一種高品質(zhì)機(jī)制砂制備工藝在濟(jì)鋼的應(yīng)用

劉 銳

(山東濟(jì)鋼環(huán)保新材料有限公司，山東 濟(jì)南 250200)

2017年，濟(jì)鋼產(chǎn)能調(diào)整進(jìn)入實(shí)施階段。到2017年7月8日，濟(jì)鋼鋼鐵生產(chǎn)線全部停產(chǎn)。濟(jì)鋼開啟了轉(zhuǎn)型發(fā)展之路，山東濟(jì)鋼環(huán)保新材料產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目是濟(jì)鋼轉(zhuǎn)型發(fā)展的排頭兵，是山東省首批“新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換”的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。山東濟(jì)鋼環(huán)保新材料有限公司積極響應(yīng)執(zhí)行國家政策，以“發(fā)展綠色礦業(yè)、建設(shè)綠色礦山”為本，落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)施年產(chǎn)1 000萬噸綠色建筑材料加工生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目。產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目于2021年1月份全面建成投產(chǎn)，并于2021年11月份順利通過省級(jí)綠色礦山建設(shè)驗(yàn)收。山東濟(jì)鋼環(huán)保新材料有限公司公司長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃將以碳酸鈣深加工為核心，依托資源優(yōu)勢(shì)，形成基礎(chǔ)原料加工、下游產(chǎn)業(yè)銜接、配套產(chǎn)業(yè)格局，力爭(zhēng)用3年～5年時(shí)間，實(shí)現(xiàn)“建設(shè)國家級(jí)綠色礦山、打造國內(nèi)標(biāo)桿產(chǎn)線”的目標(biāo)。

1 產(chǎn)業(yè)園運(yùn)行情況分析研究

1.1 運(yùn)行分析發(fā)現(xiàn)可優(yōu)化點(diǎn)

初期開采過程中由于石灰石含鈣量較低，無法滿足冶金熔劑、煙氣脫硫劑等產(chǎn)品的要求，當(dāng)前生產(chǎn)線主要產(chǎn)品是建筑行業(yè)需要的綠色建材。在產(chǎn)業(yè)園運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)，受時(shí)間段、客戶類型、需求用途等復(fù)雜因素影響，在一定時(shí)間段里生產(chǎn)線不同粒級(jí)規(guī)格產(chǎn)品存在暢銷、滯銷及價(jià)格高低轉(zhuǎn)換情況。經(jīng)過對(duì)產(chǎn)線整體工藝流程進(jìn)行研究，并結(jié)合市場(chǎng)需求，發(fā)現(xiàn)可以對(duì)4.75mm～10mm的產(chǎn)品通過增加制砂工序轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)機(jī)制砂產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線柔性控制，達(dá)到所有產(chǎn)品不落地貯存，合理分配，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，可謂一舉多得。

1.2 機(jī)制砂行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，建筑行業(yè)也得到進(jìn)一步的提升，大量建筑材料在這一階段中被快速消耗，天然的河砂資源被過度開發(fā)。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國家出臺(tái)了一系列政策，限制了對(duì)天然河砂的開采，而建筑市場(chǎng)對(duì)砂石巨大的需求量依然存在。另一種天然砂石—海砂則由于質(zhì)量方面的原由，一直不能被很好地利用，這使得建筑用砂市場(chǎng)形成了長期緊張、持續(xù)漲價(jià)的趨勢(shì)，甚至到了有價(jià)無市的地步。目前，機(jī)制砂石作為天然砂石的替代品，已逐漸成為建筑以及道橋等行業(yè)的主要用砂，有效地緩解了建筑用砂的匱乏問題，由政府引導(dǎo)全面推廣使用機(jī)制砂，將對(duì)城市的未來發(fā)展產(chǎn)生重要意義[1]。

2022年4月1日起實(shí)施的《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》中提出了機(jī)制砂的應(yīng)用技術(shù)要求，這表明國家已經(jīng)從最高等級(jí)的“強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)”中肯定了機(jī)制砂的應(yīng)用，這對(duì)砂石行業(yè)的發(fā)展和機(jī)制砂的應(yīng)用具有重要意義。長期以來，機(jī)制砂在工程應(yīng)用中“不受待見”，不僅僅是因?yàn)樵缙诋a(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，更重要的是因?yàn)閲夜こ探ㄔO(shè)的初始設(shè)計(jì)方面普遍延續(xù)的是應(yīng)用天然河砂的要求。住建部將機(jī)制砂列入發(fā)布的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，意味著機(jī)制砂在建筑工程的設(shè)計(jì)階段就會(huì)被考慮進(jìn)去，從“根本上”解決了機(jī)制砂在各類工程建設(shè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，是“根本性”突破，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)機(jī)制砂石產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1.3 周邊市場(chǎng)調(diào)查分析

