煤的哈氏可磨性指數(shù)測(cè)定的影響因素及對(duì)策措施

薛永妍，薛玲芳，張小平

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))股份有限公司選煤質(zhì)量管理中心，山西 陽泉 045000)

引 言

煤的可磨性指的是煤在規(guī)定的條件下，研磨成粉的難易程度。隨著技術(shù)的發(fā)展，很多用煤產(chǎn)業(yè)，特別是動(dòng)力用煤部門都需要將煤研磨成粉狀后再進(jìn)行利用。因此，煤的可磨性指數(shù)是煤粉制備工藝和設(shè)備的設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)磨煤機(jī)出率(t/h)和電廠內(nèi)部能源消耗時(shí)必不可少的依據(jù)。因而在煤質(zhì)研究和檢測(cè)工作中，煤的可磨性是一個(gè)重要參數(shù)[1]。

煤的可磨性測(cè)定是一項(xiàng)規(guī)范性很強(qiáng)的測(cè)試項(xiàng)目，目前國(guó)內(nèi)普遍采用哈德格羅夫法(簡(jiǎn)稱哈氏法)，哈氏法的影響因素有煤樣制備、儀器設(shè)備和操作等[2-3]。

1 哈氏法測(cè)定原理及方法

1.1 測(cè)定原理

首先，將規(guī)定質(zhì)量及粒度范圍的煤樣放入哈氏可磨性測(cè)定儀中研磨，然后在特定的測(cè)試條件下繼續(xù)篩分研磨后的煤樣，并對(duì)篩上的煤樣質(zhì)量進(jìn)行稱量測(cè)定。哈氏法測(cè)定的結(jié)果以哈氏可磨性指數(shù)呈現(xiàn)，其具體計(jì)算方法為首先計(jì)算研磨前煤樣量與篩上煤樣質(zhì)量的差值，其結(jié)果即為篩下煤樣質(zhì)量，然后再通過一元線性回歸方程的計(jì)算方法，或者直接以標(biāo)準(zhǔn)哈氏校準(zhǔn)圖為依據(jù)來求得哈氏可磨性指數(shù)的結(jié)果[4-7]。

1.2 試驗(yàn)步驟

1) 煤樣的制備：煤樣制備的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)是GB/T 474-2008《煤樣的制備方法》。首先需要將煤樣破碎到<6 mm，再將其用二分器縮分出約1 kg，再按照GB/T 474-2008《煤樣的制備方法》的操作步驟進(jìn)行空氣干燥。稱量煤樣(稱準(zhǔn)到1 g)，使用上部1.25 mm篩套下部0.63 mm篩，將煤樣按照每批200 g的規(guī)格送入振篩機(jī)分篩和逐級(jí)破碎，將篩下部分棄掉，最后留取0.63 mm～1.25 mm的煤樣。稱量0.63 mm～1.25 mm的煤樣質(zhì)量(稱準(zhǔn)至1 g)，計(jì)算該粒度范圍的煤樣質(zhì)量占破碎前煤樣的總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(即出樣率)，若出樣率<45%，則煤樣作廢。

2) 檢查清理儀器設(shè)備：首先對(duì)哈氏儀進(jìn)行檢查和試運(yùn)行，確保儀器處于正常可使用的狀態(tài)，保證儀器能在運(yùn)轉(zhuǎn)(60±0.25)r時(shí)自動(dòng)停止。在測(cè)試前測(cè)定清潔研磨環(huán)、研磨碗和鋼球，然后盡可能均勻地將鋼球放置于研磨碗的凹槽之內(nèi)以備下一步操作。

3) 初次篩分：首先將0.63 mm～1.25 mm的煤樣均勻混合，然后使用二分器縮分出120 g，置于孔徑0.63 mm篩子，并使用振篩機(jī)上篩5 min，將小于0.63 mm的煤粉全部去除;接著使用二分器再縮分出每份至少50 g的兩份煤樣備用。

4) 儀器測(cè)試：首先稱取已去除粒度過低的煤粉的煤樣50(±0.01)g煤樣記作m(g)，稱準(zhǔn)至0.01 g。再將這部分煤樣均勻倒入研磨碗內(nèi)并將其表面拂平，將落在研磨碗凸起部位及鋼球上的煤樣使用清潔毛刷輕輕清掃至鋼球周邊，當(dāng)主軸下端十字頭與研磨環(huán)十字槽處于同一方向時(shí)，將研磨環(huán)置于研磨碗的同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器歸零，然后電機(jī)啟動(dòng)并將其參數(shù)設(shè)置為運(yùn)轉(zhuǎn)60(±0.25)r后停止。

5) 二次篩分：將篩底盤、直徑0.071 mm的篩子與保護(hù)篩按照從下到上的順序放置，將研磨碗拆下并使用潔凈的毛刷來刷掉研磨環(huán)上黏附的煤粉，令其掉落至保護(hù)篩，再將鋼球與完成研磨的煤樣一同置入保護(hù)篩，將保護(hù)篩上粘著的煤粉繼續(xù)使用潔凈的刷子刷落至篩子內(nèi)，最后將鋼球放回研磨碗并取掉保護(hù)篩。

