陜蒙煤磨煤特性評價及與典型噴吹煤的對比研究

孟 凡 彩

(兗州煤業股份有限公司 選煤管理中心， 山東 鄒城 273500)

煤粒的粉碎過程是體積粉碎、表面粉碎2種模式的疊加[1]。在體積粉碎過程中，整個顆粒均受到粉碎而生成粒度較大的中間顆粒，中間顆粒再被進一步粉碎形成粒徑更小的顆粒；表面粉碎僅在顆粒的表面產生破壞，從顆粒表面不斷剝下微粉成分，粉碎產物粒度分布較大。粉碎產物的粒度分布具有二重性，粗粉產物、細粉產物分別由體積粉碎、表面粉碎而形成[2]。目前，評價煤的粉碎性能采用煤的哈氏可磨性指數(HGI)來評價，但根據HGI測試原理，測試過程限定0.63 mm～1.25 mm粒度范圍，而對更大粒徑煤的破碎特征表征不足[3]。

實際上，高爐噴吹煤粉的制備可分為破碎和研磨2個階段。碎礦的產品粒度大于5 mm，破碎力以壓碎為主，根據產品粒度不同，可分為粗碎、中碎和細碎；制粉的入料粒度為5 mm以下，破碎力以沖擊及磨剝為主，分為粗磨和細磨2個階段[4]。破碎的過程相對簡單，而研磨過程中原料煤的性質及設備選型對噴吹煤粉的粒度組成有重要影響[5]。

目前工業研磨機械主要有球磨機和中速磨。球磨機可研磨硬度較高的煤，但產粉率相對較低。隨著高爐向大型化方向的發展，球磨機將被逐漸淘汰，而中速磨為未來發展方向[6]。中速磨制粉效率高，但不適合研磨高變質無煙煤(如晉城、京西等)，產粉率及電力消耗等相當不經濟[7]。

結合國內煤炭相關磨煤特性研究[8-12]，此次研究率先提出以磨煤特性曲線全方位表征煤的磨煤特性，全面評價低變質煙煤的制粉特征，并與高變質煙煤、無煙煤等典型噴吹煤的磨煤特性進行對比研究，以期對冶金企業優選高爐噴煤的煤源提供技術依據。

1 實 驗

1.1 實驗煤樣

實驗所用煤樣采自兗礦集團陜蒙基地金雞灘礦、石拉烏素礦和轉龍灣礦，按照GB 475—2008《商品煤樣人工采取方法》采集洗精煤樣品，并按照GB 474—2008《煤樣的制備方法》制備煤樣，并分別按照GB/T 211—2007《煤的全水分的測定方法》、GB/T 212—2008《煤的工業分析方法》、GB/T 476—2008《煤中碳和氫的測定方法》、GB/T 19227—2008《煤中氮的的測定方法》以及GB/T 2565—2014《煤的可磨性指數測定方法 哈德格羅夫法》對煤樣的基本性質進行測試。

1.2 磨煤特性評價方法

實驗所用的主要設備為球磨機和振篩機。球磨機型號為RK/BM -Φ250×300，鋼球總質量為15 kg，最大加樣量為5 kg。振篩機型號為GM/ZTS -7A，直徑為300 mm。

先采用顎式破碎機將試驗用煤樣全部破碎至小于6 mm，然后再用實驗球磨機進行不同磨煤時間的磨煤試驗，每次試驗用煤樣2 kg。兗礦陜蒙基地煤炭由于水分高，磨煤前應先對其用干燥箱干燥。磨煤后記錄總重，然后用1 mm篩子人工篩分，記錄篩上，篩下物重量，保存<1 mm產品，篩上物廢棄；對<1 mm產品用振篩機測定0.074 mm篩和0.147 mm篩的篩上物和篩下物質量。以1 mm篩下物的質量占入料總質量的比例表示成出粉率，以0.147 mm篩下物的質量占入料總質量的比例表示細度(R100)、以0.074 mm篩下物的質量占入料總質量的比例表示細度(R200)。

2 結果與討論

2.1 煤質分析

實驗煤樣的煤質分析結果見表1。金雞灘煤和石拉烏素煤的全水分約為10%，轉龍灣煤的全水分高達16.9%，因而磨煤特性試驗前需對水分較高的低階煤樣品進行干燥，工業磨煤機磨煤采用通熱煙氣干燥。該噴吹煤的灰分及哈氏磨性指數均較低。

