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 1mm

y>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 >5～40

GR.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。1933 年由亚努(C.Arnu)作了改进。现在该法为西欧各国所广泛采用。b 值的测定简介如下： (1) 方法概要。将煤样制成一定规格的煤笔，放在一根铁制膨胀管内，其上再放置一根能在管内自由滑动的膨胀钢杆。将上述装置放入电炉内，以 3℃/min 的升温速度进行加热，记录膨胀杆的位移曲线。以位移曲线的最大距离占煤笔原始长度的百分数，表示煤样膨胀度的大小，典型的膨胀曲线如图 1-26 所示。图中DT 为软化温度，膨胀杆下 0.5min 时的温度;ST 为始胀温度，膨胀杆下降到最低点后，开始上升时的温度;FT 为固化温度，膨胀停止移动时的温度;a 为最大收缩度，膨胀杆下降的最大距离占煤笔长度的百分数;b 为最大膨胀度，膨胀杆上升的最大距离占煤笔长度的百分数。

图 1-26 体积曲线根据测定时记录的曲线可以算出五个基本参数，即软化温度DT、始胀温度 ST、固化温度 FT;最大收缩度 a、最大膨胀度 b。各种煤的奥亚膨胀度的曲线一般分为四种类型，如图 1-27 所示。 1)正膨胀，即图 1-27 的 a 图，是标准的膨胀曲线; 2)负膨胀，图 1-27 的 b 图，指收缩后膨胀杆回升的最大高度低于开始下降时位置，b 值以负值表示; 3) 仅收缩，图 1-27 的 c 图，指收缩后膨胀杆没有回升，则 b 值以“仅收缩”表示; 4)倾斜收缩，图 1-27 的 d 图，指最终的收缩曲线不是完全水平的，而是缓慢向下倾斜的，规定以500℃处的收缩值报出。奥亚膨胀度试验结果，均取两次重复测定的算术平均值，计算结果取到小数第一位，报告结果取整数。同一煤样分别在不同炉次进行的两次测定结果之差，按表 1-36 的规定。 b 值测定结果允许误差表 1-36 参数同一实验室不同实验室 15

三个特性温度 T，℃ 7

膨胀度 b

5(1+

) 5(2+

)

注：表中

是两次平行测定结果的平均值。

(2)各种煤的 b 值变化范围煤种不同其奥亚膨胀能力不一样，以中等煤化度的肥煤膨胀性能好，有些肥煤呈强膨胀性，b 值可高达 700%以上，一般肥煤的 b 值都在 150%以上，长焰煤和贫煤等变质程度浅的和深的烟煤，则不具有膨胀性。我国各种烟煤膨胀度的变化范围如表 1-37 所示。我国各牌号煤的膨胀度b 值范围表 1-37 煤种长焰煤不粘煤 1～3 弱粘煤号气煤 1～2 号肥气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤

b，% 仅收缩仅收缩仅收缩仅收缩～5 -20～200 180～680 0～200 仅收缩不软化～185 ～30

图 1-27 典型膨胀曲线 (3) 奥亚膨胀度测定法的优缺点：

优点： 1)奥亚膨胀度不仅能反映胶质体的数量，还能反映胶质体的质量，所以 b 值能表征煤的粘结性和结焦性。 2)对中、强粘结性的焦煤、肥煤、气肥煤等的区分，灵敏度大，与 y 值成正比直线关系。缺点： 1) b 值测定结果受煤样氧化的影响比较大，因此，煤样制成后应立即进行测定，否则应对煤样进行充氮气保护或低温保存。 2)对弱粘结性煤的区分灵敏度差。在我国在 G >85 时，才用 b 值和 y 值并列来区分煤类。 5. 煤的自由膨胀序数 (F.S.I.) 煤的自由膨胀序数也称坩埚膨胀指数。是表征煤的膨胀性和粘结性的指标之一。虽然它的区分灵敏度不高，只有 1～9。但目前西欧和日本等国仍用它来评定煤的粘结性，在国际贸易中也使用该指标来评价炼焦煤的优劣。下面简介一下自由膨胀序数的测定。 (1)方法概要。称取 1± 0.1g 粒度小于 0.2mm 的煤样，放入瓷制的自由膨胀序数坩埚中加盖后，进行快速加热，要求在 1.5min 内升温到 800± 10℃， 2.5min 升温到 820± 5℃。待挥发物全部析出后(不得少于

