煤粘結(jié)指數(shù)測定影響因素探討

吳琨，鄭麗，魏風英

（寶鋼集團八鋼公司制造管理部）

1 前言

煤的粘結(jié)指數(shù)是表征煙煤粘結(jié)性的主要參數(shù)，是判斷煙煤粘結(jié)性和結(jié)焦性的重要指標。一些企業(yè)將煤粘結(jié)指數(shù)指標作為原燃料采購煤對外結(jié)算的重要依據(jù)。某鋼鐵企業(yè)2012～2013年有數(shù)十家煤廠提供進廠煤，根據(jù)煤粉品種不同，煤的粘結(jié)指數(shù)也從30到100不等。由于廠家多，粘結(jié)指數(shù)測定范圍波動大，經(jīng)常有廠家及生產(chǎn)部門提出復檢異議。因此，是否準確測定進廠煤種的粘結(jié)指數(shù)，真實反映進廠煤質(zhì)量，直接影響客戶的結(jié)算和焦炭質(zhì)量，對提高企業(yè)的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益具有雙重意義。

2 粘結(jié)指數(shù)的測定原理

粘結(jié)指數(shù)測定是將一定質(zhì)量的試驗煤樣和專用無煙煤，在規(guī)定的條件下混合，快速加熱成焦，所得焦塊在一定規(guī)格的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進行強度檢驗，以焦塊的耐磨強度即抗破壞力的大小來表示試驗煤樣的粘結(jié)能力。因此，煙煤粘結(jié)指數(shù)實質(zhì)上是試驗煙煤樣在受熱后，煤顆粒之間或煤粒與惰性組分顆粒間結(jié)合牢固程度的一種度量，是各種特征和化學變化的最終結(jié)果，簡記G指數(shù)，通常稱為G值。

3 影響粘結(jié)指數(shù)G值的因素

影響粘結(jié)指數(shù)準確測定的因素較多，涉及取樣、制樣和分析等操作環(huán)節(jié)。針對粘結(jié)指數(shù)測定中遇到的問題進行了大量的試驗，經(jīng)過分析、歸納、總結(jié)，探究影響煙煤粘結(jié)指數(shù)的原因。

3.1 進廠煤不同種類粘結(jié)指數(shù)G值的測定

實驗分別在相同條件下，按照統(tǒng)一取樣方法隨機對5種進廠焦煤用同一標準取樣。并對所取煤樣的粘結(jié)指數(shù)進行了14批次的測定，試樣種類依次編為JM-1、JM-2、JM-3、JM-4 JM-5，各批次G值見表1，G值波動曲線見圖1。

表1 不同煤種隨機批次采樣G值波動對照

圖1 不同煤種粘結(jié)指數(shù)波動圖

由圖1顯示，JM-1、JM-2、JM-4煤類的G值測量值波動不大，極差在3～5。說明這種焦煤煤層固定、煤質(zhì)較穩(wěn)定，所采煤樣具有代表性，分析結(jié)果差別不大。但進廠JM-3、JM-5煤的G值波動較大，極差在17～18。由此可見在煤質(zhì)不穩(wěn)或易氧化性的煤煤樣代表性不好，分析結(jié)果差別較大。

3.2 進廠煤在前期制樣時影響因素

3.2.1 制樣粒度對粘結(jié)指數(shù)G值的影響

表2 不同煤種粒度G波動對照

GB 474-2008規(guī)定，G值試樣須制備成小于0.2mm的空氣干燥煤樣，其中0.1～0.2mm的煤粒占全部煤樣的20%～35%，因此制樣時粒度必須保證能夠通過0.2mm標準篩篩分。根據(jù)經(jīng)驗，若化驗接樣時用手捻樣品有沙粒感，就可以確認此樣品粒度較粗不合格。為了解粒度對試樣檢驗結(jié)果的影響，試驗分別把粒度較粗的樣品用0.2mm標準篩篩分，再對過篩和沒過篩的試樣進行粘結(jié)指數(shù)G值測定，統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)見表2，圖2。

