鮑俊芳，詹立志，尹秀利，項(xiàng) 茹

(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司煉焦煤利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430080)

煤的黏結(jié)性是指煙煤在干餾時(shí)黏結(jié)其自身及外加惰性物質(zhì)的能力。黏結(jié)指數(shù)G值是我國(guó)表征煙煤黏結(jié)性最為普遍的方法[1]，對(duì)相同變質(zhì)程度的煙煤，G值能較好地表征其黏結(jié)性的優(yōu)劣。我國(guó)煤炭采用G值作為煙煤分類(lèi)的工藝指標(biāo)，在煉焦企業(yè)及煉焦用煤貿(mào)易中應(yīng)用極其廣泛。然而，隨著煉焦企業(yè)用煤資源來(lái)源更加復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)相同變質(zhì)程度和G值煉焦煤煤質(zhì)相差相當(dāng)明顯。為此，本文對(duì)7組相同變質(zhì)程度和G值煉焦煤煤巖顯微組分、高溫塑性和成焦光學(xué)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并對(duì)G值表征煉焦煤結(jié)焦性進(jìn)行探討，以期科學(xué)認(rèn)識(shí)G值在煤質(zhì)評(píng)價(jià)中的意義。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)原料選取某焦化公司采購(gòu)的7組相同變質(zhì)程度和G值的煉焦煤，其工業(yè)分析指標(biāo)如表1所示。

表1 不同礦點(diǎn)煉焦煤工業(yè)分析指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 焦炭制備

煉焦煤在空氣中干燥后，將其制成粒度小于2 mm煤料，然后置入試驗(yàn)焦?fàn)t內(nèi)煉焦?？刂茰囟热缦拢涸?50 ℃以下升溫速率為5 ℃/min；250～700 ℃升溫速率為3 ℃/min，700～950 ℃升溫速率為4 ℃/min，950 ℃恒溫3 h。

1.2.2 分析檢測(cè)

黏結(jié)指數(shù)G值按GB/T 5447—1997測(cè)定，鏡質(zhì)組反射率采用MSP-200顯微光度計(jì)按GB/T6948—1998測(cè)定，高溫塑性按ASTM D2639—04測(cè)定；成焦光學(xué)組織顯微結(jié)構(gòu)按YB/T077—1995測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 G值表征結(jié)焦過(guò)程行為的局限性分析

煉焦煤的工藝特征指標(biāo)包括黏結(jié)指數(shù)G值、膠質(zhì)層指數(shù)Y值、奧亞膨脹度b值、羅加指數(shù)(R.I)、坩堝膨脹序數(shù)(CSN)、基氏流動(dòng)度和葛金焦型等[2]，其中基氏流動(dòng)度指標(biāo)包含的軟化溫度、固-軟溫度區(qū)間和最大流動(dòng)度等參數(shù)與結(jié)焦過(guò)程中煤大分子的熱解、中間相小球體的形成和長(zhǎng)大等化學(xué)反應(yīng)過(guò)程相關(guān)聯(lián)[3]，它是表征煉焦煤高溫塑性較為科學(xué)的指標(biāo)。

表2 不同礦點(diǎn)煉焦煤鏡質(zhì)組平均最大反射率值和高溫塑性

2.2 G值表征單種煤煉焦焦炭光學(xué)組織的局限性分析

焦炭光學(xué)組織顯微結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1(a)可看出，粗粒鑲嵌組織氣孔壁厚，無(wú)裂隙；由圖1(b)可看出，絲質(zhì)和破片組織與其他結(jié)構(gòu)之間界面清晰，容易形成收縮裂紋；由圖1(c)和(d)可看出，纖維組織顯微結(jié)構(gòu)氣孔壁薄或存在裂隙。

表3 不同礦點(diǎn)煉焦煤鏡質(zhì)組平均最大反射率值和焦炭光學(xué)組織

(a)粗粒鑲嵌組織 (b)絲質(zhì)和破片組織

(c) 纖維組織(薄壁) (d)纖維組織(裂隙)

圖1焦炭光學(xué)組織顯微結(jié)構(gòu)