2.5min)，把坩埚从加热炉中取出，冷却后取出焦饼，与一组标准焦块的侧面图(图 1-28)进行比较。如果煤样经加热后不能粘结，焦块成粉状，其膨胀序数为 0;如果焦饼的体积没有膨胀，并放在平板上，很小心地加一块 500g 的砝码，若焦饼粉碎，则膨胀序数为 1/2;若只碎成 2～3 块，则膨胀序数定为 1。如果焦饼膨胀，找出它的最大侧面，然后和图 1-28 所示的标准焦块侧面图进行对照，与标准图相符者，该序数即为煤的自由膨胀序数号。同一煤样要进行 5 次测定，取其算术平均值，并修约(以 0.2 舍，入的方法取 0.5 即 1/2) 到 0.3 1/2 后报出结果。 (2) 各种煤的自由膨胀序数变化范围。煤的自由膨胀序数变化的范围较小，最小的为 0，最大的为 9，其间共分 0、1/2、1、11/2、2……

9 共 19 个序数号。年轻烟煤和年老烟煤的膨胀序数数值小，中等变质程度的肥、焦煤膨胀序数数值大。我国各种煤的自由膨胀序数如表 1-38 所示。

图 1-28 标准焦块侧形图及其相应的膨胀序数我国各类煤的 FSI 值表 1-38 煤种长焰煤不粘煤弱粘煤 1～3 号气煤 1～2 肥号肥煤煤焦煤瘦煤贫煤

FSI 0

～ 0 ～ 1 1/2

～

4～9

6～ 5～ 1 9 9

～ 0～ 1

～

(3) 自由膨胀序数测定法的优缺点：优点： 1) 该测定方法简单，便于操作，仪器设备容易制作。 2) 测定速度快，能在几分钟内就得出测定结果。缺点： 1) 用肉眼观察焦块来判定序数，主观性强，人为误差大。 2)测定值与其他粘结性指标比较有时会出现倒置现象，这是方法本身的弱点，无法进行补救。 3) 加热用的电炉丝，因受热强度太大，易氧化损坏，使用寿命短。 6. 煤的葛金焦型葛金焦型试验又称葛金干馏试验。是英国人葛莱(T.Gray)和金(J.G.King)两人于1932 年提出的一种既能测定煤的粘结性，又能同时测定煤的低温焦油产率、煤气和氨等产物的一种试验方法，另外还可以表征煤的结焦性。它是英国煤分类的主要粘结性指标，也是国际硬煤分类的结焦性指标之一。煤的葛金焦型试验方法如下。 (1)方法概要。将 20g 粒度小于 0.2mm 的煤样(或配加电极炭的煤样)放入石英或硬质玻璃干馏管中，进行隔绝空气加热，以 5℃/min 的速度升温到 600℃，在此保温 15min。根据收集的焦油、煤气、氨和热解水的重量，以求出这些干馏产物的收率。再根据残留在干馏管中半焦的重量求出半焦收率，观察半焦粘结情况与一套标准焦型对比来区分各种类型，即得葛金焦型。 (2)葛金焦型的确定。膨胀性很强的煤，常须配入不同配比的电极炭，才能达到既不膨胀也不收缩的标准焦。然后，根据在 20g 煤中配入电极炭的克数 x 来确定焦型 Gx，x 一般为 1～ 12 间的任一数字。葛金焦型的检查与分类