機(jī)制砂是混凝土生產(chǎn)過程中的重要原料，山東省是預(yù)拌混凝土產(chǎn)能大省。2020年中國預(yù)拌混凝土產(chǎn)能有3個(gè)省份超過80 000萬m3/年，其中山東省預(yù)拌混凝土產(chǎn)能居全國榜首，2020年達(dá)到94 269萬m3/年。2020年濟(jì)南市預(yù)拌混凝土企業(yè)132家，實(shí)際產(chǎn)量3 369萬m3，位居山東省產(chǎn)量第二名。經(jīng)過實(shí)地走訪部分預(yù)拌混凝土企業(yè)，發(fā)現(xiàn)他們對(duì)高品質(zhì)機(jī)制砂的需求量大，市場(chǎng)銷路比較好。

綜上，機(jī)制砂產(chǎn)業(yè)屬于國家鼓勵(lì)支持產(chǎn)業(yè)；對(duì)4.75mm～10mm的產(chǎn)品通過增加制砂工序轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)機(jī)制砂產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)園整體產(chǎn)線柔性控制；周邊高品質(zhì)機(jī)制砂需求量大，市場(chǎng)銷路比較好，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。因此，本次技改方案的實(shí)施很有必要性。

2 高品質(zhì)機(jī)制砂技改方案制定

2.1 工藝方案研究設(shè)計(jì)

2.1.1 技術(shù)改造前工藝流程介紹

從圖1技改前的工藝流程圖可以看出，技術(shù)改造前的工藝采用兩級(jí)破碎、兩級(jí)篩分、一級(jí)選粉工藝。具體來看就是，石灰石一級(jí)破碎采用兩臺(tái)反擊式破碎機(jī)，該設(shè)備允許入料粒度為1 100mm，產(chǎn)品粒度為<120mm。一級(jí)破碎后的石灰石經(jīng)長916m皮帶輸送機(jī)送至加工區(qū)1#φ75m儲(chǔ)量5萬噸中轉(zhuǎn)庫暫存；出中轉(zhuǎn)庫石灰石經(jīng)膠帶輸送機(jī)送至一級(jí)篩分。石灰石一級(jí)篩分選用8臺(tái)圓振篩，設(shè)置二層篩，篩孔孔徑分別40mm×40mm、20mm×20mm；>40mm的石灰石經(jīng)膠帶輸送機(jī)送至石灰石二級(jí)破碎系統(tǒng)，二級(jí)破碎系統(tǒng)選用4臺(tái)破碎機(jī)，破碎后送至一級(jí)篩分；一級(jí)篩分生產(chǎn)出20mm～40mm粒級(jí)成品；<20mm粒級(jí)石灰石經(jīng)膠帶輸送機(jī)送至二級(jí)篩分，二級(jí)篩分選用8臺(tái)圓振篩，設(shè)置二層篩，篩孔孔徑分別10mm×10mm，5mm×5mm；二級(jí)篩分后生產(chǎn)出10mm～20mm、4.75mm～10mm粒級(jí)兩種產(chǎn)品，4.75mm～10mm粒級(jí)的物料經(jīng)過B1000×212m皮帶輸送到φ20×40m成品倉頂，再經(jīng)B1000×33.4m和B1000×55.4皮帶進(jìn)入成品倉，裝車發(fā)貨；≤4.75mm的石灰石經(jīng)膠帶輸送機(jī)送至石灰石細(xì)碎系統(tǒng)2#φ75m儲(chǔ)量5萬噸中轉(zhuǎn)庫；出中轉(zhuǎn)庫石灰石經(jīng)皮帶機(jī)送至石灰石選粉系統(tǒng)。石灰石選粉選用3套選粉系統(tǒng)。每套系統(tǒng)配套1臺(tái)復(fù)合式選粉機(jī)，將≤4.75mm石料分級(jí)成石灰石細(xì)粉和≤4.75mm砂石兩種成品。

本次技改是對(duì)4.75mm～10mm的產(chǎn)品通過增加制砂工序轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)機(jī)制砂產(chǎn)品，以下為技改后工藝流程介紹。

圖1 技術(shù)改造前流程圖

2.1.2 技術(shù)改造后工藝流程介紹

圖2為改造后的工藝流程，具體來說就是在現(xiàn)有生產(chǎn)線4.75mm～10mm輸送皮帶機(jī)增設(shè)1個(gè)犁式卸料器，利用犁式卸料器定點(diǎn)卸料，物料溜至中間倉，再通過調(diào)速皮帶機(jī)送至立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)(皮帶機(jī)加設(shè)通過式托輥皮帶秤)，物料破碎后溜至振動(dòng)篩，經(jīng)過篩分，>4.75mm物料經(jīng)皮帶機(jī)、提升機(jī)返回立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)重新破碎，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)?！?.75mm物料為成品，經(jīng)皮帶機(jī)輸送至現(xiàn)有0mm～4.75mm產(chǎn)品皮帶機(jī)，最后輸送至現(xiàn)有2#中轉(zhuǎn)庫儲(chǔ)存，隨現(xiàn)有生產(chǎn)線產(chǎn)品一起進(jìn)入選粉車間選粉。

