澆注式瀝青材料生產設備礦粉加熱裝置研制應用

沈志國

（上海公路橋梁（集團）有限公司道路工程公司，上海市 200435）

成果應用

澆注式瀝青材料生產設備礦粉加熱裝置研制應用

沈志國

（上海公路橋梁（集團）有限公司道路工程公司，上海市 200435）

結合工程實例，介紹了澆筑式瀝青材料生產設備礦粉加熱裝置的研制應用，有關經驗可供相關專業人員參考。

澆筑式瀝青；礦粉；加熱裝置

0 引言

2012年上海道路工程公司引進澆注式瀝青攤鋪成套設備，由于澆注式瀝青攤鋪施工需增加材料的流動性，材料出廠溫度須達到230℃以上，為此高溫對現有瀝青攪拌機生產澆注式瀝青混合料設備損傷較大。目前所使用材料中的礦粉混合占比在20%～30%左右，礦粉在不加熱的前提下，勢必提高骨料溫度至360℃以上，這直接造成設備中的提升熱料斗，振動篩等部位由退火而損壞。而且我們所使用的礦粉材料含水量非常高，這會在混合瀝青料中產生：（1）形成氣泡；（2）礦粉團。如果使用現有的拌和設備既能生產出合格材料，又能降低骨料加熱溫度，減少機械損傷程度降至最低，必須在原有拌和機增加一道礦粉加熱工序及增加一套礦粉加熱裝置。

根據德國生產澆注式材料的相關信息，2013年采用礦粉加熱辦法，生產過程中縮短拌和時間，提高生產質量，降低設備損耗。

1 礦粉加熱裝置的研發

由公司牽頭研發小組在2013年立項，一是對國外、國內同行進行相關資料、技術調研，二是尋找機械裝置加工研制的合作伙伴。由于澆注式瀝青材料生產礦粉加熱裝置在國內當屬首創，礦粉材料熱傳導系數非常低，易產生爆炸，對制作生產設備可以參照的技術、工藝等方面的信息和資料缺乏。公司組織相關技術人員與三一集團技術人員合作。結合我們對瀝青行業系統相關設備的認知度和理解，針對澆注式瀝青材料生產中所有能涉及的技術和安全的問題，經過反復的論證，結合單位的現有條件，在不到一年半時間里完成了澆注式瀝青生產設備加熱裝置的設計和制作。該套設備經過運行完全能滿足澆注式瀝青材料生產的質量要求。同時降低了生產過程中的生產溫度，減少設備在生產中過熱而引起部件的損傷。

2 礦粉加熱裝置工作原理

（1）系統的工作流程

系統的工作流程見圖1。

圖1 系統的工作流程

（2）系統的工作原理

加熱器作為本系統的核心部件，是本系統的熱源傳導工具和熱傳遞的場所，冷礦粉在加熱器里吸收導熱油傳遞來的熱量，成品粉料進入熱粉存儲罐中，具備生產需要。

a.礦粉加熱器由以下幾個部分組成：大加熱盤、小加熱盤、耙臂、耙葉（均勻的安裝在耙臂上）、進導熱油管、出導熱油管、主軸、驅動裝置等，見圖2。

圖2 加熱系統裝置圖

加熱盤內部中空，通有導熱油，礦粉在盤面上實現熱傳遞的過程。冷礦粉由礦粉螺旋輸送機導入加熱裝置頂部的分料器中，分料器將礦粉分散成六段，均勻、連續地灑落到加熱裝置的第一層加熱盤（小加熱盤）上。加熱器的驅動裝置帶動主軸進行旋轉，安裝在主軸上的耙臂則以主軸為中心，在加熱盤的熱盤面作順時針的回轉運動，從而實現礦粉的翻炒和周向運動；而具有一定安裝傾角的耙葉，實現礦粉在盤面上的徑向移動；復合礦粉的周向運動和徑向運動，實現了礦粉以阿基米德螺旋軌跡，通過加熱盤的表面。小加熱盤的耙葉將礦粉推移到加熱盤的外緣，礦粉沿小加熱盤的外緣灑落到下方的大加熱盤上，大加熱盤的耙葉又將礦粉向里推移，并從中間落料口處灑落入下層小加熱盤上，如此往復，礦粉在大、小干燥盤上下交替推移，最后由底層的耙葉移送到出料口排出，進入礦粉儲存罐內，見圖3、圖4。

