煙煤黏結(jié)指數(shù)的測(cè)定研究

張 旭

（山西焦煤能源集團(tuán)股份有限公司西銘礦選煤廠，山西 太原 030052）

0 引言

從理論角度來(lái)看，煙煤黏結(jié)指數(shù)主要是指試驗(yàn)品煙煤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指標(biāo)，該指標(biāo)也是確定煙煤工藝類(lèi)別的關(guān)鍵，依據(jù)不同樣品的煤樣黏結(jié)指數(shù)，即可確定不同煤炭的用途。不僅如此，基于該指標(biāo)還可判斷出該煤樣在煉焦配煤中的位置，確定最經(jīng)濟(jì)的煉焦配煤比。顯然，該指標(biāo)的重要性較為突出。為確保該指標(biāo)能夠得到準(zhǔn)確測(cè)量，就需要進(jìn)一步分析煙煤黏結(jié)指數(shù)的測(cè)定方法，以提升測(cè)量的準(zhǔn)確度[1]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

本次實(shí)驗(yàn)僅對(duì)一種煤樣進(jìn)行采集，該煤樣取自某焦化廠的標(biāo)準(zhǔn)煤樣，主要煤質(zhì)特性如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)煤樣的煤質(zhì)特性圖

在得到煤樣后，對(duì)其進(jìn)行研磨處理，再將研磨后的煤樣使用80 目篩進(jìn)行過(guò)濾，以得到煙煤測(cè)試樣品。除該樣品外，本次實(shí)驗(yàn)的另外兩種材料包括無(wú)煙煤材料（用于測(cè)定黏結(jié)指數(shù)，其處理方法與待測(cè)煤樣相同）以及變色硅膠（主要用于樣品干燥）。

除以上實(shí)驗(yàn)材料外，本次實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表1 所示[2-4]。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器概況

2 主要實(shí)驗(yàn)流程

1）對(duì)煤樣進(jìn)行制備。針對(duì)實(shí)驗(yàn)煤樣和專(zhuān)用無(wú)煙煤，均按照GB/T 474 中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行逐級(jí)破碎，以制備成粒度小于0.2 mm 的一般分析試驗(yàn)煤樣，并確保粒度在0.1～0.2 mm 的煤樣比例在20%～35%范圍內(nèi)。

2）對(duì)黏結(jié)指數(shù)正式進(jìn)行測(cè)定，其基本步驟如下：選取粒度已符合要求的實(shí)驗(yàn)煤樣1.000 g，同時(shí)選擇5.000 g 專(zhuān)用無(wú)煙煤樣品，將兩種樣品均投入坩堝中，并使用金屬攪拌絲對(duì)其進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁跀嚢?00 s后，一邊繼續(xù)攪拌，一邊將坩堝與攪拌絲逐漸轉(zhuǎn)到垂直位置，繼續(xù)保持20 s 后結(jié)束攪拌，使用鑷子夾取壓塊放置于坩堝中央，并置于壓力器下，啟動(dòng)壓力器保持6 kg 質(zhì)量壓力狀態(tài)30 s[5]。以上步驟結(jié)束后，蓋上坩堝蓋，迅速將放有坩堝的坩堝架送入預(yù)先加熱至850 ℃的馬弗爐的恒溫區(qū)，并立即關(guān)上爐門(mén)，準(zhǔn)確加熱15 min。加熱完成后，從馬弗爐中取出坩堝，冷卻至室溫后，對(duì)剩余焦渣的質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)量；而后將剩余焦渣放入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在第一次轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用規(guī)格為1 mm 的圓孔篩，對(duì)焦渣進(jìn)行初步篩分，稱(chēng)量圓孔篩上剩余物的質(zhì)量，而后再將圓孔篩上的剩余物放入轉(zhuǎn)鼓中再次進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)（兩次轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)速均控制在250 r/min±10 r/min），并重復(fù)進(jìn)行篩分和稱(chēng)量，記錄下此時(shí)的剩余物質(zhì)量，由此即可按照公式（1）對(duì)煙煤黏結(jié)指數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

式中：m1和m2分別為第一次轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)和第二次轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的圓孔篩上剩余物的質(zhì)量，g；m 為焦化處理完成后的焦渣總質(zhì)量，g。

除此之外，針對(duì)部分黏結(jié)指數(shù)測(cè)量計(jì)算值小于18 的情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將實(shí)驗(yàn)煤樣和無(wú)煙煤的用量均調(diào)整為3.000 g 重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并按照如下公式（2）重新測(cè)定煙煤黏結(jié)指數(shù)：

該計(jì)算式中的未知量含義與上文相同，在此不再贅述。

3 實(shí)驗(yàn)影響因素討論

為進(jìn)一步提升煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度，參考已有文獻(xiàn)資料，分別從以下角度著手，對(duì)影響煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的因素進(jìn)行分析。

