原料粒度對高壓干法成型機成型效果的影響

馮 超，王國棟，孫豐濤，劉鑫鑫，王子建

(兗煤藍天清潔能源有限公司 潔凈煤廠，山東 鄒城 273500)

兗礦潔凈煤廠采用高壓干法成型[1]技術生產型球，成型機是核心設備；實驗發現，成型原料粒度對成型機的成型效果有顯著影響，與粗粒和混合粒級煤粉相比，單個型球的密實度高、平均重量高，產品完好率高，成型設備的生產效率高。

1 潔凈煤廠主要生產設備概述

1.1 煤粉制備系統

兗礦潔凈煤廠煤粉制備車間的設備主要有：1套產能為80 t/h、成品粒度為120目的立磨系統，2套產能為40 t/h成品粒度為60目的錘式破碎系統。

(1)立磨系統工作原理。立磨[2]系統型號為ZJTL3230C，主要由選粉機、磨輥裝置、磨盤裝置、加壓裝置、減速機、電動機、殼體等部分組成。物料通過定量給料膠帶機和下料管給到磨盤中心，轉動的磨盤使物料借助于離心力作用向外運動。當物料進入磨輥下面時，在輥子的壓力作用下被擠壓粉碎。當物料通過磨盤移動到風環上方時，被高速熱氣流帶起，粗顆粒被帶回磨盤，細顆粒被帶向磨機上部的選粉機。經選粉機分選后，合格產品隨氣流排出磨外，粗粒則沿中心錐回到磨盤繼續粉磨。與此同時，熱氣流對物料進行烘干。如此，物料被反復粉磨和烘干直至達到成品細度[3]要求。隨氣流出磨的成品被旋風筒或收塵器收集。

(2)烘干錘式破碎機[4]系統工作原理。烘干錘式破碎機型號為DC407，主要由底座、殼體部、轉子部、水冷部 、傳動部、過渡框架、擋風板、導流棒、進料口等組成。物料通過卸料閥給入進料口后，先在進料口內與高溫熱風初步進行熱交換；隨后進入破碎腔，部分物料經旋轉轉子上的錘頭直接打散，部分物料在殼體內壁上被撞擊破碎；同時進入的熱風將這些物料烘干。熱風從進料口的熱風進入口引入，作用是：將潮濕的大物料初步烘干，易于錘頭將之打散；再將細物料烘干，細物料隨氣流通過出口進入選粉系統。未能被氣流帶出的物料，則再次在破碎機中烘干破碎。

1.2 高壓對輥成型機系統

高壓對輥成型機型號為CDG120-100，壓輥轉速3～11 r/min(可調節)。該設備主要由兩個相向且同步轉動的擠壓輥組成，一個為固定輥，一個為活動輥，兩輥輥面均加工有一定形狀的凹形坑。物料在成型機內通過兩個階段逐步成型。第一階段，首先是顆粒的位移，重新排列并排除空隙內的氣體，料層內的拱橋效應[5]被破壞，使物料致密化；這一階段耗能少，但物料體積變化較大，現場多在預壓階段完成這一步驟。第二階段，煤粉中的脆性物料被壓碎，細粉會被擠入大顆粒的縫隙中，塑性物料的顆粒發生變形，顆粒間會相對轉動或相互嵌入，產生的自有化學鍵[6]、強烈的范德華力[7]、顆粒間的液粘力及機械咬合力共同作用而使強度進一步提高。壓輥上部配有變頻給料和預壓系統，細粉、小顆粒物料從兩輥上方給入兩擠壓輥的咬入角之內。在受到兩輥傳動力及液壓系統為兩輥水平方向提供的高壓擠壓力的作用下，物料被擠入到兩輥輥面的凹形坑內壓實、成型。擠壓輥凹形坑內的物料隨著兩輥向下轉動而受到重力和物料內部的彈力作用而脫球。采取垂直螺旋給料形式向兩輥之間定量、預壓給料，可減少擠壓過程中的氣體排放，提高進入兩輥咬入角時物料的密度。高壓對輥成型機采用對輥擠壓、層壓擠壓的原理，高效快速實現物料的擠壓、成型。

2 試驗方法

2.1 試驗原料

原料采用兗州礦區本地煤種，粒度不大于10 mm，煤質分析結果見表1；煤粉粒度組成見表2～表4。

表1 試驗用原煤指標分析

表2 細粒煤粉粒度檢測結果

表3 粗粒煤粉粒度檢測結果

2.2 測試方法

(1)開啟立磨系統，將成品物料目標倉設定為東側倉；化驗人員提前攜帶測試物品到達取樣地點，待系統穩定后由集控操作人員通知現場人員取樣化驗。化驗人員及時將成品物料篩分[8]結果反饋集控室操作人員，直至成品煤粉細度達到120目左右。

表4 混合煤粉粒度檢測結果

(2)保持系統各參數不變，切換立磨成品目標倉至立磨西側倉。所生產成品作為細粉成品，試驗物料量60 t。

(3)將成品物料通過混料輸送系統送至高壓對輥成型機緩沖倉。

(4)指定專人開啟試驗成型機，液壓系統壓力設定為17 MPa，運行壓力保持穩定，主機電流保持27～30 A。設備穩定后每半小時取樣一次，取樣時由兩人協同操作，于振動篩出料口進行全斷面取樣；三次取樣結束后將試驗物料全部排空。

(5)將樣品編號后交由化驗人員測試留存。

(6)開啟錘式破碎系統，重復(1)中檢測過程，直至系統達到穩定，成品粒度達到60目左右，記錄設備此時產量；成品物料放置于西側煤粉倉；錘式破碎機目標倉及時將多余物料排空，避免影響試驗結果；試驗物料量60 t；重復步驟(4)和(5)。

(7)開啟立磨輸送物料系統，將細粉與粗粉通過混料螺旋充分混合并輸送至成品物料倉，作為成品混合料。

(8)重復步驟(4)和(5)，直至試驗結束。

(9)對樣品進行完好、冷壓[9]、跌落試驗[10]，統一整理分析。

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

將不同粒徑原料樣品指定同一團隊進行冷壓和跌落試驗，并將試驗結果匯總(見表5)。

表5 3種粒徑原料成球效果對比

3.2 試驗分析

(1)在同樣給定壓力條件下，細粉所壓制成型樣品的冷壓強度大于400 N/個的比例明顯高于其他兩組數據，跌落強度有較為優異的表現。

(2)從成型質量來看，細粉所生產樣品單個球平均質量為32.67 g，明顯高于其余兩組，說明單個成品在同等體積情況下更加密實。

(3)從樣品完好率看，細粉所生產樣品完好率為77.5%，明顯高于其余兩組，成型率較高，設備效率明顯高于其余兩組。

4 結 論

成型原料粒度對潔凈煤廠現用高壓干法成型機的成型效果有顯著影響。相比粗粒和混合粒級煤粉，細粒度煤粉成型樣品的冷壓強度、跌落強度較高，單個型球的平均重量高，產品完好率高，成型設備的生產效率也更高。