不同黏結指數煤的奧阿膨脹計試驗研究

衛雙果

（山西省地質礦產研究院有限公司，山西 太原 030001）

隨著我國電力、冶金、化工等行業的不斷發展，對煤的需求量也在不斷增加，以高效、清潔、高效益及高附加值為選擇標準來對煤炭進行綜合開發利用[1-3]。膠質層指數、奧阿膨脹度、黏結指數從不同方向反映在加熱干餾過程中煤產生膠質體的性質、數量和黏結性能[4-5]。膠質層指數反映了膠質體的數量、特性，但難以反映在加熱過程中膠質體的膨脹性。黏結指數是度量無煙煤與煤樣充分混合加熱后，煤顆粒間或煤顆粒與周圍的無煙煤黏合的牢固程度。黏結指數能較好地反映弱黏結性和中等黏結性煤中膠質體性質，對強黏結性煤的靈敏度比較差[6-8]。在加熱過程中煤產生的膨脹能促進煤顆粒之間的相互融合接觸，焦炭的強度與煤的膨脹性能有關[9-10]。奧阿膨脹計試驗反映了在干餾過程中煤發生收縮或膨脹的程度，主要取決于煤樣在加熱的過程中氣體的析出速度、膠質體透氣性及塑性體的量等，反映了膠質體的質和量，用來研究煤的分類、成焦機理及煤質鑒定等方面。目前對不同黏結指數下的煤的奧阿膨脹計試驗的相關研究比較少，通過對不同黏結指數下的試驗煤樣進行奧阿膨脹計試驗研究，分析在不同黏結指數下各個試驗結果的變化規律，從而促進煤炭更好地分類加工利用。

1 試驗煤樣奧阿膨脹計試驗

1.1 奧阿膨脹計試驗方法

按《煙煤奧阿膨脹計試驗》（GB/T 5450-2014）的規定將試驗煤樣制成規定長度的煤筆并裝入膨脹管內，再將膨脹管放入達到溫度要求的電爐中，然后以3 ℃/min 的速度加熱升溫。當加熱到一定溫度后煤樣開始熱解，析出部分揮發分，然后開始軟化，膨脹桿向下移動，煤筆縮短變形，試樣開始收縮；當煤筆完全呈塑性狀態，膨脹桿停止下降，煤筆停止收縮；隨著煤粒繼續受熱，膠質體的塑性使煤樣開始膨脹，當溫度達到試驗煤樣的固化點后，膠質體開始固化成半焦，煤筆膨脹達到最大值[7]。

1.2 奧阿膨脹計試驗記錄曲線類型

圖1 ～圖4 為奧阿膨脹計試驗4 種記錄曲線類型。T1為軟化溫度，是膨脹桿下降0.5 mm 時的溫度；T2為開始膨脹溫度，是膨脹桿下降到最低點后開始上升時的溫度；T3為固化溫度，是膨脹桿停止移動時的溫度；a為最大收縮度，是膨脹桿下降的最大距離占煤筆長度的百分比；b為最大膨脹度，是膨脹桿上升的最大距離占煤筆長度的百分比。

圖1 煙煤奧阿膨脹計試驗正膨脹曲線

圖 2 煙煤奧阿膨脹計試驗負膨脹曲線

圖 3 煙煤奧阿膨脹計試驗僅收縮曲線

圖 4 煙煤奧阿膨脹計試驗傾斜收縮曲線

2 結果與討論

2.1 最大收縮度a 和最大膨脹度b

最大收縮度a是隨著干餾過程中膠質體生成而產生的，它表明煤的軟化行為。最大收縮度a不僅能反映煤樣的收縮性，也能反映煤樣的膨脹性。最大膨脹度b一樣的兩種不同黏結性的煤樣，最大收縮度a不同，則最大收縮度a小的煤樣，膠質體的透氣性差、黏結度大。最大收縮度a也可以反映煤的黏結性質[7]。