2.1.3 制砂工藝布置介紹

在工藝布置過程中，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，合理利用了大皮帶走廊下方空間，采用了樓站式集成處理系統(tǒng)，干法生產(chǎn)工藝，入料粒徑范圍廣，對(duì)原材料種類適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)過程環(huán)保，模塊化設(shè)計(jì)，因地制宜，不僅能應(yīng)用于綠色礦山骨料生產(chǎn)，也能應(yīng)用于固廢的資源化利用領(lǐng)域、商混和干混行業(yè)的骨料再優(yōu)化，生產(chǎn)高品質(zhì)的機(jī)制砂。生產(chǎn)系統(tǒng)中所有易產(chǎn)生揚(yáng)塵的地方均設(shè)置負(fù)壓收塵點(diǎn)，通過除塵器進(jìn)行集中收塵，收集的石粉直接輸送至儲(chǔ)存運(yùn)輸系統(tǒng)中的粉罐中進(jìn)行儲(chǔ)存。

圖2 技術(shù)改造后流程圖

2.2 主要工藝設(shè)備選型

2.2.1 制砂設(shè)備選型

經(jīng)過對(duì)比各種制砂設(shè)備，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，最終采用了立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂。立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)在破碎過程中耗盡動(dòng)能的物料會(huì)在自身重力作用下彈入機(jī)架空間并順勢(shì)滑落進(jìn)入卸料流，排出機(jī)架外。在整個(gè)破碎過程中石打石機(jī)型的物料流之間自行沖擊、研磨、擠壓破碎不與渦動(dòng)破碎腔的金屬構(gòu)件發(fā)生直接碰撞而是與物料墊層發(fā)生沖擊、研磨、破碎。這就減少了鐵污染和“卡鋼”現(xiàn)象；而且物料相互撞擊、互相整形，因此砂石料無片狀、針狀粒形，呈良好的立方體形，以此獲得最優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂。而且立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)還具備運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。具體為：選用了兩臺(tái)進(jìn)口高速立軸式破碎機(jī)，單臺(tái)機(jī)器的臺(tái)式產(chǎn)量達(dá)到400t，滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求。

2.2.2 篩分設(shè)備選型

通過對(duì)機(jī)制砂的組成特性、機(jī)制砂質(zhì)量要求的分析以及結(jié)合樓站式工藝布局特點(diǎn)，選用了高頻振動(dòng)篩。物料經(jīng)制砂機(jī)進(jìn)行破碎后物料進(jìn)入振頻60Hz～80Hz、振幅0.15mm～2.4mm的高頻振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，這種振動(dòng)篩振動(dòng)強(qiáng)度是普通振動(dòng)篩的3.5倍～5倍，能產(chǎn)生較大的機(jī)械力，對(duì)團(tuán)聚的石粉和表面黏附性石粉具有極好的分散、分離效果；同時(shí)，高效地實(shí)現(xiàn)機(jī)制砂的粗細(xì)分級(jí)。高頻振動(dòng)篩處理能力大，篩分效率高，篩面自清理能力強(qiáng)，非常適用于具有團(tuán)聚和黏附性物料的分散、分離和分級(jí)作業(yè)[2]。因國產(chǎn)高頻振動(dòng)篩技術(shù)不夠成熟，故選用了兩臺(tái)進(jìn)口高頻振動(dòng)篩，單臺(tái)篩分能力每小時(shí)不低于400t，滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求。

3 高品質(zhì)機(jī)制砂技改實(shí)施效果

本項(xiàng)目于2021年4月投產(chǎn)及達(dá)效，截止2022年4月，一年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量約為107.6萬噸(總設(shè)計(jì)產(chǎn)能為120萬噸/a，發(fā)揮產(chǎn)能89.7%)，參考周邊地市市場(chǎng)現(xiàn)狀和其他同類企業(yè)測(cè)算，銷售收入增加900余萬元人民幣；本項(xiàng)目的實(shí)施使得產(chǎn)業(yè)園整體產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)柔性控制，項(xiàng)目運(yùn)行后，整體產(chǎn)線再?zèng)]出現(xiàn)因庫存積壓停產(chǎn)問題，提高了生產(chǎn)效率，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為其他存在同樣問題的兄弟企業(yè)提供了參考措施。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)零排放，環(huán)保措施充足，符合綠色礦山建設(shè)要求。

4 結(jié) 語

空間利用充分：利用了大皮帶走廊下方空地，節(jié)約了土地資源；取料設(shè)計(jì)精妙：采用了犁式卸料器從皮帶直接取料，方式新穎實(shí)用；工藝布局緊湊：采用了樓站式立體布置，流程簡(jiǎn)短，工藝緊湊；設(shè)備精良可靠：采用了一流設(shè)備，產(chǎn)品符合高品質(zhì)機(jī)制砂質(zhì)量要求；社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著：帶動(dòng)了企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線整體柔性控制，實(shí)現(xiàn)零排放，符合綠色礦山建設(shè)要求，并且在實(shí)際運(yùn)行中增收顯著。