圖2 不同煤種粒度波動G值對照

由表2可見，未過篩的粘結(jié)指數(shù)測定值明顯低于過篩的測定值，即煤樣粒度增大，粘結(jié)指數(shù)呈減小的趨勢。由圖2可見煤種不同，粒度對粘結(jié)指數(shù)影響幅度（差值）也有所不同。如JM-8、JM-9煤質(zhì)較勻，雖未過篩，但篩上物較少，粒度對粘結(jié)指數(shù)的影響（差值3～4）可忽略；但是JM-7、JM-10特別是JM-6，煤質(zhì)不勻粒度較大，其影響（差值8～16）隨之增加?？梢?，制樣粒度對煤的G值影響大，所以對樣品制樣粒度應嚴格執(zhí)行國標。

3.2.2 制樣操作過程對粘結(jié)指數(shù)G值影響

同一進廠煤，把一個大樣分成兩份，制樣分別由甲、乙兩個人制樣，把兩個小樣同時送往化驗室分析，所得結(jié)果如表3。隨機把其中一個人所制樣送往另一個化驗室分析，結(jié)果如表4。

表3 同一煤樣不同人制樣G值對照

由表3得知，同一個大樣不同人制樣分析，粘結(jié)指數(shù)竟然有6～16波動，說明制樣不規(guī)范是一個不可忽視的重要影響因素。

表4 同一小煤樣不同化驗室人分析對照

由表4可知，同一小樣分析，粘結(jié)指數(shù)波動為2～3，在國標允許范圍內(nèi)，說明分析化驗的誤差影響并不大，由此可見，在正常采樣、制樣和化驗分析的情況下，制樣操作不當造成的誤差較大。而如在來樣中隨意采幾點就進行制樣，或是在制樣過程中，由于粒度的離析作用和留棄的不恰當，造成被保留的和被棄掉的兩部分粒度組成發(fā)生偏倚，造成縮分誤差。這樣操作都會造成誤差，因此，要求制樣時按規(guī)定進行嚴格的破碎、混合、縮分（至少三遍）規(guī)范操作。

3.2.3 樣品烘干溫度對粘結(jié)指數(shù)G值影響

GB474-2008規(guī)定：試驗煤樣依次經(jīng)過破碎、混合、縮分重復操作至少三次，最后研磨，及時制成空氣干燥煤樣。

空氣干燥方法：將煤樣放入盤中，攤成均勻的薄層，于溫度不超過50℃下干燥。煤樣干燥可用溫度不超過50℃的空氣循環(huán)干燥箱進行。干燥后，稱樣前應將干燥煤樣置于環(huán)境溫度下冷卻并使之與大氣濕度達到平衡，一般冷卻3小時。但對于易氧化性煤及受煤的氧化影響較大的測定指標（如粘結(jié)性和膨脹性），煤樣干燥溫度不應高于40℃。

在實際操作規(guī)程中對煤樣進行破碎、混合、縮分的流程基本達標，但煤樣在進研磨機前需要烘干（否則因煤樣濕無法進行研磨）。如趕時間制樣，烘干溫度不嚴格執(zhí)行國標50℃烘干，與達到空氣干燥狀態(tài)的國標要求（溫度不超過50℃烘干）比較，粘結(jié)指數(shù)差異較大，特別是易氧化性煤粘結(jié)指數(shù)影響更大。表5為對同一個煤樣不同烘干溫度做粘結(jié)指數(shù)G對照，由表5測試結(jié)果可見不同溫度烘干溫度的G值。

表5 同一個煤樣不同溫度的G值對照

3.2.4 樣品烘干時間對粘結(jié)指數(shù)G值影響

國標規(guī)定連續(xù)干燥1h后，煤樣的質(zhì)量變化不超過0.1%，若對樣品的烘干時間較隨機，未嚴格執(zhí)行國標，粘結(jié)指數(shù)差異也較大。對同一個煤樣的不同烘干時間做粘結(jié)指數(shù)對照，結(jié)果見表6，圖3。由圖3可知，烘干時間越長，粘結(jié)指數(shù)越低。制樣過程中的烘干時間對粘結(jié)指數(shù)影響非常大，烘樣時一定要不時觀察，只要達到空氣干燥狀態(tài)即可，不可烘干過度。

表6 同一個煤樣不同烘干時間的G值對照

圖3 同一個煤樣不同烘干時間G值對照

3.3 試驗檢測中的影響因素分析

3.3.1 煤樣混勻程度對粘結(jié)指數(shù)G值的影響

國標粘結(jié)指數(shù)G值測定對操作的規(guī)范性要求很強，其測定結(jié)果隨實驗條件而變化。GB5447-1997中規(guī)定，攪拌時坩堝作45°傾斜，將試樣充分混合均勻，用攪拌絲將坩堝內(nèi)的混合物攪拌2min。若隨意攪拌，或是攪拌時將試樣濺出來，造成人為誤差，進而影響粘結(jié)指數(shù)的測定。如不同的分析工對一煤樣進行攪拌的分析結(jié)果如表7。由表7可知，只要按規(guī)范攪拌，混勻程度對粘結(jié)指數(shù)影響不大。

