中國砂石協會擬于近期召開“第十二屆全國砂石骨料行業科技大會”，現向砂石行業征集大會演講報告和論文。演講報告和論文緊扣當前國家經濟形勢和砂石供需市場變化，行業最新研究成果和科技創新，石礦開采、砂石加工、裝備制造等新技術、新工藝，智能化在礦山和砂石生產中的應用，高效節能環保技術及裝備的應用，產品質量的提升及檢驗檢測新方法，綠色供應鏈的建設，高品質機制砂在鐵路、公路等重大工程中的應用，固廢資源綜合利用、礦山生態修復、綠色低碳高質量發展典型案例等。

今日，中國砂石協會推出宋留慶、劉永亮撰寫的《新型精品骨料智能化生產線應用實踐》一文，以饗讀者。

隨著“雙碳”目標推進與建筑行業對高性能混凝土需求的增長，精品砂石骨料作為關鍵基礎材料，其生產工藝的綠色化與精細化成為行業焦點。傳統骨料生產線普遍存在能耗高、粒形差、污染重等問題，難以滿足現代工程對骨料級配穩定性和低碳生產的雙重需求。本文基于某年產300萬噸精品砂石骨料項目，介紹了以石灰巖為原料生產精品骨料和機制砂，并從工藝流程、主機設備、顆粒級配、產品性能、環保把控、智能化應用等多個方面進行了闡述，供業內同行借鑒。本項目采用兩段反擊式破碎機生產骨料，全程皮帶機和提升機輸送，無揚塵點，骨料表面粉塵附著少，顆粒級配優秀；采用立磨生產精品機制砂，解決了傳統制砂機產品質量難以控制，顆粒級配、形貌較差等諸多問題。立磨制砂系統產能大、穩定可靠、產品質量更加可控，立磨必將成為主流的制砂設備之一。

1   引言

在全球“碳中和”目標及中國“十四五”新型基礎設施建設規劃的推動下，砂石行業正在經歷從“量”到“質”的深刻轉型。根據《2024年中國砂石行業運行報告》，2024年我國砂石骨料總產量達152億噸，同比下降9.4%。全國砂石供應充足，需求端恢復乏力，導致砂石價格持續下降。而符合高性能混凝土要求的精品骨料砂石占比低，且供需結構性矛盾凸顯。隨著行業技術提升和市場需求變動，砂石產品向高品質、高性能方向發展。高強度砂石、高性能混凝土用砂石、環保型砂石等新型產品不斷涌現，才能滿足現在高端建筑和基礎設施建設的需求。國家多部門聯合發布的《關于促進砂石行業健康有序發展的指導意見》明確提出，要逐步實現大型化、智能化、綠色化的砂石產業體系，推動砂石行業轉型升級，完善機制砂石產品及應用標準規范體系，不斷提高優質和專用產品使用比例。

但目前精品砂石骨料生產仍面臨多維挑戰，亟需系統性解決方案：(1)資源約束加劇：天然砂石資源枯竭，破壞性開采嚴重影響生態資源，建筑垃圾、尾礦等替代原料利用率低，且一定程度上占據了土地資源。(2)環保壓力陡增：生產環節揚塵漏料點多，車間灰塵大，傳統生產線粉塵排放濃度超50mg/m3，遠超過國標粉塵排放濃度≤10mg/m3的要求，且水耗高達1.5m3/噸，與“近零排放”目標差距顯著；噪聲也是不可忽視的污染源；(3)智能化水平滯后：大部分企業仍依賴人工巡檢與經驗調控，用人數量多，設備故障停機率高，維修成本高，無法滿足連續化生產需求；(4)成品骨料品質低：由于國家標準編制的滯后性，已經落后于市場需求，部分企業生產的骨料已不被市場接受，高品質骨料需基本滿足兩個要求：一是顆粒形狀好，觀感也要好。二是顆粒級配合理，合理的連續級配是高品質混凝土的必要條件之一。

本文以山東某水泥有限公司新建一條年產300萬噸砂石骨料建設項目為例，主要從該項目骨料和機制砂生產工藝流程、設備等多方面進行闡述，旨在為砂石行業健康有序發展提供寶貴的實踐經驗。

該項目由天津水泥工業設計研究院有限公司總承包，新建1條年產300萬噸骨料生產線，其中包含101萬噸精品砂。主要建設內容包括卸車棚、破碎站、除泥系統、篩分車間、TRMA31立磨制砂系統、骨料儲存間、發運系統及附屬設施等。主機設備均由中國建材裝備集團提供，如反擊式破碎機和TRMA31機制砂立磨等。圖1.1為該骨料線俯視圖。

