避免大块物料直接砸在链板上, 造成设备损坏。当石灰石里含有夹土或细料时, 部分细料会散落在板式给料机下面的平面上。需在板式给料机下面设置刮板机收集从板喂机落下的细料, 卸入出料胶带机上。另一种方法是将出料胶带机延长至板式给料机下部, 这部分细料就落入出料胶带机上。 本次设计中由于物料的最大粒度为1000mm，所选破碎机进料口尺寸为18001850，需要喂料机生产能力为537.491.3/1.6=436.71m3/h（选30%的富余）。根据水泥厂工艺设计手册初步选用中型板式给料机DZG1220，Y系列电动机和BW减速机。6.2 输送设备选型 对于石灰石破碎车间，我们输送的大多为块粒状物料，故我们可选取用胶带式输送机，螺旋输送机，斗式提升机，振动输送机等。又因为带式输送机是一种输送量大，运转费用低，输送距离长，可靠经济的运输设备，故选用带式输送机。 破碎机的产量与来料粒度、物料的可破性等因素有关, 实际产量有一定的波动, 因此, 出料胶带机的能力按破碎机产量的1.31.5 倍选取。带宽按胶带机富余能力计算选取再提高一档, 防止来料过多散落到地上。出料胶带机应低速运行, 带速0.81m/s , 出料胶带机不需要很长, 能满足上述要求也能满足收尘风管的吸风罩的布置要求即可。 20mm石灰石为散状物料，所需皮带的输送能力为537.49t/h.查硅酸盐工业机械及设备，选带速为1m/s，槽型托辊，计算带宽：m （式6-4）根据水泥厂工艺设计手册选带宽为800mm。根据式：mm可满足要求。 故选用槽型胶带输送机，规 格：B100014000mm 输 送 量：537.49t/h 速度：1m/s 滚筒型号：TJ-630/4.0/1.6/1150-TE型电动滚筒 直 径：630mm 功 率：4KW 在石灰石破碎系统的出料胶带机上设置通过式皮带秤, 对于随时掌握破碎机的实际产量以及破碎系统的性能考核起到很好的作用。同时通过对破碎机实际产量的测量, 来调控破碎系统的运行, 使其发挥最佳效能。其规格为： 精度：1% 型号：HK 计算范围：0-10t/h6.3 除尘设备的选型收尘风量应根据石灰石的性质( 粒度、水分、夹土) 、破碎机的型式、系统流程等因素综合考虑确定。在能达到收尘效果的同时，考虑到片与维修保养，颚式破碎机和锤式破碎机均可选用袋式收尘器： 型 号：PPDC32-6 处理风量：13390m3/h 净过滤面积：155m2 滤袋总数：192个 过滤风速：1.2m/s 阻力：1470-1770Pa 进口含尘浓度200g/m3标 出口含尘浓度100mg/m3标 压缩空气：压500000Pa 耗量：0.55m2标/min6.4 压气、通气设备选型6.4.1 压缩空气储气罐 主要用于粉状物料的输送，卸料和搅拌，有吹松作用。选用C-1.51500、容积15m36.4.2 风机 风机主要用于热工设备和气力输送设备的排风和鼓风，以及一般的除尘，由于除尘设备出含尘浓度100mg/m3标 选用 型号：4-72-11No5A型 风量：11830m3/h 转速：2900r/min 风压：2844Pa6.5 起重设备选型 石灰石破碎机的布置方式有两种, 一种露天布置, 另一种布置在厂房内。现在考虑到环境噪音等因素, 大多数水泥厂把破碎机布置在厂房内。厂房内的破碎机应设置检修起重设备。因破碎机的检修设备使用率很低, 为降低投资, 应选用结构简单、重量轻、体积小、组装维修方便的检修设备。当起吊部件重量小于20 吨时, 采用手动双梁起重机。当起吊部件重量大于20 吨, 小于32 吨时, 采用即方便又投资省的电动葫芦双梁起重机。当起吊部件重量大于32 吨, 采用双沟桥式起重机。检修设备选型时特别注意设备本身要求的最大检修重量及检修高度要求。由水泥厂工艺设计手册知，颚式破碎机中起重量为100.9t，锤式破碎机起重量为45t。选用双沟桥式起重机。 根据需求选择双沟桥式起重机型号：GXTDG 起重量：125t 起重高度：6 12m7 车间布置 石灰石破碎车间主要是接受来自矿山开采的石灰石的破碎，故其位置应按照平面图上的整体布局，并考虑到进出料的方向加以决定。因而在此就石灰石破碎布置时应该注意的问题做简单的叙述。 1破碎车间与矿山的距离，当破碎车间设在矿山附近时，车间位置应选择在爆破安全距离之外，并不以放在勘探圈的矿体上。同时要注意选位置不致防碍将来对有用矿体的开采和运输。一般矿床开采的边界对公路、铁路、高压线、居民区、工厂和其他重要建筑物的爆破安全距离不小于400m。 2破碎车间的进出料高差较大，为了利用地形节省土石工程量。粗碎车间的位置一般都选在斜坡上，并把粗碎机的基础让在挖方部位的基岩或石土上。 3粗碎车间的进出因进料块度大。特别是大型破碎机必须选用结构坚固耐冲击的喂料设备。 4如果用胶带输送机出料送到中碎机时。粗，中碎之间的距离取决于粗碎机出料处的标高。中碎机进料的标高以及胶带输送机的斜度。 5在大型工厂中不宜将中碎机布置在同一厂房内的粗碎机之下。因为这样的布置，需下挖较深的地坑。不仅破碎基础，厂房建筑