表7 同一煤樣不同分析工的G值對照

近年來，檢測過程中使用機械設(shè)備攪拌機進行攪拌，為說明人為操作的誤差影響與人工攪拌做了對比（表8），誤差均在允許范圍之內(nèi)，可見按規(guī)范操作攪拌方法對粘結(jié)指數(shù)影響不大，機械攪拌節(jié)約了人力及時間。

3.3.2 壓塊質(zhì)量對粘結(jié)指數(shù)G值的影響

壓塊的質(zhì)量直接影響煤樣和無煙煤的粘結(jié)程度，壓塊的質(zhì)量越大，粘結(jié)越好，粘結(jié)指數(shù)測定準確，反之結(jié)果偏低。所以，試驗中要按照國標使用質(zhì)量為110～115g的鉑鉻鋼壓塊，每天操作前須確認一下壓塊質(zhì)量，如達不到要求，就應廢棄不用。放入壓塊前，先用攪拌棒把坩堝中攪拌好的煤樣沿壁混合樣撥下，使其比中間部分稍低后，再放入壓塊，以保證混合樣完全處于壓塊之下，否則，測定結(jié)果偏低。

3.3.3 測量溫度對粘結(jié)指數(shù)G值的影響

國標規(guī)定在測粘結(jié)指數(shù)時，溫度要控制在850+10℃。試驗按不同焦化溫度、馬弗爐控溫區(qū)域前后進行試驗（焦化時間15min)，所得結(jié)果見表9。

由表9可見，馬弗爐控溫區(qū)域位置前后粘結(jié)指數(shù)影響不大，控溫區(qū)域溫度可控。焦化溫度對JM-30煤種影響較大，當溫度低于標準溫度50℃時，最大G值有12的誤差。但當溫度高于850℃時，由于煤樣早已成焦，故對粘結(jié)指數(shù)影響不大。隨焦化溫度的升高，粘結(jié)指數(shù)有偏高的趨勢，而且煤種不同，偏高的幅度也不同。所以，在試驗中一定要將焦化溫度控制在850℃±10℃，且必須保證爐溫在試樣放入馬弗爐后6min內(nèi)迅速恢復到850℃。因為溫度回升速度的快慢決定了有效溫度下的焦化時間，會影響試驗結(jié)果。若回升速度慢，有效溫度下的焦化時間短，測定結(jié)果就會偏低。實際生產(chǎn)中化驗室使用的馬弗爐溫度控制表及控溫實施必須按期校準。

3.3.4 樣品保留時間對粘結(jié)指數(shù)G值影響

不同保留時間煤的粘結(jié)指數(shù)與原測值對照，見表10。隨煤樣放置時間的增長，粘結(jié)指數(shù)逐漸減小，煤種不同，減小的幅度也不同。這是因為煤樣受氧化后，其粘結(jié)能力會有所降低。為此，在試驗中，一定要按標準規(guī)定將采樣-制樣-化驗的周期，控制在7天內(nèi)，并報出結(jié)果。

4 結(jié)論

影響進廠煤粘結(jié)指數(shù)G值的原因很多，除了煤樣本身，還有人為操作過程中產(chǎn)生的誤差，其測定結(jié)果會隨試驗條件的不同而變化。從采樣、制樣到試驗分析，每個環(huán)節(jié)都有可能造成粘結(jié)指數(shù)測量的偏差。其中煤樣粒度、煤樣烘干溫度和煤樣烘干時間對粘結(jié)指數(shù)的測定影響最大。

所以粘結(jié)指數(shù)檢測人員要按照國標規(guī)定的試驗方法、試驗溫度、試驗粒度等要求操作，并嚴格監(jiān)控粘結(jié)指數(shù)的測量過程。加強管理，采取自查、專查、互查的方式，進行不定期抽查，并將抽查結(jié)果記入個人檔案。當檢測值出現(xiàn)差異時，應仔細檢查各種影響因素，有針對性地加以解決。