不同粒级炼焦煤的粘结指数变化研究

陈 鹏 张雪红 薛改凤

(1.武汉钢铁(集团)公司研究院 湖北 武汉：430080；2.炼焦煤利用湖北省重点实验室 湖北 武汉：430080)

不同粒级炼焦煤的粘结指数变化研究

陈 鹏1，2张雪红1，2薛改凤1，2

(1.武汉钢铁(集团)公司研究院 湖北 武汉：430080；2.炼焦煤利用湖北省重点实验室 湖北 武汉：430080)

对四种炼焦煤进行不同粒度等级的筛分。通过对比不同粒度等级条件下的粘结指数变化情况，结合四种炼焦煤的结焦过程行为，对粒度这一煤的物理指标对炼焦煤质量的影响效果进行探索。结果显示不同煤的结焦过程行为对粒度的影响，大于单一煤种的粒度变化本身，如果考虑原煤的粒度等级之间的数量差值，可以考虑适当增加3mm以上的炼焦煤的量，发挥其粒度调整对某几类煤种的粘结能力的改善作用。

粘结指数；粒度等级；细度；炼焦煤；结焦过程

粒度及其组成是评价物质颗粒特征的重要物理指标，表征物质的颗粒大小及组成情况；粘结指数G值是炼焦煤的重要指标，表征炼焦煤粘结惰性物质的能力。现在焦化理论认为，焦炭的形成是由于煤粒间的界面反应键合连接而成[1]，而煤粒的大小由粒度及其组成决定，粘结性能的高低由界面键合反应决定，因此可以推断两者之间存在相互关系，即粒度组成影响粘结指数G值。白向飞等人[2]通过研究过不同粒级煤的煤岩特性及其对炼焦煤性质的影响，阐述了粘结指数与粒度组成之间和煤岩特征之间的关系，分析了不同粒级条件下的煤质变化情况，发现了中等粒级(1.5～0.28mm)煤粘结指数高于粗(1.5～3mm)、细粒(<0.28mm)级煤的现象，但其研究的煤的粒级集中在<3mm。而<3mm的煤在焦化行业具有特殊性，即煤样中<3mm的煤占全部样品的质量百分比被称为细度，是焦化行业对炼焦煤颗粒特征进行描述的专业名词。与粒度及其组成指标相比，在生产上细度指标控制较为便捷，但对煤质的影响评价更为粗放，而且为何选用3mm作为细度的临界点，依据未见相关的报道，对于细度的临界点大小的研究和思考的相关报道较少。更多关于煤的粒度影响煤质的研究主要集中在粘结指数G值的测定方法中样品的粒度变化对测定数据的影响上[3-10]，未讨论作为工业化生产时所需的细度临界点的变化的问题。因此本文选取了几种不同种类的炼焦煤，研究单种煤的结焦过程行为与不同粒度等级之间的粘结性指数G值的变化情况，初步探索对炼焦煤配煤细度的临界点调整的可能性。

1 试验方法

1.1 试样原料

选取某厂生产用的四种单种煤，具体指标见表1所示，取样地点在翻车机前的质检站，采用火车采样器直接在车皮上获取，各取10kg，缩分出1kg备用。

表1 试验所用样品基础指标

1.2 试样方法

(1)将缩分出的1kg样品，按照国标GB/T 5447-1997《烟煤粘结指数测定方法》规定的样品制备方法对样品进行空气干燥后，放置在震击式振动筛上，分0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、1mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、10mm等十二个粒级进行筛分，每个煤种获得不同粒级范围的待处理煤样共13份。

(2)将不同粒级范围的煤样按照国标GB/T 5447-1997的方法进行制样，并测定粘结指数G值，其中<0.1mm和0.1～0.2mm的煤样由于已经小于国标规定的粒径标准，因此不进行制样，直接取样进行粘结指数G值的测定。