参照焦渣特征或自由膨胀序数可粗略地估计出煤样的葛金焦型范围见表 1-39。如焦渣特征为 1～4 号或自由膨胀序数为 0～1/2 的煤，其葛金焦型多为 A～B 型。焦渣特征为 5～6 号或自由膨胀序数为 1～3 时，葛金焦型多在 C～G 型之间。焦渣特征为 6～8 号时，自由膨胀

序数为

～5 或

～9，葛金焦型为 F～G4 或 G3～G10。

葛金焦型与自由膨胀序数的关系表 1-39 FSI 0～1 G-K A～B C-D D～E D～G

2～ 3 FSI G-K G1～G2 G3～G4 ≥G5 ≥G8

4～

5～ 6～7 8～9 (3)葛金焦型试验测定法的优缺点：优点：葛金焦型试验的优点是可以比较全面地了解煤的各种热分解产物和炼焦用煤 (含配煤) 的情况。缺点： 1)根据半焦状况来判定焦型只是定性的，缺乏数量的概念，往往带有人为的主观性。 2)对于强膨胀性的煤，需要多次配入不同比例的电极炭，方能达到既不膨胀又不收缩的标准焦，操作繁复。 7. 煤的基氏塑性指数煤的基氏塑性常以最大流动度和最大流动温度表示，它是德国人基塞勒(K.Gieseler) 于1934 年提出来的。该方法系在规定的条件下，对煤样进行加热，并给装在煤样中的搅拌桨以一定的扭矩，随着煤的受热后软化，搅拌桨可以旋转。根据搅拌桨转速，可以测得最大流动度α(常以 lgα表示) 和最大流动的温度。基氏塑性的测定是将 4.5g 粒度在 0.42mm 以下的煤样与搅拌桨一起压装在煤杯中，搅拌桨轴上施加 100g ·的力矩。在 3℃/min 的升温速度下，煤样逐渐软化、熔融和固化。在整 cm 个过程中搅拌桨的转速从零升到最大后又降为零。这样就测得了煤的基氏塑性指标：最大流动度αmax 和塑性温度值分别为：软化温度(Tp)，最大流动度温度(Tmax)、再固化温度 (Tk)。煤的基氏塑性最大流动度αmax 代表了煤的塑性体处于最稀薄状态时的特性，但不能表示整个塑化阶段的特性。如肥煤的曲线较平坦而且较宽，这说明它停留在较大流动性时的时间较长，因此适应性较大，可供配合的煤种比较广泛。有些 1/3 焦煤的最大流动性虽然很大，但曲线陡而尖，说明它处于较大流动性时的时间较短。图 1-29 列出了气煤、肥煤、焦煤和瘦煤等几种炼焦煤的基氏塑性曲线。

图 1-29 几种典型的基氏塑性曲线基氏塑性指数的优点是对中强粘结性煤或中等粘结性煤有较好的区分能力，同时它不仅能测定单种煤的胶质体的最大流动度，而且也能测定配煤胶质体的最大流动度及最大流动温度，用以指导炼焦配煤。该法的缺点是在测定中受人为的和仪器的影响较大，不同化验室之间的测定误差较大，可比性较差; 对强粘结性煤的区分能力较差，其测定结果误差更大。

基氏流动度是美国、日本等国广泛应用的指标。我国已引进该试验方法，用它来研究加热速度对煤的粘结性的影响是很有成效的。 8. 煤的粘结度我国冶金系统最近提出了一种测定煤粘结性的新指标，称为煤粘结度。其基本原理与粘结指数相似，都是罗加指数测定方法的改进型。测定方法是按照煤的粘结性强弱，分别制取煤样和无烟煤之比为 1g ：5g，2.5g：3.5g， 6g： 0g。标准无烟煤样用的汝箕沟矿西沟平硐 101 巷道产的煤，粒度为 0.1～0.2mm。在煤样焦化前，在坩埚内壁四周加入 6g 以上挥发分(Vdaf)大于 37%的，粒度小于 0.5mm 的褐煤或无粘结性的长焰煤粉，目的是防止煤样被氧化。坩埚和试样放入 330℃的炉中缓慢升温，要求在 10min 左右把炉温回升到 330℃。然后以 3℃/min 匀速升温，当炉温达到 600℃时，结束试验。冷却后，取出钢块，把坩埚中的半焦倒在孔径为 1mm 的方孔筛上过筛。将筛上物称重后放入罗加转鼓中转动