一是分析煤樣放置時(shí)間對(duì)煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定準(zhǔn)確性的影響，選取一定量的實(shí)驗(yàn)煤樣，將其等分為五組，分別將其放置3、5、7、9、11 d 后進(jìn)行黏結(jié)指數(shù)測(cè)定，得到的測(cè)定結(jié)果如圖2 所示。

圖2 煤樣在不同放置時(shí)間后的黏結(jié)指數(shù)

從圖2 可見(jiàn)，隨著時(shí)間的不斷推進(jìn)，煙煤樣品的黏結(jié)指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，相對(duì)而言，在第7 d 內(nèi)的黏結(jié)指數(shù)變化并不顯著，而從第8 d 開(kāi)始黏結(jié)指數(shù)則開(kāi)始加速下降。初步推斷，造成這種現(xiàn)象的主要原因是，在煤樣放置時(shí)間較長(zhǎng)的狀態(tài)下，煤樣會(huì)受到風(fēng)化和氧化因素的影響，導(dǎo)致部分煤樣的黏結(jié)能力下降。因此在測(cè)定黏結(jié)指數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，煤樣應(yīng)當(dāng)盡量即采即制，當(dāng)實(shí)驗(yàn)樣品制備完成后，應(yīng)當(dāng)在7 d 內(nèi)及時(shí)進(jìn)行黏結(jié)指數(shù)測(cè)定并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

二是對(duì)焦化時(shí)間的影響進(jìn)行分析。焦化時(shí)間也可描述為黏結(jié)指數(shù)的總加熱時(shí)間，該時(shí)間段的開(kāi)始節(jié)點(diǎn)為坩堝架放進(jìn)馬弗爐并關(guān)好爐門(mén)，而后開(kāi)始計(jì)時(shí)，直至坩堝架全部移出馬弗爐后，計(jì)時(shí)結(jié)束。據(jù)此，將一定量的實(shí)驗(yàn)煤樣等分為三份，改變焦化時(shí)間后對(duì)黏結(jié)指數(shù)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同焦化時(shí)間下的黏結(jié)指數(shù)測(cè)量結(jié)果

在本環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)引入標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)該樣品的黏結(jié)指數(shù)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示其黏結(jié)指數(shù)為86，與焦化時(shí)間15 min 時(shí)的測(cè)量結(jié)果相同。相對(duì)而言，當(dāng)焦化時(shí)間偏短時(shí)，黏結(jié)指數(shù)測(cè)量結(jié)果偏低，時(shí)間延長(zhǎng)后則會(huì)得到相對(duì)偏高的測(cè)量結(jié)果。由此可見(jiàn)，將焦化時(shí)間（包括溫度恢復(fù)時(shí)間）控制在15 min 左右較為合理。

三是對(duì)馬弗爐溫度控制情況如何影響?zhàn)そY(jié)指數(shù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行研究。根據(jù)已有研究資料可知，馬弗爐的運(yùn)行溫度應(yīng)當(dāng)控制在850 ℃左右。由此，改變馬弗爐溫度進(jìn)行三組平行實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同溫度下測(cè)得的黏結(jié)指數(shù)變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 馬弗爐不同溫度下的黏結(jié)指數(shù)變化情況

根據(jù)圖4 可見(jiàn)，煤樣的黏結(jié)指數(shù)與馬弗爐焦化溫度呈現(xiàn)正相關(guān)。由此可知，馬弗爐溫度的波動(dòng)將直接影響到黏結(jié)指數(shù)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照GB 5447—2014《煙煤黏結(jié)指數(shù)測(cè)定方法》的規(guī)定，將焦化溫度控制在850 ℃±10 ℃。同時(shí)，為保證焦化溫度測(cè)量不出現(xiàn)顯著的失準(zhǔn)情況，還需要定期對(duì)馬弗爐的熱電偶與毫伏計(jì)進(jìn)行校正，確保測(cè)定溫度能夠得到更為嚴(yán)格的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)看，由于煤炭自身理化性質(zhì)的復(fù)雜性，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的諸多不確定因素，煤炭樣品黏結(jié)指數(shù)的測(cè)量仍是一項(xiàng)具有一定復(fù)雜性的工作內(nèi)容，涉及到的細(xì)節(jié)因素也相對(duì)較多。為確保該項(xiàng)測(cè)量工作的準(zhǔn)確性，就需要在全面掌握煤炭理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)各項(xiàng)影響因素予以準(zhǔn)確把控，最大程度上消除各種影響因素所帶來(lái)的不利影響，以實(shí)現(xiàn)煤炭樣品黏結(jié)指數(shù)的精準(zhǔn)測(cè)量，進(jìn)而為后續(xù)的煤炭工業(yè)發(fā)展做出一定貢獻(xiàn)。