在直徑0.071 mm篩子下置入篩底盤，篩子上放置篩蓋，然后使用振篩機(jī)振動(dòng)10 min左右，再取下篩子并將其底部粘著的煤粉刷落至篩底盤，再使用振篩機(jī)振動(dòng)5 min左右，再重復(fù)刷落操作。完成上述步驟后再使用振篩機(jī)振動(dòng)5 min并再執(zhí)行一次刷落操作。

6) 稱量和計(jì)算測(cè)定結(jié)果：對(duì)經(jīng)過前幾個(gè)步驟操作之后直徑0.071 mm篩上留存的煤樣進(jìn)行稱量，其準(zhǔn)確度必須達(dá)到±0.01 g，將此結(jié)果記錄為m1，單位為g。再稱量直徑0.071 mm篩下煤樣質(zhì)量，其準(zhǔn)確度必須達(dá)到±0.01 g，將此結(jié)果記錄為m2。測(cè)定結(jié)果有效的標(biāo)準(zhǔn)就是篩上與篩下煤樣質(zhì)量測(cè)定值的加和結(jié)果與研磨之前煤樣質(zhì)量的差值必須在0.5 g以內(nèi)，否則就需要重做測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

2 影響因素及對(duì)策措施

由哈氏法的原理可知，只有確保可磨煤樣、儀器設(shè)備、操作條件等全部符合要求時(shí)，才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，在哈氏可磨性指數(shù)項(xiàng)目測(cè)試過程中標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定、可磨煤樣的制備、正規(guī)操作等方面有較大的影響，在實(shí)際工作中需采取以下相應(yīng)的對(duì)策措施。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的生成

GB/T 2565-2014《煤的哈氏可磨指數(shù)的測(cè)定方法》規(guī)定每年至少用可磨性標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行一次儀器校準(zhǔn)操作。當(dāng)操作人員或儀器設(shè)備(包括試驗(yàn)篩)更換或更新，或者更新或維修對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性有懷疑時(shí)都應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行校準(zhǔn)并繪制校準(zhǔn)圖。繪制可磨校準(zhǔn)圖時(shí)要使用 4個(gè)一組的可磨性指數(shù)值分別約為 40、60、80、110的標(biāo)準(zhǔn)煤樣。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)煤樣都必須由同一操作人員使用同一臺(tái)哈氏可磨儀按可磨性指數(shù)的測(cè)定步驟重復(fù)測(cè)定4次，計(jì)算0.071 mm篩下物質(zhì)量，計(jì)算出4次的算術(shù)平均值。

在直角坐標(biāo)系上分別將縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)設(shè)置為4次0.071篩分物質(zhì)算術(shù)平均值和相應(yīng)的哈氏可磨性指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，使用最小二乘法原則對(duì)煤的哈氏可磨性指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖。所得的直線就是所用哈氏儀(及篩子等)的標(biāo)準(zhǔn)圖。也可以使用一元線性回歸方程表示標(biāo)準(zhǔn)曲線(哈氏可磨性指數(shù)值為因變量，篩下物質(zhì)量的平均值為自變量)，一元線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)(r)至少為0.99。

2020年8月用哈氏可磨標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW12005g—GBW12008g)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制。哈氏可磨標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)試數(shù)值見表1。

表1 2020年8月哈氏可磨性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)試數(shù)值

由此結(jié)果繪制的校準(zhǔn)曲線圖見圖1。

圖1 2020年8月哈氏可磨性標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

本次標(biāo)準(zhǔn)曲線一元線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)(r)為0.999 8，該標(biāo)準(zhǔn)曲線可用。

2.2 制樣出樣率和制樣設(shè)備的影響及對(duì)策措施

2.2.1 影響

哈氏法要求測(cè)定的煤樣粒度范圍為0.63 mm～1.25 mm，出樣率不小于45%。粒度和出樣率達(dá)不到規(guī)定要求，會(huì)對(duì)可磨性測(cè)定有一定的影響。

2.2.2 對(duì)策措施

空氣干燥：將煤樣按照GB/T 474-2008《煤樣的制備方法》的操作步驟破碎到6 mm后將此煤樣縮分出約1 kg，然后放入盤內(nèi)并均勻攤開，其層厚不得超過1 cm，使用50(±5) ℃干燥箱干燥1 h～5 h，或在室溫下放置10 h～20 h使之達(dá)到空氣干燥狀態(tài)，并在干燥過程中攪拌4次以上。

逐級(jí)破碎：使用破碎機(jī)采用逐級(jí)破碎的方法[8]。用0.63 mm和1.25 mm的套篩，分批將6 mm煤樣過篩，每批約200 g，將粒度>1.25 mm的煤樣首先進(jìn)行逐級(jí)破碎的方法，在破碎過程中要不斷調(diào)節(jié)破碎機(jī)的對(duì)輥的間距，使其只能破碎較大的顆粒。反復(fù)破碎、篩分直至上述煤樣全部通過1.25 mm篩子。將粒度<0.63 mm篩下物棄掉，留取0.63 mm～1.25 mm的煤樣。

