一种高品质机制砂制备工艺在济钢的应用

刘 锐

(山东济钢环保新材料有限公司，山东 济南 250200)

2017年，济钢产能调整进入实施阶段。到2017年7月8日，济钢钢铁生产线全部停产。济钢开启了转型发展之路，山东济钢环保新材料产业园项目是济钢转型发展的排头兵，是山东省首批“新旧动能转换”的重点项目之一。山东济钢环保新材料有限公司积极响应执行国家政策，以“发展绿色矿业、建设绿色矿山”为本，落实科学发展观和生态文明建设，实施年产1 000万吨绿色建筑材料加工生产线建设项目。产业园项目于2021年1月份全面建成投产，并于2021年11月份顺利通过省级绿色矿山建设验收。山东济钢环保新材料有限公司公司长远发展规划将以碳酸钙深加工为核心，依托资源优势，形成基础原料加工、下游产业衔接、配套产业格局，力争用3年～5年时间，实现“建设国家级绿色矿山、打造国内标杆产线”的目标。

1 产业园运行情况分析研究

1.1 运行分析发现可优化点

初期开采过程中由于石灰石含钙量较低，无法满足冶金熔剂、烟气脱硫剂等产品的要求，当前生产线主要产品是建筑行业需要的绿色建材。在产业园运营过程中发现，受时间段、客户类型、需求用途等复杂因素影响，在一定时间段里生产线不同粒级规格产品存在畅销、滞销及价格高低转换情况。经过对产线整体工艺流程进行研究，并结合市场需求，发现可以对4.75mm～10mm的产品通过增加制砂工序转换为高品质机制砂产品，实现产线柔性控制，达到所有产品不落地贮存，合理分配，并实现经济效益最大化，可谓一举多得。

1.2 机制砂行业发展现状分析

近年来，随着国家经济建设的迅速发展，建筑行业也得到进一步的提升，大量建筑材料在这一阶段中被快速消耗，天然的河砂资源被过度开发。为了保护生态环境，国家出台了一系列政策，限制了对天然河砂的开采，而建筑市场对砂石巨大的需求量依然存在。另一种天然砂石—海砂则由于质量方面的原由，一直不能被很好地利用，这使得建筑用砂市场形成了长期紧张、持续涨价的趋势，甚至到了有价无市的地步。目前，机制砂石作为天然砂石的替代品，已逐渐成为建筑以及道桥等行业的主要用砂，有效地缓解了建筑用砂的匮乏问题，由政府引导全面推广使用机制砂，将对城市的未来发展产生重要意义[1]。

2022年4月1日起实施的《混凝土结构通用规范》中提出了机制砂的应用技术要求，这表明国家已经从最高等级的“强制性国家标准”中肯定了机制砂的应用，这对砂石行业的发展和机制砂的应用具有重要意义。长期以来，机制砂在工程应用中“不受待见”，不仅仅是因为早期产品质量参差不齐，更重要的是因为国家工程建设的初始设计方面普遍延续的是应用天然河砂的要求。住建部将机制砂列入发布的强制性国家标准规范中，意味着机制砂在建筑工程的设计阶段就会被考虑进去，从“根本上”解决了机制砂在各类工程建设领域的推广应用，是“根本性”突破，势必会推动机制砂石产业高质量发展。

1.3 周边市场调查分析

机制砂是混凝土生产过程中的重要原料，山东省是预拌混凝土产能大省。2020年中国预拌混凝土产能有3个省份超过80 000万m3/年，其中山东省预拌混凝土产能居全国榜首，2020年达到94 269万m3/年。2020年济南市预拌混凝土企业132家，实际产量3 369万m3，位居山东省产量第二名。经过实地走访部分预拌混凝土企业，发现他们对高品质机制砂的需求量大，市场销路比较好。

综上，机制砂产业属于国家鼓励支持产业；对4.75mm～10mm的产品通过增加制砂工序转换为高品质机制砂产品，可以实现产业园整体产线柔性控制；周边高品质机制砂需求量大，市场销路比较好，实现经济效益最大化。因此，本次技改方案的实施很有必要性。

2 高品质机制砂技改方案制定

2.1 工艺方案研究设计

2.1.1 技术改造前工艺流程介绍

从图1技改前的工艺流程图可以看出，技术改造前的工艺采用两级破碎、两级筛分、一级选粉工艺。具体来看就是，石灰石一级破碎采用两台反击式破碎机，该设备允许入料粒度为1 100mm，产品粒度为<120mm。一级破碎后的石灰石经长916m皮带输送机送至加工区1#φ75m储量5万吨中转库暂存；出中转库石灰石经胶带输送机送至一级筛分。石灰石一级筛分选用8台圆振筛，设置二层筛，筛孔孔径分别40mm×40mm、20mm×20mm；>40mm的石灰石经胶带输送机送至石灰石二级破碎系统，二级破碎系统选用4台破碎机，破碎后送至一级筛分；一级筛分生产出20mm～40mm粒级成品；<20mm粒级石灰石经胶带输送机送至二级筛分，二级筛分选用8台圆振筛，设置二层筛，筛孔孔径分别10mm×10mm，5mm×5mm；二级筛分后生产出10mm～20mm、4.75mm～10mm粒级两种产品，4.75mm～10mm粒级的物料经过B1000×212m皮带输送到φ20×40m成品仓顶，再经B1000×33.4m和B1000×55.4皮带进入成品仓，装车发货；≤4.75mm的石灰石经胶带输送机送至石灰石细碎系统2#φ75m储量5万吨中转库；出中转库石灰石经皮带机送至石灰石选粉系统。石灰石选粉选用3套选粉系统。每套系统配套1台复合式选粉机，将≤4.75mm石料分级成石灰石细粉和≤4.75mm砂石两种成品。