最大膨脹度b是比較關鍵的檢測指標，它反映了在加熱干餾過程中煤顆粒之間的結合情況。最大膨脹度b越大，越能很好地推動煤顆粒之間的融合接觸，從而提高煤的黏結性。對入爐煤來說，其最大膨脹度b可粗略估計在塑性階段的煤對鍋爐墻體產生的影響，是否會因膨脹度過大而對鍋爐產生危害。

不同黏結指數G下的試驗煤樣奧阿膨脹計試驗的最大收縮度a及最大膨脹度b的變化規律如圖5。

圖5 不同黏結指數下的最大收縮度a 與最大膨脹度b

由圖5 可知，當試驗煤樣的黏結指數G為0 時，煤樣在加熱時不產生膠質體，試樣沒有軟化也沒有膨脹，體積曲線呈直線，最大收縮度a為0；當試驗煤樣的黏結指數0＜G＜50 時，隨著黏結指數的增大，煤的透氣性增大，最大收縮度a逐漸增大，奧阿膨脹計試驗曲線為僅收縮曲線，說明試驗煤樣在加熱過程中軟化析出膠質體后沒有隨著溫度的繼續升高而發生膨脹；當試驗煤樣的黏結指數50＜G＜85時，最大收縮度a有所變化但并不明顯，最大膨脹度b有所增大，說明在該黏結指數范圍內試驗煤樣基本是在析出膠質體完成收縮后，塑性體才開始膨脹且膨脹性逐漸增大；當黏結指數G＞85 時，最大收縮度a有所減小，隨著黏結指數的進一步增大，最大收縮度a變化又趨于平緩，最大膨脹度b呈增大趨勢，說明當黏結指數G較大時，一些試驗煤樣并不是膨脹桿下降達到最低點完全收縮后才開始膨脹，而是一邊熱解一邊膨脹，從而使最大收縮度a變小。隨著膨脹度的增大，煤的變質程度越好，膠質體的量及膠質程度越好，黏結性越好。

2.2 軟化溫度T1、開始膨脹溫度T2、固化溫度T3

固化溫度與軟化溫度之間的差值為軟、固化溫度區間，該區間與煤的變質程度、煤的種類等有關，反映了煤在膠質體狀態下停留的時間長短。軟、固化溫度區間間隔越長，煤在膠質體下停留的時間越長，越有利于煤顆粒在軟化后的融合，從而促進干餾過程中煤在膠質體下的連續性，提高煤的黏結性[4]。不同黏結指數G下的試驗煤樣奧阿膨脹計試驗的軟化溫度T1、開始膨脹溫度T2、固化溫度T3的變化規律如圖6。

圖6 不同黏結指數下的軟化溫度T1、開始膨脹溫度T2、固化溫度T3

由圖6 可知，隨著試驗煤樣黏結指數G的增大，軟化溫度T1、開始膨脹溫度T2、固化溫度T3總體上呈下降趨勢，試驗煤樣開始軟化析出膠質體所達到的溫度及所用的時間變小；軟、固化溫度區間總體呈增大趨勢，軟、固化溫度區間的增大，說明試驗煤樣在析出膠質體后，膠質體狀態下停留的時間變長，煤顆粒軟化后的融合性更好，煤的黏結性增大。

3 結論

隨著試驗煤樣黏結指數G的增大，最大膨脹度b值呈增大趨勢；最大收縮度a值有所變化但不是特別明顯；各個溫度總體上呈下降趨勢；軟固化溫度區間呈增大趨勢。最大膨脹度b值越大，煤的變質程度越好，越能很好地推動煤顆粒之間的融合接觸，提高煤的整體黏結性。當黏結指數G＞50 時，試驗煤樣在析出膠質體后，塑性體發生膨脹，各個參數均有所變化，說明奧阿膨脹計試驗對弱黏結性煤的區分能力較差，對中、強黏結性煤的區分能力較強，而黏結指數能較好地反映弱黏結性和中等黏結性煤中膠質體性質，對強黏結性煤的靈敏度比較差。通過對黏結指數與奧阿膨脹度的測定可以很好地區分煤的黏結性強弱，從而更好地促進煤的分類加工利用，達到降本增效的目的。