一種高品質機制砂制備工藝在濟鋼的應用

劉 銳

(山東濟鋼環保新材料有限公司，山東 濟南 250200)

2017年，濟鋼產能調整進入實施階段。到2017年7月8日，濟鋼鋼鐵生產線全部停產。濟鋼開啟了轉型發展之路，山東濟鋼環保新材料產業園項目是濟鋼轉型發展的排頭兵，是山東省首批“新舊動能轉換”的重點項目之一。山東濟鋼環保新材料有限公司積極響應執行國家政策，以“發展綠色礦業、建設綠色礦山”為本，落實科學發展觀和生態文明建設，實施年產1 000萬噸綠色建筑材料加工生產線建設項目。產業園項目于2021年1月份全面建成投產，并于2021年11月份順利通過省級綠色礦山建設驗收。山東濟鋼環保新材料有限公司公司長遠發展規劃將以碳酸鈣深加工為核心，依托資源優勢，形成基礎原料加工、下游產業銜接、配套產業格局，力爭用3年～5年時間，實現“建設國家級綠色礦山、打造國內標桿產線”的目標。

1 產業園運行情況分析研究

1.1 運行分析發現可優化點

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、煙氣脫硫劑等產品的要求，當前生產線主要產品是建筑行業需要的綠色建材。在產業園運營過程中發現，受時間段、客戶類型、需求用途等復雜因素影響，在一定時間段里生產線不同粒級規格產品存在暢銷、滯銷及價格高低轉換情況。經過對產線整體工藝流程進行研究，并結合市場需求，發現可以對4.75mm～10mm的產品通過增加制砂工序轉換為高品質機制砂產品，實現產線柔性控制，達到所有產品不落地貯存，合理分配，并實現經濟效益最大化，可謂一舉多得。

1.2 機制砂行業發展現狀分析

近年來，隨著國家經濟建設的迅速發展，建筑行業也得到進一步的提升，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。為了保護生態環境，國家出臺了一系列政策，限制了對天然河砂的開采，而建筑市場對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形成了長期緊張、持續漲價的趨勢，甚至到了有價無市的地步。目前，機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，由政府引導全面推廣使用機制砂，將對城市的未來發展產生重要意義[1]。

2022年4月1日起實施的《混凝土結構通用規范》中提出了機制砂的應用技術要求，這表明國家已經從最高等級的“強制性國家標準”中肯定了機制砂的應用，這對砂石行業的發展和機制砂的應用具有重要意義。長期以來，機制砂在工程應用中“不受待見”，不僅僅是因為早期產品質量參差不齊，更重要的是因為國家工程建設的初始設計方面普遍延續的是應用天然河砂的要求。住建部將機制砂列入發布的強制性國家標準規范中，意味著機制砂在建筑工程的設計階段就會被考慮進去，從“根本上”解決了機制砂在各類工程建設領域的推廣應用，是“根本性”突破，勢必會推動機制砂石產業高質量發展。

1.3 周邊市場調查分析

機制砂是混凝土生產過程中的重要原料，山東省是預拌混凝土產能大省。2020年中國預拌混凝土產能有3個省份超過80 000萬m3/年，其中山東省預拌混凝土產能居全國榜首，2020年達到94 269萬m3/年。2020年濟南市預拌混凝土企業132家，實際產量3 369萬m3，位居山東省產量第二名。經過實地走訪部分預拌混凝土企業，發現他們對高品質機制砂的需求量大，市場銷路比較好。

綜上，機制砂產業屬于國家鼓勵支持產業；對4.75mm～10mm的產品通過增加制砂工序轉換為高品質機制砂產品，可以實現產業園整體產線柔性控制；周邊高品質機制砂需求量大，市場銷路比較好，實現經濟效益最大化。因此，本次技改方案的實施很有必要性。

2 高品質機制砂技改方案制定

2.1 工藝方案研究設計

2.1.1 技術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，技術改造前的工藝采用兩級破碎、兩級篩分、一級選粉工藝。具體來看就是，石灰石一級破碎采用兩臺反擊式破碎機，該設備允許入料粒度為1 100mm，產品粒度為<120mm。一級破碎后的石灰石經長916m皮帶輸送機送至加工區1#φ75m儲量5萬噸中轉庫暫存；出中轉庫石灰石經膠帶輸送機送至一級篩分。石灰石一級篩分選用8臺圓振篩，設置二層篩，篩孔孔徑分別40mm×40mm、20mm×20mm；>40mm的石灰石經膠帶輸送機送至石灰石二級破碎系統，二級破碎系統選用4臺破碎機，破碎后送至一級篩分；一級篩分生產出20mm～40mm粒級成品；<20mm粒級石灰石經膠帶輸送機送至二級篩分，二級篩分選用8臺圓振篩，設置二層篩，篩孔孔徑分別10mm×10mm，5mm×5mm；二級篩分后生產出10mm～20mm、4.75mm～10mm粒級兩種產品，4.75mm～10mm粒級的物料經過B1000×212m皮帶輸送到φ20×40m成品倉頂，再經B1000×33.4m和B1000×55.4皮帶進入成品倉，裝車發貨；≤4.75mm的石灰石經膠帶輸送機送至石灰石細碎系統2#φ75m儲量5萬噸中轉庫；出中轉庫石灰石經皮帶機送至石灰石選粉系統。石灰石選粉選用3套選粉系統。每套系統配套1臺復合式選粉機，將≤4.75mm石料分級成石灰石細粉和≤4.75mm砂石兩種成品。

