煤樣篩分破碎機(jī)性能試驗(yàn)研究

黃鋒，李敬亞，周樹(shù)光

（長(zhǎng)沙開(kāi)元儀器有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

破碎是煤樣制備的關(guān)鍵工序[1-2]，在GB/T 474標(biāo)注[3]中，破碎應(yīng)該用機(jī)械設(shè)備，破碎機(jī)要求破碎粒度準(zhǔn)確，破碎時(shí)試樣損失和殘留少。粒度小于3 mm的煤樣，如使之全部通過(guò)3 mm圓孔篩，則可用二分器縮分出100～120 g用于制備一般分析試驗(yàn)煤樣[4-6]。反之，如果3 mm的煤樣不能100%通過(guò)3 mm圓孔篩，則不能縮分出不少于100 g去制備一般分析試驗(yàn)煤樣；因?yàn)檫^(guò)篩率不符合要求而直接縮分出100～120 g制備分析試樣，則可能導(dǎo)致制備的分析試樣失去代表性。

生產(chǎn)中用于3 mm破碎的設(shè)備為對(duì)輥破碎機(jī)，其原理如圖1所示。對(duì)輥破碎機(jī)由兩個(gè)輥輪、支撐軸承、壓緊彈簧和支架組成，兩個(gè)輥輪在電機(jī)的帶動(dòng)下做相向轉(zhuǎn)動(dòng)。物料從進(jìn)料口到達(dá)輥輪上方，經(jīng)輥輪擠壓，變成較小顆粒，從兩輥輪下方排出[7-10]。

圖1 對(duì)輥破碎機(jī)原理圖

在郭曉明等[11]的研究中，對(duì)于內(nèi)水較高、片狀顆粒較多的試樣，或煤樣中含有較多煤矸石，均會(huì)影響破碎后煤樣過(guò)篩率。所以，對(duì)輥破碎機(jī)在破碎煤樣時(shí)，往往存在壓片現(xiàn)象，一次破碎達(dá)不到100%通過(guò)3 mm圓孔篩，一般需要破碎后進(jìn)行篩分，篩上物再次進(jìn)行破碎，直至全部通過(guò)3 mm圓孔篩。

為實(shí)現(xiàn)一次破碎后過(guò)篩率達(dá)到100%，設(shè)計(jì)了一種篩分破碎機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，實(shí)物圖如圖3所示。篩分破碎機(jī)主要由進(jìn)料斗、破碎腔、主軸、錘頭、篩板、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其工作原理為：待破碎的物料由設(shè)備頂部的料斗進(jìn)入破碎腔工作區(qū)，受到轉(zhuǎn)動(dòng)錘頭與篩板的擠壓破碎，此時(shí)，小于篩板孔徑的物料便從篩板排出，而粒度較大的物料，彈回至破碎腔內(nèi)繼續(xù)破碎，直至腔內(nèi)物料全部透篩。其中錘頭有特殊角度，能將物料向下擠壓。同時(shí)錘頭與主軸直接是間隙配合，錘頭能在主軸軸向浮動(dòng)，浮動(dòng)的最大間隙小于破碎粒度。當(dāng)物料全部破碎完成后，錘頭能完全貼合篩板，使得篩板上無(wú)殘留。

圖2 篩分破碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 篩分破碎機(jī)實(shí)物圖

為檢驗(yàn)篩分破碎機(jī)是否可用于煤樣的制備過(guò)程，選用粒度為6 mm，干基灰分約31.00%的煤樣作為試驗(yàn)樣品，對(duì)其進(jìn)行了三個(gè)方面的試驗(yàn)研究：破碎后煤樣的過(guò)篩率，使用3 mm圓孔篩，要求過(guò)篩率為100%；破碎后樣品的收集率，要求不小于98.0%；以篩分破碎機(jī)作為設(shè)備方法，對(duì)輥破碎機(jī)作為國(guó)標(biāo)方法，針對(duì)灰分指標(biāo)，檢驗(yàn)設(shè)備方法與國(guó)標(biāo)方法的可替代性。試驗(yàn)場(chǎng)景如圖4所示。

