浅谈胶质层指数对单种煤结焦性评价及在捣固配煤中的指导作用

武伟伟 

（河北华丰能源科技发展有限公司，河北邯郸 056300 ）

摘 要：胶质层指数可以表征胶质体的数量和性质，而胶质体数量及性质的差异影响焦炭质量的优劣。本文通过捣固炼焦生产实践，重点介绍如何合理使用胶质层指标，尤其是最终收缩度X和胶质层曲线对单种煤结焦性的评价及捣固焦炉配煤的指导。

关键词：结焦性、粘结性、胶质层、正向膨胀度、膨胀、收缩、“山”型、“波”型

引 言

胶质层指数是由前苏联学者提出的测定煤的粘结性的方法，主要测定胶质层最大厚度Y、最终收缩度X、体积曲线类型三个指标。胶质层最大厚度Y值是我国煤炭分类和评价炼焦用煤及配煤炼焦的主要指标。然而煤的胶质层最大厚度Y值只能表示胶质体的数量而不能反映胶质体的质量。但通过不同煤种的曲线类型结合其结焦性能指标可以看出，煤的胶质层曲线形状的差异，导致结焦性能的差异，能够很好的反映胶质体质量的好坏。最终收缩度X对捣固炼焦生产中推焦是否顺利有重要参考价值。所以我们需要对胶质层指数的三个指标进行综合运行，全面考虑，合理的进行使用，便于对单种煤结焦性评价和指导捣固焦炉配煤。

1、胶质层指数的优势        

我公司评价单种煤粘结性和结焦性能指标有：粘结指数、胶质层厚度、基氏流动度、小焦炉试验等。每个指标对研究煤的特性各有侧重，其中粘结指数主要测定煤的粘结性，侧重对惰性物的容纳能力，加和性较差；胶质层最大厚度主要测定胶质体的数量，无法表征胶质体质量；小焦炉试验主要测定煤的结焦性能，但实验周期较长，实验过程要求严格，误差较大，需多次试验；基式流动度表征煤的塑性，研究煤的流变性，可同时反映胶质体的数量和性质，但测定试验的规范性很强，数据偏差很大时，容易误导使用者。

胶质层指数测定简单，重现性好，其三个指标各有侧重：煤样的胶质层最大厚度Y具有加和性，对配煤有一定的帮助，这是其它黏结性指标所不具备的；胶质层曲线能够很好的动态反应煤受热后的软化、结焦过程，体现煤在不同时间段的存在状态，反应了煤的结焦机理，体现煤的结焦性；最终收缩度X表征煤料在生成半焦后的收缩情况，对焦炉中煤饼收缩、焦块块度、裂纹多少及推焦是否顺利用重要参考价值。

2、胶质层指数对单种煤结焦性的评价

单种煤的结焦性是配合煤结焦的基础，了解并掌握单种煤的结焦性，是指导配煤的主要依据。单种煤的胶质层曲线能够很好的表征其结焦性。

单种煤胶质层曲线的形状与煤种有一定关系。煤在恒压下加热时体积的变化，可反映出胶质体的厚度、粘结、透气性及气体析出强度，因而体积曲线与煤的胶质体性质有直接关系。因由底部加热，故每一层的温度都比其上层高，煤逐渐分层形成胶质体，固化和收缩的情况与炭化室中煤料的分层结焦相类似。若以煤样装填高度为0点，0点以上的部分曲线（大于装杯体积部分）则为正向膨胀度。不同变质程度烟煤的体积曲线形状不同，可根据不同单种煤胶质层曲线形状不同，对结焦性预判具有参考价值。

2.1气煤

按照国标气煤划分如下：

类别	代号	编码	分类指标
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
气煤	QM	34	＞28-37	＞50-65	≤25.0	≤220
		43	＞37	＞35-50
		44	＞37	＞50-65
		45	＞37	＞65

气煤胶质层曲线一般为“平滑下降”型、“波”型或“微波”型，优质的气煤可能出现“之字形”。

弱粘结性气煤胶质层薄，粘度小，气体易透过，因此对压塞不呈现大的压力，且煤的收缩度很大，胶质层曲线为“平滑下降”型（如下图）。该煤种胶质体流动性小，收缩度过大，炼焦时形成的焦炭粘结性差，熔融不好，气孔壁薄，纵裂纹多，抗碎及耐磨强度较差。

