一煤的粘结性与结焦性.doc

一、煤的粘结性与结焦性 字体 [大] [中] [小]煤的粘结性是指粒度小于 0.2mm 的煤，在隔绝空气受热后粘结自身或其他惰性物质成为焦块的能力; 煤的结焦性是指上述煤粒在隔绝空气受热后生成具有一定块度和足够强度的优质焦炭的能力煤的粘结性和结焦性是煤的极为重要的性质，是两个既有区别，又有联系的概念，一般很难将其严格区分开来煤的粘结性强是结焦性好的必要条件，即是说结焦性好的煤，它的粘结性肯定为好;结焦性差的煤，其粘结性必定不好; 没有粘结性的煤，不存在结焦性从而看出，煤的粘结能力在一定程度上反映了煤的结焦性有时，粘结性好的煤，其结焦性不一定就好，这里面存在着胶质体的质量问题如有的气肥煤，粘结性很强，但生成的焦炭裂隙多，机械强度差所以，其结焦性并不好 表征煤的粘结性和结焦性的指标很多：烟煤粘结指数(GR.I)和罗加指数(R.I)属于粘结性指标，胶质层厚度 y 值既能反映煤的粘结性，又能表征煤的结焦性，其他如奥亚膨胀度和葛金干馏等指标，则很难说它们表征是煤的粘结性还是结焦性等 1.煤的胶质层指数 煤的胶质层指数是原苏联尼·姆· 萨保什尼科夫(L.M.Sapozhnikov)等人在 1932 年提出的一种测定煤的粘结性和结焦性的方法。

主要是测定煤的胶质层最大厚度 y 值、最终体积收缩度x 值和体积曲线类型等三个参数和描述焦炭的特性等 胶质层指数的测定简介如下： (1)方法概要称取 100g 粒度小于 1.5mm 的煤样装入一定规格的钢制煤杯中，在煤杯上面加压力盘，在煤杯下面进行单侧加温当温度升到一定数值后，在杯内形成一系列的等温层面在温度升到煤的软化点以上时，煤就开始软化并形成粘稠状的流体即胶质体，由胶质体形成的各层称为胶质层温度继续升高到胶质体开始固化时，煤就固化成半焦由于煤杯是从底部加热的，煤杯内的煤样通常可分为上部未软化层、中部胶质体层和下部半焦层三部分在整个测定过程中，煤杯下部开始生成胶质体时，胶质层较薄随着温度的逐渐升高，胶质体层不断变厚温度再继续升高，最下部的胶质层间开始固化，所以胶质层厚度又开始减少在胶质体层厚薄变化的全过程中，用金属探针测出胶质体层的最大厚度，在温度为 730℃时测定结束 在胶质体层内部，由于煤热分解而产生气体但因胶质体透气性不好，而使气体积聚在胶质体层内，促使胶质体产生膨胀由于膨胀产生的内应力使得压在煤样上的压力盘上移，记录笔即开始在转筒的米格纸上绘出各种形状的体积变化曲线若热解产生的气体在胶质体层和半焦层都不能及时析出，膨胀的时间可以持续较长，记录笔绘出的体积曲线多呈山型; 如气体能从半焦的裂隙中很快逸出，体积曲线多呈时起时伏的之字型; 如膨胀不大，气体析出也慢，则体积曲线多呈波型或微波型; 如胶质体的透气性好，或根本就没有产生胶质体，则体积曲线就呈平滑下降或平滑斜降形。

总之体积曲线共分为八种类型如图 1-24 所示煤杯内的全部煤样均形成半焦以后，由于体积的收缩，煤的体积曲线就下降到最低点以试验结束时，记录笔所处的点到零点线间的距离，即为最终收缩度 x 值，若记录笔所处的点在零点线以上时，则 x 值为负值 (2)曲线测定结果的确定根据记录纸上所记录的各上、下层面位置及相应的时间，标出各对应的点，以平滑曲线连接得上、下层面曲线如果上部层面曲线呈之字型，则可取各之字的中点绘出曲线，如图 1-25 所示取胶质层上、下部层面的最大距离作为胶质层最大厚度 y 值(mm)，y 值一般出现在 520～630℃之间取体积曲线的最终点与零点线间的距离为最终收缩度 x 值 (mm)x 值，y 值都准确到 0.5mm 同一煤样平行测定结果的允许误差为： y≤20mm 1mm y>20mm 2mm x 值 3mm若 y=0，即胶质层厚度薄到测不出结果，应注明焦块熔合情况，如成块、凝结或粉状等 (3)各种煤的胶质层指数 y 值变化范围不同煤的胶质层厚度的范围是不同的，如表 1-33 所示在一般情况下，煤的 y 值越大，粘结性越好试验表明 y 值随煤化度的深浅呈现有规律的变化当 Vdaf 为 30%左右时，y 值出现最大值，有些肥煤的 y 值可以超过 60mm;当煤的 Vdaf50% (褐煤) 时，y 值几乎为零。

