機(jī)制砂石生(shēng)産線成套設備的設備選型與工(gōng)藝設計(jì)

近年(nián)來(lái)，中國(guó)經濟飛速發展，也帶動了混凝土(tǔ)基本産業的快(kuài)速發展。随着一系列重要工(gōng)程的逐步開展，使市場對于混凝土(tǔ)的需求量大(dà)增；同時，市場對于高品質混凝 土(tǔ)的需求也日(rì)益旺盛；再加上全國(guó)環保意識的擡頭，導緻混凝土(tǔ)的生(shēng)産成本上升；在這三種壓力之下，混凝土(tǔ)産制經營的策略勢必要有更大(dà)的轉型，以應對未來(lái)行業 内的激烈競争。

在混凝土(tǔ)的生(shēng)産原材料中，有80%爲砂石骨料。由此得(de)出，砂石骨料一定是決定混凝土(tǔ)性能及生(shēng)産成本的重要材料。近十幾年(nián)來(lái)，筆者一直在海峽兩岸從(cóng)事(shì)混凝土(tǔ) 行業，經研究發現，既懂(dǒng)得(de)如(rú)何控制混凝土(tǔ)生(shēng)産成本，又能夠制造出高品質混凝土(tǔ)産品的成功的從(cóng)業者，都(dōu)懂(dǒng)得(de)利用優良的砂石骨料來(lái)提高混凝土(tǔ)的性能。但(dàn)是，由 于市場供需的不平衡，再加上大(dà)部分(fēn)混凝土(tǔ)制造者并不十分(fēn)了解砂石骨料的重要性，導緻砂石産制業的制造工(gōng)藝并無長足的進步。這兩年(nián)混凝土(tǔ)産業界掀起一股“高 性能混凝土(tǔ)”的研發風(fēng)潮，但(dàn)是，若無砂石産業的精品砂石配合，将很難完成這一研究。

一、礦區的開發 
原料是國(guó)家的資産，任何礦區的取得(de)都(dōu)必須經過國(guó)家及地方政府的準許。有了礦區的采礦權後，除了必須對當地的水資源、對外交通、地型腹地、人(rén)文政治及環境沖 擊的具體(tǐ)情況進行評估之外，爲了保證投資的回報，更需要通過專業技術(shù)對骨料的材質做出科(kē)學的分(fēn)析。例如(rú)：
(1) 是否會産生(shēng)鹼骨材反應？……骨材堿性試驗。
(2) 骨料是否有優良的耐磨性？……骨材洛杉矶磨損試驗。
(3) 骨料是否有優良的健性？……骨材健性試驗。
(4) 岩石類屬︰火(huǒ)成岩？水成岩？石灰岩？變質岩？

二、生(shēng)産線的規劃 
（一）破碎型态的決定
一顆原材石頭破碎爲生(shēng)産所需要的骨料成品，須經過多少次的破碎？破碎流程越多，設備、運營成本就(jiù)越高；然而，隻經過一到兩次破碎的砂石骨料成品，無論是粒 度的分(fēn)配，還(hái)是粒型都(dōu)很難達到精品砂石的要求。（越多的破碎流程，就(jiù)會使設備、營運成本越高；）但(dàn)是，隻經過愈少次破碎的砂石骨料成品，無論其會愈趨不理(lǐ) 想。）精品砂石要求其扁長率不得(de)高于10%，要達成此質量要求 的砂石骨料，至少需有三次以上的破碎流程，當然若想讓砂石骨料外型更趨完美，則需規劃四次破碎的流程；在關于三次破碎或四次破碎流程的選擇上，由市場需求 與投資、營運成本的經濟效益來(lái)決定。

（二）砂石骨料的成品類别及産量的決定
砂石骨料的成品類别及産量，由破碎及篩分(fēn)處理(lǐ)機(jī)具的處理(lǐ)能量(Capacity)及該機(jī)具的數量來(lái)決定，一般因機(jī)具的配置及設備考量。一條生(shēng)産線的大(dà)能量在1000t/h左右，要想具有更大(dà)的産量時，就(jiù)必須考慮多條生(shēng)産。

