干混砂漿生產設備淺析

董衛良

隨著國內各地砂漿“禁現”工作的不斷深入，如火如荼的干混砂漿行業投資熱潮也滾滾而來，許許多多從未接觸建材行業、具有敏銳投資眼光的有識之士紛紛進入干混砂漿行業。但面對形形色色干混砂漿生產設備，如何選擇生產工藝合理、設備性價比最優的設備，避免走入誤區，是目前投資者急需了解的。本文對干混砂漿的生產工藝及各個生產系統做了簡單的介紹，對目前國內干混砂漿設備存在的問題作一些討論，給投資者提供一些參考。

干混砂漿生產線主要由砂預處理系統（砂的干燥和篩分）、原料儲存系統、計量系統、攪拌系統、包裝散裝系統、除塵系統、控制系統組成，下面將對各個系統作進一步的介紹。

一、干燥冷卻系統

濕砂干燥冷卻過程中需要消耗大量的熱源及動力電源，成為影響干混砂漿成本及質量的關鍵系統之一。國內目前存在的濕砂干燥設備形式有三種：塔式、滾筒式、振動流化床。

1、塔式：也稱為立式干燥設備。濕沙通過斗提機提升到塔頂，由塔頂進入干燥塔內的旋轉刮料裝置，然后均勻分布在塔內最上層的篦斗內；塔內烘干區由多組不同角度組合的篦錐及篦斗組成。濕砂依靠重力自上而下分別在篦錐及篦斗上錯層流動，形成空間分布均勻的料簾，與從塔底部及中部進入的熱空氣逆流接觸換熱干燥，干砂從底部排出，廢煙氣從塔頂排走。僅有干燥區，沒有冷卻區，干燥出砂溫度一般在80度以上，需要另外配置冷卻設備。由于塔式干燥設備是通過高度落差使物料依靠自重流動，料流在塔內的停留時間不易控制。

2、滾筒式：根據滾筒的層數分為單層和多回程滾筒。單層滾筒是最古老的干燥設備之一，被廣泛用于化工、建材和冶金等領域。

干燥滾筒略帶傾斜安裝并能回轉運動。濕砂從左端上部進入滾筒，在滾筒內不斷地被筒壁上的抄板揚起后落下，形成料簾，與并流的熱風接觸換熱。干燥過程中，濕砂借助于滾筒的緩慢轉動，在重力的作用下從較高端向較低端移動，干砂及廢煙氣最終從右端排出。由于沒有專門的冷卻措施，干燥出砂溫度一般在70度以上。

多回程滾筒常見的主要有雙回程和三回程，其內層是干燥區，外層一般是冷卻區。內層結構與單層類似，濕砂可以在筒內形成料簾與并流的熱風進行熱交換，外層由于空間的限制，干砂基本是呈螺旋堆積狀被外筒壁上的葉片推動流出，與空氣的接觸面相對少了很多。由于多了外層，相對單層滾筒來說，就像多了一層保溫層一樣，多回程滾筒的散熱損失較單層少。

3、振動流化床是在普通流化床上施加振動改進而成的。普通流化床中物料的流態化完全是靠氣流來實現的；而在振動流化床中，物料的流態化和輸送主要是靠振動來完成，這樣就降低了物料的最小流化速度，使流態化現象提早出現，所需的風量也就大為降低，為一般普通流化床氣量的20%～30%,也相應減輕了細粉夾帶現象，進而降低了收塵系統的負荷。振動流化床由風箱、布風板、流化室、廢氣室、振動裝置、鼓風系統、除塵系統組成。濕砂由流化床的一端進入，在流室內與風箱內吹出的熱空氣逆流接觸，劇烈翻滾，呈沸騰流態狀，此時每一粒濕沙都被空氣包裹著，不需要太高的溫度，濕沙就被干燥了，干燥速率極高；借助斜向上的振動力，流態的物料跳躍著向出口處移動。風箱及流化室可根據干燥冷卻功能的需要分隔成2個，分別用于干燥和冷卻。而且由于排放的冷熱空氣是分路走的，其中的干燥尾氣可以重新返回到加熱裝置中加以利用。由于干燥冷卻的速度很快，相比較而言，流化床的外形尺寸是最小的。流化床的熱風溫度可在500度以內，煙氣溫度75度左右，出砂溫度55度左右。

