邯鋼噴吹煤哈氏可磨指數(shù)加和性規(guī)律的試驗研究

張紅闖　魏瓊花　劉曉明

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲公司)

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邯鋼噴吹煤哈氏可磨指數(shù)加和性規(guī)律的試驗研究

張紅闖魏瓊花劉曉明

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲公司)

以邯鋼三種高爐噴吹煤為研究對象，進(jìn)行混合煤哈氏可磨指數(shù)加和性規(guī)律的試驗研究，分析混合煤HGI和加權(quán)平均HGI之間關(guān)系和形成原因，從而達(dá)到提高中速磨的制粉率的目的，節(jié)約磨煤電耗。

混合煤哈氏可磨指數(shù)加和性

0　前言

煤的可磨性標(biāo)志著煤磨碎成粉的難易程度，是確定煤粉碎過程工藝和選擇粉碎設(shè)備的重要依據(jù)。它與煤階、水分含量、煤的巖相組成以及煤中礦物質(zhì)的種類、數(shù)量和分布狀態(tài)都有關(guān)，生產(chǎn)中普遍只檢測單種煤的哈氏可磨指數(shù)。對于混合煤粉的可磨性，有學(xué)者認(rèn)為：配煤的可磨性在特定情況下，具有可加性[1]；也有學(xué)者認(rèn)為: 同一煤層的煤其混煤的可磨性指數(shù)可以取其加權(quán)平均值，但是不同煤層的煤混合后其可磨性指數(shù)不具有加和性[2]。通過對三種邯鋼常用高爐噴吹用煤進(jìn)行混合煤哈氏可磨指數(shù)加和性規(guī)律的試驗研究，尋找這些煤粉的可磨指數(shù)加和性條件，從而達(dá)到提高磨煤生產(chǎn)效率，降低磨煤能耗的目的。

1　煤粉破碎機理

粉碎是指物料在外力作用下形成內(nèi)裂紋，隨外力繼續(xù)作用內(nèi)裂紋的發(fā)展形成新表面的過程。粉碎模型有三種形式：體積粉碎、表面粉碎和均一粉碎。體積粉碎模型：整個顆粒都受到粉碎，粉碎生成物大多為粒度較大的中間過度顆粒，隨著粉碎的進(jìn)行該中間粒徑的顆粒繼續(xù)減小，最后破碎成為微粉成分；表面粉碎模型：僅在顆粒的表面產(chǎn)生破碎，從顆粒表面不斷剝下微粉成分，這一破碎不涉及顆粒的內(nèi)部；均一粉碎模型：加在顆粒上的力，使顆粒產(chǎn)生分散性破壞，直接粉碎成微粉成分。這3種模型中，均一粉碎模型僅在結(jié)合極不緊密的顆粒集合體粉碎場合出現(xiàn)，一般情況下粉碎不考慮這一模型。

煤粒在哈氏可磨性指數(shù)測定儀中的磨制過程的破碎是擠壓—剪切破碎，磨制時煤粉一方面受到鋼球的擠壓力，同時隨著鋼球的轉(zhuǎn)動又傳遞給煤粉表面摩擦的力，因此煤粉主要受到壓縮力和摩擦剪切力的作用。從破碎方法的角度來看，體積粉碎可看成沖擊粉碎，表面粉碎可看成摩擦粉碎，當(dāng)沖擊力較小時沖擊粉碎主要表現(xiàn)為表面粉碎，而摩擦粉碎往往還伴有壓縮作用，壓縮作用則表現(xiàn)為體積粉碎，因此煤粒的粉碎主要是體積粉碎和表面粉碎兩種。

2　試驗

2.1試驗方法及設(shè)備

邯鋼實驗室采用美國哈德格羅夫法測定煤粉的哈氏可磨指數(shù)，在實際測定時，用被測定煤樣與標(biāo)準(zhǔn)煤樣相比較而得出的相對指標(biāo)來表示可磨性指數(shù)。該法以美國某礦區(qū)易磨碎煙煤作為標(biāo)準(zhǔn)煤，其可磨性指數(shù)定為100，以此來比較被測定煤的哈氏可磨性，即相對可磨性指數(shù)?？赡ブ笖?shù)計算方法分為計算公式法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法兩種。

實驗設(shè)備為哈氏可磨性測定儀(簡稱哈氏儀)，如圖1、圖2所示。電動機通過蝸輪、蝸桿和一對齒輪減速后，帶動主軸和研磨環(huán)以(20±1) r/min的速度運轉(zhuǎn)。研磨環(huán)驅(qū)動研磨碗內(nèi)的8個鋼球轉(zhuǎn)動，鋼球直徑為25.4 mm，由重塊、齒輪、主軸和研磨環(huán)施加在鋼球上的總垂直力為(284±2) N。哈氏儀在用于可磨性指數(shù)測定之前，用標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖1　哈氏可磨性測定儀圖