5min，计 250r，筛去小于 1mm 的焦末。筛上物再转 250r，再过筛，称重。粘结度 (N) 按下式计算：

式中 g1——第一次转鼓试验后小于 1mm 的半焦重，g; g2——第二次转鼓试验后小于 1mm 的半焦重，g; g——第一次转鼓试验前小于 1mm 的半焦重，g; B ——与试验煤样、无烟煤的比例有关的常数，当比例为 1：5 时，B 值取 143;比例为 2.5：3.5 时，B 值取 80; 比例为 6：0 时，B 值取 17。当煤样和无烟煤的比例取 1∶5 进行试验时，若 30g1+50g2/g<4，须再按 2.5∶3.5 的比例重做试验。若 30g1+50g2/g 的值仍小于 4，须再按 6：0 的比例再一次重做试验。若这时煤样虽能粘结成半焦块，可进行转鼓试脸，但 30g1+50g2/g 的值还是小于 4，还要按 6∶0 的比例重做试验，但只进行一次转鼓试验，且转鼓只转 25r。粘结度的测定结果要按下式计算：

式中 g1——转鼓试验后，大于 1mm 的半焦重，g; g——转鼓试验前，大于 1mm 的半焦重，g。当 N>20 时，同一化验室的允许误差为 4 个单位;当 N≤20 时，同一化验室的允许误差为 1 个单位。煤的粘结度的优点是粘结性的区分范围比较大，尤其对强粘结性的肥煤类的区分更好，所以对炼焦配煤有一定的指导作用。不足之处是操作比较麻烦、费时，对有些煤样需要进行三次以上的配比试验才能得出结果，因此因效率较低而较难推广。 9. 煤的 200kg 焦炉试验煤的 200kg 焦炉试验是一种半工业性的炼焦试验，该试验焦炉炉体由一个炭化

室和两个燃烧室构成，每个燃烧室有三个立火道，一个水平烟道和一个烟道管。还有推焦机、熄焦车各一台，一个装煤斗以及一台小型洗煤机等主要设备，有的还配有捣固机等。试验焦炉 (炭化室) 的主要尺寸是： 1640mm 有效高 900mm 全长 450mm 有效长 800mm 宽度 1050mm 有效容积 0.32m3 全高试验焦炉的主要操作技术指标是：

结焦时间立火道标准温度装炉煤细度(<3mm) 一次装煤量(干基)

16h(一般焦饼中心温度≥950℃) 1050± 10℃ 85± 3% 230kg

捣固时，装煤量一般为 250kg (干基)，结焦时间一般为 18h 左右。炼出的焦炭用经过落下试验后的筛分组成，转鼓试验以检验其强度。筛分级别有> 80mm、80～60mm、 60～40mm、 40～20mm、 20～10mm 及<10mm 六个级别。把>80mm 及80～60mm 的焦炭按比例取出总量为 50kg 进行转鼓试验。转鼓是一个直径 1m、高 1m 的圆柱体，速度为 25r/min，共转 4min。转鼓试验后的焦炭，以 M40 代表抗碎强度，即块度大于 40mm 含量的百分数;以 M10 代表焦炭的耐磨强度，即块度小于 10mm 含量的百分数。一般都用这两个指标来衡量焦炭的机械性能。M40 越大，M10 越小的焦炭，其机械性能越好。 200kg 焦炉炼焦试验方法的优点是：该炼焦试验接近于煤的实际炼焦工艺条件，其试验结果与工业焦炉生产之间有较好的相关关系。它可以为炼焦生产选择合理的配煤方案提供可靠的技术依据; 可用来鉴定单种煤的结焦性; 可为选择合适的粘结性指标和为不同炼焦煤牌号的划分提供参考依据。200kg 焦炉试验的不足之处是：它不能代替工业性大炉试验和炉组试验，M40 和 M10 与大炉试验数据之间有时还有较大的差别。在试验炉操作时，因受火焰的影响，立火道的测温还不太准确; 膨胀压力的测定也存在重现性不好和误差较大以及煤气放空不能计量，自动化水平低等问题。 10.煤的各种粘结性和结焦性指标之间的关系煤的粘结性和结焦性是煤的工艺性能的主要指标，尤其是评价炼焦煤质量的主要指标。然而，还没有一个指标能充分反映各种煤的粘结性与结焦性，只是不同的指标反映着不同的侧面。所以，要研究了解各种粘结性和结焦性指标间的关系，掌握不同指标的适用范围和审核测试结果都有一定的实际意义。 (1) 自由膨胀序数 (FSI)和罗加指数之间有相当好的对应关系：

