陕蒙煤磨煤特性评价及与典型喷吹煤的对比研究

孟 凡 彩

(兖州煤业股份有限公司 选煤管理中心， 山东 邹城 273500)

煤粒的粉碎过程是体积粉碎、表面粉碎2种模式的叠加[1]。在体积粉碎过程中，整个颗粒均受到粉碎而生成粒度较大的中间颗粒，中间颗粒再被进一步粉碎形成粒径更小的颗粒；表面粉碎仅在颗粒的表面产生破坏，从颗粒表面不断剥下微粉成分，粉碎产物粒度分布较大。粉碎产物的粒度分布具有二重性，粗粉产物、细粉产物分别由体积粉碎、表面粉碎而形成[2]。目前，评价煤的粉碎性能采用煤的哈氏可磨性指数(HGI)来评价，但根据HGI测试原理，测试过程限定0.63 mm～1.25 mm粒度范围，而对更大粒径煤的破碎特征表征不足[3]。

实际上，高炉喷吹煤粉的制备可分为破碎和研磨2个阶段。碎矿的产品粒度大于5 mm，破碎力以压碎为主，根据产品粒度不同，可分为粗碎、中碎和细碎；制粉的入料粒度为5 mm以下，破碎力以冲击及磨剥为主，分为粗磨和细磨2个阶段[4]。破碎的过程相对简单，而研磨过程中原料煤的性质及设备选型对喷吹煤粉的粒度组成有重要影响[5]。

目前工业研磨机械主要有球磨机和中速磨。球磨机可研磨硬度较高的煤，但产粉率相对较低。随着高炉向大型化方向的发展，球磨机将被逐渐淘汰，而中速磨为未来发展方向[6]。中速磨制粉效率高，但不适合研磨高变质无烟煤(如晋城、京西等)，产粉率及电力消耗等相当不经济[7]。

结合国内煤炭相关磨煤特性研究[8-12]，此次研究率先提出以磨煤特性曲线全方位表征煤的磨煤特性，全面评价低变质烟煤的制粉特征，并与高变质烟煤、无烟煤等典型喷吹煤的磨煤特性进行对比研究，以期对冶金企业优选高炉喷煤的煤源提供技术依据。

1 实 验

1.1 实验煤样

实验所用煤样采自兖矿集团陕蒙基地金鸡滩矿、石拉乌素矿和转龙湾矿，按照GB 475—2008《商品煤样人工采取方法》采集洗精煤样品，并按照GB 474—2008《煤样的制备方法》制备煤样，并分别按照GB/T 211—2007《煤的全水分的测定方法》、GB/T 212—2008《煤的工业分析方法》、GB/T 476—2008《煤中碳和氢的测定方法》、GB/T 19227—2008《煤中氮的的测定方法》以及GB/T 2565—2014《煤的可磨性指数测定方法 哈德格罗夫法》对煤样的基本性质进行测试。

1.2 磨煤特性评价方法

实验所用的主要设备为球磨机和振筛机。球磨机型号为RK/BM -Φ250×300，钢球总质量为15 kg，最大加样量为5 kg。振筛机型号为GM/ZTS -7A，直径为300 mm。

先采用颚式破碎机将试验用煤样全部破碎至小于6 mm，然后再用实验球磨机进行不同磨煤时间的磨煤试验，每次试验用煤样2 kg。兖矿陕蒙基地煤炭由于水分高，磨煤前应先对其用干燥箱干燥。磨煤后记录总重，然后用1 mm筛子人工筛分，记录筛上，筛下物重量，保存<1 mm产品，筛上物废弃；对<1 mm产品用振筛机测定0.074 mm筛和0.147 mm筛的筛上物和筛下物质量。以1 mm筛下物的质量占入料总质量的比例表示成出粉率，以0.147 mm筛下物的质量占入料总质量的比例表示细度(R100)、以0.074 mm筛下物的质量占入料总质量的比例表示细度(R200)。