本次技改是对4.75mm～10mm的产品通过增加制砂工序转换为高品质机制砂产品，以下为技改后工艺流程介绍。

图1 技术改造前流程图

2.1.2 技术改造后工艺流程介绍

图2为改造后的工艺流程，具体来说就是在现有生产线4.75mm～10mm输送皮带机增设1个犁式卸料器，利用犁式卸料器定点卸料，物料溜至中间仓，再通过调速皮带机送至立轴式冲击破碎机(皮带机加设通过式托辊皮带秤)，物料破碎后溜至振动筛，经过筛分，>4.75mm物料经皮带机、提升机返回立轴式冲击破碎机重新破碎，进入循环系统。≤4.75mm物料为成品，经皮带机输送至现有0mm～4.75mm产品皮带机，最后输送至现有2#中转库储存，随现有生产线产品一起进入选粉车间选粉。

2.1.3 制砂工艺布置介绍

在工艺布置过程中，充分考虑现场环境，合理利用了大皮带走廊下方空间，采用了楼站式集成处理系统，干法生产工艺，入料粒径范围广，对原材料种类适应性强，生产过程环保，模块化设计，因地制宜，不仅能应用于绿色矿山骨料生产，也能应用于固废的资源化利用领域、商混和干混行业的骨料再优化，生产高品质的机制砂。生产系统中所有易产生扬尘的地方均设置负压收尘点，通过除尘器进行集中收尘，收集的石粉直接输送至储存运输系统中的粉罐中进行储存。

图2 技术改造后流程图

2.2 主要工艺设备选型

2.2.1 制砂设备选型

经过对比各种制砂设备，结合本项目实际情况，最终采用了立轴式冲击破碎机制砂。立轴式冲击破碎机在破碎过程中耗尽动能的物料会在自身重力作用下弹入机架空间并顺势滑落进入卸料流，排出机架外。在整个破碎过程中石打石机型的物料流之间自行冲击、研磨、挤压破碎不与涡动破碎腔的金属构件发生直接碰撞而是与物料垫层发生冲击、研磨、破碎。这就减少了铁污染和“卡钢”现象；而且物料相互撞击、互相整形，因此砂石料无片状、针状粒形，呈良好的立方体形，以此获得最优质的机制砂。而且立轴式冲击破碎机还具备运行成本低的特点。具体为：选用了两台进口高速立轴式破碎机，单台机器的台式产量达到400t，满足设计产能要求。

2.2.2 筛分设备选型

通过对机制砂的组成特性、机制砂质量要求的分析以及结合楼站式工艺布局特点，选用了高频振动筛。物料经制砂机进行破碎后物料进入振频60Hz～80Hz、振幅0.15mm～2.4mm的高频振动筛进行筛分，这种振动筛振动强度是普通振动筛的3.5倍～5倍，能产生较大的机械力，对团聚的石粉和表面黏附性石粉具有极好的分散、分离效果；同时，高效地实现机制砂的粗细分级。高频振动筛处理能力大，筛分效率高，筛面自清理能力强，非常适用于具有团聚和黏附性物料的分散、分离和分级作业[2]。因国产高频振动筛技术不够成熟，故选用了两台进口高频振动筛，单台筛分能力每小时不低于400t，满足设计产能要求。

3 高品质机制砂技改实施效果

本项目于2021年4月投产及达效，截止2022年4月，一年数据统计产量约为107.6万吨(总设计产能为120万吨/a，发挥产能89.7%)，参考周边地市市场现状和其他同类企业测算，销售收入增加900余万元人民币；本项目的实施使得产业园整体产线实现柔性控制，项目运行后，整体产线再没出现因库存积压停产问题，提高了生产效率，优化了产品结构，为其他存在同样问题的兄弟企业提供了参考措施。项目实现零排放，环保措施充足，符合绿色矿山建设要求。

4 结 语

空间利用充分：利用了大皮带走廊下方空地，节约了土地资源；取料设计精妙：采用了犁式卸料器从皮带直接取料，方式新颖实用；工艺布局紧凑：采用了楼站式立体布置，流程简短，工艺紧凑；设备精良可靠：采用了一流设备，产品符合高品质机制砂质量要求；社会效益和经济效益显著：带动了企业转型发展，实现产线整体柔性控制，实现零排放，符合绿色矿山建设要求，并且在实际运行中增收显著。