因爲破碎或篩分(fēn)機(jī)具所要處理(lǐ)的制程半成品有所不同，故根據進入這些處理(lǐ)單元的時候的量及尺寸的差異，需先作(zuò)好機(jī)具型别及數量的規劃；尺寸在流程中由大(dà)到 小，依此決定處理(lǐ)機(jī)具的型态，量的分(fēn)配就(jiù)非常重要了，整體(tǐ)流程的平衡(Balance)是砂石骨料産制成功與否的關鍵，材料在制程中的流量平衡不僅能提高 産量，而且也是砂石質量的保證，所以，首先須從(cóng)流程的尾端往前端作(zuò)量的安排布置。 綜合流程中半成品骨料的量及尺寸的安排，以三次破碎生(shēng)産線爲例，根據【圖一】說(shuō)明︰

砂石骨料廠(chǎng)初步規劃

上圖假設爲三次破碎，産量爲350~400t/h(即四項成品的總量)的砂石骨料生(shēng)産流程；則在6位置的進料尺寸爲0~30mm，終篩分(fēn)機(jī)具的處理(lǐ)量須 大(dà)于400t/h，在5位置的進料尺寸爲5~100mm，三次破碎機(jī)的處理(lǐ)量須在400t/h左右，在3位置的進料尺寸爲0~200mm，二次篩 分(fēn)機(jī)的處理(lǐ)量須大(dà)于400t/h，在1位置的進料尺寸爲5~200mm，三次破碎機(jī)的處理(lǐ)量須在400t/h左右，在?位置的進料尺寸爲0~200mm， 二次篩分(fēn)機(jī)的處理(lǐ)量須大(dà)于400t/h，所以在?位置的進料尺寸須在1000mm以下，一次破碎機(jī)的處理(lǐ)量須在400t/h左右。

（三）流程的細部規劃
排定基本流程量及骨料尺寸大(dà)小的分(fēn)析後，接下來(lái)必須考量使用何種破碎機(jī)及分(fēn)篩機(jī)，所使用機(jī)種的不同會影(yǐng)響一些細部流程的不同。明顯的例子就(jiù)是破碎機(jī)型别的不同，對細部流程之規劃會有很大(dà)的不同。

使用圓錐破(Cone Crusher)時，對材料的飼料流量控制很重要，所以在所有原料進入圓錐破之前有緩沖倉(Surge Bin)的配置，以維持圓錐破在「滿料」之下(這樣石料間才會因活動錐的帶動，産生(shēng)相(xiàng)互擠壓、破碎的動作(zuò))操作(zuò)提高其運轉效率，若圓錐破在非滿料之下運轉 不但(dàn)降低産能，而且破碎的産品的其粒形會産生(shēng)大(dà)量的“針片狀”；當然儲存區(Stockpile)的給料，一般都(dōu)會有飼料機(jī)(Feeder)的設置，用以 控制其流程中給料的穩定性；另外圓錐破破碎的原理(lǐ)是制造骨料連續級配的設備，但(dàn)是原材料間必須有足夠的空間予執行其破碎的功能，太過完整的級配材料不利于擠壓破碎；所以，對原材料的“清潔度”會有較高的要求，在此要求之下，所有圓錐破的後端都(dōu)要有分(fēn)篩機(jī)的配置，讓較“幹淨”的回料再作(zuò)破碎加工(gōng)。

同樣，若使用沖擊式破碎機(jī)(Impact Crusher)就(jiù)沒有使用圓錐破有利，因爲不須考慮飼料需要滿料及材料清潔度的問(wèn)題，所以使用沖擊式破碎機(jī)就(jiù) 不須有緩沖倉的配置，同時，也因破碎動作(zuò)屬于擊破，回料自(zì)然沒有幹淨的要求，制程中分(fēn)篩機(jī)的配置也可(kě)以簡單的多。但(dàn)是，沖擊式破碎機(jī)也有先天的不足：産品 的針片狀過高且成品的含粉量過大(dà)，這種設備用在精品砂石骨料的制程是很緻命的。若一定要用這種破碎機(jī)，就(jiù)要在其後段制程中安裝立軸式回旋破碎機(jī) (Gyratory Crusher)，作(zuò)爲砂石骨料顆粒的整型兼破碎的作(zuò)用。