2 结果与讨论

2.1 煤质分析

实验煤样的煤质分析结果见表1。金鸡滩煤和石拉乌素煤的全水分约为10%，转龙湾煤的全水分高达16.9%，因而磨煤特性试验前需对水分较高的低阶煤样品进行干燥，工业磨煤机磨煤采用通热烟气干燥。该喷吹煤的灰分及哈氏磨性指数均较低。

表1 实验煤样的煤质分析

2.2 磨煤特性分析

金鸡滩煤、石拉乌素煤和转龙湾煤的磨煤特性试验结果见表2～表4，出粉率和细度随磨煤时间的变化规律如图1～图3所示。从试验结果可知，试验煤样的出粉率、细度随着磨煤时间的增加而增加。

表2 金鸡滩煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

表3 石拉乌素煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

时间/min出粉率/%细度 R100 /%细度 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

在磨煤初始阶段主要是大颗粒煤的破碎过程，出粉率(<1 mm比例)随着磨煤时间的增加而增加，在该过程中， <1 mm煤粉的细度却变化不大。金鸡滩和转龙湾煤的转折点出现在磨煤时间50 min左右，石拉乌素煤的转折点出现在70 min左右。

表4 转龙湾煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

时间/min出粉率/%细度 R100 /%细度 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

图1 金鸡滩煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

图2 石拉乌素煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

图3 转龙湾煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

当出粉率达到90%以上时，<1 mm煤粉的细度才显示出增加的趋势，且为1个快速增加的过程。金鸡滩煤的磨煤时间80 min左右，<0.147 mm比例达到90%以上，磨煤时间100 min左右，<0.074 mm比例达到90%以上。最佳磨煤时间(<0.074 mm比例大于70%)为80 min～90 min。石拉乌素煤的磨煤时间90 min左右，<0.147 mm比例达到90%以上，磨煤时间110 min左右，<0.074 mm比例达到90%以上。最佳磨煤时间(<0.074 mm比例大于70%)为80 min～90 min。转龙湾煤的磨煤时间90 min左右，<0.147 mm比例达到90%以上，磨煤时间110 min左右，<0.074 mm比例达到90%以上。最佳磨煤时间(<0.074 mm比例大于70%)为100 min～110 min。

3 与其他喷吹煤的磨煤特性对比

3.1 高变质烟煤

我国的高变质烟煤喷吹煤以潞安矿区产量最大，潞安常村矿喷吹煤的磨煤试验结果见表5及如图4所示。

表5 潞安常村煤样的出粉率、细度与磨煤时间的关系

时间/min出粉率/%细度 R100 /%细度 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

图4 潞安常村煤的出粉率、细度与磨煤时间的关系

从试验结果可看出，试验煤样的出粉率、细度随着磨煤时间的增加而增加。在磨煤初始阶段主要为大颗粒煤的破碎过程，出粉率(<1 mm比例)随着磨煤时间的增加而增加，在此过程中，<1 mm煤粉的细度却变化不大，当出粉率达90%以上时，<1 mm煤粉的细度才显示出增加的趋势，且为1个快速增加的过程。

3.2 无烟喷吹煤

无烟煤按照变质程度可分为无烟煤一号、无烟煤二号和无烟煤三号，灰分、硫分符合《高炉喷吹用煤技术条件》的无烟煤均可用于高炉喷吹。

但目前市场上常见的无烟喷吹煤为无烟煤二号和无烟煤三号，现分别对两类无烟煤的磨煤特性进行研究。

3.2.1无烟煤三号

阳泉煤是典型的三号无烟煤，磨煤特性试验结果见表6及如图5所示。从试验结果可看出，试验煤样的出粉率、细度随着磨煤时间的增加而增加。无烟煤的磨细和粉碎过程与烟煤的变化趋势不相同。无论是出粉率(<1 mm比例)还是细度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)，其随磨煤时间的变化基本上呈线性变化特征，无粒度变化突变点。磨煤时间100 min左右，<0.147 mm比例达90%以上， <0.074 mm比例达80%以上。最佳磨煤时间(<0.074 mm比例大于70%)为90 min～100 min。

