О производстве высококачественного кубовидного щебня

УДК 622.735.095:622.73

А.Д. ШУЛОЯКОВ, канд. техн. наук

ООО «Интерстройпроект»

О производстве высококачественного кубовидного щебня

Показано, что объем потребления щебня как основного компонента для дорожного строительства и производства строительных конструкций из бетона постоянно растет как в России, так и во всем мире. При этом повышаются требования к качеству продукции, экономичности и экологичности производства. Одним из новых требований к щебню является минимизация содержания зерен пластинчатой и игловатой формы. Дан сравнительный анализ технических характеристик различных дробильных агрегатов и технологий на их основе для получения кубовидного щебня. Показано, что наиболее эффективными агрегатами для получения кубовидного щебня являются конусные инерционные дробилки, разработанные в НПК «Механобр-техника». Раскрыты научные основы технологии вибрационного дробления. Приведены примеры успешной работы конусных инерционных дробилок и вибрационных грохотов на предприятиях Казахстана, где были реализованы двух-и одностадиальные схемы дробления.

Ключевые слова: кубовидный щебень, дробилка конусная инерционная, вибрационное дробление, одностадиальное дробление, двухстадиальное дробление, степень дробления, вибровозбудитель.

Для цитирования: Шулояков А.Д. О производстве высококачественного кубовидного щебня // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 56-59.

A.D. SHULOYAKOV, Candidate of Sciences

OOO «Interstroyproekt»

About Production of High-Quality Cubiform Crushed Stone

It is shown that the volume of crushed stone consumption as a main component for road construction and production of building structures made of concrete are constantly growing both in Russia and the whole world. At that, requirements for the quality of products, cost efficiency and sustainability of the production are increased. One of the new requirements for crushed stone is a minimal content of platelet-shaped and needle-shaped grains. A comparative analysis of technical characteristics of various crushing units and techniques on their basis for producing the cubiform crushed stone is presented. It is shown that the most efficient units for producing the cubiform crushed stone are cone inertial crushers developed at Research and Engineering Corporation "Mekhanobrtekhnika". The scientific basis of vibration crushing technique is revealed. Examples of the successful operation of the cone inertial crushers and vibrating screens at the enterprises of Kazakhstan, where two-stage and one-stage crushing schemes were realized, are presented.

Keywords: cubiform crushed stone, cone inertial crusher, vibration crushing, one-stage crushing, two-stage crushing, reduction range, vibration exciter.

For citation: Shuloyakov A.D. About production of high-quality cubiform crushed stone. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 7, pp. 56-59. (In Russian).

Являясь основным компонентом для строительства транспортных коммуникаций и производства бетона, щебень, несомненно, относится к стратегическим промышленным материалам современности. Мировые объемы его производства превышают объемы добычи всех остальных твердых полезных ископаемых и продолжают расти, главным образом за счет стран Азиатско-Тихоокеанского региона (табл. 1) [1]. Объем потребления щебня лишь в Китае в десятки раз превосходит объем его производства в России.

Интенсивный рост объемов потребления щебня в развитых странах выдвигает новые требования к его качественным характеристикам. Ужесточение требований к качеству щебня обусловлено тем, что его потребительские свойства стали оцениваться не только стоимостью производства, но и конечными затратами на строительство и эксплуатацию сооружений как в гражданском и промышленном, так и дорожном строительстве.

Наряду с повышением требований к физико-механическим свойствам возникает настоятельная потребность в производстве узких фракций щебня, а одним из важнейших параметров качества щебня становится форма его частиц, которая максимально должна приближаться к кубовидной. Достигаемое при этом повышение насыпной плотности значительно повышает эксплуатационные качества дорожных балластов, покрытий, строительных и промышленных бетонов.

Основными факторами, предопределяющими степень дробления и форму зерен дробленого материала, являются текстурно-структурные особенности исходной горной породы и тип используемого оборудования [2].

