CN100540177C - 半干式人工砂生产工艺智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的半干式人工制砂生产工艺智能化控制技术，由半干式制砂工艺技术系统和自动化控制技术系统两部分组成，自动化控制技术半干式人工砂生产工艺智能化控制技术主要对人工砂细度模数的自动控制、石粉含量的自动控制和成品砂含水率的自动控制三个部分；通过半干式人工制砂生产工艺智能化控制技术，它能提高工程施工质量，降低工程建设成本，解决砂石加工中砂的石粉含量、细度模数和含水率达不到质量标准的难题，保证人工砂的各项指标处于受控状态，从而使人工砂的质量达到砼用砂的最优标准。同时能保证人工制砂料源含水率得到最佳控制，消除粉尘对大气的污染，保护了环境，本发明的实施有良好的经济效益和社会效益。

Description

半干式人工砂生产工艺智能化控制系统

技术领域

本发明涉及人工砂石料机械加工技术，具体涉及半干式人工砂生产工艺智能化控制技术。

背景技术

现有技术中的制砂工艺有干法制砂、湿法制砂、半干式制砂三种。干法制砂粉尘污染严重，只有实行封闭式生产才能避免粉尘污染问题，其生产成品砂中各项指标极不稳定，原因是在生产过程不能得到较好的控制，经常发生超标现象；另外，湿法制砂工艺，对成品砂要求含水率在6％以下指标不易控制，需要较大的仓容用于人工砂的脱水干化，生产过程中的废水排放量大，其中石粉流失量大，因此成品砂的石粉含量偏低；再就是半干式制砂工艺，虽然能解决干法和湿法制砂工艺存在的问题，但是由于在其制砂过程中，对各个环节的控制要求严格，如果制砂的某一个工艺技术控制环节发生变化，成品砂的质量也随之变化，这种工艺技术实施以来，靠人工在各重要岗位随时进行控制和调整各个重要技术参数，人力消耗大，工作条件有待改进。

我国人工砂石料机械加工技术经历了摸索阶段、成熟阶段、创新应用阶段，目前已形成了新的系统工艺设计理念、平面布置新形式和高性能机械应用等，不断在提高机械设备的自动化程度，保证了骨料产品质量，并降低了骨料的生产成本，随着系统运行方式的多样化、废水处理技术的日臻完善，为可持续开发创新目标的实现提供了条件。如申请号200410081460.8，名称为《人工砂石系统半干式制砂工艺》其工艺实施的方式为“先湿后半干”，“以破代磨”，即在对半成品分级的同时，用高压水冲洗各种级配的骨料，除去骨料表面所裹的泥粉，骨料分级、脱水后，选择合适粒径的骨料作为制砂料源，采用立轴式制砂机制砂，加砂水、粉砂回收利用，控制在制砂工艺各个环节骨料的含水率，从而达到半干式制砂，可以同时避免干法、湿法制砂存在的缺陷，一次性投资少，能够实现低投入，高产出，砂的石粉含量、细度模数、含水率均能得到较好控制，同时可以消除粉尘大气污染，辅以粉砂、废水回收利用，提高砂的产量和减少用水量，适用于水电站高碾压混凝土坝的建设，同时也可应用于公路、桥梁、机场、工业与民用建筑等领域。这种先进的半干式制砂工艺技术，要让人工砂的质量保持稳定状态，要求各个控制点精心操作，人工控制成本相应高一些，使用部门要求工艺过程进行自动控制呼声比较高。

由于这几种制砂工艺均是为中大型水电站或大中型建设工地服务，建设周期仅有几年，人工制砂生产线的厂房在工地上大都为临时建筑，工作条件较恶劣，所以，在全国有关的单位，不论他们采用那种制砂工艺，生产中均是用人工进行工艺技术控制。