FSI 0～1/2 1～2

～4 >4

R.I. 0～5 >5～10 >20～45 >45 (2)自由膨胀序数与葛金指数相关，可以互换，

见表 1-43。而与基氏流动度两者都不相关。 (3)胶质层最大厚度(y 值)与自由膨胀序数(FSI)间的关系：两者之间总的趋势是烟煤的 FSI 随 y 值的增高而增大。例如：当 y<7mm 时，则 FSI<3;若 y>40mm 时，则 FSI=8～9。需要指出的是，FSI 值不仅随粘结性的增高而加大，而且还随煤的挥发分的升高而降低。例如： y=10mm 左右的气煤和瘦煤，两者的 FSI 值不一样，瘦煤的 FSI=5～ 6，而气煤的 FSI=2～3。相差 3 左右。其原因是煤在加热时，瘦煤因挥发分少，气体析出少而使 FSI 值变高，气煤则不然，由于气体大量析出促使焦块的膨胀高度降低。所以，在使用 FSI 值判断煤的粘结性时，还应考虑挥发分 (Vdaf) 值的大小。 (4)胶质层最大厚度 (y 值)与奥亚膨胀度(b 值)之间的关系：烟煤的 y 值与 b 值之间具有很明显的正比直线关系，即 b 值随 y 值的增大而增大。两者间的相关系数 r 为 0.92。例如：y 值大于 25mm 的肥煤，b 值在 150%以上;y 值大于 30mm 的肥煤或气肥煤，b 值在 200%以上;y 值大于 40mm 以上的特强粘结煤，b 值可高达 400%以上。从我国的煤质特征看，y 值最大可达

60mm，个别的 b 值可高达 780%。对于弱粘结煤，当 y 值在 4～9mm 时， b 值一般在 -29～1%之间; 对于 y 值小于 15mm 的烟煤，b 值均不超过 80%。

