煤的粘结性与结焦性关联分析

煤的粘结性与结焦性一、煤的粘结性与结焦性煤的粘结性是指粒度小于 0.2mm 的煤，在隔绝空气受热后粘结自身或其他惰性物质成为焦块的能力; 煤的结焦性是指上述煤粒在隔绝空气受热后生成具有一定块度和足够强度的优质焦炭的能力。

煤的粘结性和结焦性是煤的极为重要的性质，是两个既有区别，又有联系的概念，一般很难将其严格区分开来。

煤的粘结性强是结焦性好的必要条件，即是说结焦性好的煤，它的粘结性肯定为好;结焦性差的煤，其粘结性必定不好; 没有粘结性的煤，不存在结焦性。

从而看出，煤的粘结能力在一定程度上反映了煤的结焦性。

有时，粘结性好的煤，其结焦性不一定就好，这里面存在着胶质体的质量问题。

如有的气肥煤，粘结性很强，但生成的焦炭裂隙多，机械强度差。

所以，其结焦性并不好。

表征煤的粘结性和结焦性的指标很多：烟煤粘结指数(GR.I)和罗加指数(R.I)属于粘结性指标，胶质层厚度 y 值既能反映煤的粘结性，又能表征煤的结焦性，其他如奥亚膨胀度和葛金干馏等指标，则很难说它们表征是煤的粘结性还是结焦性等。

1.煤的胶质层指数煤的胶质层指数是原苏联尼·萨保什尼科夫(L.M.Sapozhnikov)等人在 1932 年提出的一种姆·测定煤的粘结性和结焦性的方法。

主要是测定煤的胶质层最大厚度 y 值、最终体积收缩度 x 值和体积曲线类型等三个参数和描述焦炭的特性等。

胶质层指数的测定简介如下： (1)方法概要。

称取 100g 粒度小于 1.5mm 的煤样装入一定规格的钢制煤杯中，在煤杯上面加压力盘，在煤杯下面进行单侧加温。

当温度升到一定数值后，在杯内形成一系列的等温层面。

在温度升到煤的软化点以上时，煤就开始软化并形成粘稠状的流体即胶质体，由胶质体形成的各层称为胶质层。

温度继续升高到胶质体开始固化时，煤就固化成半焦。

由于煤杯是从底部加热的，煤杯内的煤样通常可分为上部未软化层、中部胶质体层和下部半焦层三部分。

在整个测定过程中，煤杯下部开始生成胶质体时，胶质层较薄。

随着温度的逐渐升高，胶质体层不断变厚。

温度再继续升高，最下部的胶质层间开始固化，所以胶质层厚度又开始减少。

在胶质体层厚薄变化的全过程中，用金属探针测出胶质体层的最大厚度，在温度为 730℃时测定结束。

在胶质体层内部，由于煤热分解而产生气体。

但因胶质体透气性不好，而使气体积聚在胶质体层内，促使胶质体产生膨胀。

由于膨胀产生的内应力使得压在煤样上的压力盘上移，记录笔即开始在转筒的米格纸上绘出各种形状的体积变化曲线。

若热解产生的气体在胶质体层和半焦层都不能及时析出，膨胀的时间可以持续较长，记录笔绘出的体积曲线多呈山型; 如气体能从半焦的裂隙中很快逸出，体积曲线多呈时起时伏的之字型; 如膨胀不大，气体析出也慢，则体积曲线多呈波型或微波型; 如胶质体的透气性好，或根本就没有产生胶质体，则体积曲线就呈平滑下降或平滑斜降形。

总之体积曲线共分为八种类型。

如图 1-24 所示。

煤杯内的全部煤样均形成半焦以后，由于体积的收缩，煤的体积曲线就下降到最低点。

以试验结束时，记录笔所处的点到零点线间的距离，即为最终收缩度 x 值，若记录笔所处的点在零点线以上时，则 x 值为负值。

(2)曲线测定结果的确定。

根据记录纸上所记录的各上、下层面位置及相应的时间，标出各对应的点，以平滑曲线连接得上、下层面曲线。

如果上部层面曲线呈之字型，则可取各之字的中点绘出曲线，如图 1-25 所示。

取胶质层上、下部层面的最大距离作为胶质层最大厚度 y 值(mm)，值一般出现在 520～630℃之间。

y 取体积曲线的最终点与零点线间的距离为最终收缩度 x 值 (mm)。

x 值，y 值都准确到 0.5mm。

同一煤样平行测定结果的允许误差为： y≤20mm 1mmy>20mm 2mm x 值 3mm 若 y=0，即胶质层厚度薄到测不出结果，应注明焦块熔合情况，如成块、凝结或粉状等。