圖4 篩分破碎機(jī)試驗(yàn)場(chǎng)景圖

1 試驗(yàn)?zāi)康募懊簶?/h2>

試驗(yàn)研究篩分破碎機(jī)的過(guò)篩率、收集率、和國(guó)標(biāo)方法的可替代性。三個(gè)試驗(yàn)為遞進(jìn)關(guān)系，在過(guò)篩率符合要求的前提下，才開(kāi)展收集率試驗(yàn)；收集率符合要求的前提下，才開(kāi)展和國(guó)標(biāo)方法的可替代性試驗(yàn)。三個(gè)試驗(yàn)全部合格，篩分破碎機(jī)才可用于煤樣的制備過(guò)程。試驗(yàn)指標(biāo)要求如下：

（1）篩分破碎機(jī)破碎后煤樣的過(guò)篩率S（使用3 mm圓孔篩篩分），要求S=100%。

（2）破碎后樣品的收集率LS，要求LS≥98%[10]。

（3）以篩分破碎機(jī)作為設(shè)備方法，對(duì)輥破碎機(jī)作為國(guó)標(biāo)方法，針對(duì)灰分指標(biāo)，檢驗(yàn)設(shè)備方法與國(guó)標(biāo)方法的可替代性[11]。

煤樣標(biāo)稱(chēng)最大粒度為6 mm，干基灰分約31.00%。

2 過(guò)篩率試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)步驟

（1）樣品破碎。取質(zhì)量在800 g～1 200 g之間的樣品，投入篩分破碎機(jī)完成破碎，收集破碎后的樣品。按此方式，完成10個(gè)樣品的破碎。

（2）篩分試驗(yàn)。取破碎后樣品，稱(chēng)取重量mO；然后用3 mm圓孔篩，按GB/T477[12]方法完成樣品的篩分，取出篩上物，稱(chēng)取重量mS。

（3）計(jì)算過(guò)篩率。按公式（1），計(jì)算破碎后樣品的過(guò)篩率S。

2.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 過(guò)篩率試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，對(duì)于試驗(yàn)煤種，篩分破碎機(jī)破碎后樣品篩上物質(zhì)量為0，過(guò)篩率為100%，符合要求。

3 收集率試驗(yàn)

收集率是指煤樣破碎后收集到的樣品質(zhì)量占破碎前質(zhì)量的百分比。煤樣在破碎過(guò)程中，由于揚(yáng)塵、被風(fēng)力帶走、撒漏、殘留等會(huì)導(dǎo)致的煤樣質(zhì)量損失。所以，收集率反映了煤樣在破碎過(guò)篩中揚(yáng)塵、撒漏、殘留等因素的影響是否顯著。

3.1 試驗(yàn)步驟

（1）試樣準(zhǔn)備。稱(chēng)取10個(gè)質(zhì)量在800 g～1200 g之間的樣品。

（2）樣品破碎。取準(zhǔn)備好的樣品，稱(chēng)取重量mI；將樣品投入篩分破碎機(jī)完成破碎，收集破碎后的樣品，稱(chēng)取重量mO。

（3）計(jì)算收集率。按公式（2），計(jì)算收集率LS。

3.2 結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果如表2所列。由表2可知，對(duì)于試驗(yàn)煤種，篩分破碎機(jī)破碎前后樣品平均重量損失為2.8 g，破碎后樣品收集率為99.7%，大于98%，符合要求。

表2 煤樣損失試驗(yàn)結(jié)果

4 可替代性試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)步驟

整個(gè)試驗(yàn)的流程如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)流程圖

（1）試樣準(zhǔn)備。取6 mm煤樣，使用3 mm二分器將煤樣縮分為兩份，分別編號(hào)A和C，構(gòu)成一個(gè)試樣對(duì)。按上述方法完成10個(gè)試樣對(duì)，分別編號(hào)A1、C1；A2、C2；…；A10、C10。