发明内容

半干式人工制砂生产工艺智能化控制技术的目的在于提供一种新的人工制砂控制技术，它能提高工程施工质量，降低工程建设成本，解决砂石加工中砂的石粉含量、细度模数和含水率达不到质量标准的难题，保证人工砂的各项指标处于受控状态，从而使人工砂的质量达到砼用砂的最优标准。同时能保证人工制砂料源含水率得到最佳控制，消除粉法对大气的污染，解决环保问题，为建绿色环保工程提供基础条件。

半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，是由半干式制砂工艺系统和自动化控制系统两部分组成，其中的半干式制砂工艺系统由粗碎1、半成品料仓2、预筛分车间喷淋系统3、中碎车间4、第一筛分车间喷淋系统8、1#转料仓17、一级细碎车间加水系统13、第二筛分车间14、二级细碎车间15、胶带机及砂水回收系统组成；自动化控制系统由人工砂细度模数的自动控制系统、石粉含量的自动控制系统和成品砂含水率的自动控制系统三个部分组成，自动化控制系统的设备由胶带机负荷检测装置20、含水率检测仪19、转料仓电动可调给料装置、石粉含量控制的扬粉系统的风力控制装置及计算机控制上位机23所组成。

上述的半干式人工砂生产工艺智能化控制技术，其中的半干式人工制砂工艺系统的生产过程为先湿后半干，在对半成品分级的同时用高压水冲洗各种级配骨料的粒径，选择合适粒径的骨料作为制砂料源进入转料仓，骨料的粒径在3mm～40mm之间；一级、二级细碎车间的主要设备为立式破碎机；筛分车间的主要设备为圆振筛和高频振动筛。半干式制砂工艺一次性投资少，生产的成品质量满足砼所需的质量要求。

上述的半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，其中人工砂的细度模数控制在FM＝2.4～2.8之间，石粉含量控制在16％～21％，人工砂细度模数的调节和不足的石粉由粉砂车间生产的砂料综合调配；成品砂含水率通过进料胶带机上的负荷检测装置测量出的制砂机料源的进料流量和含水率检测仪测量出的含水率来调整电动供水球阀的供水量，从而达到系统成品砂的含水率控制。当半干式制砂工艺系统正常运行时，其成品砂的细度模数、石粉含量和含水率总是稳定在一个有效的固定区间内；当系统外部环境发生变化时(如系统的负荷能力、转料仓的制砂料源含水率等)，成品砂的细度模数、石粉含量、含水率将产生偏离，从而脱离成品砂三大性能控制指标的有效区间；自动化控制系统的计算机能通过胶带机负荷和砂含水率检测装置及时感知这一变化，并通过调整二级细碎(粉砂)车间给料量、电动供水球阀的供水量、石粉分离与集尘装置的扬粉系统风力强度来使成品砂质量回归正常。

上述的半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，是自动化控制系统中人工砂的细度模数和石粉含量控制，在进成品料仓的胶带、二级细碎车间的出料胶带、砂筛分车间的出料胶带的位置上分别安装细度模数自动检测装置，检测出的信息反馈到上位机，上位机根据获得的信息对进细碎制砂机的进料量、制砂机转子的线速度、粉砂车间的进料量进行调整，可联合调整，或独立调整，使生产的砂的细度模数和石粉含量达到混凝土用砂的标准。实现自动化控制系统中人工砂的细度模数和石粉含量的控制。

本发明的经济效益和社会效益

1、经济效益：以沙沱水电站砂石系统生产过程为例，它的施工采用了半干式人工砂生产工艺智能化控制技术：

沙沱水电站砂石系统采用半干式制砂工艺与传统的湿法制砂工艺相比较，降低运行电量70％，电量减少9度/m³，骨料370万，电价0.65元/度，共节约2164.5万元；降低运行水量80％，水减少3吨/m³，水价3元/吨，共节约3330万元，该工程共节约5494.5万元。

采用智能化控制技术后：

(1)半干式人工砂的各项指标采用智能化控制，能让成品砂的各项指标处于受控状态，减少不合格品。保证成品砂的细度模数在FM＝2.4～2.8之间，石粉含量满足碾压混凝土用砂的最优标准16％～22％之间，砂的含水率控制在6％以下。砂石系统运行成本，采用智能化控制后，节约人工33人左右，人工工资按照每人每年3万元计，沙沱项目部每年节约人工工资100万元。

