哈氏易磨性与邦德功指数的换算验证及其评价

—。34．．杠澎CfAtJI~IT2007．No．10哈氏易磨性与邦德功指数的换算验证及其评价罗帆(合肥水泥研究院，安徽合肥230051)中图分类号：TQ172．63文献标识码：B文章编号：1002—9877(2007)10-0034-031哈氏易磨性与邦德功指数的换算水泥粉磨系统设计和设备选型中有关原料易磨性的测试，生料、熟料包括各种配料、混合材等原料一般采用邦德(F．C．Bond)功指数；球磨机、立式磨等煤粉制备系统测定煤，则采用哈德格罗夫(Hardgrove简称哈氏)易磨性方法。我国对两种方法都制定了相应的，即：JC／T734((水泥原料易磨性试验方法》和GB厂r2565《煤的可磨性指数测定方法(哈德格罗夫法)》。但大多企业并不具备这样完备的试验条件，或者因为生产应用上的方便，通常将一种方法取得的试验结果进行另一种方法的结果转换，以此获得所需的试验参数。文献[1，2]给出了哈氏易磨性换算成邦德功指数的计算式：：1．10435广Hg文献【1，2】均未涉及公式(1)的原理、取值依据以及适用范围等，相关的应用评价也未见报道。作为一种经验公式，其换算结果是否与我国标准方法的实测结果相符合，本文为此进行了试验。2两种方法的原理及国内外的应用情况哈氏易磨性测定仪结构见图1。机图1哈氏易磨性测定仪哈氏易磨性依据原料所需的粉磨能量与新生成的比表面积成正比的原理，将粒度范围为0．63—1．25ram的煤样，在规定条件下经哈氏易磨性测定仪研磨6O转，按其产生的成品量相交于标准样的坐标值为哈氏可磨性系数，系数愈大，表示易磨性愈好。GB／T2565标准规定哈氏方法只适用于烟煤和无烟煤，国外则常见用于包括煤在内的各种水泥原料和矿山原料。邦德功指数方法是以邦德裂缝学说即所谓的第三粉碎理论为基础，表示物料从原始粒径磨细到80％通过的产品粒径所需的单位产量粉磨功。其模拟生产闭路粉磨系统，以连续三次粉磨都达到“粗粉质量／成品质量=250％±5％”的稳定状态为目标，将一定体积容重的原料经粉磨、筛分多次循环，磨机每次的粉磨转数由成品量决定，取目标状态下的磨机每转成品量及其入磨粒径、产品粒径计算粉磨功。其粉磨功耗反比于磨机每转产生的成品量。邦德功指数试验磨结构见图2。图2邦德功指数试验厝两种方法都是根据给定转数下产生的成品量计算易磨性，哈氏易磨性测定仪的转数60转为定值，运行中依靠重块的压力通过磨环施加给磨碗内的8个钢球研磨物料，具有料床粉磨的性质。钢球25mm，试验物料量50g+_O．Olg，入磨物料粒度0．63-1．25ram，成品控制粒度0．071ram；邦德功指数的粉磨转数取决于上一次粉磨产生的成品量，为非定值。磨机依靠带动研磨体抛落和研搓进行粉磨，作用同常规球磨机。q~305mmx305mm磨机，配球约20kg，试验物料量700ml(视物料不同约为700～l300g)，80％入磨物料粒度<3．5ram，成品控制粒度0．080ram。国内外水泥和选矿等行业采用两种方法进行原料易磨性试验相当普遍，有关水泥原料的哈氏易磨性指数和邦德功指数见表1。维普资讯http://www.cqvip.com2007．No．10罗帆：哈氏易磨性与邦德功指数的换算验证及其评价一35一表1国内外两种方法的实测值原料邦德方法W／(kWh／t)哈氏方法黏土7．1～7-839／7．102．9～7．69799～141石灰石7．67～14．5762／10．186．5～15．547~12066～172砂岩28．9511．5～13．512．5～19．622～5536～120水泥熟料13．4～14．8760／13．4913．1～23-330～50铁矿石8／15．4419．2～22．138～5747硅砂16．5~35．6517／16．4622．1-37．324～5530～69煤①11．3～12．5310／11-3713．1～11030～8539～136矿渣15．7～17-3712／15．76。16．4～32．940～71数据来源文献[2，3】文献[4合肥院文献[1】合肥院注：包括烟煤和无烟煤；文献[4】为：受测试样数／平均值。表1数据与受测试样数有关，不代表其仅有的分布范围。