Опыт эксплуатации различных типов дробильных агрегатов для производства щебня показал, что стандартные щековые дробилки имеют относительно низкую (2,5—4) степень дробления, а содержание пластинчатых и игловатых зерен в готовом продукте колеблется на уровне 30—60%. Эти машины широко используются на первой стадии дробления. Традиционные конусные дробилки среднего и мелкого дробления при степени дробления 3—5 выдают готовый продукт с содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы не ниже 25—35% [3].

Улучшение формы зерен при использовании эксцентриковых конусных дробилок, как правило, достигается применением замкнутого цикла дробления, что снижает производительность линии и увеличивает выход отсева, т. е. фракции 0—5 мм. Некоторого снижения содержания зерен пластинчатой и игловатой формы можно добиться также при эксплуатации этих дробилок под завалом. Для реализации такого технологического

Таблица 1

Показатели Потребность по годам, млн т Рост за год, %, период

2007 2012 2017 2007-2012 2012-2017

Общемировая потребность 30300 40150 53200 5,8 5,8

В том числе: Северная Америка 3800 3050 3750 -4,3 4,2

Западная Европа 3275 2550 3000 -4,9 3,3

Азиатско-Тихоокеанский регион 17350 27000 36500 9,2 6,2

Другие регионы 5875 7550 9950 5,1 5,7

56

июль 2017

Таблица 2

Сравнительные характеристики различных технологий получения кубовидного щебня

Технология Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы, % Степень дробления Диапазон крупности, мм Выход отсева (-5 мм) Удельная металлоемкость Удельная энергоемкость Примечание

питание готовый продукт

Эксцентриковая конусная дробилка под завалом 25-40 2,5-4 80 25 Средний Средняя Малая -

Эксцентриковая конусная дробилка под завалом в замкнутом цикле 15-30 3-5 80 20 Высокий Высокая Средняя Резко возрастают транспортные потоки, снижение производительности дробилки в два раза

Роторная молотковая дробилка 10-20 4-6 100 20 Высокий Низкая Высокая Применение только на малопрочных неабразивных материалах

Роторная центробежная дробилка 10-20 2-3 60 20 Средний Низкая Средняя Требует сравнительно мелкого питания

Конусная инерционная дробилка (КИД) 10-20 4-10 140 15 Низкий Высокая Низкая Степень дробления может регулироваться без остановки машины

приема дробилка должна быть оборудована датчиком уровня материала в камере дробления, а также аккумулирующим бункером с питателем. При этом в камере дробления искусственно создаются стесненные условия, обеспечивающие разрушение материала не только между конусами дробилок, но и фрагментами дробимого материала в слое. Имеющиеся в исходном материале и образующиеся в процессе дробления зерна пластинчатой и игловатой формы при этом являются механически наиболее слабыми и разрушаются.

Достижение существенных результатов при дроблении материала в слое требует увеличения дробящей силы, что ограничено конструктивными особенностями эксцентриковых дробилок. Поэтому для получения щебня кубовидной формы обычно применяют дробилки ударного действия. Ударно-отражательные дробилки высокоэффективно работают при исходном куске не крупнее 60—70 мм, а лучше 40 мм, обеспечивая получение кубовидного щебня фракции 5—20 мм при выходе фракции отсевов до 35—50%. На практике эти машины получили название «кубизаторы».

Использование роторных дробилок обычно рассматривается как дополнительная операция дробления, назначением которой является исправление формы зерен без существенного сокращения размеров дробимого материала. При таком технологическом приеме удается избежать форсированных режимов разрушения материала, но увеличение числа возвратных циклов отрицательно сказывается на производительности по конечному продукту, приводит к повышенному выходу отсевов. Работа этих дробилок сопровождается накоплением «недробимого класса», окатыванием щебня и характеризуется значительными расходами на возобновление изнашиваемых деталей.

Роторные молотковые дробилки имеют высокую степень дробления (5—8) и обеспечивают содержание зерен пластинчатой и игловатой формы щебня на уровне 10—20%, но могут использоваться только для дробления малоабразивных пород низкой и средней прочности.

Сравнительная оценка различных технологий производства щебня (табл. 2) показала, что повышение его

потребительских качеств достигается за счет роста энергопотребления и потерь невозобновляемого минерального сырья в отсевах. С решением этих проблем связано дальнейшее развитие отрасли нерудных строительных материалов.