(2)以碾压混凝土为例，半干式人工砂的石粉含量满足碾压混凝土用砂的最优标准17％～22％，与湿法生产的砂比较：湿法生产的砂的石粉含量仅在8％～13％之间，要用粉煤灰补充，用本工艺的砂可以降低9％的粉煤灰的用量，沙沱碾压混凝土为151.07万，计算结果，共节约费用386万元。

(3)粉煤灰的产地通常离水电站工地较远，运距至少300km以上。1m3碾压混凝土中的砂量约占40％，砂重约为0.88t，用常规的人工砂需要多掺粉煤灰的量约为0.08t，粉煤灰的运输费按照0.5元/t.km计算，1m3碾压混凝土用湿法生产的人工砂多掺的粉煤灰的运输费为12元以上，151.07万m3碾压混凝土共节约运输费1800万元

2、社会效益

半干式制砂工艺的制砂采用智能化控制，人工砂的石粉含量、细度模数、含水率能得到精确的控制，保证了成品质量的稳定性，提高了工程混凝土施工质量，保证了大中型水电站或大中型工程的建设重量与今后的安全运行，减少了工程施工中的材料可靠性试验费用。对碾压混凝土而言，可以根据工程要求生产所需要石粉含量的人工砂，减少了粉煤灰的用量，大大减少了工程建设成本。消除粉尘对大气的污染，为建绿色环保工程提供基础条件。

附图说明

图1是半干式制砂工艺流程示意图

图2是半干式制砂工艺智能化控制流程图示意图。

在图1～2中，1.粗碎，2半成品料仓，3预筛分车间喷淋系统，4.中碎车间，5.特大石料仓，6.大石料仓，7.洗石机，8.第一筛分车间喷淋系统，9.中石料仓，10.小石料仓，11.砂水回收系统，12.转料仓，13.一级细碎车间加水系统，14.第二筛分车间，15.二级细碎车间，16.成品砂仓，17.1#转料仓，18.低速制砂车间，19.含水率检测仪，20.胶带机负荷检测装置，21.圆振筛，22.高频振动筛，23.自动控制系统上位机，24变频调速器，25.2#转料仓，26高速粉砂车间，27.变频调速器，28.电动球阀控制器，29.电动球阀。

具体实施方式

根据图1、图2说明本发明的半干式人工砂生产工艺智能化控制技术：

实施例1：  按照半干式人工砂制砂工艺技术要求图1、图2安装好生产线。

半干式制砂工艺系统主要由粗碎1、半成品料仓2、预筛分车间喷淋系统3、中碎车间4、第一筛分车间喷淋系统8、1#转料仓17、一级细碎车间加水系统、第二筛分车间14、二级细碎车间15、胶带机及砂水回收系统组成；自动化控制技术半干式人工砂生产工艺智能化控制技术主要由人工砂细度模数的自动控制、石粉含量的自动控制和成品砂含水率的自动控制三个部分组成，系统设备由胶带机负荷检测装置20、砂含水率检测仪19、转料仓电动可调给料装置、石粉含量控制的扬粉系统的风力控制装置及计算机控制上位机23所组成。半干式制砂工艺一次性投资少，生产的成品质量满足砼所需的质量要求。