若气煤胶质体增多，熔融状况有所改善，胶质层曲线呈“波”形甚至“之字形”型，呈“之字形”形的气煤粘结较好（如下图）。该煤种胶质体流动性加前者提高，收缩度有所降低，炼焦时形成的焦炭粘结性、熔融有改善，抗碎及耐磨强度较前提有所提高。

2.2肥煤

按照国标肥煤划分如下

类别	代号	编码	分类指标
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
肥煤	FM	16	＞10-20	＞85	＞25.0	＞150
		26	＞20-28	＞85	＞25.0	＞150
		36	＞28-37	＞85	＞25.0	＞220

典型单一肥煤的胶质层曲线一般呈“山”型或“之山”型。

肥煤的胶质体厚,粘度也相对大一些,且不透气性和热稳定性较高,故气体不能通过胶质层由冷侧析出；当半焦尚未形成裂纹时,胶质层下面和胶质层中的气体跑不出去,给压塞以向上的推力,使曲线成“大山”型；当半焦产生裂纹和胶质体固化后,气体就由热侧中逸出,曲线就开始向下。

“山”型的曲线收缩度较小或为负值，说明胶质体膨胀后以一定的膨胀压力持续支撑，体积保持不变。“山”型的肥煤在结焦过程中，能以较多的胶质体和较大的膨胀压力，渗透、粘结、包裹其它瘦煤、贫瘦煤、贫煤等弱粘结性煤粒，起到炼焦过程中粘结剂作用。

典型的“山”型或“之山”型曲线特征，膨胀大，最终收缩度小，对鉴定混煤有一定作用。如检测肥煤胶质层曲线呈之字形时，可以判定该肥煤配有1/3焦煤或者该煤种应划分为1/3焦煤，有条件可以化验煤岩，通过分布图查看是否混煤。

肥煤的正向膨胀度（煤样装填高度为0,0以上的部分曲线）为20-25mm,且肥煤的最终收缩度小，表明肥煤胶质体成焦后的强度高。肥煤在配煤炼焦中主要用于调整煤的流动性和膨胀度。

如下图肥煤胶质层曲线呈“之山”混合型，没有正向膨胀，且其收缩度偏大，表明该肥煤挥发分偏高，成焦后裂纹大，质量相对较差。

如下图肥煤胶质层曲线呈“山”型，有正向膨胀，且其收缩度适中，表明该肥煤挥发分中等偏高，成焦后裂纹相对小，质量相对较好。

如下图肥煤胶质层曲线呈“山”型，有正向膨胀较大，且其收缩度相对较小，表明该肥煤挥发分较低，成焦后裂纹小，耐磨强度比同等挥发分的主焦煤都要好。

2.3焦煤

类别	代号	编码	分类指标
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
焦煤	JM	15	＞10-20	＞65	≤25.0	≤150
		24	＞20-28	＞50-65
		25	＞20-28	＞65	≤25.0	≤150

主焦煤胶质层曲线呈“之”字型、“波”型或“微波”型。

主焦煤胶质层比肥煤薄,但粘度比肥煤大.各层煤形成胶质体后,最初也如肥煤一样,因气体不能体积曲线的形状与煤种有一定关系由上下两侧逸出,而向上推压塞,曲线就向上了，随后一部分胶质体固化,半焦进一步收缩,形成网状裂纹,使气体逸出,压力降低,曲线下降.随即上面的胶质层下降将半裂裂纹由热侧堵塞,并又有胶质层形成,这样上述压上升,下降的情况又重复,故形成锯齿形曲线,焦炭则为多层组织.气体由冷热侧析出各半，焦炭致密,坚实,裂纹少。

主焦煤有正向膨胀性，且最终收缩度＜25mm，其胶质层曲线呈“大之字”形，其结焦性较好，如下图

若主焦煤没有正向膨胀性，曲线“波”型不规则且收缩度大，大于25mm，可能存在混煤，其结焦性差，如下图

2.4瘦煤

类别	代号	编码	分类指标
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
瘦煤	SM	13	＞10-20	＞20-50
		14	＞10-20	＞50-65

