不同黏结指数煤的奥阿膨胀计试验研究

卫双果

（山西省地质矿产研究院有限公司，山西 太原 030001）

随着我国电力、冶金、化工等行业的不断发展，对煤的需求量也在不断增加，以高效、清洁、高效益及高附加值为选择标准来对煤炭进行综合开发利用[1-3]。胶质层指数、奥阿膨胀度、黏结指数从不同方向反映在加热干馏过程中煤产生胶质体的性质、数量和黏结性能[4-5]。胶质层指数反映了胶质体的数量、特性，但难以反映在加热过程中胶质体的膨胀性。黏结指数是度量无烟煤与煤样充分混合加热后，煤颗粒间或煤颗粒与周围的无烟煤黏合的牢固程度。黏结指数能较好地反映弱黏结性和中等黏结性煤中胶质体性质，对强黏结性煤的灵敏度比较差[6-8]。在加热过程中煤产生的膨胀能促进煤颗粒之间的相互融合接触，焦炭的强度与煤的膨胀性能有关[9-10]。奥阿膨胀计试验反映了在干馏过程中煤发生收缩或膨胀的程度，主要取决于煤样在加热的过程中气体的析出速度、胶质体透气性及塑性体的量等，反映了胶质体的质和量，用来研究煤的分类、成焦机理及煤质鉴定等方面。目前对不同黏结指数下的煤的奥阿膨胀计试验的相关研究比较少，通过对不同黏结指数下的试验煤样进行奥阿膨胀计试验研究，分析在不同黏结指数下各个试验结果的变化规律，从而促进煤炭更好地分类加工利用。

1 试验煤样奥阿膨胀计试验

1.1 奥阿膨胀计试验方法

按《烟煤奥阿膨胀计试验》（GB/T 5450-2014）的规定将试验煤样制成规定长度的煤笔并装入膨胀管内，再将膨胀管放入达到温度要求的电炉中，然后以3 ℃/min 的速度加热升温。当加热到一定温度后煤样开始热解，析出部分挥发分，然后开始软化，膨胀杆向下移动，煤笔缩短变形，试样开始收缩；当煤笔完全呈塑性状态，膨胀杆停止下降，煤笔停止收缩；随着煤粒继续受热，胶质体的塑性使煤样开始膨胀，当温度达到试验煤样的固化点后，胶质体开始固化成半焦，煤笔膨胀达到最大值[7]。

1.2 奥阿膨胀计试验记录曲线类型

图1 ～图4 为奥阿膨胀计试验4 种记录曲线类型。T1为软化温度，是膨胀杆下降0.5 mm 时的温度；T2为开始膨胀温度，是膨胀杆下降到最低点后开始上升时的温度；T3为固化温度，是膨胀杆停止移动时的温度；a为最大收缩度，是膨胀杆下降的最大距离占煤笔长度的百分比；b为最大膨胀度，是膨胀杆上升的最大距离占煤笔长度的百分比。

图1 烟煤奥阿膨胀计试验正膨胀曲线

图 2 烟煤奥阿膨胀计试验负膨胀曲线

图 3 烟煤奥阿膨胀计试验仅收缩曲线

图 4 烟煤奥阿膨胀计试验倾斜收缩曲线

2 结果与讨论

2.1 最大收缩度a 和最大膨胀度b

最大收缩度a是随着干馏过程中胶质体生成而产生的，它表明煤的软化行为。最大收缩度a不仅能反映煤样的收缩性，也能反映煤样的膨胀性。最大膨胀度b一样的两种不同黏结性的煤样，最大收缩度a不同，则最大收缩度a小的煤样，胶质体的透气性差、黏结度大。最大收缩度a也可以反映煤的黏结性质[7]。

最大膨胀度b是比较关键的检测指标，它反映了在加热干馏过程中煤颗粒之间的结合情况。最大膨胀度b越大，越能很好地推动煤颗粒之间的融合接触，从而提高煤的黏结性。对入炉煤来说，其最大膨胀度b可粗略估计在塑性阶段的煤对锅炉墙体产生的影响，是否会因膨胀度过大而对锅炉产生危害。

不同黏结指数G下的试验煤样奥阿膨胀计试验的最大收缩度a及最大膨胀度b的变化规律如图5。

图5 不同黏结指数下的最大收缩度a 与最大膨胀度b

由图5 可知，当试验煤样的黏结指数G为0 时，煤样在加热时不产生胶质体，试样没有软化也没有膨胀，体积曲线呈直线，最大收缩度a为0；当试验煤样的黏结指数0＜G＜50 时，随着黏结指数的增大，煤的透气性增大，最大收缩度a逐渐增大，奥阿膨胀计试验曲线为仅收缩曲线，说明试验煤样在加热过程中软化析出胶质体后没有随着温度的继续升高而发生膨胀；当试验煤样的黏结指数50＜G＜85时，最大收缩度a有所变化但并不明显，最大膨胀度b有所增大，说明在该黏结指数范围内试验煤样基本是在析出胶质体完成收缩后，塑性体才开始膨胀且膨胀性逐渐增大；当黏结指数G＞85 时，最大收缩度a有所减小，随着黏结指数的进一步增大，最大收缩度a变化又趋于平缓，最大膨胀度b呈增大趋势，说明当黏结指数G较大时，一些试验煤样并不是膨胀杆下降达到最低点完全收缩后才开始膨胀，而是一边热解一边膨胀，从而使最大收缩度a变小。随着膨胀度的增大，煤的变质程度越好，胶质体的量及胶质程度越好，黏结性越好。

2.2 软化温度T1、开始膨胀温度T2、固化温度T3

固化温度与软化温度之间的差值为软、固化温度区间，该区间与煤的变质程度、煤的种类等有关，反映了煤在胶质体状态下停留的时间长短。软、固化温度区间间隔越长，煤在胶质体下停留的时间越长，越有利于煤颗粒在软化后的融合，从而促进干馏过程中煤在胶质体下的连续性，提高煤的黏结性[4]。不同黏结指数G下的试验煤样奥阿膨胀计试验的软化温度T1、开始膨胀温度T2、固化温度T3的变化规律如图6。

图6 不同黏结指数下的软化温度T1、开始膨胀温度T2、固化温度T3

由图6 可知，随着试验煤样黏结指数G的增大，软化温度T1、开始膨胀温度T2、固化温度T3总体上呈下降趋势，试验煤样开始软化析出胶质体所达到的温度及所用的时间变小；软、固化温度区间总体呈增大趋势，软、固化温度区间的增大，说明试验煤样在析出胶质体后，胶质体状态下停留的时间变长，煤颗粒软化后的融合性更好，煤的黏结性增大。

3 结论

随着试验煤样黏结指数G的增大，最大膨胀度b值呈增大趋势；最大收缩度a值有所变化但不是特别明显；各个温度总体上呈下降趋势；软固化温度区间呈增大趋势。最大膨胀度b值越大，煤的变质程度越好，越能很好地推动煤颗粒之间的融合接触，提高煤的整体黏结性。当黏结指数G＞50 时，试验煤样在析出胶质体后，塑性体发生膨胀，各个参数均有所变化，说明奥阿膨胀计试验对弱黏结性煤的区分能力较差，对中、强黏结性煤的区分能力较强，而黏结指数能较好地反映弱黏结性和中等黏结性煤中胶质体性质，对强黏结性煤的灵敏度比较差。通过对黏结指数与奥阿膨胀度的测定可以很好地区分煤的黏结性强弱，从而更好地促进煤的分类加工利用，达到降本增效的目的。