生产工艺智能化控制技术主要从制砂料源进入转料仓，进行细碎加工开始，主要对半干式人工砂含水率、细度模数、石粉含量进行控制。

制砂料源采用立式破碎机加工，制砂机可调整为低速(转子线速度＜58m/s)和高速(转子线速度＞72m/s)联合制砂。根据生产的半成品砂的石粉含量高低可自动调整立轴式制砂机转子的线速度。制砂机转子低速提高产量，转子高速度增加石粉含量，总体提高成砂率。系统由低速机组成一级细碎(制砂)车间，高速机组成二级细碎(粉砂)车间。根据制砂机的产量合理控制进圆振筛和高频振动筛的进料量。圆振筛21和高频振动筛22均安装上5mm和3mm的筛网。筛分后3mm～5mm的部分料进入二级细碎车间高速破碎。为了能满足砼高峰浇注用料，立式制砂机在高峰期间可以同时采用低速生产人工砂石料，提高产量，人工砂细度模数的调节和不足的石粉由粉砂车间生产的砂料综合调配。人工砂的细度模数控制在FM＝2.4～2.8之间，石粉含量控制在16％～21％之间。其中：

(1)立轴式制砂机(转子低速)加工制砂料40mm～3mm的骨料，生成的半成品砂经过的筛网孔径为3×10mm筛分，砂的细度模数FM在3.0～3.3之间，石粉含量在13％～16％之间，含水率在3％～4.5％之间。

(2)立轴式制砂机(转子高速)单独加工砂为筛分分选出的5mm～3mm的骨料，生成的半成品砂经筛网孔径为4×10mm筛分，砂的细度模数在2.2～2.4之间，石粉含量在28％～32％之间，含水率在3％～4.5％之间。

(3)制砂料40mm～3mm的骨料采用制砂机转子低速生产的砂与粒径为5mm～3mm的骨料采用制砂机转子高速生产的砂，按照4∶1的比例综合后得到成品砂，按照比例综合后成品砂的细度模数在2.4～2.8之间，石粉含量在17％～21％之间，含水率在3％～4.5％之间。

半干式人工砂智能化控制技术实施方式：

(1)成品砂含水率的自动控制

系统生产时，通过进料胶带机上的负荷检测装置测量出制砂机料源的进料流量和含水率来调整电动供水球阀的供水量，从而达到系统成品砂的最佳含水率控制。

在生产过程中，制砂料源经含水率检测仪自动检测后进入制砂机破碎。控制含水率的主要设备有电动球阀29和含水率检测仪19。制砂料源一般为3mm～40mm的骨料，含水率相应偏低。具体是通过安装在制砂车间进料胶带机上的微波式砂含水率测定仪测量出进砂车间料源的含水率，生产时应根据进制砂机料源的流量来调整调压水泵的水量，达到制砂料源的最佳含水率控制。含水率自动检测仪检测后的信息自动反馈到自动化控制系统的上位机上，根据上位机的获得的信息，制砂料源含水率的高低，通过电动球阀控制器自动调整调控制电动供水球阀开度调整来调节出水量。

(2)人工砂细度模数自动控制

半干式制砂工艺的人工砂细度模数的自动控制主要是根据半干式制砂工艺的特点，在系统调试运行时找出制砂车间进料量、砂筛车间筛分的各粒径段出料量、粉砂车间供料量和砂细度模数的相对关系，通过改变粉砂车间供料量来调整成品骨料细度模数。人工砂细度模数自动控制的主要流程为：当半干式制砂系统正常运转、并相对于某一固定处理能力运行时，制砂车间和粉砂车间的供料能力总是成一个相对稳定的比例关系，此时通过半干式制砂工艺生产出来的成品砂细度模数FM在2.4～2.8之间；当系统处理能力根据生产需要情况增大或减小时，制砂车间的给料量也相应增减，安装于制砂车间进料胶带机上的负荷检测装置及时感知这一变化，并及时将其变化情况传输给半干式制砂工艺自动化控制系统的上位机，自动控制系统在接收到该情况的检测信号后，发出控制指令，调整粉砂车间的给料量，从而使系统生产的成品砂的细度模数在2.4～2.8之间稳定运行。

人工砂细度模数、石粉含量的控制部位主要为进细碎制砂机的进料量、砂筛分3mm～5mm的砂料量和进二级细碎(粉砂)车间制砂机的进料量(3mm～5mm)。自动控制主要为：在进成品料仓的胶带、二级细碎(粉砂)车间的出料胶带、砂筛分车间的出料胶带上分别安装细度模数自动检测装置，检测出的信息反馈到上位机，上位机根据获得的信息对进细碎制砂机的进料量、制砂机转子的线速度、粉砂车间的进料量进行调整，可联合调整，也可独立调整，使生产的砂的细度模数和石粉含量达到混凝土用砂的最优标准。