圖1.1 骨料生產線俯視圖

2  原料情況和項目概述

2.1 原料情況

本項目附近礦石資源豐富，骨料生產廠家眾多，規模小、污染大、能耗高，不符合國家產業發展要求，至2018年起政府對礦石資源進行了整合。該水泥公司借助整合時機，取得某處建筑用灰巖礦山資源，距離其現有的熟料水泥生產廠區約12km。

此礦山地處丘陵地帶，礦石以石灰巖為主，且埋藏較淺，適合露天開采。礦層厚度穩定，結構致密，泥土夾層少，適用于建筑石料、水泥生產等用途。由于巖石結構穩定，母巖強度相對較高，生產粗骨料壓碎值低，形貌較好，針片狀含量相對較低，適合生產高比例、多種級配的骨料產品。經過充分試驗研究驗證，及周邊銷售市場需求，將骨料產品定位為20~31.5mm、10~20mm、5~10mm精品粗骨料、0~5mm普通機制砂，以及精品機制砂等五個產品，根據市場需求增加了40~80mm石灰燒成用石灰石產品定位。

圖2.1 礦山巖層形貌

表2.1 原料主要化學元素檢測結果

此礦山石灰石品質較好，CaO平均含量約51%以上，且SiO2含量低，可極大減少設備磨損；礦山含泥量低，可不經過除泥直接生產骨料。

2.2  項目概述

本項目建設一條年產300噸骨料砂石生產線，其中機制砂能力101萬噸/年。骨料破碎系統主要由除泥篩分、兩段破碎、檢查篩分和成品篩分等環節組成，最終得到三種不同粒徑的精品骨料和普通機制砂產品。制砂設備采用機制砂立磨，該系統主要由立磨、篩分、脫粉系統等環節組成，最終獲得精品機制砂和石粉兩種產品。具體的產品設計方案如下：

表2.2 工藝系統產品方案

2.3  項目工藝設計創新點

創新點1：20~31.5mm骨料在其庫位偏高時可以從檢查篩分直接返回二破繼續破碎，生產0~5mm，5~10mm，10~20mm骨料，避免因20~31.5mm骨料滯銷影響骨料生產；

創新點2：板喂機和波輥篩下料在泥含量較低時不再進入除土篩分系統，直接進骨料檢查篩，降低物料損失、生產能耗和設備磨損；

創新點3：對檢查篩分優化設計，在篩上循環料溜管增設三通閥，分出31.5mm+大顆粒料作為生石灰燒制原料，增加利潤增長點；

創新點4：機制砂生產選用節能高效的立磨裝備，立磨可滿足任意過剩的0~5mm，5~10mm，10~20mm，20~31.5mm骨料單獨生產機制砂，并通過振動篩和組合式選粉機靈活調節機制砂的細度模數和粉含量，生產出建筑用砂和預拌砂漿用砂等多種產品；

2.4  智能化技術應用

生產線配備了智能DCS工業控制系統，主機設備控制實現從原礦破碎到成品包裝的全過程自動化。操作人員僅需在系統界面上設定好參數，生產線便可一鍵啟停，避免了傳統生產線中頻繁的人工操作，大幅減少了勞動力成本。通過先進的傳感器和數據采集技術，生產線實時監控設備運行狀態，確保設備在最佳工況下工作。生產過程中產生的數據會被實時收集、存儲，便于根據這些數據對設備進行調整，優化生產流程，提升效率。

原料進廠、產品銷售出廠已接入一卡通計量，可快速、準確、安全、可靠地完成整個稱重過程，并對廠內車輛進行有效的調度和管理，實現計量數據的遠程監控、查詢、統計等操作。一卡通計量可以有效減少物料損耗，降低原料和成品損耗率；有效提高管理水平，進行銷售預測和輔助決策分析等。骨料發運采用布料式自動放料裝車機系統，整個過程實現了“無人值守”，減少了8位操作崗位人員，掃描、裝車時間在5分鐘左右，提升服務質量的同時，極大地提高了物流效率。

該項目擁有智能能源管理系統，可以實時采集工廠內能源消耗數據，并以可視化的方式呈現出來，對設備進行實時監測和能耗分析，企業可據此優化生產流程，合理安排設備運行時間，顯著降低能耗，提高生產效率。能源管理系統有利于企業實現節能減排目標，降低運營成本，提升企業的社會責任感與環保形象，為實現雙碳目標貢獻力量。