（2）試樣制備。將編號(hào)為A1～A10的樣品，通過(guò)篩分破碎機(jī)完成破碎；將編號(hào)為C1～C10的樣品，通過(guò)對(duì)輥破碎機(jī)完成破碎，并使之全部通過(guò)3 mm圓孔篩。將所有破碎后煤樣按GB/T 474方法制備一般分析試驗(yàn)煤樣，并做好封裝標(biāo)志。

（3）試樣化驗(yàn)。將一般分析試樣A1～A10，C1～C10送化驗(yàn)室，按GB/T 212[13]方法測(cè)試煤樣干基灰分。

4.2 灰分可替代性分析

灰分可替代性分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

（1）準(zhǔn)確度分析。根據(jù)表3中的試驗(yàn)結(jié)果，按GB/T 18510中與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法比較的方法B進(jìn)行可替代性檢驗(yàn)。

按公式（3），計(jì)算統(tǒng)計(jì)量t。

式中：n為試驗(yàn)對(duì)數(shù)，個(gè)。

查GB/T 18510中表2得，自由度為9時(shí)，tt=2.262。

按公式（4），計(jì)算差值d在95%概率下的置信區(qū)間

查GB/T 212表2，當(dāng)灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞30.00%時(shí)，灰分測(cè)定的再現(xiàn)性臨界差A(yù)d為0.70%。置信區(qū)間[-0.69，0.65]在[-0.70，0.70]的區(qū)間內(nèi)，符合要求。

所以，對(duì)于試驗(yàn)煤種，設(shè)備方法與國(guó)標(biāo)方法的準(zhǔn)確度無(wú)顯著性差異。

（2）灰分精密度分析。表3中，重復(fù)測(cè)定偏差Wi為每個(gè)方法制備的第i個(gè)煤樣重復(fù)測(cè)定結(jié)果間的差值。

表3 灰分可替代性分析數(shù)據(jù)

由表3中試驗(yàn)結(jié)果，按公式（5），計(jì)算設(shè)備方法的重復(fù)測(cè)定方差。

按公式（6），計(jì)算國(guó)標(biāo)方法的重復(fù)測(cè)定方差。

按公式（7），計(jì)算統(tǒng)計(jì)量F

查GB/T18510中表3得，自由度為9時(shí)，F(xiàn)t=3.18。

所以，對(duì)于試驗(yàn)煤種，設(shè)備方法的精密度不比國(guó)標(biāo)方法的精密度差。

綜合設(shè)備方法與國(guó)標(biāo)方法的準(zhǔn)確度和精密度分析結(jié)果，可知：對(duì)于灰分指標(biāo)，設(shè)備方法可以替代國(guó)標(biāo)方法。篩分破碎機(jī)可以用于煤樣制備過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)一次破碎后3 mm過(guò)篩率達(dá)到100%，設(shè)計(jì)了一種煤樣篩分破碎機(jī)。為檢驗(yàn)其是否可應(yīng)用于煤樣的制備過(guò)程，選用粒度為6 mm，干基灰分約31.00%的煤樣作為試驗(yàn)樣品，對(duì)其開(kāi)展了過(guò)篩率、收集率、與國(guó)標(biāo)方法的可替代性三個(gè)方面的性能試驗(yàn)。

對(duì)于試驗(yàn)煤種，篩分破碎機(jī)破碎后的煤樣使用3 mm圓孔篩過(guò)篩，篩上物質(zhì)量為0，過(guò)篩率為100%，符合要求。對(duì)于試驗(yàn)煤種，篩分破碎機(jī)破碎前后樣品平均重量損失為2.8 g，破碎后樣品收集率為99.7%，大于98%，符合要求。

以篩分破碎機(jī)作為設(shè)備方法，對(duì)輥破碎機(jī)作為國(guó)標(biāo)方法，開(kāi)展了可替代性試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果為：對(duì)于灰分指標(biāo)，設(shè)備方法可以替代國(guó)標(biāo)方法。

本研究選用試驗(yàn)煤種，分析了灰分指標(biāo)的可替代性，如有必要，建議進(jìn)一步開(kāi)展其他煤種以及其他指標(biāo)的試驗(yàn)研究。