表1 實驗煤樣的煤質分析

2.2 磨煤特性分析

金雞灘煤、石拉烏素煤和轉龍灣煤的磨煤特性試驗結果見表2～表4，出粉率和細度隨磨煤時間的變化規律如圖1～圖3所示。從試驗結果可知，試驗煤樣的出粉率、細度隨著磨煤時間的增加而增加。

表2 金雞灘煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

表3 石拉烏素煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

時間/min出粉率/%細度 R100 /%細度 R200 /%3061.4 28.5 16.0 5089.6 40.6 27.0 7096.7 63.1 39.0 8099.1 88.9 56.7 9010094.3 75.1 10010098.9 87.3 11010010092.2

在磨煤初始階段主要是大顆粒煤的破碎過程，出粉率(<1 mm比例)隨著磨煤時間的增加而增加，在該過程中， <1 mm煤粉的細度卻變化不大。金雞灘和轉龍灣煤的轉折點出現在磨煤時間50 min左右，石拉烏素煤的轉折點出現在70 min左右。

表4 轉龍灣煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

時間/min出粉率/%細度 R100 /%細度 R200 /%3066.5 29.1 17.0 5088.0 57.9 28.4 7097.8 66.7 44.7 8099.8 88.5 56.5 9099.8 93.1 64.1 10010097.9 85.2 110100100 92.6

圖1 金雞灘煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

圖2 石拉烏素煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

圖3 轉龍灣煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

當出粉率達到90%以上時，<1 mm煤粉的細度才顯示出增加的趨勢，且為1個快速增加的過程。金雞灘煤的磨煤時間80 min左右，<0.147 mm比例達到90%以上，磨煤時間100 min左右，<0.074 mm比例達到90%以上。最佳磨煤時間(<0.074 mm比例大于70%)為80 min～90 min。石拉烏素煤的磨煤時間90 min左右，<0.147 mm比例達到90%以上，磨煤時間110 min左右，<0.074 mm比例達到90%以上。最佳磨煤時間(<0.074 mm比例大于70%)為80 min～90 min。轉龍灣煤的磨煤時間90 min左右，<0.147 mm比例達到90%以上，磨煤時間110 min左右，<0.074 mm比例達到90%以上。最佳磨煤時間(<0.074 mm比例大于70%)為100 min～110 min。

3 與其他噴吹煤的磨煤特性對比

3.1 高變質煙煤

我國的高變質煙煤噴吹煤以潞安礦區產量最大，潞安常村礦噴吹煤的磨煤試驗結果見表5及如圖4所示。

表5 潞安常村煤樣的出粉率、細度與磨煤時間的關系

時間/min出粉率/%細度 R100 /%細度 R200 /%2083.0 40.4 27.0 3090.0 44.8 29.8 4096.4 52.0 33.9 5099.1 66.0 38.9 6010093.6 65.7 7010098.1 83.2 8010098.3 90.5 90100 98.4 92.5 10010098.5 93.0

圖4 潞安常村煤的出粉率、細度與磨煤時間的關系

從試驗結果可看出，試驗煤樣的出粉率、細度隨著磨煤時間的增加而增加。在磨煤初始階段主要為大顆粒煤的破碎過程，出粉率(<1 mm比例)隨著磨煤時間的增加而增加，在此過程中，<1 mm煤粉的細度卻變化不大，當出粉率達90%以上時，<1 mm煤粉的細度才顯示出增加的趨勢，且為1個快速增加的過程。

3.2 無煙噴吹煤

無煙煤按照變質程度可分為無煙煤一號、無煙煤二號和無煙煤三號，灰分、硫分符合《高爐噴吹用煤技術條件》的無煙煤均可用于高爐噴吹。

但目前市場上常見的無煙噴吹煤為無煙煤二號和無煙煤三號，現分別對兩類無煙煤的磨煤特性進行研究。

3.2.1無煙煤三號

陽泉煤是典型的三號無煙煤，磨煤特性試驗結果見表6及如圖5所示。從試驗結果可看出，試驗煤樣的出粉率、細度隨著磨煤時間的增加而增加。無煙煤的磨細和粉碎過程與煙煤的變化趨勢不相同。無論是出粉率(<1 mm比例)還是細度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)，其隨磨煤時間的變化基本上呈線性變化特征，無粒度變化突變點。磨煤時間100 min左右，<0.147 mm比例達90%以上， <0.074 mm比例達80%以上。最佳磨煤時間(<0.074 mm比例大于70%)為90 min～100 min。