(3)各种煤的胶质层指数 y 值变化范围。

不同煤的胶质层厚度的范围是不同的，如表 1-33 所示。

在一般情况下，煤的 y 值越大，粘结性越好。

试验表明 y 值随煤化度的深浅呈现有规律的变化。

当 Vdaf 为 30%左右时，y 值出现最大值，有些肥煤的 y 值可以超过 60mm;当煤的Vdaf<13% (无烟煤) 和 Vdaf>50% (褐煤) 时，y 值几乎为零。

不同牌号煤的 y 值大致范围表 1-33 煤种名称贫煤瘦煤 y，mm 焦煤肥煤气煤不粘煤长焰煤弱粘煤≤5 0～9 (块)0(粉) 0～12 12.5～25 25.5～60 5.5～25 0(粉) (块)(4) 胶质层指数测定法优缺点：优点： 1) y 值有可加合性; 2) y 值对中等煤化度的烟煤的粘结性区分得较好; 3) y 值能够较好地表征煤的结焦性。

缺点：1) 测定时间长，效率低; 2)该法对弱粘结煤和强粘结煤适用性差，区分能力较弱图 1-24 胶质层体积曲线 1—平滑下降; 2—平滑斜降; 3—波形; 4—微波形; 5—之字形; 6—山形;7、8—之、山混合形图 1-25 胶质层指数测定曲线 3) 使用探针测定胶质层厚度不够严格，易受操作者主观感觉的影响。

(5)焦块技术特征分类。

一般从六个方面对焦块的技术特征进行鉴定和分类： 1)缝隙。

以焦块底面为准，分为无缝隙，少缝隙和多缝隙三种。

2)孔隙。

指焦块剖面的孔隙分布情况，分为小孔隙、小孔隙带大孔隙和很多大孔隙等三种。

3)海绵体。

海绵体指焦块上部的蜂焦部分，分为无海绵体、小泡状海绵体、大泡状海绵体及敞开式海绵体等四种。

4)绽边。

绽边指有些煤的焦块由于收缩应力，而裂成裙状周边。

按其高度可分为无绽边、低绽边、中绽边和高绽边等四种。

5) 色泽。

以焦块断面的颜色和光泽为准，分为黑色、深灰色和银灰色等三种。

6)熔合情况。

焦炭熔合情况分为粉状的 (不结焦)、凝结的、部分熔合的和完全熔合的 (成块) 等四种。

2. 烟煤的罗加指数 (R.I.) 罗加指数英文缩写 R.I.，波兰文缩写 LR。

它是波兰煤化学家 B.罗加教授于1949 年提出的测定烟煤粘结性的一种方法。

我国于 1955 年引进该法，经过研究、改进，现已制订了国家标准 GB5549—85《烟煤罗加指数测定方法》。

(1)方法概要。

称取 1g 粒度为 0.2mm 以下的标准无烟煤煤样(我国采用宁夏汝箕沟无烟煤，粒度为 0.3～0.4mm，Ad<4%，Vdaf<7%)，在瓷质罗加坩埚中混匀、铺平。

然后，加 115g 的钢质砝码并在 6kg 的压力下压实 30s。

加上坩埚盖，放入 850± 10℃的马弗炉内灼烧 15min。

取出后冷却，称得焦块重量 Q，再把全部焦块放在孔径为 1mm 的圆孔筛上过筛。

将筛上大于 1mm 的焦块再称重得 a。

然后放入罗加鼓中转动 5min，转速为 50± 2r/min。

再把鼓内的焦块放入 1mm 圆孔筛上过筛，筛上物又一次称重得 b。

然后，再把大于 1mm 的焦块按上法分别进行第二次和第三次各为 5min 的转鼓试验，并分别称出大于 1mm 的焦块重量c 和 d。

按下式计算罗加指数：式中 Q——焦化处理后焦渣重量，g; a——第一次转鼓试验前大于 1mm 的焦渣重量，g; b ——第二次转鼓试验后大于 1mm 的焦渣重量，g; c ——第三次转鼓试验后大于 1mm 的焦渣重量，g; d——第四次转鼓试验后大于 1mm 的焦渣重量，g。