2 结果与讨论

图1是四种不同炼焦煤在不同粒度等级条件下的粘结指数G值的变化情况图：

1代表<0.1mm，2代表0.1～0.2mm，3代表0.2～0.3mm，4代表0.3～0.4mm，5代表0.4～0.5mm，6代表0.5～1mm，7代表1～3mm，8代表3～4mm，9代表4～5mm，10代表5～6mm，11代表6～7mm，12代表7～10mm，13代表>10mm

从图中可以看出，粒度等级编号2即0.1～0.2mm的单种煤的粘结指数比相邻粒度等级的单种煤的粘结指数低，这种现象在不同变质程度、不同挥发分的炼焦煤中均存在。造成这样的现象的原因主要是由于其中粒度等级编号2即0.1～0.2mm之间的单种煤未经过破碎直接进行粘结指数G值的测定，待测的煤样中少了<0.1mm的粉煤部分，造成实验结果出现偏差，而相同的情况也有可能出现在粒度等级编号1即<0.1mm的粉煤部分中，因此应抛离这两个等级的煤再进行分析。

图2是不同粒度等级气煤粘结指数G值变化的修正图：

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

从图中2可以看出，随着粒度等级的增加，粘结指数G值在逐步提高，粒度等级>1mm以上的煤样变化趋势变缓，粒度等级在4～6mm左右时粘结指数G值达到最大值。粒度等级的增大对气煤的粘结指数G值具有改善作用。通过分析可知，虽然气煤的变质程度较低，惰性物质较多，在配煤炼焦时常被当做惰性物质进行添加和使用，但如图3所示的以无烟煤为示踪粒子的气煤显微结构图中可以看出，气煤形成的胶质体将示踪粒子全部包围，说明气煤形成的胶质体的流动性并不弱，只是较为稀薄，所以粘结能力较低，当粒度等级变大时，强化了气煤镜质组的聚集，使得局部胶质体的生成浓度提高，增强了气煤的粘结性，而<1mm的气煤，被破碎后其中的镜质组和惰性物质发生了分离，反而会进一步降低了胶质体的粘结能力。

图3 以无烟煤为示踪粒度的气煤的显微结构图

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

图4是不同粒度等级气肥煤粘结指数G值变化的修正图，从图4中可以看出，气肥煤与气煤呈现出相似的变化趋势，随着粒度等级的增加，粘结指数G值在逐步提高，粒度等级>1mm以上的煤样变化较为稳定，到3～5mm左右时达到最大值。这是由于气肥煤与气煤相比变质程度上和成焦显微结构相似，主要差别在于惰性物质的含量的多少，气肥煤的惰性物质的含量会明显低于气煤，因此镜质组含量较高，粒度等级的增加，会强化镜质组的聚集，强化胶质体的粘结能力。

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

图5是不同粒度等级1/3焦煤粘结指数G值变化的修正图，从图5中可以看出，1/3焦煤的变化趋势与前两者发生了改变，粘结指数G值随着粒度的增加出现先高后低的趋势，其拐点在4mm左右。从显微结构上来分析，1/3焦煤的显微结构以粒状镶嵌为主，特别是细粒镶嵌，而且胶质体的流动性较差，因此会围绕自身进行结焦，结焦过程中镜质组的富集不再是影响黏结性的主要原因，因此粒度等级较小时，比表面积大胶质体的消耗较高，粘结性较弱，而粒度等级较大时，胶质体本身的粘结性能又不足以侵润颗粒本身，强化粘结作用，因此出现先高后低的情况。

A代表0.2～0.3mm，B代表0.3～0.4mm，C代表0.4～0.5mm，D代表0.5～1mm，E代表1～3mm，F代表3～4mm，G代表4～5mm，H代表5～6mm，I代表6～7mm，G代表7～10mm，K代表>10mm