瘦煤胶质层曲线一般为“平滑斜降”型，没有正向膨胀性。

瘦煤的胶质层薄,但粘度大,流动性差,因此不能将加热后变形粒子之间的空隙完全充满,故气体能从空隙逸出因瘦煤挥发分相对偏低，收缩度相对小，曲线下降斜率比气煤小，胶质层曲线一般呈“平滑斜降”型。

如下图瘦煤，其形成胶质层的温度比气煤高得多，并且收缩量X也小。该瘦煤单独炼焦，焦炭粘结、熔融差，不耐磨，但裂纹少，块度大。

如下图瘦煤，在成焦过程中不软化熔融，没有形成胶质层或过于稀薄不易检测到。该瘦煤单独炼焦，焦炭粉大、易碎。

2.5 1/3焦煤

类别	代号	编码	分类指标
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
1/3焦煤	1/3JM	35	＞28-37	＞65	≤25.0	≤220

煤胶质层曲线一般为“之”字形、“之山”混合型、“波”型或“微波”型。

优质1/3焦煤挥发分适中，粘结指数较好，胶质体存在时间较长，胶质层曲线呈“之山”混合型，有正向膨胀度，其结焦性好，能起到一定肥煤作用。

一般的1/3焦煤，虽无但正向膨胀度，但也有较好的粘结，胶质层曲线多呈之字形或不明显的“之山”混合型，如下图

有的1/3焦煤粘结较差，无正向膨胀度，且最终收缩度较大，其结焦性较差，胶质层曲线呈波形，只能按照气煤使用，如下图

3、胶质层指数对捣固焦炉配煤的指导

捣固焦炉配合煤的挥发分（干燥无灰基）一般控制在28-32%，胶质层曲线一般有平滑下降型、波型、之字型。

3.1如果胶质层曲线较为平滑，没有波动，说明气体阻力很小，透气性好，很容易析出，该配合煤粘结差，胶质层数量少，生产出的焦炭质量较差，需要增加粘结较好的肥煤或气肥煤调整配合煤的流动性和膨胀性。

3.2如果胶质层曲线呈微波型、波型或之字型，则说明其说明其有足够的粘结性，结合胶质层最大厚度Y和最终收缩度X进行衡量。配合煤胶质层曲线呈微波形，且收缩度较大，则表明配比高挥发分种比例过大，可适当减少高挥发煤种，适当配入一些低挥发分煤种缓解收缩；配合煤胶质层曲线呈微波形，且收缩度较小，则表明配比高变质程度煤种比例过大，可适当减少低挥发煤种，适当配入一些高挥发分煤种增加收缩；胶质层曲线出现之字形，则说明粘结过剩，需增加弱粘结煤。

3.3较为理想的配合煤胶质层曲线多为微波形、波形，胶质层厚度一般在11-14。

3.4配合煤收缩度的控制。捣固炼焦固炼焦是将炼焦用煤通过捣固预处理技术，增大煤料的堆密度，改善煤料结焦性能。由于堆密度增加，煤料颗粒之间结合紧密，一定量胶质体粘结周边物料的量有所增加，气体析出阻力较大，从而增加了焦炭的机械强度。但由于捣固炼焦煤料堆密度大，气体析出难度增加，物料收缩较小，致使炉体受到煤料膨胀应力作用损坏炉体， 可能引起难推焦问题。因此，控制入炉煤最终收缩度至关重。收缩度较大时，焦炭气孔增多，裂纹增加，焦炭强度明显降低，焦炭整体较碎；收缩度偏低有利于焦炭强度的提高，但推焦电流会相对偏高。采取增大入炉煤堆密度、加高煤饼高度的方法提高焦炉产量及焦炉加热的不均匀等因素都会导致推焦电流增加。所以不同焦化厂控制收缩度大小不同，我们收缩度X一般在32-38。

3.5捣固焦的配合煤胶质层曲线一般呈微波形，如下图

4、结束语

  合理使用胶质层指数对单种煤结焦性评价和指导捣固焦炉配煤有重要作用，只是在单种煤评价及配煤中仅对胶质层最大厚度Y有足够重视，最终收缩度X、体积曲线往往受到忽略。最终收缩度X在捣固焦炉中需合理控制并引起重视以确保生产稳定；胶质层曲线是观察炼焦煤结焦过程行为方式的一种有用工具，进一步结合胶质层最大厚度Y，才能将胶质层指数在单种煤结焦性评价和指导配煤中的作用得以全面发挥。