Значительные успехи в создании дезинтегрирующих систем были достигнуты в результате разработки технологии вибрационного дробления [4]. Построение аналитических и числовых моделей разрушения твердых материалов в камере дробления позволило теоретически обосновать метод принудительного самоизмельчения материалов внутри собственного слоя под воздействием виброимпульсного сжатия с одновременным сдвигом при дозировании силы воздействия на слой материала по величине предела прочности дефектных поверхностей его структуры. Конструктивная реализация такого метода разрушения базируется на достижениях в области теории колебаний, физики твердого тела и механики сплошных сред. Для этого в эксцентриковой дробилке жесткая связь между конусами заменена на динамическую. В этом случае привод подвижного конуса осуществляется регулируемым дебалансным возбудителем, обеспечивая дробилке ряд значительных преимуществ в сравнении со своим эксцентриковым прообразом.

К эксплуатационным преимуществам следует отнести возможность пуска дробилки под завалом, исключение поломки при попадании недробимых материалов, регулировку главных параметров воздействия на дробимый материал на ходу.

Главным технологическим преимуществом является возможность получения требуемого гранулометрического состава щебня за счет изменения частоты вращения и дробящей силы от вибровозбудителя прямо на ходу. Управление этими параметрами позволяет оптимизировать гранулометрический состав производимого щебня из любых горных пород без изменения разгрузочной щели и производительности дробилки. Степень дробления при этом возрастает до 10—20, а содержание зерен пластинчатой и игловатой формы и потери в отсевах при этом снижаются более чем в 1,5—2 раза [4]. Выпускаемая

j J .

июль 2017

57

Рис. 1. Схема двухстадиальной технологической линии Буландинского гранитного карьера

в широком типоразмерном и конструктивном диапазоне конусная инерционная дробилка КИД (зарегистрированный товарный знак «НПК «Механобр-техника») эффективно используется в различных отраслях промышленности.

Создание такого дробильного агрегата явилось значительным шагом не только в развитии способов разрушения скальных материалов, но и стало отправной точкой в развитии теории построения инновационных технологических систем для производства щебня. Стало возможным заменить эмпирические основы проектирования на научно обоснованные аналитические методы расчета, причем как отдельных стадий дробления, так и всей технологической цепи в целом. Определение условий и требований к формированию отдельных стадий предопределило создание двух, и даже одностади-альных систем [5].

Значительные успехи в этом направлении достигнуты в Республике Казахстан. Первоначально в действующую дробильно-сортировочную линию, перерабатывающую граниты Буландинского карьера, была встроена конусная инерционная дробилка КИД-1200М. Убедившись в ее высокой эффективности за счет резкого снижения количества отсевов и снижения содержания зерен пластинчатой и игловатой формы до 3—7%, в НПК «Механобр-техника» была обоснована возможность переработки буландинских гранитов в две стадии [6]. На предприятии было принято решение о строительстве отдельной двухстадиальной линии, которая некоторое время спустя была введена в эксплуатацию (рис. 1).

Взорванная в карьере гранитная масса автосамосвалами доставляется на рабочую площадку и опрокидывается в накопительный бункер агрегата СМД-510 производства завода «Дробмаш» (г. Выкса), оборудованного двумя щековыми дробилками СМД-110А. Вторая стадия дробления осуществляется дробилкой КИД-1200М, которая работает в открытом цикле.

Классификация результатов дробления осуществляется грохотами ГИС-53 и ГИС-42. Получаемая в резуль-

1 - загрузочный бункер с питателем

2 - грохот инерционный с брызгальными устройствами

3 - спиральный классификатор

4 - железоотделитель

5 - конусная инерционная дробилка

6 - пульт управления

7 - система ленточных конвейеров

Рис. 2. Схема цепи аппаратов одностадиальной технологической линии переработки ПГС на предприятии «Нурлытас 2002»

тате двухстадиального дробления продукция характеризуется широким выходом фракций 20—40; 15—20; 10—15; 5—10 мм с содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы менее 8%. Потери в отсевах высококачественного сырья не превысили 21%. Быстрое строительство линии, значительное сокращение капитальных и эксплуатационных затрат подтвердили высокую эффективность двухстадиального дробления. Внедрение упрощенных двухстадиальных технологических схем щебеночных заводов позволяет снизить капитальные затраты на их строительство на 32%, энергозатраты — на 20%, уменьшить износ футеровочной стали почти в два раза и повысить производительность труда более чем на 20% [7].