振篩機(jī)(Screen)依其外型可(kě)分(fēn)成斜篩和平篩兩大(dà)類型，各有其優缺點；在動力需求上，斜篩較平篩具有較節省能源的作(zuò)用，空間的使用效率則是平篩較斜篩 較優。一般在制程中作(zuò)細料篩分(fēn)的振篩機(jī)多爲單層或雙層篩網的設計(jì)，成品篩則大(dà)都(dōu)爲多層篩的設計(jì)，不同型号的振篩機(jī)在流程細部的安排上，會随着其功能的不同 而有不一樣的流程；重要的是要如(rú)何借不同網目的篩網來(lái)生(shēng)産不同規格的産品和處理(lǐ)的能力合不合乎要求。另外，濕式制程與幹式制程在振篩機(jī)的構造上有很大(dà)的不 同，濕式在振篩機(jī)上會有水噴灑清洗系統，而幹式則須加裝密封外罩及強力的抽塵設施。

透過上述的基本流程量及骨料尺寸大(dà)小的分(fēn)析，再依破碎機(jī)及篩分(fēn)機(jī)廠(chǎng)家所提供的機(jī)械諸元中，挑選出适用的機(jī)型，現以産能350~400t/h濕式制程，破碎 機(jī)爲額碎機(jī)(Jaw Crusher)及圓錐破(Cone Crusher)，傾斜式振篩機(jī)爲例，作(zuò)以下兩種制造流程的設計(jì)。

【圖二】爲典型的圓錐破制造的流程圖，其特點爲每次破碎後，都(dōu)須經過振篩機(jī)将大(dà)成品尺寸以下的細料篩分(fēn)出來(lái)，其餘尺寸再回至圓錐破作(zuò)破碎處理(lǐ)，爲使圓錐破能保持“滿載”的運轉，在其供料前端都(dōu)設有一飼料機(jī)(Feeder)。

考慮石料經過一次破碎後的半成品，其所含的細料并不多，故在進入二次破碎之前，并不須設置一台振篩機(jī)作(zuò)剔除成品料的流程，同時增設另一儲料區，用以增加流程的彈性及另一種半成品的産品，所以，從(cóng)【圖二】的流程修正如(rú)【圖三】的流程。

圓錐破的砂石骨料工(gōng)藝流程

修正後的砂石骨料流程

三、設備和工(gōng)具的選擇 
（一）一次破碎機(jī)的選擇
依礦區所采取石材的尺寸大(dà)小，經由機(jī)具公稱進料口尺寸(Nominal feed opening)及閉邊排料口徑(Closed side setting C.S.S.)查出破碎産量，選擇一次破碎機(jī)的型态，至于選用額碎機(jī)還(hái)是沖擊式破碎機(jī)，可(kě)經由下列兩種破碎産品的粒度分(fēn)布圖爲技術(shù)參考依據。

颚式破碎機(jī)破碎粒度曲線圖

沖擊式破碎機(jī)破碎粒度曲線分(fēn)布圖

（二）二、三或四次破碎機(jī)的選擇
由大(dà)進料尺寸(Nominal feed opening)、小排料口尺寸(Closed side setting C.S.S.)及機(jī)具型式，并依機(jī)具制造廠(chǎng)的規範說(shuō)明，可(kě)查出該機(jī)具的産量大(dà)小，核對該機(jī)具配屬在【圖一】位置，判斷是否合乎該流程的需求，或者該機(jī)器所 需要的配置量；一般若有四次破碎的流程，則一定選用立軸式回旋破碎機(jī)(Gyratory Crusher)作(zuò)爲第四次破碎的機(jī)器(因爲回旋破碎機(jī)的進料尺寸不能過大(dà)，一般都(dōu)限制在40mm以下)。

作(zuò)爲二、三次破碎的機(jī)具一般都(dōu)是使用圓錐破(Cone Crusher)、回旋破碎機(jī)(Gyratory Crusher)或沖擊式破碎機(jī)(ImpactCrusher)，三種機(jī)具的破碎型态都(dōu)不相(xiàng)同；如(rú)何選用依産制的目的、機(jī)器成本及使用者的習慣而有所不 同，沖擊式破碎機(jī)的破碎性能如(rú)上【圖六】所示，而圓錐破及立軸式回旋破碎機(jī)的破碎産品粒度分(fēn)布圖則分(fēn)别如(rú)下【圖七】和【圖八】。