3  骨料破碎系統工藝流程

3.1  骨料破碎工藝

骨料破碎系統工藝流程如圖3.1所示。主要由一段破碎、除泥、檢查篩分，返回二段破碎、骨料篩分、成品粗骨料+普通機制砂、智能裝運發車系統組成。

圖3.1 骨料生產工藝流程圖

本項目破碎設備均采用反擊式破碎機，該設備具有破碎比大、產品細、粒形好、產量高、能耗低、結構簡單、易于維護等優點、適用于破碎中硬度的礦石。礦山開采后經運輸車輛送至一段破碎下料口，由重負荷板式輸送機送到波動輥式篩分機，小于60mm的細料經過皮帶運輸進行進一步的除泥，除泥篩選用香蕉型振動弛張篩，上層篩網采用 31.5mm 孔徑，下層篩網采用10mm 孔徑，兩層篩網均為聚氨酯材質，香蕉型弛張篩和聚氨酯篩網的組合，能夠處理粘性、濕性等復雜物料，有效防止物料堵塞，提高篩分效率，且聚氨酯篩網具有高彈性和抗沖擊性，耐磨性能好。原料經過一段破碎后，進入檢查篩分，大于31.5mm的物料返回與除泥篩篩上物料進入二段破碎進行中細破。二段破碎與一段破碎出料匯總在一條皮帶輸送至檢查篩，減少投資成本和土地占用。檢查篩采用直線振動篩，采用20mm和31.5mm兩層聚氨酯篩網，可通過改動20~31.5mm物料是否返回二段破碎來調整骨料生產比例并緩解銷售壓力。成品篩采用三層金屬篩網，將來料分級為0~5mm機制砂、5~10mm，10~20mm，20~31.5mm等三種精品骨料，骨料經過皮帶運輸進入成品庫中。骨料線全程采用收塵器+皮帶機和提升機輸送，在密閉空間保持微負壓狀態，確保無揚塵的同時減少骨料表面粉塵附著，提高骨料品質。四個成品庫均為Φ12m×32 米，儲量設計為2000t。

表3.1 骨料破碎系統主機設備表

3.2  骨料產品級配

表3.2  20~31.5mm骨料的顆粒級配

表3.3 10~20mm骨料的顆粒級配

表3.4  5~10mm骨料的顆粒級配

骨料破碎系統中三種粗骨料成品顆粒級配如上表所示，均符合JG／T568-2019《高性能混凝土用骨料》中對骨料顆粒級配的要求，且各粒級累計篩余接近該粒級國標上限，2.36mm以下含量低，說明骨料表面含粉極少。就目前生產運行情況來看，10~20mm骨料產品比例最高，約占30%~35%，其銷售價格也高于其他骨料。該骨料線可通過調整檢查篩20~31.5mm物料是否進二段破碎從而調整骨料生產比例，以適應市場需求。

表3.5  0~5mm顆粒級配

普通機制砂顆粒級配如表3.5所示，細度模數約2.8~3.1，含粉量10%~20%，顆粒級配較GB\T 146864-2022《建設用砂》中對Ⅱ區機制砂要求略有差距，主要是0.15mm篩余偏低，而含粉量偏高。該產品也可直接銷售或進入立磨整形提高品質。

4  立磨機制砂系統工藝流程

我國現有的骨料線由于個別品種骨料的產量與銷量不平衡，時常出現某一個品種的骨料庫滿而制約生產的現象，采用立磨制砂可對骨料庫存及時進行調整，極大地改善此現象。即可將任意過剩的（5~10mm，10~20mm，20~31.5mm）骨料和0~5mm普通砂進入立磨單獨生產精品機制砂，通過調整立磨制砂喂料比例從而調整個別骨料庫位，使骨料線長時間連續生產。

立磨采用料床碾壓的工作原理，可同時做到中碎、細碎、粉磨，且其工藝流程簡單，配套設備占地面積小，可長時間高負荷運轉、具有大產能穩定可靠的特點。通過更換篩機篩網，調整磨機控制參數即可實現生產細砂、中砂、粗砂等不同品種的機制砂，具有極強的市場適應能力。立磨制砂系統采用干法生產工藝，相較于濕法水洗工藝節約大量水資源，做到零排放，滿足國家節能減排和綠色發展的要求。電控系統采用先進DCS工業控制系統+顯示儀表控制模式，可實現一鍵啟停全自動控制，操作簡單、可靠性高、擴展靈活。

圖4.1 立磨制砂生產線

4.1  立磨制砂工藝

該項目立磨制砂生產線如圖4.1所示，立磨裝機功率800Kw，設計生產能力為240t/h。系統主要設備為立磨、振動篩機、組合式選粉機、旋風筒、風機、收塵器等組成，精品砂成品庫和石粉庫設計儲量分別為2000t和800t。立磨制砂系統主要設備見表4.1。