圖2研磨件

2.2試驗過程

2.2.1單種煤的哈氏可磨指數(shù)測定

按照GBT 2565-2014煤的可磨性指數(shù)測定方法規(guī)定原則對煤樣進(jìn)行處理，將試驗煤在空氣中風(fēng)干,預(yù)制出可磨性指數(shù)測定儀要求的0.63 mm～1.25 mm粒度煤樣作為試樣，保證其出樣率45%以上，根據(jù)試驗要求稱取一定質(zhì)量的試樣，放進(jìn)哈氏可磨儀中進(jìn)行試驗。試驗利用哈氏可磨性指數(shù)測定儀先后測定出了焦作無煙煤、煤焦庫煙煤和張礦煙煤三種煤的HGI,見表1。

表1　單種煤的哈氏可磨指數(shù)

由表1可知，焦作無煙煤的哈氏可磨指數(shù)低為32，說明該煤不易破碎，兩種煙煤可磨指數(shù)相對較高，易破碎。由于煤的復(fù)雜性造成影響煤的哈氏可磨指數(shù)因素眾多，其中：無煙煤是腐植煤種最古老的一種煤，揮發(fā)分最低，煤化程度高，真密度最大，硬度也最高；與無煙煤比，煙煤相對煤化程度低，真密度低，硬度低。

2.2.2混合煤的哈氏可磨指數(shù)測定

試驗先將焦作無煙煤與煤焦庫煙煤按照3:7、4:6、5:5、6:4、7:3混合后，對混煤按照哈氏可磨指數(shù)測定方法要求進(jìn)行了可磨指數(shù)測定試驗，將實測值與加權(quán)平均數(shù)進(jìn)行對比，試驗結(jié)果見表2，按照同樣的方法對焦作無煙煤和張礦煙煤混合后進(jìn)行哈氏可磨指數(shù)測定，結(jié)果見表3。

表2　焦作無煙煤和煤焦庫煙煤混合可磨指數(shù)測定結(jié)果

表3　焦作無煙煤和張礦煙煤混合可磨指數(shù)測定結(jié)果

由表2、表3可以看出，由于焦作煤可磨指數(shù)較低，隨著它配比的升高，混合煤的哈氏可磨指數(shù)持續(xù)降低，當(dāng)該煤份額為100%時，混合煤可磨指數(shù)達(dá)到最低值即焦作無煙煤的可磨指數(shù)32。表2顯示，兩種煤按照不同比例混合后，混合煤可磨指數(shù)實測值與加權(quán)平均數(shù)不盡相同，焦作無煙煤比重較小時混煤HGI實測值大于加權(quán)平均指數(shù)，隨著煤焦庫煙煤的增加兩個HGI的差值持續(xù)降低；當(dāng)煤焦庫煙煤份額達(dá)到一定程度(約60%左右)時混煤的可磨指數(shù)實測HGI開始小于加權(quán)平均值，HGI實測值與加權(quán)平均數(shù)的差值由正數(shù)轉(zhuǎn)為負(fù)數(shù)，這說明隨著焦作無煙煤比例降低和煤焦庫煙煤比例的上升過程中會出現(xiàn)混煤HGI實測值與加權(quán)平均值相等的現(xiàn)象，也就是說在本試驗條件下在調(diào)整焦作無煙煤配比至一定額度(約55%左右)時存在加和性；表3顯示焦作無煙煤和張礦煙煤混合后，無論怎么配煤，可磨指數(shù)實測值與加權(quán)平均數(shù)永遠(yuǎn)不相等，HGI實測值均大于加權(quán)平均值數(shù)，兩個HGI的差值隨著張礦煙煤配比增加先升高至最高值后開始下降，在焦作無煙煤份額達(dá)到一定程度(約50%左右)混煤兩個HGI的差值達(dá)到最高值。

2.3試驗分析

為了更加直觀的對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)表2、表3數(shù)據(jù)制作混合煤實測HGI與加權(quán)平均HGI的對比關(guān)系圖。圖3、圖4表示焦作無煙煤與煤焦庫煙煤混配、與張礦煙煤混配時,混煤實測HGI與加權(quán)平均HGI的對比關(guān)系。