(5)胶质层最大厚度(y 值)与粘结指数(GR.I)之间的关系：粘结指数 G 值是随着胶质层最大厚度 y 值的增大而增大，但两者之间不呈正比直线关系。在 y 值小于 30mm 以前， G 值随 y 值的加大而明显增加，在 y 值大于 30mm 以后，G 值随 y 值的增加就不明显。当 y=15mm 左右时，G=60～90 以上; 当 y=10mm 左右时，G=45～75; 当 G>90 时， y=16～55mm。这就说明，对于中等粘结性的煤，G 值的区分能力比 y 值强。对于弱粘性煤也是如此，当 y=0 时，而 G=0～20 间变化，G 值比 y 值灵敏得多。 11. 我国各种煤的粘结性、结焦性指标的变化范围表 1-40 列出了我国从泥炭到石煤的各种不同牌号煤的粘结性和结焦性指标的变化范围。从表中可以看出，烟煤各种粘结性和结焦性指标之间的相关性及其相关关系：lgαmax 和 b 值对 FSI 与 FSI 对 y 值之间相关关系稍差外，其他指标间都有极好的相关性。我国不同牌号煤主要粘结性指标的一般变化范围表 1-40 煤的牌 y，mm 号粘结指 R.I. 数 GR.I. 0 0 0 0～25 0 >10 ～90 9～48 >40 ～ 95 >85 ～ 110 >60 ～ 95 >5～60 0～5 0 0 0 0 0 0 0 0～15 0 15 ～ 85 5～50 60 ～ 89 75 ～ 91 60 ～ 85 5～60 <5 0 0 0 0 奥亚膨胀自由膨 G-K 焦型度b 胀 % 序数仅收缩仅收缩仅收缩仅收缩仅收缩仅收缩～ 185 仅收缩～5 -20～200 180～680 0～200 仅收缩～ 30 不软化不软化不软化不软化不软化 0 0 0 0～2.5 0～0.5 1.5 ～ 7.5 1～4.5 4～9 6～9 5～9 1～7.5 0～1 0 0 0 0 AA A～B A～ CA E～G8 B～D G～ G8 G5～G18 G1～G8 C～G A～ CA AA A lgαmax 基氏焦渣特度征

泥炭年轻褐煤年老褐煤长焰煤不粘结煤气煤弱粘结煤 1/3 焦煤

肥煤焦煤瘦煤贫煤年轻无烟煤典型无烟煤年老无烟煤石煤

0(粉) 0(粉) 0(粉) 0～5 0(粉) >5～25 0(块)～9 >8～25 >25～60 >12～25

0( 块 ) ～ 12 0(粉) 0 0 0 0

不软化不软化不软化 <0.78 不软～稍软 0.85～5.0 0.30～1.6 2～5 4.4～5.8 1.8～4.6 0.3～1.5 不软～稍软不软化不软化不软化不软化

1 1 1～

2 1～4 1～2 4～7 3～6 5～7 6～8 5～8 4～7 1～

3 1～2 1 1 1

注：表中的范围只适用于洗精煤和灰分小于 10%的原煤。 12. 我国煤不同显微组分的粘结性我国煤不同显微组分的粘结性，根据山西煤化所的研究结果，如表 1-41 所示。从表中可以看出：肥煤镜质组的最大流动度和罗加指数较高，表明其粘结性最好，镜质组的软化温度一般随煤化度的加深而升高。树脂体的流动性 (αmax) 比肥煤还要高，挥发分竟高达 99.01%，但软化温度低，干馏后残炭产率极低，所以罗加指数很低。基氏塑性流动度以乐

平树皮为最高，奥亚总膨胀(a+b)最高，软化温度也相当高，故其罗加指数也高达 83。煤化度相同而煤岩显微组分不同的，其奥亚膨胀度的变化是：稳定组的b 值最大，镜质组次之，丝质组为仅收缩。所以在镜质组中配入稳定组，可提高 b 值;如在镜质组中配入丝质组，可降低 b 值。不同显微组分或微成分的粘结性表 1-41 矿区 (煤种) 岩相组成，% Cdaf Vdaf 基氏塑性计奥亚膨胀度罗加指 % % 最大流动度数镜质稳定丝质矿物软化温 a+b R.I αmax，° /min 组组组组度 t1，℃ 0.1 0.0 0.3 77.69 35.82 360 0 0.03

抚顺西露天 99.6 镜质组(长焰煤) 96.5 抚顺龙凤镜质组(气煤) 96.7 峰峰三矿镜质组(肥煤) 97.0 峰峰五矿镜质组(焦煤) 97.9 峰峰四矿镜质组(瘦煤)

7.9

0.3

0.3

81.57 40.49 24

371

0.3 61.6

0.3

2.8

0.2

88.04 32.69 390000

335

137 89.5

0.0

3.0

0.0

89.26 21.91 4180 401

40

78.1

0.0

1.8

0.3

90.73 17.88 8 434

4