黏结指数G值表征炼焦煤结焦性的局限性研究

2014-03-28鲍俊芳詹立志尹秀利

武汉科技大学学报 2014年3期

鲍俊芳，詹立志，尹秀利，项茹

(武汉钢铁(集团)公司炼焦煤利用湖北省重点实验室，湖北武汉，430080)

煤的黏结性是指烟煤在干馏时黏结其自身及外加惰性物质的能力。黏结指数G值是我国表征烟煤黏结性最为普遍的方法[1]，对相同变质程度的烟煤，G值能较好地表征其黏结性的优劣。我国煤炭采用G值作为烟煤分类的工艺指标，在炼焦企业及炼焦用煤贸易中应用极其广泛。然而，随着炼焦企业用煤资源来源更加复杂，实际生产中发现相同变质程度和G值炼焦煤煤质相差相当明显。为此，本文对7组相同变质程度和G值炼焦煤煤岩显微组分、高温塑性和成焦光学组织结构进行研究，并对G值表征炼焦煤结焦性进行探讨，以期科学认识G值在煤质评价中的意义。

1 试验

1.1 原料

试验原料选取某焦化公司采购的7组相同变质程度和G值的炼焦煤，其工业分析指标如表1所示。

表1 不同矿点炼焦煤工业分析指标

1.2 试验方法

1.2.1 焦炭制备

炼焦煤在空气中干燥后，将其制成粒度小于2 mm煤料，然后置入试验焦炉内炼焦。控制温度如下：在250 ℃以下升温速率为5 ℃/min；250～700 ℃升温速率为3 ℃/min，700～950 ℃升温速率为4 ℃/min，950 ℃恒温3 h。

1.2.2 分析检测

黏结指数G值按GB/T 5447—1997测定，镜质组反射率采用MSP-200显微光度计按GB/T6948—1998测定，高温塑性按ASTM D2639—04测定；成焦光学组织显微结构按YB/T077—1995测定。

2 结果与分析

2.1 G值表征结焦过程行为的局限性分析

炼焦煤的工艺特征指标包括黏结指数G值、胶质层指数Y值、奥亚膨胀度b值、罗加指数(R.I)、坩埚膨胀序数(CSN)、基氏流动度和葛金焦型等[2]，其中基氏流动度指标包含的软化温度、固-软温度区间和最大流动度等参数与结焦过程中煤大分子的热解、中间相小球体的形成和长大等化学反应过程相关联[3]，它是表征炼焦煤高温塑性较为科学的指标。

表2 不同矿点炼焦煤镜质组平均最大反射率值和高温塑性

2.2 G值表征单种煤炼焦焦炭光学组织的局限性分析

焦炭光学组织显微结构如图1所示。由图1(a)可看出，粗粒镶嵌组织气孔壁厚，无裂隙；由图1(b)可看出，丝质和破片组织与其他结构之间界面清晰，容易形成收缩裂纹；由图1(c)和(d)可看出，纤维组织显微结构气孔壁薄或存在裂隙。

表3 不同矿点炼焦煤镜质组平均最大反射率值和焦炭光学组织

(a)粗粒镶嵌组织 (b)丝质和破片组织

图1焦炭光学组织显微结构

Fig.1Opticaltextureofcoke

2.3 镜质组含量表征高温塑性和单种煤炼焦焦炭光学组织的局限性分析

此外，炼焦煤煤质上的差异与其形成年代密切相关，黑龙江煤属中生代早白垩纪，青海煤属中生代侏罗纪，四川煤属晚古生代末期晚二叠纪，山东、河北、山西、河南等地炼焦煤属晚古生代二叠纪和石炭纪[5]。

表4 不同矿点炼焦煤值和煤岩显微组分

2.4 G值表征炼焦煤结焦局限性的原因分析

从测试方法上来分析，测试G值的加热条件为850 ℃加热15 min，得到煤料在快速升温状态下所表现出的工艺特征，它与实际焦炉内煤料约3 ℃/min的升温速率相差很大，G值无法模拟表征其在3 ℃/min升温速率下煤料从分解熔融到缩聚固化结焦过程行为，这是该方法局限性的一个方面。从煤的物质基础上来分析， A矿～D矿煤具有较多的活性镜质组，煤料受到快速加热产生较多可黏结惰性物质的胶质体，表现出较高的G值。然而，由于以上矿点煤料活性镜质组分子分解温度较高，且受热产生的胶质体稳定性不足而较早地缩聚固化，表现出较高的软化温度和较窄的固-软温度，这些特征在G值测定过程中都被掩盖。另一个方面，G值局限性是外加惰性物粒度的限定范围，不能表征变质程度对胶质体性质带来的差异[6]。

通过对各矿点炼焦煤变质程度、G值、煤岩显微组分、高温塑性和成焦光学组织结构的分析，发现部分变质程度和G值相同的炼焦煤高温塑性差异相当大，形成的焦炭光学组织结构差异非常明显，结焦性的差异无疑使煤炭在炼焦配煤中起到不同的作用。