(1)單煤和混煤在粉碎機理有著很大不同，單種煤在哈氏可磨儀中主要受到鋼球擠壓、摩擦等設(shè)備的作用力，而混合煤則不僅受到設(shè)備的外力而且單種煤之間也發(fā)生相互作用。由于HGI的不同，可磨指數(shù)小較硬的煤將受到的力傳遞給可磨指數(shù)大易破碎的煤使其粉碎，引起粉碎過程中單種煤相互促進(jìn)或者阻礙，造成混合煤的實測HGI隨著配比不同變化在加權(quán)HGI附近波動，見圖3、圖4。

(2)圖3可以看出，隨著焦作無煙煤在混煤中的份額不斷增加，混煤HGI的實測值和加權(quán)值均持續(xù)降低，這是由于焦作無煙煤HGI小于煤焦庫煙煤，混合煤HGI有著超份額較多煤種靠近的趨勢。圖3顯示，隨著焦作無煙煤配比變化混合煤HGI實測值或高于加權(quán)值或低于加權(quán)值，這是粉碎過程中煤種相互作用的結(jié)果。當(dāng)焦作無煙煤HGI低，硬度高，當(dāng)它的配比較低時對煤焦庫煙煤起到粉碎介質(zhì)及擠壓剪切的作用，將一部分受到的外力傳遞給量多的煤焦庫煙煤，把粉碎能量也轉(zhuǎn)移給煤焦庫煙煤煤粒，強化了易磨煤的粉化，對混合煤的粉碎起促進(jìn)作用，增加了易磨煤的粉碎效率，因此混合煤HGI高。在焦作無煙煤25%左右混煤的實測HGI高于加權(quán)平均HGI并且差值最大，之后隨著焦作無煙煤份額增加混合煤HGI持續(xù)降低，在配比為55%左右的時候二者相等，當(dāng)混煤中硬度高的焦作無煙煤份額大時成為了外力的主要承載者消耗了大量的破碎能量，對煤焦庫煙煤的粉碎起到搭橋屏蔽作用,對混煤的粉碎過程起阻礙作用，部分本該用來粉碎煤焦庫煙煤的粉碎能量卻用來粉碎焦作無煙煤，此時混煤HGI小于加權(quán)平均HGI。

圖3焦作煤與煤焦庫煤混合可磨值對比曲線

圖4焦作煤與張礦煤混合可磨值對比曲線

(3)圖4顯示，隨著焦作無煙煤在混煤中的份額不斷增加，混煤HGI的實測值和加權(quán)值也持續(xù)降低，這也再次驗證了混合煤HGI朝著份額較多的單種煤HGI靠近的趨勢。圖中還可以看出，混合煤無論焦作無煙煤和張礦煙煤配比多少，其HGI始終高于加權(quán)平均HGI，這是因為隨著哈氏可磨儀設(shè)備對煤樣的磨壓擠碎，兩種煤一直在相互作用，促進(jìn)了煤的粉碎，其相互促進(jìn)過程的機理需要從煤粉的粒度分布和巖相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，由于實驗儀器和技術(shù)原因現(xiàn)在試驗室還不能進(jìn)行該方面研究。

3　結(jié)語

(1)邯鋼噴吹煤哈氏可磨指數(shù)在特定情況下具有加和性，本試驗：焦作無煙煤份額占55%左右時與煤焦庫煙煤混合后HGI具有加和性；焦作無煙煤與張礦無煙煤無論任何配比混合煤的HGI均不具有加和性；

(2)選擇一定的煤種和一定的配比可以提高混合煤的HGI，利用這一規(guī)律可以提高混合煤的HGI，進(jìn)而提高煤的制粉率，降低電耗。本試驗：焦作無煙煤份額小于50%左右時和煤焦庫煙煤混合后，混煤HGI一直大于加權(quán)平均HGI；焦作無煙煤和張礦煙煤混合時無論任何配比混合煤的HGI均大于加權(quán)平均HGI，并且焦作無煙煤比例為50%左右為混合煤HGI最大。

[1]陳鵬.中國煤炭性質(zhì)、分類和利用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013:196.

[2] 張妮妮.煤的可磨性指數(shù)變化及破碎機理研究[D]．浙江：浙江大學(xué)，2006:25.

EXPERIMENTAL STUDY OF HGI ADDITIVE RULES OF HANSTEEL' BLAST INJECTION COAL POWDER

Zhang HongchuangWei QionghuaLiu Xiaoming

(Handan Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group)

Based on the three kinds of blast injection coal powder of Hansteel, the HGI additive rules of mixed injection coal powder are studied in the paper. Otherwise, the relations between the mixed coal HGI and the weighted averages HGI are analyzed as well as the causes. Thereby, the coal powder extraction rate of the mill is increased and the power consumption is saved.

mixed coalHGIadditivity

聯(lián)系人：張紅闖，工程師，河北.邯鄲(056015)，河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼技術(shù)中心鐵前研究室；2015-11-30