干燥需要的供熱設備主要有燃煤、燃油和燃氣這三種，我國是產煤大國，煤的價格相對柴油和天然氣來說便宜很多，所以一般我們采用的熱源以燃煤為主，當然各地可根據當地的資源情況來選擇。燃煤設備分為3種：鏈條排爐、高溫煤粉爐、沸騰爐。

鏈條排爐是手燒爐的改進，采用了鏈條排自動機械喂煤，但排渣還需人操作。為防止煤渣在鏈條上結焦，對燃煤的品質有要求，需采用不易結焦的優質煤。其燃煤效率較低。

高溫煤粉爐燃燒的是80～100目的粉狀煙煤，而且要求煙煤的揮發性要高，燃點低，以便點火，對煤質的要求最高。煤粉通過鼓風機以一定的壓力由火焰噴射器噴入爐體內，燃燒速度快，熱力釋放比較集中，爐體內煙氣溫度可達到1400度。由于煙煤需要經過破碎后再磨成粉狀，破碎及磨粉設備的維護費用較高。

沸騰爐是將0～10mm的燃煤機械送入爐中的布風板上，高壓風通過布風板使爐中的煤粒沸騰，煤粒在沸騰燃燒的過程中與空氣接觸面積大且相對運動速度大，即使是劣質煤也能達到很高的燃盡程度，燃燒效率高。爐體受熱均勻，使用壽命長。機械喂煤，自動排渣。工人操作勞動強度低。

沸騰爐雖然一次性投資比較大，但對燃煤的要求極低，而且燃燒效率高，實際運行很經濟，是最佳的燃煤爐型；煤粉爐的一次投資低，但磨煤裝置的運行維護費用高，而且必須燃燒優質煤，運行成本高，適合于經常搬遷或者要求煙氣溫度高的煤爐。

干燥冷卻系統需要關注的技術參數有：能耗（干燥一噸濕砂的煤耗）、干燥后砂的含水率（不大于0.5%）、干燥后砂的溫度（不高于70度）。

二、篩分系統

由于干混砂漿中砂的粒徑很小（1mm以下），砂的級配篩分顯得尤為困難。國內傳統篩分機存在篩分精度不高，篩網使用壽命低，篩網更換不便，篩分產量低。國內普遍采用的篩分設備有：直線篩、圓滾篩、概率篩。

直線篩：是使用最為廣泛的一種形式，各層篩網平行排列，篩分產量大，篩分精度較高。

圓滾篩：特別適合于微粉的精細篩分，篩分產量小，篩分精度高。

概率篩：篩網大傾角布置，各層篩網的角度不一，大傾角布置的篩網使得篩網在過載的情況下也不至于被撕裂，具有高的過載能力。

篩分系統需要關注的技術參數有：篩分精度（應不小于70%）、篩分能力（應不小于標定的能力）、是否有篩網的自清潔系統、篩網的使用壽命。

三、原料的儲存系統

干混砂漿的原料主要是砂、水泥、粉煤灰、礦粉和各種功能性添加劑。

原料砂是最大量的大宗原料，考慮到河砂的含水性，砂的堆場應該盡可能大，分時段堆放，最后時段的砂堆場要設置防雨棚。利用自然瀝干的方法降低砂的含水率，減少能源的消耗；干砂筒倉的容積宜考慮能存儲半個臺班的消耗量。

散裝粉料一般采用氣力輸送的方式儲存到粉倉中，粉料筒倉的容積可根據當地原料供應情況確定，一般不少于半個臺班的儲量。

四、計量系統

干混砂漿的計量系統一般有砂秤、粉秤和添加劑秤這三種秤。各個秤的計量精度要求不一樣，砂秤最低，添加劑秤最高。對不同的材料，宜采用合適的給料裝置進行給料計量，在達到計量精度要求的同時，使用最經濟合理的給料裝置是最佳的選擇。比如，干砂可采用自重溜管給料，避免了高磨損性材料對設備的損害；玻化微珠液可采用自重溜管或風送槽給料，減少玻化微珠破碎情況的發生；添加劑宜采用微量給料設備，可提高計量的精確性。計量系統需要關注的技術參數有：動態計量精度（砂秤不大于2%，粉秤和添加劑秤不大于1%），秤的計量范圍（不小于標定值），秤的卸料時間（不大于30秒）。