不同牌号煤的 y 值大致范围 表 1-33煤种名称 贫煤 瘦煤 焦煤 肥煤 气煤 不粘煤 长焰煤 弱粘煤y，mm 0(粉) 0～12 (块)12.5～25 25.5～60 5.5～25 0(粉) ≤5 0～9 (块)(4) 胶质层指数测定法优缺点： 优点： 1) y 值有可加合性; 2) y 值对中等煤化度的烟煤的粘结性区分得较好; 3) y 值能够较好地表征煤的结焦性 缺点： 1) 测定时间长，效率低; 2)该法对弱粘结煤和强粘结煤适用性差，区分能力较弱 图 1-24 胶质层体积曲线 1—平滑下降; 2—平滑斜降; 3—波形; 4—微波形; 5—之字形; 6—山形;7 、8—之、山混合形图 1-25 胶质层指数测定曲线3) 使用探针测定胶质层厚度不够严格，易受操作者主观感觉的影响 (5)焦块技术特征分类一般从六个方面对焦块的技术特征进行鉴定和分类： 1)缝隙以焦块底面为准，分为无缝隙，少缝隙和多缝隙三种 2)孔隙指焦块剖面的孔隙分布情况，分为小孔隙、小孔隙带大孔隙和很多大孔隙等三种3)海绵体海绵体指焦块上部的蜂焦部分，分为无海绵体、小泡状海绵体、大泡状海绵体及敞开式海绵体等四种。

4)绽边绽边指有些煤的焦块由于收缩应力，而裂成裙状周边按其高度可分为无绽边、低绽边、中绽边和高绽边等四种 5) 色泽以焦块断面的颜色和光泽为准，分为黑色、深灰色和银灰色等三种 6)熔合情况焦炭熔合情况分为粉状的 (不结焦) 、凝结的、部分熔合的和完全熔合的 (成块) 等四种 2. 烟煤的罗加指数 (R.I.) 罗加指数英文缩写 R.I.，波兰文缩写 LR它是波兰煤化学家 B.罗加教授于 1949 年提出的测定烟煤粘结性的一种方法我国于 1955 年引进该法，经过研究、改进，现已制订了国家标准 GB5549—85《烟煤罗加指数测定方法》 (1)方法概要称取 1g 粒度为 0.2mm 以下的标准无烟煤煤样(我国采用宁夏汝箕沟无烟煤，粒度为 0.3～0.4mm，Ad15～90 >80～92 >60～85 >10～60 ≤10 15～90 >90～110 >40～90 >5～60 ≤5 5～40(3)粘结指数测定法的优缺点： 优点： 1)该法较罗加法更为简易、方便，操作步骤减少 2)该法较罗加法对各种煤的区分更为灵敏，特别适合于区分中等煤化度煤的粘结性缺点：1)对肥煤的区分仍不能满足要求，还要借助 y 值和 b 值。

2)对弱粘结性煤的平行测定，误差较大 4.烟煤的奥亚膨胀度 (b%) 1926～1929 年奥蒂伯尔(E.Audibert)创立了奥亚膨胀度试验，它是测定烟煤结焦性的方法之一1933 年由亚努(C.Arnu) 作了改进现在该法为西欧各国所广泛采用b 值的测定简介如下： (1) 方法概要将煤样制成一定规格的煤笔，放在一根铁制膨胀管内，其上再放置一根能在管内自由滑动的膨胀钢杆将上述装置放入电炉内，以 3℃/min 的升温速度进行加热，记录膨胀杆的位移曲线以位移曲线的最大距离占煤笔原始长度的百分数，表示煤样膨胀度的大小，典型的膨胀曲线如图 1-26 所示图中 DT 为软化温度，膨胀杆下 0.5min 时的温度;ST 为始胀温度，膨胀杆下降到最低点后，开始上升时的温度;FT 为固化温度，膨胀停止移动时的温度;a 为最大收缩度，膨胀杆下降的最大距离占煤笔长度的百分数;b 为最大膨胀度，膨胀杆上升的最大距离占煤笔长度的百分数 图 1-26 体积曲线根据测定时记录的曲线可以算出五个基本参数，即软化温度 DT、始胀温度 ST、固化温度FT;最大收缩度 a、最大膨胀度 b各种煤的奥亚膨胀度的曲线一般分为四种类型，如图 1-27 所示。