表4.1  立磨制砂主要設備表

圖4.2 立磨制砂系統工藝流程

立磨制砂的工藝流程見圖4.2，碎石經計量和篩上循環料一同送入立磨落到磨盤中央，電動機通過減速機帶動磨盤轉動，物料產生離心現象并受到磨盤邊緣的磨輥研磨，粉碎后的物料從磨盤邊緣溢出到磨機外，即物料全部外循環，通過提升機送入兩臺高頻篩對物料進行篩分，篩機采用四層復合式篩網，篩網孔徑為2.36mm和4.75mm，通過三通閥調整2.36~4.75mm物料回磨量從而調節機制砂的粒度級配和細度模數，不滿足粒徑要求的粗料經皮帶機和提升機輸送返回立磨繼續研磨，形成閉路循環。篩下物料經皮帶機和提升機輸送喂入組合式選粉機調節機制砂的粉含量和石粉細度，分選后的石粉進入旋風筒捕集，機制砂經皮帶和斗式提升機輸送入成品庫。

4.2  立磨制砂運行工況

該設備自2024年11月投產后，經過四個月的連續生產運轉，主要運行工況數據見表4.2，機制砂成品質量穩定，磨機可長時間高負荷運轉、噪音小且振動值低，系統整體電耗較低。

表4.2 TRMA31運行工況數據

可根據骨料成品庫位靈活調整入磨原料的粒度，立磨功率與受喂料粒度影響較大，喂料較粗時，磨機循環量大，物料需要多次循環入磨機研磨才能達到機制砂粒度要求，產量和磨機運行功率會因此受到影響。四種不同粒度大小的物料入磨機制砂，都可將成品機制砂細度模數、含粉量控制在要求區間。

5  立磨機制砂產品質量與性能

5.1  立磨機制砂產品質量

表5.1   立磨機制砂顆粒級配

立磨制砂質量穩定可控，按照生產線對機制砂成品要求可將細度模數可穩定控制在2.7~3.0，含粉量控制在7~10%，機制砂顆粒篩余符合GB\T 146864-2022《建設用砂》中對Ⅱ區機制砂的技術要求，顆粒級配具有顯著的“兩頭少、中間多”，0.15~0.6mm顆粒占比約25~30%，解決了常規機制砂產品呈“啞鈴狀”顆粒分布的弊病。

5.2  立磨機制砂顆粒形貌

眾多試驗研究表明，機制砂的顆粒形貌對機制砂混凝土工作性能和抗壓強度具有顯著影響：機制砂顆粒接近球形，比表面積越小，使漿體厚度增大，顯著增強其流動性能。此外，機制砂粒形能夠改善混凝土的保水性和電通量，提高混凝土早期抗裂性能。

采用萊弛Camsizer X2顆粒形貌儀（干法），對立軸制砂機、反擊式破碎機和機制砂立磨等三種不同設備生產的機制砂進行顆粒形貌分析，實驗數據表明，立磨機制砂具有較高的球形度，球形度可達0.82以上，略優于立軸機制砂，而反擊破機制砂球形度明顯低于其它兩種。立磨機制砂對稱度和寬長比也略優于反擊破、立軸機制砂。

表5.2   不同種類機制砂顆粒形貌對比

圖5.2為微距攝影機近距離觀察反擊破和立磨生產的機制砂部分粒級的照片，可以明顯看出，相較反擊破機制砂，立磨生產的機制砂顆粒整體形狀更加規則，顆粒棱角、邊緣經磨輥碾壓后更加圓潤。

圖5.1 反擊破機制砂顆粒

圖5.2 立磨機制砂顆粒

6  結論

(1)骨料線的建設和主要設備選擇要充分考慮礦石的物理特性和生產線的產能要求，合理設計產品規格，本項目以石灰巖礦石為原料，采用兩段式反擊破生產三種精品骨料和普通機制砂，采用先進的機制砂立磨生產高品質機制砂，工藝創新高效環保。

(2)該項目的骨料產品，粒形好，顆粒級配優秀，均符合JG／T568-2019《高性能混凝土用骨料》中對骨料顆粒級配的要求，且各骨料產品比例可做適當調整，可及時應對市場變化和需求。

(3)立磨滿足任意骨料單獨制砂，可及時調整成品庫位，保證產線長時間運轉；立磨制砂系統具有大產能、電耗低、可靠性強等優點；且立磨制砂產品的質量控制、顆粒級配和形貌較其他制砂設備更優，具有更廣闊的市場空間。