计算结果取到小数第一位。

每一试验煤样应分别进行两次重复试验。

同一化验室平行测定误差不得超过 3，不同化验室误差不得超过 5。

以平行试验结果的算术平均，作为最终结果，报告结果时取整数。

(2) 各种煤的罗加指数变化范围。

煤的牌号不同，其粘结性能不一样，罗加指数的数值各异，一般在 0～92 之间变化。

我国各种煤的罗加指数大致范围见表 1-34。

我国各类煤的罗加指数大致范围表 1-34 煤种长焰煤气煤 R.I. ≤15 肥煤焦煤瘦煤贫煤不粘煤弱粘煤 <10 无烟煤、褐煤>15～90 >80～92 >60～85 >10～60 ≤10≥10～40 0(3) 罗加指数测定法的优缺点：优点： 1)对中等及较弱粘结煤有较强的区分能力，与 y 值和 b 值等有一定的相关性。

2) 该法简易、快速、用煤量少，易于推广。

缺点： 1)对罗加指数 R.I.大于 75 的强粘结性煤区分能力较差，特别是特强粘结性煤还需用其他指标来正确区分。

2)对罗加指数 R.I.小于 20 的弱粘结性煤，测定值的重现性较差。

3. 烟煤的粘结指数 (GR.I.) 烟煤的粘结指数记作 GR.I.，简写为 G。

它是中国用以表征烟煤粘结性的主要指标之一。

粘结指数是在罗加指数的基础上进行改进的一种测定烟煤粘结性的方法。

其原理和试验用的仪器与罗加指数完全相同，试验方法也基本上相同。

(1)方法概要。

粘结指数测定的全过程，大体上和罗加指数差不多。

不同的是：所用的标准无烟煤，粒度改为 0.1～0.2mm，焦块的转鼓次数改为 2 次，并省去了转鼓试验前焦块的第一次过筛。

每次测定时间比罗加指数有所减少。

粘结指数 G 按下式计算：式中 m——焦化处理后焦渣重量，g; m1——第一次转鼓试验后筛上部分的重量，g; m2——第二次转鼓试验后筛上部分的重量，g。

如果测得的 G<18，需重做试验，测定结果按下式计算：式中符号意义均与上式相同。

每一试验煤样应进行二次重复试验。

当 G≥18 时，同一化验室两次平行测定值之差不得超过 3，不同化验室间报告值之差不得超过4。

当 G<18 时，同一化验室两次平行测定值之差不得超过 1，不同化验室间报告值之差不得超过 2。

以平行试验结果的算术平均值，作为最终结果。

报告结果取整数。

(2) 各种煤的粘结指数变化范围。

煤的变质程度不同，粘结性不一样。

一般中等煤化度的肥煤粘结性最好，G 值最大。

我国各种煤的粘结指数范围在 0～110 内变化，见表 1-35。

我国各类烟煤粘结指数的大致范围表 1-35 煤种气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤不粘煤长焰煤弱粘煤 <5 0～25 >5～40GR.I. >15～90 >90～110 >40～90 >5～60 ≤5 (3)粘结指数测定法的优缺点：优点： 1)该法较罗加法更为简易、方便，操作步骤减少。

2)该法较罗加法对各种煤的区分更为灵敏，特别适合于区分中等煤化度煤的粘结性。

缺点： 1)对肥煤的区分仍不能满足要求，还要借助 y 值和 b 值。

2)对弱粘结性煤的平行测定，误差较大。

4.烟煤的奥亚膨胀度 (b%) 1926～1929 年奥蒂伯尔(E.Audibert)创立了奥亚膨胀度试验，它是测定烟煤结焦性的方法之一。