两种方法对评价原料易磨性都有实用价值，但两种结果的相互转换，关键取决于各试验值之间能否建立起稳定和准确的定量关系。通过试验实测对比可以验证公式(1)的准确性。3试验过程及结果分析试验取不同类型的原料为测点，每一原料用缩分器一分为二，分别进行哈氏易磨性和邦德功指数试验。试验得到的和为实测值，带人公式(1)所得为换算值，以此求得换算值与实测值的差率，并在此基础上分析两种试验方法对原料的适应性。试验结果见表2，实测值与换算值的散点分布见图3。表2说明，和的对应效果极差，例如：分布为l2．5—14．18kWh／t的范围内，石灰石和生料日在63~78之间，煤却高达136；相近为82—83的煤和生料，则悬殊为27．96Wh／t和10．18kWh／t，而为28．21kWh／t的矿渣，只有42。这种在试验值可比条件下的互不对应，使两种方法缺少转换的基础。从图3可看出，各测点偏离于换算值甚远，其中石灰石和生料略为接近，差率在14％一29．6％之间，表2中有1例石灰石样基本持平，但煤、钢渣、矿渣以及砂岩、矾土等普遍难磨的原料，差率都达40％以上，且同类原料随其增大即难磨程度加大，日的变化减弱，差率由高到低并有逐渐增大的趋势。说明，由公式(1)换算得到的，很难反映因原料而异的试验值不对应现象，因而接近于实测值的概率相当小。试用为82的煤和为83的生料换算，分别得8．68kWh／t和8．58kWh／t，这对于生产应用的影响相当微弱，但实际上两者的实测值却有2．7倍之差。表2实测值与换算值的比较实测值换算的与实测W原料试样来源HgW．／(kWh／t)W／(kWh／t)的差率／％安徽安庆1725-324．4216．9安徽铜陵719．799-89—1．1石灰石辽宁大连6712．5010．4316-38越南6613．9710．5724-33河南唐河8310．18o8．5815．71四川I乐山6512．47~10．7214．03生料新疆喀什6412．69~10．8714．34河南崤山7812．89~9．0829．56重庆6314．18~10．4326．45河北房县13613．185．4864．66湖南石门12615．495．8762．10煤印度尼西亚9317．777．7456．44四川达县8227．968．6868．97陕西棒棒桥43199．815．2992-35澳大利亚6920．4510．1549．63矿渣甘肃兰州4326．0515．6140．08上海4228．2115．9543．46钢渣甘肃兰州3932．9617．0648．24砂岩云南昆明12012．246．1449．84矾土河南晰川4824．7314．1242．89注：生料配比：①石灰石88．14％、黏土11．29％、砂岩0．17％、铁矿石0．4％；②石灰石81．0％、电石渣16．0％、铁粉3．0％；③石灰石79．2％、页岩11．9％、砂岩7．5％、铁粉1．4％；(石灰石81．78％、砂岩2．80％、黏土14．2％、硫酸渣1．22％；⑤石灰石88．09％、河砂9．25％、钢渣2．66％。蓑窭哈氏易厝性丘r图3实测值与换算值散点分布煤与非煤质原料明显存在这种反差。表2中的5例煤用邦德方法都显得难磨，表现为较大甚至成数倍升高，但用哈氏方法则容易得多。高达199．8kWh／t的煤，日只相当于W=26．05~28．28kWh／t的矿渣，为27．96kWh／t的煤，仅与W10．18kWh／t的生料相近，其他3例煤的值也明显高于非煤质原料而显得容易粉磨，说明试验方法对原维普资讯http://www.cqvip.com一36一渗CfM~T料的选择性很强。煤的容重小，通常的说法是不易被钢球类研磨体啮合而不适应于球磨。文献f5]则从地质形成类型、煤化程度分析得出不同的煤具有不同的粉磨动力学，因此在球磨机粉磨条件下，可以产生体积粉碎或表面粉碎两种完全不同的粉磨结果。为199．8kWh／t的煤在邦德方法中应该说是表面粉碎的一个特例，将其试验过程与其他煤相比，最大相差l5倍，稳定状态下的平均每转成品量只占1／10～1／25，而成品粒径则由55～59b~m变细为48b~m。从磨音判断，钢球与筒体的撞击声增强，煤不能随钢球抛落在冲击中实现有效的体积粉碎，只是沿磨壁滑动被钢球研搓进行表面粉碎，故使成品变细而成品量骤减。