圓錐破碎機(jī)的破碎粒度曲線分(fēn)布圖

回旋破碎機(jī)的破碎粒度曲線分(fēn)布圖

透過這些不同類型的破碎性能圖，可(kě)讓我們可(kě)了解在砂石骨料場的制造流程中，這些破碎機(jī)械該被安置的位置；額碎機(jī)适合使用在大(dà)尺寸(約大(dà)于500mm以 上)顆粒的原材料破碎，一般被用于第一次大(dà)顆粒的破碎。沖擊式破碎機(jī)的 破碎比則有較高的破碎比，适用在不須作(zuò)多次破碎的産品流程中，其大(dà)的缺點在于産出 過多的細粉料。圓錐破的破碎顆粒有較完美的顆粒級配，透過閉邊排料口徑(Closed side setting C.S.S.)的良好管理(lǐ)，會有較好的粒型及産量，随破碎齒闆的不同可(kě)作(zuò)很廣泛的應用(第二、三甚至于四次破碎)。回旋破碎機(jī)的主要目的在于成品的『整 形』及細骨料的産出，一般用于第四次破碎較多，可(kě)以完全消除骨料的針狀扁平率，故要制造高端的精品砂石，就(jiù)必須使用這型的破碎機(jī)。

（三）振動篩的選擇
篩分(fēn)機(jī)是産品粒度分(fēn)配的重要機(jī)器，砂石骨料的粒度級配須符合「中國(guó)混凝土(tǔ)相(xiàng)關規範」中「普通混凝土(tǔ)用砂石質量及檢驗方法标準」(JGJ-52)的相(xiàng)關規 定，砂石的級配會随着振動篩的型态及篩網網目有很大(dà)的不同。砂石級配如(rú) 何配置應用是屬于應用端(混凝土(tǔ)廠(chǎng)、瀝青廠(chǎng)及其他(tā)施工(gōng)單位)的責任，應用端是該要求砂石骨料廠(chǎng)将碎解好的骨料成品分(fēn)成數種規制的集料，以利于廣泛的應用， 不能任由砂石骨料廠(chǎng)，因成本考慮（量）隻生(shēng)産單一集料的産品，這樣才能提升整個砂石産業鏈的質量水平，充份利用現有資材，進而降低整個國(guó)家社會的成本。

振動篩的型态、大(dà)小及篩網配置，依其在産制流程的功能會有所不同，依振動篩制造廠(chǎng)所提供的機(jī)械規範作(zuò)配置，特别是在幹式的生(shēng)産流程中，因爲幹式流程的 揚塵都(dōu)發 生(shēng)在破碎及分(fēn)篩過程，尤其是分(fēn)篩的制程，如(rú)何減少揚塵的發生(shēng)不僅是要有密封抽塵的振篩機(jī)，在流程中與破碎機(jī)及收塵設施如(rú)何相(xiàng)互搭配成爲一重要的制造技術(shù)。

四、結論與感想
（一） 結論
綜合上述討(tǎo)論，要創建規制化的砂石骨料生(shēng)産線，必須經以下各步驟循序完成。
1、砂石礦區的選擇除一些經營的考慮之外，石材本質的特性必須作(zuò)充分(fēn)了解。
2、決定預計(jì)的産量及生(shēng)産的型态。
3、規劃産制線的産能流量平衡圖。
4、 依據産能流量平衡圖配制生(shēng)産機(jī)具。
5、 規劃實際機(jī)具的平面配置圖。
6、找尋可(kě)靠的砂石碎解機(jī)械廠(chǎng)家，充分(fēn)了解該機(jī)具的性能。

（二）、感想
想要制造高性能混凝土(tǔ)，首要之務需要有優良的砂石作(zuò)基礎，所謂優良砂石爲：(1)質地堅硬低吸水率，不變質。(2)粒度級配良好。(3)粒型圓滑。其中的(2)(3)項完全須由良好的砂石制造工(gōng)藝，才可(kě)完成。

以目前西南(nán)地區的砂石狀況還(hái)有很多須要改進之處，尤其大(dà)部份砂石産制業者皆未能充份掌握砂石生(shēng)産的技術(shù)，故生(shēng)産設備過于簡化而導緻産品質量低下。使應用端 必須花費更高的成本來(lái)達成規範的要求，浪費了國(guó)家資源；另有部份廠(chǎng)家将砂石産制流程複雜化，投入龐大(dà)的設置及營運成本，也未必有很好的效果，十分(fēn)可(kě)惜。如(rú) 何規劃一個完整的砂石生(shēng)産流程的技術(shù)，是目前從(cóng)事(shì)砂石碎解業者必修的課題。 求過于供，是砂石進步的絆腳石，唯有改變市場的競争機(jī)制才會有長足的進步，有遠(yuǎn)見(jiàn)的砂石業者現在正是把握機(jī)會的好時機(jī)。