稱量計(jì)算：稱量0.63 mm～1.25 mm的煤樣(稱準(zhǔn)至1 g)，然后計(jì)算出樣率，即0.63 mm～1.25 mm這個(gè)粒度范圍的煤樣質(zhì)量占破碎前煤樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，若結(jié)果<45%，則本次破碎操作失敗。需要再?gòu)? mm煤樣中縮分出1 kg，按上述制樣方法重新制樣。

2.3 哈氏儀和操作的影響及對(duì)策措施

2.3.1 影響

哈氏儀的研磨碗、研磨環(huán)、鋼球[直徑25.40(±0.13) mm]等關(guān)鍵部件的幾何形狀稍有變化，將會(huì)改變煤在磨碗中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力，直接影響測(cè)定結(jié)果。其次是操作上的影響，如用哈氏儀時(shí)，要注意磨碗要上平，使負(fù)荷均勻施加在8個(gè)鋼球上。

2.3.2 對(duì)策措施

1) 定期對(duì)哈氏儀進(jìn)行檢查，確保其鋼球。研磨碗及研磨環(huán)等重點(diǎn)部位無損壞及過度磨損。同時(shí)還要檢查振篩機(jī)是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及總垂直力是否在規(guī)定范圍內(nèi)，篩子是否存在破損、污染的情況等。任何部件有問題都需要及時(shí)予以替換處理。

2) 使用前儀器要試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保哈氏儀在運(yùn)轉(zhuǎn)60(±0.25)r后自動(dòng)停止。否則應(yīng)作調(diào)整。儀器每次調(diào)整后都必須將計(jì)數(shù)器恢復(fù)到零位。

3) 為避免試樣研磨前受外力破碎以及確保所要求的總垂直力[284(±2)N]均勻施加在8個(gè)鋼球上，操作時(shí)應(yīng)注意：試樣倒入研磨碗內(nèi)后千萬不能再移動(dòng)鋼球；落在鋼球上和研磨碗凸起部位的煤樣應(yīng)掃到鋼球的周圍；在將研磨碗掛到機(jī)座兩側(cè)的螺栓上時(shí)，應(yīng)盡力做到一次使研磨環(huán)的十字槽與主軸下端的十字頭對(duì)準(zhǔn)，以免反復(fù)多次而使試樣遭到外加破碎。最后擰緊螺栓，并檢查磨碗口是否貼緊機(jī)座以保證鋼球受到垂直力的作用。

2.4 篩分設(shè)備及操作的影響及對(duì)策措施

2.4.1 影響

篩分是整個(gè)試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，它貫穿在試驗(yàn)的始終。篩分設(shè)備包括標(biāo)準(zhǔn)篩和振篩機(jī)。篩網(wǎng)的孔徑必須達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。篩子用久了或者使用不當(dāng)，篩網(wǎng)會(huì)明顯變形，從而影響測(cè)定結(jié)果，因此要注意及時(shí)更換篩面松弛或破損的篩子。篩子在使用中應(yīng)注意保護(hù)，防止金屬等堅(jiān)硬物接觸篩網(wǎng)。

2.4.2 對(duì)策措施

在操作方面，首先應(yīng)保證制得的120 g左右、0.63 mm～1.25 mm的煤樣符合要求；其次，在振篩過程中按規(guī)定在振篩結(jié)束后進(jìn)行清掃，篩分和清掃操作時(shí)必須仔細(xì)，避免損失。

1) 每次振篩后，都必須徹底地將0.071 mm篩的篩面底下的煤粉清掃到篩底盤內(nèi)，否則影響篩分效果而使測(cè)定結(jié)果偏低。此外，在整個(gè)振篩和清掃篩面底下的煤粉過程中要避免煤粉的損失，否則篩分后煤樣總質(zhì)量和測(cè)定前的煤樣質(zhì)量之差超出方法規(guī)定而使測(cè)定結(jié)果作廢。

2) 結(jié)束后要仔細(xì)將研磨碗內(nèi)、研磨環(huán)上和鋼球上的煤粉全部移到篩面無松弛或破損的0.071 mm篩子上。有的煤樣研磨后其部分煤粉黏附在磨環(huán)上，可用刷子的木柄將其刮下來，切不可用金屬或硬物刮。

3 結(jié)語

哈氏可磨指數(shù)(HGI)是一項(xiàng)規(guī)范性很強(qiáng)的測(cè)定，一定要按規(guī)定嚴(yán)格操作，按時(shí)檢查更換儀器設(shè)備，定期使用標(biāo)準(zhǔn)煤樣對(duì)儀器進(jìn)行校正。在實(shí)驗(yàn)工作中勤于觀察，不斷總結(jié)，上述問題就能得以很好的解決，以便提高哈氏可磨指數(shù)測(cè)定的準(zhǔn)確度。