邯钢喷吹煤哈氏可磨指数加和性规律的试验研究

张红闯　魏琼花　刘晓明

(河北钢铁集团邯郸公司)



邯钢喷吹煤哈氏可磨指数加和性规律的试验研究

张红闯魏琼花刘晓明

(河北钢铁集团邯郸公司)

以邯钢三种高炉喷吹煤为研究对象，进行混合煤哈氏可磨指数加和性规律的试验研究，分析混合煤HGI和加权平均HGI之间关系和形成原因，从而达到提高中速磨的制粉率的目的，节约磨煤电耗。

混合煤哈氏可磨指数加和性

0　前言

煤的可磨性标志着煤磨碎成粉的难易程度，是确定煤粉碎过程工艺和选择粉碎设备的重要依据。它与煤阶、水分含量、煤的岩相组成以及煤中矿物质的种类、数量和分布状态都有关，生产中普遍只检测单种煤的哈氏可磨指数。对于混合煤粉的可磨性，有学者认为：配煤的可磨性在特定情况下，具有可加性[1]；也有学者认为: 同一煤层的煤其混煤的可磨性指数可以取其加权平均值，但是不同煤层的煤混合后其可磨性指数不具有加和性[2]。通过对三种邯钢常用高炉喷吹用煤进行混合煤哈氏可磨指数加和性规律的试验研究，寻找这些煤粉的可磨指数加和性条件，从而达到提高磨煤生产效率，降低磨煤能耗的目的。

1　煤粉破碎机理

粉碎是指物料在外力作用下形成内裂纹，随外力继续作用内裂纹的发展形成新表面的过程。粉碎模型有三种形式：体积粉碎、表面粉碎和均一粉碎。体积粉碎模型：整个颗粒都受到粉碎，粉碎生成物大多为粒度较大的中间过度颗粒，随着粉碎的进行该中间粒径的颗粒继续减小，最后破碎成为微粉成分；表面粉碎模型：仅在颗粒的表面产生破碎，从颗粒表面不断剥下微粉成分，这一破碎不涉及颗粒的内部；均一粉碎模型：加在颗粒上的力，使颗粒产生分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。这3种模型中，均一粉碎模型仅在结合极不紧密的颗粒集合体粉碎场合出现，一般情况下粉碎不考虑这一模型。

煤粒在哈氏可磨性指数测定仪中的磨制过程的破碎是挤压—剪切破碎，磨制时煤粉一方面受到钢球的挤压力，同时随着钢球的转动又传递给煤粉表面摩擦的力，因此煤粉主要受到压缩力和摩擦剪切力的作用。从破碎方法的角度来看，体积粉碎可看成冲击粉碎，表面粉碎可看成摩擦粉碎，当冲击力较小时冲击粉碎主要表现为表面粉碎，而摩擦粉碎往往还伴有压缩作用，压缩作用则表现为体积粉碎，因此煤粒的粉碎主要是体积粉碎和表面粉碎两种。

2　试验

2.1试验方法及设备

邯钢实验室采用美国哈德格罗夫法测定煤粉的哈氏可磨指数，在实际测定时，用被测定煤样与标准煤样相比较而得出的相对指标来表示可磨性指数。该法以美国某矿区易磨碎烟煤作为标准煤，其可磨性指数定为100，以此来比较被测定煤的哈氏可磨性，即相对可磨性指数。可磨指数计算方法分为计算公式法和标准曲线法两种。

实验设备为哈氏可磨性测定仪(简称哈氏仪)，如图1、图2所示。电动机通过蜗轮、蜗杆和一对齿轮减速后，带动主轴和研磨环以(20±1) r/min的速度运转。研磨环驱动研磨碗内的8个钢球转动，钢球直径为25.4 mm，由重块、齿轮、主轴和研磨环施加在钢球上的总垂直力为(284±2) N。哈氏仪在用于可磨性指数测定之前，用标准煤样进行校准。

图1　哈氏可磨性测定仪图

图2研磨件

2.2试验过程

2.2.1单种煤的哈氏可磨指数测定

按照GBT 2565-2014煤的可磨性指数测定方法规定原则对煤样进行处理，将试验煤在空气中风干,预制出可磨性指数测定仪要求的0.63 mm～1.25 mm粒度煤样作为试样，保证其出样率45%以上，根据试验要求称取一定质量的试样，放进哈氏可磨仪中进行试验。试验利用哈氏可磨性指数测定仪先后测定出了焦作无烟煤、煤焦库烟煤和张矿烟煤三种煤的HGI,见表1。

表1　单种煤的哈氏可磨指数

由表1可知，焦作无烟煤的哈氏可磨指数低为32，说明该煤不易破碎，两种烟煤可磨指数相对较高，易破碎。由于煤的复杂性造成影响煤的哈氏可磨指数因素众多，其中：无烟煤是腐植煤种最古老的一种煤，挥发分最低，煤化程度高，真密度最大，硬度也最高；与无烟煤比，烟煤相对煤化程度低，真密度低，硬度低。

2.2.2混合煤的哈氏可磨指数测定

试验先将焦作无烟煤与煤焦库烟煤按照3:7、4:6、5:5、6:4、7:3混合后，对混煤按照哈氏可磨指数测定方法要求进行了可磨指数测定试验，将实测值与加权平均数进行对比，试验结果见表2，按照同样的方法对焦作无烟煤和张矿烟煤混合后进行哈氏可磨指数测定，结果见表3。