表6 陽泉無煙煤的出粉率、細度與磨煤時間的關系

時間/min出粉率/%細度 R100 /%細度 R200 /%3046.8 42.4 32.3 5061.2 51.8 36.8 7075.7 66.5 61.2 8082.0 75.6 66.2 9086.4 80.5 70.3 10090.187.376.2

圖5 陽泉無煙煤的出粉率、細度與磨煤時間的關系

3.2.2無煙煤二號

晉城煤是典型的二號無煙煤，磨煤特性試驗結果見表7及如圖6所示。

表7 晉城無煙煤的出粉率、細度與磨煤時間的關系

時間/min出粉率/%細度 R100 /%細度 R200 /%3040.6 31.5 22.4 5053.8 49.4 33.9 7065.1 62.0 49.5 8073.0 70.0 58.8 9082.2 79.1 67.3 10090.2 86.6 75.2

圖6 晉城無煙煤的出粉率、細度與磨煤時間的關系

從試驗結果可知，試驗煤樣的出粉率、細度隨著磨煤時間的增加而增加。無煙煤的磨細和粉碎過程與煙煤的變化趨勢不相同。無論出粉率(<1 mm比例)還是細度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)，其隨磨煤時間的變化基本上呈線性變化特征，無粒度變化突變點。磨煤時間100 min左右，<0.147 mm比例達到85%以上， <0.074 mm比例達到75%以上。最佳磨煤時間(<0.074 mm比例大于70%)為100 min～110 min。

3.3 對比分析

高變質煙煤(潞安煤)的磨煤特性較好，HGI及磨煤特性曲線均呈現優良的磨碎特性。

低變質煙煤與無煙煤的HGI接近，但磨煤特性呈現出較為明顯的差異。兗礦陜蒙基地樣品在磨煤50 min后幾乎全部磨碎，磨煤80 min全部磨細。而無煙煤的出粉率一直在75%左右，說明無煙煤很難磨碎。由此說明除了可磨性(HGI)外，煤的硬度也是影響煤的磨煤特性的主要因素，高階無煙煤尤甚。兗礦陜蒙基地煤的可磨性(HGI)雖較低，但煤質較軟，其磨煤特性優于無煙噴吹煤，且對磨煤設備的磨損小。

表8 兗礦陜蒙基地噴吹煤與其它噴吹煤的最佳磨煤時間對比

樣品磨碎時間 出粉率>98% /min磨細時間 <0.074 mm比例大于70% /min金雞灘7080～90石拉烏素8080～90轉龍灣80～9090～100潞安5060～70陽泉>100>100晉城>100>100

由于可磨性實驗的煤樣粒度為0.63 mm～1.25 mm，故HGI不能表征大于1.25 mm煤的破碎特性。而在工業實際中，進入磨煤機的不可能全部小于1.25 mm，因此HGI并不能完全表征煤的磨煤特性的好壞，>1.25 mm的原料煤硬度對煤的破碎性能影響較大，由于無煙煤的硬度較大，其很難被磨碎。

4 結 論

以上充分考慮煤破碎過程的二元變化特征，率先提出了利用磨煤特征曲線全面表征煤的破碎過程特征，研究結果發現:

(1)雖兗礦陜蒙基地煤與無煙煤的HGI均較低，但破碎過程呈現出不同的特征。

(2)低變質煙煤的出粉率、細度隨著磨煤時間的增加而增加。在磨煤初始階段(50 min內)主要是大顆粒煤的破碎過程，出粉率(<1 mm比例)隨著磨煤時間的增加而增加，在此過程中， <1 mm煤粉的細度卻變化不大，當出粉率達90%以上時，<1 mm煤粉的細度才顯示出增加的趨勢，且是個快速增加的過程。

(3)高變質煙煤的磨煤特性曲線與低變質煙煤變化趨勢相似，因可磨性較好，較易達到磨細狀態。

(4)無煙煤的出粉率(<1 mm比例)與細度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)隨磨煤時間變化基本上呈線性變化特征，無粒度變化突變點。