烟煤黏结指数的测定研究

张 旭

（山西焦煤能源集团股份有限公司西铭矿选煤厂，山西 太原 030052）

0 引言

从理论角度来看，烟煤黏结指数主要是指试验品烟煤在受热后煤颗粒之间或煤粒与惰性组分颗粒间结合牢固程度的一种度量指标，该指标也是确定烟煤工艺类别的关键，依据不同样品的煤样黏结指数，即可确定不同煤炭的用途。不仅如此，基于该指标还可判断出该煤样在炼焦配煤中的位置，确定最经济的炼焦配煤比。显然，该指标的重要性较为突出。为确保该指标能够得到准确测量，就需要进一步分析烟煤黏结指数的测定方法，以提升测量的准确度[1]。

1 实验仪器与材料

本次实验仅对一种煤样进行采集，该煤样取自某焦化厂的标准煤样，主要煤质特性如图1 所示。

图1 实验煤样的煤质特性图

在得到煤样后，对其进行研磨处理，再将研磨后的煤样使用80 目筛进行过滤，以得到烟煤测试样品。除该样品外，本次实验的另外两种材料包括无烟煤材料（用于测定黏结指数，其处理方法与待测煤样相同）以及变色硅胶（主要用于样品干燥）。

除以上实验材料外，本次实验所需的实验设备如表1 所示[2-4]。

表1 实验仪器概况

2 主要实验流程

1）对煤样进行制备。针对实验煤样和专用无烟煤，均按照GB/T 474 中的标准规定，对其进行逐级破碎，以制备成粒度小于0.2 mm 的一般分析试验煤样，并确保粒度在0.1～0.2 mm 的煤样比例在20%～35%范围内。

2）对黏结指数正式进行测定，其基本步骤如下：选取粒度已符合要求的实验煤样1.000 g，同时选择5.000 g 专用无烟煤样品，将两种样品均投入坩埚中，并使用金属搅拌丝对其进行充分搅拌，在搅拌100 s后，一边继续搅拌，一边将坩埚与搅拌丝逐渐转到垂直位置，继续保持20 s 后结束搅拌，使用镊子夹取压块放置于坩埚中央，并置于压力器下，启动压力器保持6 kg 质量压力状态30 s[5]。以上步骤结束后，盖上坩埚盖，迅速将放有坩埚的坩埚架送入预先加热至850 ℃的马弗炉的恒温区，并立即关上炉门，准确加热15 min。加热完成后，从马弗炉中取出坩埚，冷却至室温后，对剩余焦渣的质量进行称量；而后将剩余焦渣放入转鼓内继续进行实验，在第一次转鼓实验结束后，使用规格为1 mm 的圆孔筛，对焦渣进行初步筛分，称量圆孔筛上剩余物的质量，而后再将圆孔筛上的剩余物放入转鼓中再次进行转鼓实验（两次转鼓实验的转速均控制在250 r/min±10 r/min），并重复进行筛分和称量，记录下此时的剩余物质量，由此即可按照公式（1）对烟煤黏结指数进行测定。

式中：m1和m2分别为第一次转鼓实验结束时和第二次转鼓实验结束时的圆孔筛上剩余物的质量，g；m 为焦化处理完成后的焦渣总质量，g。

除此之外，针对部分黏结指数测量计算值小于18 的情况，对实验参数进行调整，将实验煤样和无烟煤的用量均调整为3.000 g 重复进行实验，并按照如下公式（2）重新测定烟煤黏结指数：

该计算式中的未知量含义与上文相同，在此不再赘述。

3 实验影响因素讨论

为进一步提升烟煤黏结指数测定结果的准确度，参考已有文献资料，分别从以下角度着手，对影响烟煤黏结指数测定结果准确性的因素进行分析。

一是分析煤样放置时间对烟煤黏结指数测定准确性的影响，选取一定量的实验煤样，将其等分为五组，分别将其放置3、5、7、9、11 d 后进行黏结指数测定，得到的测定结果如图2 所示。

图2 煤样在不同放置时间后的黏结指数

从图2 可见，随着时间的不断推进，烟煤样品的黏结指数呈现下降趋势，相对而言，在第7 d 内的黏结指数变化并不显著，而从第8 d 开始黏结指数则开始加速下降。初步推断，造成这种现象的主要原因是，在煤样放置时间较长的状态下，煤样会受到风化和氧化因素的影响，导致部分煤样的黏结能力下降。因此在测定黏结指数的实验中，煤样应当尽量即采即制，当实验样品制备完成后，应当在7 d 内及时进行黏结指数测定并给出实验结果。

二是对焦化时间的影响进行分析。焦化时间也可描述为黏结指数的总加热时间，该时间段的开始节点为坩埚架放进马弗炉并关好炉门，而后开始计时，直至坩埚架全部移出马弗炉后，计时结束。据此，将一定量的实验煤样等分为三份，改变焦化时间后对黏结指数进行测量，结果如图3 所示。

图3 不同焦化时间下的黏结指数测量结果

在本环节实验中，同时引入标准测量方法对该样品的黏结指数进行测量，结果显示其黏结指数为86，与焦化时间15 min 时的测量结果相同。相对而言，当焦化时间偏短时，黏结指数测量结果偏低，时间延长后则会得到相对偏高的测量结果。由此可见，将焦化时间（包括温度恢复时间）控制在15 min 左右较为合理。

三是对马弗炉温度控制情况如何影响黏结指数测量结果进行研究。根据已有研究资料可知，马弗炉的运行温度应当控制在850 ℃左右。由此，改变马弗炉温度进行三组平行实验，对不同温度下测得的黏结指数变化情况进行分析，结果如图4 所示。

图4 马弗炉不同温度下的黏结指数变化情况

根据图4 可见，煤样的黏结指数与马弗炉焦化温度呈现正相关。由此可知，马弗炉温度的波动将直接影响到黏结指数测量结果的准确性。因此在实验中应当严格按照GB 5447—2014《烟煤黏结指数测定方法》的规定，将焦化温度控制在850 ℃±10 ℃。同时，为保证焦化温度测量不出现显著的失准情况，还需要定期对马弗炉的热电偶与毫伏计进行校正，确保测定温度能够得到更为严格的控制。

4 结语

整体来看，由于煤炭自身理化性质的复杂性，以及实验过程中可能存在的诸多不确定因素，煤炭样品黏结指数的测量仍是一项具有一定复杂性的工作内容，涉及到的细节因素也相对较多。为确保该项测量工作的准确性，就需要在全面掌握煤炭理化性质的基础上，对各项影响因素予以准确把控，最大程度上消除各种影响因素所带来的不利影响，以实现煤炭样品黏结指数的精准测量，进而为后续的煤炭工业发展做出一定贡献。