表6 阳泉无烟煤的出粉率、细度与磨煤时间的关系

时间/min出粉率/%细度 R100 /%细度 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

图5 阳泉无烟煤的出粉率、细度与磨煤时间的关系

3.2.2无烟煤二号

晋城煤是典型的二号无烟煤，磨煤特性试验结果见表7及如图6所示。

表7 晋城无烟煤的出粉率、细度与磨煤时间的关系

时间/min出粉率/%细度 R100 /%细度 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

图6 晋城无烟煤的出粉率、细度与磨煤时间的关系

从试验结果可知，试验煤样的出粉率、细度随着磨煤时间的增加而增加。无烟煤的磨细和粉碎过程与烟煤的变化趋势不相同。无论出粉率(<1 mm比例)还是细度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)，其随磨煤时间的变化基本上呈线性变化特征，无粒度变化突变点。磨煤时间100 min左右，<0.147 mm比例达到85%以上， <0.074 mm比例达到75%以上。最佳磨煤时间(<0.074 mm比例大于70%)为100 min～110 min。

3.3 对比分析

高变质烟煤(潞安煤)的磨煤特性较好，HGI及磨煤特性曲线均呈现优良的磨碎特性。

低变质烟煤与无烟煤的HGI接近，但磨煤特性呈现出较为明显的差异。兖矿陕蒙基地样品在磨煤50 min后几乎全部磨碎，磨煤80 min全部磨细。而无烟煤的出粉率一直在75%左右，说明无烟煤很难磨碎。由此说明除了可磨性(HGI)外，煤的硬度也是影响煤的磨煤特性的主要因素，高阶无烟煤尤甚。兖矿陕蒙基地煤的可磨性(HGI)虽较低，但煤质较软，其磨煤特性优于无烟喷吹煤，且对磨煤设备的磨损小。

表8 兖矿陕蒙基地喷吹煤与其它喷吹煤的最佳磨煤时间对比

样品磨碎时间 出粉率>98% /min磨细时间 <0.074 mm比例大于70% /min金鸡滩7080～90石拉乌素8080～90转龙湾80～9090～100潞安5060～70阳泉>100>100晋城>100>100

由于可磨性实验的煤样粒度为0.63 mm～1.25 mm，故HGI不能表征大于1.25 mm煤的破碎特性。而在工业实际中，进入磨煤机的不可能全部小于1.25 mm，因此HGI并不能完全表征煤的磨煤特性的好坏，>1.25 mm的原料煤硬度对煤的破碎性能影响较大，由于无烟煤的硬度较大，其很难被磨碎。

4 结 论

以上充分考虑煤破碎过程的二元变化特征，率先提出了利用磨煤特征曲线全面表征煤的破碎过程特征，研究结果发现:

(1)虽兖矿陕蒙基地煤与无烟煤的HGI均较低，但破碎过程呈现出不同的特征。

(2)低变质烟煤的出粉率、细度随着磨煤时间的增加而增加。在磨煤初始阶段(50 min内)主要是大颗粒煤的破碎过程，出粉率(<1 mm比例)随着磨煤时间的增加而增加，在此过程中， <1 mm煤粉的细度却变化不大，当出粉率达90%以上时，<1 mm煤粉的细度才显示出增加的趋势，且是个快速增加的过程。

(3)高变质烟煤的磨煤特性曲线与低变质烟煤变化趋势相似，因可磨性较好，较易达到磨细状态。

(4)无烟煤的出粉率(<1 mm比例)与细度(<0.147 mm比例和<0.074 mm比例)随磨煤时间变化基本上呈线性变化特征，无粒度变化突变点。