幾種特殊焦塊形狀判斷及其膠質(zhì)層測(cè)試方法的應(yīng)用

張 璐

(同煤集團(tuán)煤質(zhì)管理監(jiān)測(cè)中心，山西 大同 037003)

引 言

煙煤分類(lèi)的一項(xiàng)重要工藝性指標(biāo)就是煤質(zhì)的膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定，該過(guò)程測(cè)定數(shù)值的高低客觀反映了工業(yè)化煉焦的質(zhì)量，因此通過(guò)對(duì)項(xiàng)數(shù)值的測(cè)定可以指導(dǎo)配煤煉焦過(guò)程。Y值的高低反映了煤的結(jié)焦性能好壞。隨著科學(xué)技術(shù)水平及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，Y值測(cè)定的精確度要求也是越來(lái)越高，同時(shí)用戶(hù)對(duì)測(cè)定Y值時(shí)使用設(shè)備的先進(jìn)性和精確性要求也越來(lái)越高。

膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定方法是通過(guò)對(duì)工業(yè)焦?fàn)t煉焦過(guò)程的模擬而設(shè)計(jì)出來(lái)的，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映了煤在熱分解過(guò)程中生成膠質(zhì)體的數(shù)量，而膠質(zhì)體性質(zhì)的優(yōu)劣也決定煙煤結(jié)焦性的優(yōu)劣。但是由于膠質(zhì)層指數(shù)試驗(yàn)的操作過(guò)程具有嚴(yán)格的規(guī)范性要求，分析過(guò)程中煤樣、設(shè)備、人為因素等測(cè)試條件的變化都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響，因此，筆者對(duì)CTY500型膠質(zhì)層測(cè)定儀器使用過(guò)程中操作事項(xiàng)和積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)近年同煤集團(tuán)出現(xiàn)的幾種特殊焦塊形狀的判斷，進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明。希望對(duì)獲得準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供幫助。

1 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

首先，將煤樣裝入指定的煤杯中，再將煤杯放在特制的電爐內(nèi)按照特定的升溫曲線單側(cè)加熱。一般情況下，煤杯的底部形成的是半焦，而其中部會(huì)出現(xiàn)厚度最大膠質(zhì)層。實(shí)驗(yàn)對(duì)膠質(zhì)層指數(shù)的測(cè)定就是測(cè)定此時(shí)膠質(zhì)層最大厚度Y，同時(shí)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的體積曲線測(cè)得最終收縮度X。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段裝煤杯時(shí)，不應(yīng)一次加入，應(yīng)分次加入。并且每次加入后應(yīng)鋪勻。如操作不當(dāng)會(huì)引起壓桿的偏離，造成煤杯壓桿的提前損壞，并出現(xiàn)卡住的情況，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)不建議馬上取出測(cè)膠小鐵棍，儀器使用建議250 ℃時(shí)候取出小鐵棍。這是因?yàn)?，在煤受熱結(jié)合軟化溫度到達(dá)之間取出為宜。結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，取出或早或晚都容易堵孔，在溫度250 ℃最佳。因?yàn)? ℃～250 ℃是煤的干燥過(guò)程。此外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)小細(xì)鋼棍的取出設(shè)定在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，煤樣裝好后小心地由紙管中抽出來(lái)，并不科學(xué)。通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，未達(dá)到250 ℃時(shí)即便小心抽出，無(wú)煤樣掉落進(jìn)孔，平衡鉈的壓力會(huì)對(duì)特殊煤種，大多都是黏結(jié)性較大的煤產(chǎn)生壓力，引起探測(cè)孔的堵塞，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果Y值測(cè)量的不準(zhǔn)確。所以建議在250 ℃時(shí)取出小細(xì)鋼棍。

測(cè)膠時(shí)候探測(cè)受阻即上層面，不應(yīng)感受到黏滯阻力就直接下按測(cè)量，應(yīng)當(dāng)一邊旋轉(zhuǎn)一邊下按。之所以這樣是因?yàn)槟z體形成后堵孔，中間會(huì)有氣體。直接下按測(cè)量尺，形成聯(lián)通，會(huì)有氣體冒出，對(duì)膠體Y質(zhì)測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。同理測(cè)完下層面，取出時(shí)候也應(yīng)旋轉(zhuǎn)緩慢拔出。并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間隔時(shí)間進(jìn)行間斷測(cè)量。

筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的從體積曲線開(kāi)始下降后幾分鐘開(kāi)始，到溫升至約650 ℃時(shí)停止的測(cè)膠區(qū)間外，同煤集團(tuán)有個(gè)別煤種會(huì)在90 min～110 min才開(kāi)始形成少量膠體，檢測(cè)到Y(jié)值，而初始的60 min時(shí)卻無(wú)任何狀況，容易引起誤判，以為沒(méi)有膠體，如第90頁(yè)圖1所示。所以實(shí)驗(yàn)者應(yīng)當(dāng)本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，做好每一次測(cè)量。

圖1 膠質(zhì)層指數(shù)的測(cè)定X-T圖

2 幾種特殊焦塊形成后的判斷

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的幾種焦塊熔合情況，分為粉狀(不結(jié)焦)、凝結(jié)、部分熔合、完全熔合。同煤集團(tuán)部分煤礦煤樣經(jīng)膠質(zhì)層實(shí)驗(yàn)后會(huì)發(fā)現(xiàn)，其介于粉狀和凝結(jié)狀態(tài)之間，粉狀、凝結(jié)、全部熔合共存的情況，以及完全熔合但是顆粒大且不致密。通過(guò)平時(shí)的大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平滑斜降，且黏結(jié)指數(shù)測(cè)定很低的煤判斷時(shí)會(huì)疑似成全部融合；而一些平滑下降的，黏結(jié)指數(shù)稍微有點(diǎn)低的煤，根據(jù)煤膠塊形狀本應(yīng)該是全部融合，但在實(shí)際判斷中，會(huì)誤以為是粉狀，這是不正確的，所以還要糾正，將一些特殊的煤樣進(jìn)行重新判定。所以，筆者對(duì)同煤集團(tuán)的特殊煤膠體產(chǎn)生膠塊情況做了重新歸納，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)未提及的膠塊判斷部分結(jié)合同煤集團(tuán)煤炭實(shí)際情況做了重新補(bǔ)充和說(shuō)明。具體內(nèi)容如下：

1) 有粉狀，有凝結(jié)，但是一捏就散了。此煤焦塊按粉狀判定。多見(jiàn)于侏羅紀(jì)的某煤，例如同煤本部的某礦生產(chǎn)的煤。

根據(jù)表1，結(jié)合焦渣特征(CB)這一技術(shù)指標(biāo)，3代表弱黏性。這一結(jié)果按照揮發(fā)分測(cè)定后CB值判斷應(yīng)該是焦塊粉狀，但是膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定后，取出焦塊觀察，實(shí)際測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)了部分凝結(jié)。此時(shí)，應(yīng)當(dāng)按粉狀處理，才符合煤種情況。如圖2b)。

2) 完全凝結(jié)在一起，顏色發(fā)黑、發(fā)烏，顆粒較粗且不致密，這種煤種可按照按凝結(jié)處理最佳，不按全部熔合處理。如圖2c)。

3) 表面顆粒粗，里面顏色白，顆粒致密這種煤種按照部分熔合狀處理最佳。如圖2d)。

4) 面狀的，掰開(kāi)斷面觀察，里面顆粒粗，但是緊湊這種煤種按照凝結(jié)的狀態(tài)處理最佳，不能按部分熔合。如圖2e)。

表1 同煤集團(tuán)四臺(tái)煤礦2018年某煤層煤質(zhì)指標(biāo)

圖2 幾種特殊焦塊熔合情況

3 結(jié)語(yǔ)

膠質(zhì)層指數(shù)作為煙煤分類(lèi)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其操作的規(guī)范性一直起到關(guān)鍵性的作用，而且在實(shí)施過(guò)程中的影響因素較多，只有嚴(yán)格遵守規(guī)范，把控好上述要點(diǎn)，并不斷練習(xí)積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，才能保證把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠度。同時(shí)，筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)同煤集團(tuán)的特殊煤膠體產(chǎn)生膠塊情況做了重新歸納。這些現(xiàn)象的分析對(duì)以后本公司煤種進(jìn)行記錄煤牌號(hào)、配煤生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。