图6是不同粒度等级焦煤粘结指数G值变化的修正图，从图6中可以看出，焦煤的变化趋势呈现先高后低，波浪下降的趋势，高点在<1mm，<4mm和<10mm之间均有存在，宏观趋势是粒度小的粘结指数较高。这与焦煤的成焦行为也有一定相关性，焦煤的成焦结构以粗粒镶嵌为主，胶质体的结焦行为以自我粘结为主，团结其他煤种的能力不足，因此，胶质体粘结惰性物质能力主要是镜质组的分布，由于焦煤的成焦性能较为均衡，各粒度等级之间的不会存在较大的变化，因此粒度等级增加，胶质体的润湿作用降低，呈现出的粘结能力降低。

从上述四个煤种的分析来看，粘结指数G值不仅随粒度等级的变化而变化，与炼焦煤的种类更加相关，而且其中就粒度等级与粘结指数G值的关系来看，各单一煤种之间的粘结指数的变化幅度并不大，大于细度临界点3mm的各粒度等级的炼焦煤的粘结指数G值不仅没有出现明显的下降，如气肥煤、高G值的气煤等煤种反而出现了上升的情况。说明粒度等级的变化在实际配煤过程中可以进一步的放大，如果考虑原煤的粒度等级之间的数量差值，在数量差值不大的情况向，可以适当考虑向>3mm的方向进行调整，特别是气肥煤、气煤等变质程度较低的炼焦煤，充分发挥其粒度调整对粘结能力的改善作用。

3 结论

(1)由于样品的制备原因对<0.1mm和0.1～0.2mm的煤粉进行进行粘结指数G值测定粒度组成本身影响实验结果造成粘结指数G值降低，虽然不能作为正常实验数据进行处理，但是生产现场有条件也可以将此部分煤样筛除以提高入炉煤的粘结指数。

(2)炼焦煤的成焦过程行为影响粘结指数G值随粒度等级的变化情况，气煤、气肥煤等变质程度较低的煤，镜质组生成的胶质体的流动性较好，因此粘结指数G值随粒度等级的增加而增加。1/3焦煤、焦煤等镜质组围绕自身成焦的炼焦煤，粘结指数G值随粒度等级的增加而呈现先高后低或波段降低的现象。

(3)就粒度等级与粘结指数G值的关系来看，各单一煤种之间的粘结指数的变化幅度并不大，如果考虑原煤的粒度等级之间的数量差值，在数量差值不大的情况向，可以适当考虑向>3mm的方向进行调整，特别是气肥煤、气煤等变质程度较低的炼焦煤，充分发挥其粒度调整对粘结能力的改善作用。

[1] 周师庸.应用煤岩学[M].北京：冶金工业出版社.1985.

[2] 白向飞.煤的粒度特征及不同粒级煤的煤岩特征对炼焦煤性质的影响.洁净煤技术,1999,5(4);47-51.

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(责任编辑：李文英)

Study of Caking Index Changes in Different Particle Sizes of Coking Coal

CHEN Peng1,2ZHANG Xuehong1,2XUE Gaifeng1,2

(1.Research and Development Center of WICSO, Wuhan 430080, Hubei;2.Key Laboratory of Coking Coal Utilization of Hubei Province . Wuhan 430080,Hubei)

This paper aims to carry out screening of different granularity levels for four kinds of coking coal and explore the physical indexes of effect of the coal particle sizes on the coking coal quality by changes in caking index at different granularity levels and in combination with coking process behavior of four kinds of coking coal. The results showed the effect of different behavior of coal coking process on the particle size is larger than that of change in the size of individual coal itself, and that if the amount of difference between the granularity levels of the raw coal is considered, the amount for > 3mm of coking coal is the top priority, thus improving the granularity adjustment to certain types of coals bonding capacity.

grain size; fineness; coking coal, coking process

2015-03-10

2015-05-05

陈 鹏(1982～)，男，硕士，工程师.E-mail:gsdesert@163.com

TF053

A

1671-3524(2015)02-0004-03