煤樣篩分破碎機性能試驗研究

黃鋒，李敬亞，周樹光

（長沙開元儀器有限公司，湖南 長沙 410100）

0 引言

破碎是煤樣制備的關鍵工序[1-2]，在GB/T 474標注[3]中，破碎應該用機械設備，破碎機要求破碎粒度準確，破碎時試樣損失和殘留少。粒度小于3 mm的煤樣，如使之全部通過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煤樣[4-6]。反之，如果3 mm的煤樣不能100%通過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煤樣；因為過篩率不符合要求而直接縮分出100～120 g制備分析試樣，則可能導致制備的分析試樣失去代表性。

生產中用于3 mm破碎的設備為對輥破碎機，其原理如圖1所示。對輥破碎機由兩個輥輪、支撐軸承、壓緊彈簧和支架組成，兩個輥輪在電機的帶動下做相向轉動。物料從進料口到達輥輪上方，經輥輪擠壓，變成較小顆粒，從兩輥輪下方排出[7-10]。

圖1 對輥破碎機原理圖

在郭曉明等[11]的研究中，對于內水較高、片狀顆粒較多的試樣，或煤樣中含有較多煤矸石，均會影響破碎后煤樣過篩率。所以，對輥破碎機在破碎煤樣時，往往存在壓片現象，一次破碎達不到100%通過3 mm圓孔篩，一般需要破碎后進行篩分，篩上物再次進行破碎，直至全部通過3 mm圓孔篩。

為實現一次破碎后過篩率達到100%，設計了一種篩分破碎機，結構如圖2所示，實物圖如圖3所示。篩分破碎機主要由進料斗、破碎腔、主軸、錘頭、篩板、驅動機構組成。其工作原理為：待破碎的物料由設備頂部的料斗進入破碎腔工作區，受到轉動錘頭與篩板的擠壓破碎，此時，小于篩板孔徑的物料便從篩板排出，而粒度較大的物料，彈回至破碎腔內繼續破碎，直至腔內物料全部透篩。其中錘頭有特殊角度，能將物料向下擠壓。同時錘頭與主軸直接是間隙配合，錘頭能在主軸軸向浮動，浮動的最大間隙小于破碎粒度。當物料全部破碎完成后，錘頭能完全貼合篩板，使得篩板上無殘留。

圖2 篩分破碎機結構示意圖

圖3 篩分破碎機實物圖

為檢驗篩分破碎機是否可用于煤樣的制備過程，選用粒度為6 mm，干基灰分約31.00%的煤樣作為試驗樣品，對其進行了三個方面的試驗研究：破碎后煤樣的過篩率，使用3 mm圓孔篩，要求過篩率為100%；破碎后樣品的收集率，要求不小于98.0%；以篩分破碎機作為設備方法，對輥破碎機作為國標方法，針對灰分指標，檢驗設備方法與國標方法的可替代性。試驗場景如圖4所示。

圖4 篩分破碎機試驗場景圖

1 試驗目的及煤樣

試驗研究篩分破碎機的過篩率、收集率、和國標方法的可替代性。三個試驗為遞進關系，在過篩率符合要求的前提下，才開展收集率試驗；收集率符合要求的前提下，才開展和國標方法的可替代性試驗。三個試驗全部合格，篩分破碎機才可用于煤樣的制備過程。試驗指標要求如下：

（1）篩分破碎機破碎后煤樣的過篩率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）以篩分破碎機作為設備方法，對輥破碎機作為國標方法，針對灰分指標，檢驗設備方法與國標方法的可替代性[11]。

煤樣標稱最大粒度為6 mm，干基灰分約31.00%。

2 過篩率試驗

2.1 試驗步驟

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

（2）篩分試驗。取破碎后樣品，稱取重量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，稱取重量mS。

（3）計算過篩率。按公式（1），計算破碎后樣品的過篩率S。

2.2 結果分析

試驗結果見表1。

表1 過篩率試驗結果

由表1可知，對于試驗煤種，篩分破碎機破碎后樣品篩上物質量為0，過篩率為100%，符合要求。

3 收集率試驗

收集率是指煤樣破碎后收集到的樣品質量占破碎前質量的百分比。煤樣在破碎過程中，由于揚塵、被風力帶走、撒漏、殘留等會導致的煤樣質量損失。所以，收集率反映了煤樣在破碎過篩中揚塵、撒漏、殘留等因素的影響是否顯著。

3.1 試驗步驟

（1）試樣準備。稱取10個質量在800 g～1200 g之間的樣品。

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

（3）計算收集率。按公式（2），計算收集率LS。

3.2 結果分析

試驗結果如表2所列。由表2可知，對于試驗煤種，篩分破碎機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 煤樣損失試驗結果

4 可替代性試驗

4.1 試驗步驟

整個試驗的流程如圖5所示。

圖5 試驗流程圖

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

（2）試樣制備。將編號為A1～A10的樣品，通過篩分破碎機完成破碎；將編號為C1～C10的樣品，通過對輥破碎機完成破碎，并使之全部通過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煤樣，并做好封裝標志。

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

4.2 灰分可替代性分析

灰分可替代性分析試驗數據見表3。

（1）準確度分析。根據表3中的試驗結果，按GB/T 18510中與國家標準方法比較的方法B進行可替代性檢驗。

按公式（3），計算統計量t。

式中：n為試驗對數，個。

查GB/T 18510中表2得，自由度為9時，tt=2.262。

按公式（4），計算差值d在95%概率下的置信區間

查GB/T 212表2，當灰分質量分數＞30.00%時，灰分測定的再現性臨界差Ad為0.70%。置信區間[-0.69，0.65]在[-0.70，0.70]的區間內，符合要求。

所以，對于試驗煤種，設備方法與國標方法的準確度無顯著性差異。

（2）灰分精密度分析。表3中，重復測定偏差Wi為每個方法制備的第i個煤樣重復測定結果間的差值。

表3 灰分可替代性分析數據

由表3中試驗結果，按公式（5），計算設備方法的重復測定方差。

按公式（6），計算國標方法的重復測定方差。

按公式（7），計算統計量F

查GB/T18510中表3得，自由度為9時，Ft=3.18。

所以，對于試驗煤種，設備方法的精密度不比國標方法的精密度差。

綜合設備方法與國標方法的準確度和精密度分析結果，可知：對于灰分指標，設備方法可以替代國標方法。篩分破碎機可以用于煤樣制備過程。

5 結語

為實現一次破碎后3 mm過篩率達到100%，設計了一種煤樣篩分破碎機。為檢驗其是否可應用于煤樣的制備過程，選用粒度為6 mm，干基灰分約31.00%的煤樣作為試驗樣品，對其開展了過篩率、收集率、與國標方法的可替代性三個方面的性能試驗。

對于試驗煤種，篩分破碎機破碎后的煤樣使用3 mm圓孔篩過篩，篩上物質量為0，過篩率為100%，符合要求。對于試驗煤種，篩分破碎機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。

以篩分破碎機作為設備方法，對輥破碎機作為國標方法，開展了可替代性試驗，試驗的結果為：對于灰分指標，設備方法可以替代國標方法。

本研究選用試驗煤種，分析了灰分指標的可替代性，如有必要，建議進一步開展其他煤種以及其他指標的試驗研究。