表2　焦作无烟煤和煤焦库烟煤混合可磨指数测定结果

表3　焦作无烟煤和张矿烟煤混合可磨指数测定结果

由表2、表3可以看出，由于焦作煤可磨指数较低，随着它配比的升高，混合煤的哈氏可磨指数持续降低，当该煤份额为100%时，混合煤可磨指数达到最低值即焦作无烟煤的可磨指数32。表2显示，两种煤按照不同比例混合后，混合煤可磨指数实测值与加权平均数不尽相同，焦作无烟煤比重较小时混煤HGI实测值大于加权平均指数，随着煤焦库烟煤的增加两个HGI的差值持续降低；当煤焦库烟煤份额达到一定程度(约60%左右)时混煤的可磨指数实测HGI开始小于加权平均值，HGI实测值与加权平均数的差值由正数转为负数，这说明随着焦作无烟煤比例降低和煤焦库烟煤比例的上升过程中会出现混煤HGI实测值与加权平均值相等的现象，也就是说在本试验条件下在调整焦作无烟煤配比至一定额度(约55%左右)时存在加和性；表3显示焦作无烟煤和张矿烟煤混合后，无论怎么配煤，可磨指数实测值与加权平均数永远不相等，HGI实测值均大于加权平均值数，两个HGI的差值随着张矿烟煤配比增加先升高至最高值后开始下降，在焦作无烟煤份额达到一定程度(约50%左右)混煤两个HGI的差值达到最高值。

2.3试验分析

为了更加直观的对试验结果进行分析，根据表2、表3数据制作混合煤实测HGI与加权平均HGI的对比关系图。图3、图4表示焦作无烟煤与煤焦库烟煤混配、与张矿烟煤混配时,混煤实测HGI与加权平均HGI的对比关系。

(1)单煤和混煤在粉碎机理有着很大不同，单种煤在哈氏可磨仪中主要受到钢球挤压、摩擦等设备的作用力，而混合煤则不仅受到设备的外力而且单种煤之间也发生相互作用。由于HGI的不同，可磨指数小较硬的煤将受到的力传递给可磨指数大易破碎的煤使其粉碎，引起粉碎过程中单种煤相互促进或者阻碍，造成混合煤的实测HGI随着配比不同变化在加权HGI附近波动，见图3、图4。

(2)图3可以看出，随着焦作无烟煤在混煤中的份额不断增加，混煤HGI的实测值和加权值均持续降低，这是由于焦作无烟煤HGI小于煤焦库烟煤，混合煤HGI有着超份额较多煤种靠近的趋势。图3显示，随着焦作无烟煤配比变化混合煤HGI实测值或高于加权值或低于加权值，这是粉碎过程中煤种相互作用的结果。当焦作无烟煤HGI低，硬度高，当它的配比较低时对煤焦库烟煤起到粉碎介质及挤压剪切的作用，将一部分受到的外力传递给量多的煤焦库烟煤，把粉碎能量也转移给煤焦库烟煤煤粒，强化了易磨煤的粉化，对混合煤的粉碎起促进作用，增加了易磨煤的粉碎效率，因此混合煤HGI高。在焦作无烟煤25%左右混煤的实测HGI高于加权平均HGI并且差值最大，之后随着焦作无烟煤份额增加混合煤HGI持续降低，在配比为55%左右的时候二者相等，当混煤中硬度高的焦作无烟煤份额大时成为了外力的主要承载者消耗了大量的破碎能量，对煤焦库烟煤的粉碎起到搭桥屏蔽作用,对混煤的粉碎过程起阻碍作用，部分本该用来粉碎煤焦库烟煤的粉碎能量却用来粉碎焦作无烟煤，此时混煤HGI小于加权平均HGI。

图3焦作煤与煤焦库煤混合可磨值对比曲线

图4焦作煤与张矿煤混合可磨值对比曲线

(3)图4显示，随着焦作无烟煤在混煤中的份额不断增加，混煤HGI的实测值和加权值也持续降低，这也再次验证了混合煤HGI朝着份额较多的单种煤HGI靠近的趋势。图中还可以看出，混合煤无论焦作无烟煤和张矿烟煤配比多少，其HGI始终高于加权平均HGI，这是因为随着哈氏可磨仪设备对煤样的磨压挤碎，两种煤一直在相互作用，促进了煤的粉碎，其相互促进过程的机理需要从煤粉的粒度分布和岩相结构进行分析，由于实验仪器和技术原因现在试验室还不能进行该方面研究。

3　结语

(1)邯钢喷吹煤哈氏可磨指数在特定情况下具有加和性，本试验：焦作无烟煤份额占55%左右时与煤焦库烟煤混合后HGI具有加和性；焦作无烟煤与张矿无烟煤无论任何配比混合煤的HGI均不具有加和性；

(2)选择一定的煤种和一定的配比可以提高混合煤的HGI，利用这一规律可以提高混合煤的HGI，进而提高煤的制粉率，降低电耗。本试验：焦作无烟煤份额小于50%左右时和煤焦库烟煤混合后，混煤HGI一直大于加权平均HGI；焦作无烟煤和张矿烟煤混合时无论任何配比混合煤的HGI均大于加权平均HGI，并且焦作无烟煤比例为50%左右为混合煤HGI最大。

[1]陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用[M].北京：化学工业出版社，2013:196.

[2] 张妮妮.煤的可磨性指数变化及破碎机理研究[D]．浙江：浙江大学，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

联系人：张红闯，工程师，河北.邯郸(056015)，河北钢铁集团邯钢技术中心铁前研究室；2015-11-30