五、攪拌系統

攪拌機是整個生產系統的心臟，選擇一臺高效率、高品質的攪拌機就顯得尤為重要了。攪拌機的核心在于能夠將多種不同的混合料（其中包含含量小于50g/t的微量添加劑）在一個批次內充分的混合為一個配方，特別是像顏料、纖維等材料需要完全打開、分散均勻，對混合技術有著很高的要求。國內目前普遍采用的攪拌機形式有二種：雙軸無重力式和單軸鏵犁式。

雙軸無重力式混合機：攪拌區域內有死區容易造成攪拌物料的不均勻性，且攪拌的周期時間長，大致的攪拌時間在180s～600s，有的甚至更長；因主機的結構原因造成設置飛刀裝置效果不理想，沒辦法分散大團物料及纖維，這樣對適用的砂漿產品范圍大大減小；物料（添加劑）的比例范圍小，最大只達到1：3000；主機攪拌軸轉速不高，攪拌的物料利用效率比較低，填充系數在0.3～0.6以內。

單臥軸鏵犁式混合機：由于是單軸，不存在攪拌有死區的問題，并且選擇了最優的葉片接觸面積和角度，攪拌周期就大大得以提高，大致的攪拌時間在90s～180s，依產品配方而定；主機可以合理的設置2～4個攪拌飛刀裝置，這樣就可以分散大團物料及纖維，適用的砂漿產品范圍廣泛；主軸轉速高，利用效率高，填充系數是在0.6～0.75；微量添加劑的添加比例范圍大，最高只達到1：10000。

攪拌系統需要關注的技術參數有：攪拌均勻性(變異系數不大于5%),攪拌時間（90～240秒為宜，時間越短越好），卸料時間（15秒以內，越快越好），卸料殘留率（不大于1%）。

六、包裝散裝系統

1、包裝。包裝機根據袋口形狀分為敞口和閥口兩種形式，敞口式包裝機需要經過一道縫合過程，產量較閥口式低，而且需要增加一個縫紉的工序，但其密封性較閥口式的高，一般在特種砂漿上采用較多，儲存期長，可長距離運輸；閥口式包裝機適合于大產量普通砂漿的包裝，人工套袋后自動落袋封口，可減少一個縫紉的人工，雖然密封性較差，但普通砂漿一般都是短程運輸，不需要長的儲存期，目前在國內廣泛采用。

閥口式包裝機根據給料方式分為葉輪式、氣壓式、螺旋式三種，早期國內干混砂漿包裝機基本沿用了水泥包裝機的形式，采用葉輪式的較多，但使用穩定性不高，易堵死；后來受國外進口設備的影響，逐漸采用氣壓包裝機，包裝速度快，易損件少，幾乎是免維護的；螺旋包裝機只適合于粉末類砂漿產品的包裝。

包裝系統需關注的技術參數有：包裝的速度（一般為4包/分鐘）、包裝的精度（誤差不大于0.5公斤/袋）、包裝產生的粉塵。

2、散裝。散裝設備一般在普通砂漿生產線上采用，用于散裝車的灌裝。散裝頭是一個可伸縮的料斗，一般處于收起的位置。當散裝車進入灌裝位后，放下散裝頭，將散裝頭伸到散裝車內，就位后開始放料，料滿后自動關閉放料閥，人工操縱升起，完成灌裝過程，整個灌裝過程有專門的收塵裝置負責將揚起的粉塵吸走，并排回。

散裝系統需關注的技術參數有：放料速度（不小于生產線每小時的產量）、散裝頭的可靠性和密封性（上下靈活，自動準確關門）、環境粉塵污染小。

七、除塵系統

除塵系統是整個生產線的清潔工，除塵系統是否完善決定了這個生產線是否干凈。目前國內大部分生產線的除塵系統是不完善的，粉塵到處飄揚，給人一種環保設備本身并不環保的感覺。分析問題產生的原因，除了設備廠家為了降低設備造價，減少除塵設備的配置外，更多的原因是除塵工藝設計不合理。

八、控制系統

控制系統是整個生產線的大腦，很多機械設備硬件的功能是通過這些軟件來實現的，只有聰慧的大腦才能使得整個生產線充滿靈氣。控制系統的控制方式有：儀表控制、PLC數字控制。隨著電腦的普及，PLC數字控制技術得到了廣泛的運用。

控制系統需要關注的技術要求：完全可靠的操作系統、可儲存和修改所有需要的配方、可記錄所有的生產數據并有數據管理功能（可隨時查詢某天某月某年的生產統計數據）、人性化的操作界面、可全自動、半自動和手動操作、具有升級的空間。