Fig.1Opticaltextureofcoke

2.3 鏡質(zhì)組含量表征高溫塑性和單種煤煉焦焦炭光學(xué)組織的局限性分析

此外，煉焦煤煤質(zhì)上的差異與其形成年代密切相關(guān)，黑龍江煤屬中生代早白堊紀(jì)，青海煤屬中生代侏羅紀(jì)，四川煤屬晚古生代末期晚二疊紀(jì)，山東、河北、山西、河南等地?zé)捊姑簩偻砉派B紀(jì)和石炭紀(jì)[5]。

表4 不同礦點(diǎn)煉焦煤值和煤巖顯微組分

2.4 G值表征煉焦煤結(jié)焦局限性的原因分析

從測(cè)試方法上來(lái)分析，測(cè)試G值的加熱條件為850 ℃加熱15 min，得到煤料在快速升溫狀態(tài)下所表現(xiàn)出的工藝特征，它與實(shí)際焦?fàn)t內(nèi)煤料約3 ℃/min的升溫速率相差很大，G值無(wú)法模擬表征其在3 ℃/min升溫速率下煤料從分解熔融到縮聚固化結(jié)焦過(guò)程行為，這是該方法局限性的一個(gè)方面。從煤的物質(zhì)基礎(chǔ)上來(lái)分析， A礦～D礦煤具有較多的活性鏡質(zhì)組，煤料受到快速加熱產(chǎn)生較多可黏結(jié)惰性物質(zhì)的膠質(zhì)體，表現(xiàn)出較高的G值。然而，由于以上礦點(diǎn)煤料活性鏡質(zhì)組分子分解溫度較高，且受熱產(chǎn)生的膠質(zhì)體穩(wěn)定性不足而較早地縮聚固化，表現(xiàn)出較高的軟化溫度和較窄的固-軟溫度，這些特征在G值測(cè)定過(guò)程中都被掩蓋。另一個(gè)方面，G值局限性是外加惰性物粒度的限定范圍，不能表征變質(zhì)程度對(duì)膠質(zhì)體性質(zhì)帶來(lái)的差異[6]。

通過(guò)對(duì)各礦點(diǎn)煉焦煤變質(zhì)程度、G值、煤巖顯微組分、高溫塑性和成焦光學(xué)組織結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)部分變質(zhì)程度和G值相同的煉焦煤高溫塑性差異相當(dāng)大，形成的焦炭光學(xué)組織結(jié)構(gòu)差異非常明顯，結(jié)焦性的差異無(wú)疑使煤炭在煉焦配煤中起到不同的作用。

3 結(jié)論

(1)相同變質(zhì)程度和G值的煉焦煤高溫塑性差異相當(dāng)明顯，軟化溫度相差3～29 ℃，固-軟溫度區(qū)間相差8～42℃，最大基氏流動(dòng)度比值為1.3～1266。

(2)相同變質(zhì)程度和G值的煉焦煤所制焦炭光學(xué)組織差異明顯，粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)占比相差9%～43%，同性結(jié)構(gòu)占比相差2%～16%，纖維結(jié)構(gòu)占比相差15%～36%。

(3)鏡質(zhì)組含量表征高溫塑性和單種煤煉焦焦炭光學(xué)組織存在局限性，高溫塑性和煉焦煤成焦光學(xué)組織結(jié)構(gòu)的差異除受煤巖組分的差異影響外，煤可熔組分分子結(jié)構(gòu)的不同也是其內(nèi)在原因。

[1] 薛改鳳，項(xiàng)茹，陳鵬，等. 煉焦煤質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(1)：36-40.

[2] 虞繼舜.煤化學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000：47.

[3] Bronovets L M. Sapozhnikov’s method of coal plastometry[J].Coke and Chemistry,2006(5):1.

[4] 陶著.煤化學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1984：186.

[5] 韓德馨.中國(guó)煤巖學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996：117-549.

[6] 鮑俊芳，陳鵬，項(xiàng)茹，等.煉焦煤對(duì)大顆粒惰性物質(zhì)黏結(jié)能力的實(shí)驗(yàn)探討[J].煤化工，2012(4)：27-29.