煙煤黏結指數的測定研究

張 旭

（山西焦煤能源集團股份有限公司西銘礦選煤廠，山西 太原 030052）

0 引言

從理論角度來看，煙煤黏結指數主要是指試驗品煙煤在受熱后煤顆粒之間或煤粒與惰性組分顆粒間結合牢固程度的一種度量指標，該指標也是確定煙煤工藝類別的關鍵，依據不同樣品的煤樣黏結指數，即可確定不同煤炭的用途。不僅如此，基于該指標還可判斷出該煤樣在煉焦配煤中的位置，確定最經濟的煉焦配煤比。顯然，該指標的重要性較為突出。為確保該指標能夠得到準確測量，就需要進一步分析煙煤黏結指數的測定方法，以提升測量的準確度[1]。

1 實驗儀器與材料

本次實驗僅對一種煤樣進行采集，該煤樣取自某焦化廠的標準煤樣，主要煤質特性如圖1 所示。

圖1 實驗煤樣的煤質特性圖

在得到煤樣后，對其進行研磨處理，再將研磨后的煤樣使用80 目篩進行過濾，以得到煙煤測試樣品。除該樣品外，本次實驗的另外兩種材料包括無煙煤材料（用于測定黏結指數，其處理方法與待測煤樣相同）以及變色硅膠（主要用于樣品干燥）。

除以上實驗材料外，本次實驗所需的實驗設備如表1 所示[2-4]。

表1 實驗儀器概況

2 主要實驗流程

1）對煤樣進行制備。針對實驗煤樣和專用無煙煤，均按照GB/T 474 中的標準規定，對其進行逐級破碎，以制備成粒度小于0.2 mm 的一般分析試驗煤樣，并確保粒度在0.1～0.2 mm 的煤樣比例在20%～35%范圍內。

2）對黏結指數正式進行測定，其基本步驟如下：選取粒度已符合要求的實驗煤樣1.000 g，同時選擇5.000 g 專用無煙煤樣品，將兩種樣品均投入坩堝中，并使用金屬攪拌絲對其進行充分攪拌，在攪拌100 s后，一邊繼續攪拌，一邊將坩堝與攪拌絲逐漸轉到垂直位置，繼續保持20 s 后結束攪拌，使用鑷子夾取壓塊放置于坩堝中央，并置于壓力器下，啟動壓力器保持6 kg 質量壓力狀態30 s[5]。以上步驟結束后，蓋上坩堝蓋，迅速將放有坩堝的坩堝架送入預先加熱至850 ℃的馬弗爐的恒溫區，并立即關上爐門，準確加熱15 min。加熱完成后，從馬弗爐中取出坩堝，冷卻至室溫后，對剩余焦渣的質量進行稱量；而后將剩余焦渣放入轉鼓內繼續進行實驗，在第一次轉鼓實驗結束后，使用規格為1 mm 的圓孔篩，對焦渣進行初步篩分，稱量圓孔篩上剩余物的質量，而后再將圓孔篩上的剩余物放入轉鼓中再次進行轉鼓實驗（兩次轉鼓實驗的轉速均控制在250 r/min±10 r/min），并重復進行篩分和稱量，記錄下此時的剩余物質量，由此即可按照公式（1）對煙煤黏結指數進行測定。

式中：m1和m2分別為第一次轉鼓實驗結束時和第二次轉鼓實驗結束時的圓孔篩上剩余物的質量，g；m 為焦化處理完成后的焦渣總質量，g。

除此之外，針對部分黏結指數測量計算值小于18 的情況，對實驗參數進行調整，將實驗煤樣和無煙煤的用量均調整為3.000 g 重復進行實驗，并按照如下公式（2）重新測定煙煤黏結指數：

該計算式中的未知量含義與上文相同，在此不再贅述。

3 實驗影響因素討論

為進一步提升煙煤黏結指數測定結果的準確度，參考已有文獻資料，分別從以下角度著手，對影響煙煤黏結指數測定結果準確性的因素進行分析。

一是分析煤樣放置時間對煙煤黏結指數測定準確性的影響，選取一定量的實驗煤樣，將其等分為五組，分別將其放置3、5、7、9、11 d 后進行黏結指數測定，得到的測定結果如圖2 所示。

圖2 煤樣在不同放置時間后的黏結指數

從圖2 可見，隨著時間的不斷推進，煙煤樣品的黏結指數呈現下降趨勢，相對而言，在第7 d 內的黏結指數變化并不顯著，而從第8 d 開始黏結指數則開始加速下降。初步推斷，造成這種現象的主要原因是，在煤樣放置時間較長的狀態下，煤樣會受到風化和氧化因素的影響，導致部分煤樣的黏結能力下降。因此在測定黏結指數的實驗中，煤樣應當盡量即采即制，當實驗樣品制備完成后，應當在7 d 內及時進行黏結指數測定并給出實驗結果。

二是對焦化時間的影響進行分析。焦化時間也可描述為黏結指數的總加熱時間，該時間段的開始節點為坩堝架放進馬弗爐并關好爐門，而后開始計時，直至坩堝架全部移出馬弗爐后，計時結束。據此，將一定量的實驗煤樣等分為三份，改變焦化時間后對黏結指數進行測量，結果如圖3 所示。

圖3 不同焦化時間下的黏結指數測量結果

在本環節實驗中，同時引入標準測量方法對該樣品的黏結指數進行測量，結果顯示其黏結指數為86，與焦化時間15 min 時的測量結果相同。相對而言，當焦化時間偏短時，黏結指數測量結果偏低，時間延長后則會得到相對偏高的測量結果。由此可見，將焦化時間（包括溫度恢復時間）控制在15 min 左右較為合理。

三是對馬弗爐溫度控制情況如何影響黏結指數測量結果進行研究。根據已有研究資料可知，馬弗爐的運行溫度應當控制在850 ℃左右。由此，改變馬弗爐溫度進行三組平行實驗，對不同溫度下測得的黏結指數變化情況進行分析，結果如圖4 所示。

圖4 馬弗爐不同溫度下的黏結指數變化情況

根據圖4 可見，煤樣的黏結指數與馬弗爐焦化溫度呈現正相關。由此可知，馬弗爐溫度的波動將直接影響到黏結指數測量結果的準確性。因此在實驗中應當嚴格按照GB 5447—2014《煙煤黏結指數測定方法》的規定，將焦化溫度控制在850 ℃±10 ℃。同時，為保證焦化溫度測量不出現顯著的失準情況，還需要定期對馬弗爐的熱電偶與毫伏計進行校正，確保測定溫度能夠得到更為嚴格的控制。

4 結語

整體來看，由于煤炭自身理化性質的復雜性，以及實驗過程中可能存在的諸多不確定因素，煤炭樣品黏結指數的測量仍是一項具有一定復雜性的工作內容，涉及到的細節因素也相對較多。為確保該項測量工作的準確性，就需要在全面掌握煤炭理化性質的基礎上，對各項影響因素予以準確把控，最大程度上消除各種影響因素所帶來的不利影響，以實現煤炭樣品黏結指數的精準測量，進而為后續的煤炭工業發展做出一定貢獻。