笔者认为，邦德方法的球磨方式对这种煤得到的易磨性，其真实性随着生产方式的更加有效(如棒磨、立磨)而大为降低。在哈氏方法中，这种煤的难磨特性虽然也得到某种程度的证实，但从试验及生产角度看，H较之具有更好的线性特征，比邦德方法更符合易磨性对粉磨效率的影响幅度。由此可以认为，邦德方法不适应对煤的易磨性试验，当煤及其类似原料如焦碳等的粉磨特性不适应于球磨机粉磨时，即可能失准。以前对煤以及用煤配料且占到一定比例的生料进行的试验，也存在煤高达68～120kWh／t、生料>30kWh／t的情况，并且已被立式煤磨、生料磨等生产证实偏差较大。因此，GB／T2565规定哈氏方法适用于烟煤和无烟煤的易磨性测定，显得合理，可以避免某些煤可能存在的值虚高的现象。故而，换算式(1)也应该局限于这个特定的范围，但换算结果是否与生产相符，尚待实践结论。矿渣、钢渣、矾土以及生料、石灰石等非煤质原料，值都小于煤】／2左右，并且在=9．79～28．28kWh／t较宽范围内的分布过于集中，若以评价易磨性，这些原料都比煤难磨，而且在矿渣、钢渣等难磨物料与生料、石灰石等易磨物料之间的差别十分微弱。即便用同类原料中相对易磨的矿渣(W：20．45kWh／t)和最难磨的生料(=14．18kWh／t)来比较，两者值仅相差13％，实际生产中的差距远大于此，而接近于的差值，如果用相近值的矿渣(Hg=69)和生料(Hg=65)来衡量，与生产的差距就更大，则显得更合理。可见，用哈氏方法表述非煤质原料的易磨性，值与煤不在一个基准，变化也没有邦德方法那样规律和清晰，相比之下，邦德方法对这类原料更具合理性。结合本文试验分析，用邦德方法还可以避免以下3种情况，一是对值高于非煤质原料而接近于煤的砂岩，可以避免哈氏方法所产生的对应关系的紊乱；二是可以消除随着粉磨难度增大，2007．No．10≯||蠢H值变化微弱引起的应用误差；三是可以避免哈氏方法规定的0．63～1．25ram人磨粒度对黏土、铁粉、粉煤灰和电石渣等一类细粉原料以及用此配料的生料或熟料存在的应用局限，因为若筛出原料中<0．63ram的组分就意味改变配料比。本文生料采用新生成的成品量(粉磨后的成品量减去粉磨前带人的成品量)计算，故其结果实际还包含了人磨粒度的影响。分析的实测与换算值之间的差率，还可从两种方法的原理加以解释。如前所述，哈氏方法依靠重力施压于钢球研磨物料，粉磨带有强制性，具有料床粉碎性质；邦德方法依靠磨内钢球的自由落体运动冲击物料，粉磨具有偶然性。如果用实际生产中的立磨、辊压机系统比球磨系统节电40％和产量成倍提高的效率差别来解释，两种方法的试验结果用实测与换算值的差率评价就显得合理。但是否可以认为哈氏方法及其换算式适用于立磨、辊压机生产系统，还有待实践论证。4结论经表2中20例原料的实测验证，哈氏易磨性和邦德易磨性针对不同的原料有不同的分布特点，用公式(1)换算的，不具有对所有原料而言的实测真实性，对于煤的换算有待生产验证。准确的易磨性应通过合适的方法试验实测产生。以煤和非煤质原料为区别，哈氏方法用于煤的易磨性试验，线性特征好于邦德方法，可以消除某些煤可能存在的易磨性虚高的现象；邦德方法用于非煤质原料，变量趋势则比哈氏方法稳定、清晰、直观，并且被广泛应用证明符合于生产实际。哈氏易磨性试验方法相对简单，而邦德易磨性对磨机选型、效率评估和计算磨机产量、电耗、研磨体规格等生产应用比较完整和，确立两者的换算关系可以起到取长补短的作用。但如何将两者建立起更为直接、有效的联系，使之能精确地反映实测值，值得深入探讨。目前有关哈氏易磨性的应用报道甚少，也值得加强这方面的经验交流。参考文献：【l】华新水泥厂编译组．国际水泥工艺资料集(增订二版)【M】．北京：中国建筑工业出版社，1983：12．【2】凯以毕洛．水泥生产手册(水泥技术丛书之九)【M】．阴国土译．合肥水泥研究设计院，四川水泥编辑部．1986：10．【3】神保元二．粉碎【M1．王少儒，孙成林译．北京：中国建筑工业出版社．1985．【4】戴少生，廖中同，黄有丰，等．粉碎工程及设备【M】．北京：中国建筑工业出版社．1994．11．【5】张妮妮，周永刚，翁善勇，等．俄罗斯煤和平朔煤混煤的粉碎机理和可磨性规律研究⋯．电力系统工程，2005，(6)：14～16．(编辑乔彬)维普资讯http://www.cqvip.com