Одностадиальная схема на базе дробилки КИД-1200М была реализована также предприятием «Нурлытас 2002» (Казахстан). Песчано-гравийная смесь месторождения Бадам-2, перерабатываемая на этой установке, состоит из гравия -150 мм и песка, не превышающего 30% общего объема.

Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы получаемого на этой установке щебня не превышало 9%, а перевод отмытого песка и отсевов дробления в товарную продукцию значительно повысил эффективность эксплуатации установки.

Несмотря на значительный накопленный опыт производства щебня, все достижения в этой отрасли связаны с совершенствованием и созданием новых дробильных агрегатов и классифицирующих устройств.

В силу высокой энергоемкости разрушения горных пород для получения товарной продукции дробильные и классифицирующие элементы объединяются в технологические линии, характеризующиеся высокой степенью стадиальности и многочисленными внутренними циклами. Такие линии должны рассматриваться как новая форма технологического агрегата, обладающего свойствами сложной системы.

Отсутствие теории оптимального синтеза такого рода технологических систем поставило важнейшую отрасль народного хозяйства в положение, зависимое от машиностроителей. Вместо обоснования и формулировки исходных требований на создание и производство необходимых промышленных агрегатов отрасль доволь-

научно-технический и производственный журнал Г1- Г £г

"58 июль 2017 Ы- ЛЛ'-Г

ствуется поставляемой на рынок продукцией зарубежного и отечественного производства, которая лишь при большом опыте проектировщиков объединяется в оптимальные технологические линии. Такая стратегия привела к отставанию развития всей отрасли, снижению инновационных качеств выпускаемой продукции и огромным потерям минерального сырья в виде отсевов.

Список литературы

1. Буткевич Г.Р. Взгляд на будущее промышленности нерудных строительных материалов // Строительные материалы. 2014. № 9. С. 48-51.

2. Дубов В.А., Ларина В.Ф., Левченко И.П. Технология производства высокомарочного мелкого щебня // Строительные материалы. 1984. № 3. С. 17-18.

3. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П. Новое оборудование для дробления и измельчения материалов // Горный журнал. 2000. № 3. С. 49-52.

4. Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П. Новое поколение щековых и конусных дробилок // Строительные и дорожные машины. 2000. № 7. С. 16-21.

5. Арсентьев В.А., Вайсберг Л.А., Зарогатский Л.П., Шулояков А.Д. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок. СПб.: Издательство ВСЕГЕИ, 2004. 112 с.

6. Вайсберг Л.А., Шулояков А.Д., Орлов С.Л., Спиридонов П.А., Далатказин А.А Новые технологии производства высококачественного щебня мелких фракций // Горная промышленность. 2010. № 3 (91). С. 10.

7. Вайсберг Л.А., Шулояков А.Д., Спиридонов П.А. Сокращение стадиальности дробления - оптимальный путь снижения себестоимости высококачественного щебня // Строительные материалы. 2002. № 11. С. 7-9.

8. Букаты Г.Б., Вайсберг Л.А., Гольдина Т.Ю., Леонов Б.П., Рейнеке К.Ф., Рыскин М.Я., Шелестов М.С. О применении арфовидных сеток на грохотах в замк-нутоцикловых схемах дробления // Цветные металлы. 1984. № 8. С. 103-105.

Вместе с тем опыт показывает, что создание нового инновационного оборудования, обеспечивающего высокую эффективность дезинтеграции и классификации [8], способствует не только повышению эксплуатационных качеств, но и предопределяет развитие общесистемного подхода к оптимальному синтезу технологии производства щебня.

References

1. Butkevich G.R. View of the future of non-metallic building materials industry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 9, pp. 48-51. (In Russian).