本次技改是對4.75mm～10mm的產品通過增加制砂工序轉換為高品質機制砂產品，以下為技改后工藝流程介紹。

圖1 技術改造前流程圖

2.1.2 技術改造后工藝流程介紹

圖2為改造后的工藝流程，具體來說就是在現有生產線4.75mm～10mm輸送皮帶機增設1個犁式卸料器，利用犁式卸料器定點卸料，物料溜至中間倉，再通過調速皮帶機送至立軸式沖擊破碎機(皮帶機加設通過式托輥皮帶秤)，物料破碎后溜至振動篩，經過篩分，>4.75mm物料經皮帶機、提升機返回立軸式沖擊破碎機重新破碎，進入循環系統。≤4.75mm物料為成品，經皮帶機輸送至現有0mm～4.75mm產品皮帶機，最后輸送至現有2#中轉庫儲存，隨現有生產線產品一起進入選粉車間選粉。

2.1.3 制砂工藝布置介紹

在工藝布置過程中，充分考慮現場環境，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，干法生產工藝，入料粒徑范圍廣，對原材料種類適應性強，生產過程環保，模塊化設計，因地制宜，不僅能應用于綠色礦山骨料生產，也能應用于固廢的資源化利用領域、商混和干混行業的骨料再優化，生產高品質的機制砂。生產系統中所有易產生揚塵的地方均設置負壓收塵點，通過除塵器進行集中收塵，收集的石粉直接輸送至儲存運輸系統中的粉罐中進行儲存。

圖2 技術改造后流程圖

2.2 主要工藝設備選型

2.2.1 制砂設備選型

經過對比各種制砂設備，結合本項目實際情況，最終采用了立軸式沖擊破碎機制砂。立軸式沖擊破碎機在破碎過程中耗盡動能的物料會在自身重力作用下彈入機架空間并順勢滑落進入卸料流，排出機架外。在整個破碎過程中石打石機型的物料流之間自行沖擊、研磨、擠壓破碎不與渦動破碎腔的金屬構件發生直接碰撞而是與物料墊層發生沖擊、研磨、破碎。這就減少了鐵污染和“卡鋼”現象；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，以此獲得最優質的機制砂。而且立軸式沖擊破碎機還具備運行成本低的特點。具體為：選用了兩臺進口高速立軸式破碎機，單臺機器的臺式產量達到400t，滿足設計產能要求。

2.2.2 篩分設備選型

通過對機制砂的組成特性、機制砂質量要求的分析以及結合樓站式工藝布局特點，選用了高頻振動篩。物料經制砂機進行破碎后物料進入振頻60Hz～80Hz、振幅0.15mm～2.4mm的高頻振動篩進行篩分，這種振動篩振動強度是普通振動篩的3.5倍～5倍，能產生較大的機械力，對團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，高效地實現機制砂的粗細分級。高頻振動篩處理能力大，篩分效率高，篩面自清理能力強，非常適用于具有團聚和黏附性物料的分散、分離和分級作業[2]。因國產高頻振動篩技術不夠成熟，故選用了兩臺進口高頻振動篩，單臺篩分能力每小時不低于400t，滿足設計產能要求。

3 高品質機制砂技改實施效果

本項目于2021年4月投產及達效，截止2022年4月，一年數據統計產量約為107.6萬噸(總設計產能為120萬噸/a，發揮產能89.7%)，參考周邊地市市場現狀和其他同類企業測算，銷售收入增加900余萬元人民幣；本項目的實施使得產業園整體產線實現柔性控制，項目運行后，整體產線再沒出現因庫存積壓停產問題，提高了生產效率，優化了產品結構，為其他存在同樣問題的兄弟企業提供了參考措施。項目實現零排放，環保措施充足，符合綠色礦山建設要求。

4 結 語

空間利用充分：利用了大皮帶走廊下方空地，節約了土地資源；取料設計精妙：采用了犁式卸料器從皮帶直接取料，方式新穎實用；工藝布局緊湊：采用了樓站式立體布置，流程簡短，工藝緊湊；設備精良可靠：采用了一流設備，產品符合高品質機制砂質量要求；社會效益和經濟效益顯著：帶動了企業轉型發展，實現產線整體柔性控制，實現零排放，符合綠色礦山建設要求，并且在實際運行中增收顯著。