圖3 礦粉加熱的內部結構示意圖

圖4 礦粉的阿基米德螺旋線運行軌跡

b.熱粉存儲罐

用于臨時存儲成品熱粉的裝置，外部采用巖棉保溫措施，可有效的成品粉料的溫度散失。

c.廢粉排空裝置

配合粉料提升機和提升機出口的翻板結構，實現熱粉存儲罐內殘留礦粉的回歸至原冷礦粉存儲罐。

3 礦粉加熱裝置的技術要求

3.1 工況要求

（1）礦粉加熱系統用于將含水率 1%的礦粉由常溫加熱至170℃左右（可根據實際需自行設定目標溫度），所需的熱量約為45萬大卡。

（2）本系統中所需導熱油的總量約 1.5 t（加熱盤全部充滿需 500 kg，但為保證充足的熱源供熱，則所需的導熱油總量是加熱盤容量的3倍）。

3.2 礦粉加熱器技術要求

（1）加熱盤的設計壓力：單盤的設計壓力不大于0.4 MPa。

（2）加熱介質：180℃～220℃的導熱油。

（3）加熱管道：內置于筒體，與加熱盤相通，其中每四層加熱盤與一組進、出導熱油管相通；共計3組。

（4）主軸轉速：1～10 r/min，變頻無級調速，電機功率11 kW。

（5）耙臂：每層加熱盤上有 6個，固定在主軸上。

（6）加熱器的導熱油進管和成品粉的出料口處設有溫度傳感器，檢測導熱油的初始溫度和成品粉料的最終溫度，以便調控加熱模塊的主機電機轉速。

（7）粉罐頂部設有2個高料位阻旋式料位計，用于檢測物料滿倉時報警。

（8）在粉罐底部設有低料位阻旋式料位計，用于檢測到物料缺料（不滿一批次生產所需成品粉）時報警。

（9）主操作界面見圖5。

圖5 主操作界面

4 結語

通過在生產澆注式瀝青混合料工藝過程中，增加礦粉加熱工序后：

（1）骨料的干燥筒內加熱溫度從360℃降至280℃，避免加熱溫度過高而使骨料脆化，降至材料使用強度。

（2）加熱溫度從360℃降至280℃，骨料在輸送和篩選過程溫度也相應降低，各部位鋼的退火也相應降低。生產過后我們對一些主要部位進行檢測，鋼材的硬度仍能達到HRC45～55，彈簧的彈力絲毫沒有減弱，每次生產減少維修費將近10萬元。

（3）由于干燥筒內的溫度降低，引風經過濾布袋出口溫度從135℃降至98℃，減少因溫度過高加速布袋老化。

（4）礦粉經過加熱溫度至170℃，完全消除礦粉中的含水量，相互粘結也不存在。生產出瀝青混合料內似乎沒有氣泡產生和粘合一起的礦粉團，從而提高生產材料的質量。

（5）由于骨料加熱溫度降低80℃，加熱時間縮短在4 min之間（礦粉加熱可預先或與骨料加熱同步進行）。

經過幾批次的加工生產澆注式瀝青混合料，無論從提高材料質量，還是減少設備損傷，效果明顯，具有推行價值，甚至可推行至普通瀝青混合材料加工生產，為全面提升瀝青混合料的生產質量提供有效幫助。

科技論文中圖、表的使用規范

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1009-7716（2017）03-0225-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.062

2016-12-21

沈志國（1958-），男，浙江鎮海人，工程師，從事機械制造工藝及設備工作。