2. Dubov V.A., Larina V.F., Levchenko I.P. Technology of production of high-quality fine gravel. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. No. 3, pp. 17-18. (In Russian).

3. Vaysberg L.A., Zarogatskiy L.P. New equipment for crushing and grinding materials. Gornyi zhurnal. 2000. No. 3, pp. 49-52. (In Russian).

4. Vaysberg L.A., Zarogatskiy L.P. New generation of jaw and cone crushers. Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. 2000. No. 7, pp. 16-21. (In Russian).

5. Arsent'ev V.A., Vaysberg L.A., Zarogatskiy L.P., Shuloyakov A.D. Proizvodstvo kubovidnogo shchebnya i stroitel'nogo peska s ispol'zovaniem vibratsionnykh drobilok[Production of cube-shaped crushed stone and building sand using vibrating crushers]. Saint Petersburg: VSEGEI Publishing house. 2004. 112 p.

6. Vaysberg L.A., Shuloyakov A.D., Orlov S.L., Spiridonov P.A., Dalatkazin A.A New technologies for the production of high-quality crushed stone of fine fractions. Gornaya pro-myshlennost'. 2010. No. 3 (91), pp. 10. (In Russian).

7. Vaysberg L.A., Shuloyakov A.D., Spiridonov P.A. Reduction of the stage of crushing is the best way to reduce the cost of high-quality crushed stone. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2002. No. 11, pp. 7-9. (In Russian).

8. Bukaty G.B., Vaisberg L.A., Gol'dina T.Yu., Leonov B.P., Reineke K.F., Ryskin M.Ya., Shelestov M.S. On the use of a grid-like grids on screens in closed-cycle crushing schemes. Tsvetnye metally. 1984. No. 8, pp. 103-105. (In Russian).

Технология производства стеновых цементно-песчаных изделий

Ю.З. Балакшин, В.А. Терехов

Справочное пособие

М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2012.276 с.

Авторы многие годы отдали работе в промышленности строительных материалов и накопили значительный объем знаний и технических документов производстве стеновых материалов не только из опыта работы промышленности в СССР и России, но и многих предприятий Европы, Америки и Азии.

В книге описано производство и применение стеновых материалов методом вибропрессования из цементно-песчаных бетонов. Рассмотрена существующая и перспективная номенклатура изделий и их свойства. Описаны сырьевые материалы для производства цемент-нопесчаных изделий. Сформулированы специфические требования к сырьевым материалам, а также рекомендации по подбору состава бетонной смеси. Подробно представлена технология производства цементно-песчанных вибропрессованных стеновых изделий. Особое внимание уделено технологическому контролю на производстве и техническому контролю и обслуживанию оборудования.

Книга предназначена для организации производственнотехни-ческого обучения на предприятии, будет полезна инженерно-техническому персоналу.

Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru

Теоретические основы белизны и окрашивания керамики и портландцемента

А.П. Зубехин, Н.Д. Яценко, С.П. Голованова

М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2014. 152 с.

В книге представлены теоретические основы белизны и окрашивания керамических строительных материалов и белого портландцемента (БПЦ) с позиции теории цветности силикатных материалов в зависимости от их фазовоминерального состава, структуры, содержания хромофоров Fe, Мп и 71, условий обжига и охлаждения (окислительных или восстановительных).

В результате исследований авторов и других ученых с применением комплекса физико-химических методов состояния окрашивающих примесей и ионов хромофоров в силикатах и алюминатах кальция, в алюмосиликатных минералах и подобных стеклофазах.

Установлены закономерности зависимости белизны, цвета и особенности окрашивания как пигментов, так и твердых растворов бесцветных фаз ионами-хромофорами от структуры, изовалентного или гете-ровалентного изоморфизма, образования окрашивающих кластеров. Разработаны эффективные способы управления белизной и декоративными свойствами строительных керамических материалов (фарфора, фаянса, облицовочной плитки, кирпича) и белого портландцемента.

Книга предназначена для научных сотрудников, инженерно-технических работников промышленности, преподавателей, аспирантов, студентов.

Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru

j t.

июль 2017

59