(3)石粉含量的自动控制

针对料源为石灰岩情况，采用半干式制砂工艺能使系统产砂的石粉含量相对稳定在16～22％之间，可同时满足常态混凝土和碾压混凝土对成品砂石粉含量要求。当系统制砂车间和粉砂车间给料量发生较大变化导致成品砂石粉含量增加时，同时也为了满足系统粉尘排放的环保要求，系统设置了石粉分离与集尘装置，通过该装置实现成品砂和石粉的分离。

石粉分离与集尘装置由扬粉系统、负压吸尘系统、气尘分离系统和管路系统组成。扬粉系统主要由轴流风机和其调速器组成，负责砂和石粉的分离，其它三个系统则负责粉尘的输送和气尘分离。

当系统由于一级细碎制砂车间和二级细碎(粉砂)车间的给料量发生较大变化时，自动控制系统根据其检测到的两个车间给料胶带机负荷情况，由上位机下达指令，通过控制石粉分离与集尘装置扬尘系统的调速器来调节轴流风机的供风强度，从而控制调整了系统的扬粉量，改变了成品砂的石粉含量；已与砂分离而扬起的粉尘被负压吸尘系统通过管路系统吸入气尘分离系统，并由其完成气体与粉尘的分离，分离出来的多余的石粉采用湿法处理方式，被湿化成胶状物后作为弃料被运走。

Claims (4)

1、一种半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，其特征是由半干式制砂工艺系统和自动化控制系统两部分组成，其中的半干式制砂工艺系统由粗碎(1)、半成品料仓(2)、预筛分车间喷淋系统(3)、中碎车间(4)、第一筛分车间喷淋系统(8)、1#转料仓(17)、一级细碎车间加水系统(13)、第二筛分车间(14)、二级细碎车间(15)、胶带机及砂水回收系统组成；自动化控制系统由人工砂细度模数的自动控制系统、石粉含量的自动控制系统和成品砂含水率的自动控制系统三个部分组成，自动化控制系统的设备由胶带机负荷检测装置(20)、含水率检测仪(19)、转料仓电动可调给料装置、控制石粉含量的扬粉系统的风力控制装置及计算机控制上位机(23)所组成。

2、根据权利要求1所述的半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，其特征是半干式人工制砂工艺系统的生产过程为先湿后半干，在对半成品分级的同时用高压水冲洗各种级配骨料的粒径，选择合适粒径的骨料作为制砂料源进入转料仓，骨料的粒径在3mm～40mm之间；一级、二级细碎车间的主要设备为立式破碎机；筛分车间的主要设备为圆振筛和高频振动筛。

3、根据权利要求1所述的半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，其特征是其中人工砂的细度模数控制在FM＝2.4～2.8之间，石粉含量控制在16％～21％，人工砂细度模数的调节和不足的石粉由粉砂车间生产的砂料综合调配；成品砂含水率通过进料胶带机上的负荷检测装置测量出的制砂机料源的进料流量和含水率检测仪测量出的含水率来调整电动供水球阀的供水量，从而达到系统成品砂的含水率控制。

4、根据权利要求3所述的半干式人工砂生产工艺智能化控制系统，其特征是，在进成品料仓的胶带、二级细碎车间的出料胶带、砂筛分车间的出料胶带的位置上分别安装细度模数自动检测装置，检测出的信息反馈到上位机，上位机根据获得的信息对进细碎制砂机的进料量、制砂机转子的线速度、粉砂车间的进料量进行调整，可联合调整，或独立调整，使生产的砂的细度模数和石粉含量达到混凝土用砂的标准，实现自动化控制系统中人工砂的细度模数和石粉含量的控制。

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