1)正膨胀，即图 1-27 的 a 图，是标准的膨胀曲线 ; 2)负膨胀，图 1-27 的 b 图，指收缩后膨胀杆回升的最大高度低于开始下降时位置， b 值以负值表示; 3) 仅收缩，图 1-27 的 c 图，指收缩后膨胀杆没有回升，则 b 值以 “仅收缩”表示; 4)倾斜收缩，图 1-27 的 d 图，指最终的收缩曲线不是完全水平的，而是缓慢向下倾斜的，规定以 500℃处的收缩值报出 奥亚膨胀度试验结果，均取两次重复测定的算术平均值，计算结果取到小数第一位，报告结果取整数 同一煤样分别在不同炉次进行的两次测定结果之差，按表 1-36 的规定 b 值测定结果允许误差 表 1-36参 数 同一实验室 不同实验室三个特性温度 T，℃ 膨胀度 b7 5(1+ )15 5(2+ )注：表中 是两次平行测定结果的平均值 (2)各种煤的 b 值变化范围 煤种不同其奥亚膨胀能力不一样，以中等煤化度的肥煤膨胀性能好，有些肥煤呈强膨胀性，b 值可高达 700%以上，一般肥煤的 b 值都在 150%以上，长焰煤和贫煤等变质程度浅的和深的烟煤，则不具有膨胀性我国各种烟煤膨胀度的变化范围如表 1-37 所示。

我国各牌号煤的膨胀度 b 值范围 表 1-37煤种 长焰煤 不粘煤 1～3 号气煤弱粘煤 1～2 号 肥气煤肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤b，% 仅收缩 仅收缩 仅收缩 ～185仅收缩～5 -20～200 180～680 0～200 仅收缩 ～30不软化图 1-27 典型膨胀曲线(3) 奥亚膨胀度测定法的优缺点： 优点： 1)奥亚膨胀度不仅能反映胶质体的数量，还能反映胶质体的质量，所以 b 值能表征煤的粘结性和结焦性 2)对中、强粘结性的焦煤、肥煤、气肥煤等的区分，灵敏度大，与 y 值成正比直线关系 缺点： 1) b 值测定结果受煤样氧化的影响比较大，因此，煤样制成后应立即进行测定，否则应对煤样进行充氮气保护或低温保存 2)对弱粘结性煤的区分灵敏度差在我国在 G >85 时，才用 b 值和 y 值并列来区分煤类 5. 煤的自由膨胀序数 (F.S.I.) 煤的自由膨胀序数也称坩埚膨胀指数是表征煤的膨胀性和粘结性的指标之一虽然它的区分灵敏度不高，只有 1～9但目前西欧和日本等国仍用它来评定煤的粘结性，在国际贸易中也使用该指标来评价炼焦煤的优劣下面简介一下自由膨胀序数的测定 (1)方法概要称取 1±0.1g 粒度小于 0.2mm 的煤样，放入瓷制的自由膨胀序数坩埚中加盖后，进行快速加热，要求在 1.5min 内升温到 800±10℃， 2.5min 升温到 820±5℃。

待挥发物全部析出后(不得少于 2.5min)，把坩埚从加热炉中取出，冷却后取出焦饼，与一组标准焦块的侧面图(图 1-28)进行比较如果煤样经加热后不能粘结，焦块成粉状，其膨胀序数为 0;如果焦饼的体积没有膨胀，并放在平板上，很小心地加一块 500g 的砝码，若焦饼粉碎，则膨胀序数为 1/2;若只碎成 2～3 块，则膨胀序数定为 1如果焦饼膨胀，找出它的最大侧面，然后和图 1-28 所示的标准焦块侧面图进行对照，与标准图相符者，该序数即为煤的自由膨胀序数号 同一煤样要进行 5 次测定，取其算术平均值，并修约(以 0.2 舍，0.3 入的方法取 0.5 即 1/2) 到 1/2 后报出结果 (2) 各种煤的自由膨胀序数变化范围煤的自由膨胀序数变化的范围较小，最小的为 0，最大的为 9，其间共分 0、1/2、 1、11/2 、2……9 共 19 个序数号年轻烟煤和年老烟煤的膨胀序数数值小，中等变质程度的肥、焦煤膨胀序数数值大我国各种煤的自由膨胀序数如表 1-38 所示 图 1-28 标准焦块侧形图及其相应的膨胀序数我国各类煤的 FSI 值 表 1-38煤种长焰煤 不粘煤弱粘煤 1～3 号气煤 1～2号肥煤肥煤焦。