武偉偉 

（河北華豐能源科技發展有限公司，河北邯鄲 056300 ）

摘 要：膠質層指數可以表征膠質體的數量和性質，而膠質體數量及性質的差異影響焦炭質量的優劣。本文通過搗固煉焦生產實踐，重點介紹如何合理使用膠質層指標，尤其是最終收縮度X和膠質層曲線對單種煤結焦性的評價及搗固焦爐配煤的指導。

關鍵詞：結焦性、粘結性、膠質層、正向膨脹度、膨脹、收縮、“山”型、“波”型

引 言

膠質層指數是由前蘇聯學者提出的測定煤的粘結性的方法，主要測定膠質層最大厚度Y、最終收縮度X、體積曲線類型三個指標。膠質層最大厚度Y值是我國煤炭分類和評價煉焦用煤及配煤煉焦的主要指標。然而煤的膠質層最大厚度Y值只能表示膠質體的數量而不能反映膠質體的質量。但通過不同煤種的曲線類型結合其結焦性能指標可以看出，煤的膠質層曲線形狀的差異，導致結焦性能的差異，能夠很好的反映膠質體質量的好壞。最終收縮度X對搗固煉焦生產中推焦是否順利有重要參考價值。所以我們需要對膠質層指數的三個指標進行綜合運行，全面考慮，合理的進行使用，便于對單種煤結焦性評價和指導搗固焦爐配煤。

1、膠質層指數的優勢        

我公司評價單種煤粘結性和結焦性能指標有：粘結指數、膠質層厚度、基氏流動度、小焦爐試驗等。每個指標對研究煤的特性各有側重，其中粘結指數主要測定煤的粘結性，側重對惰性物的容納能力，加和性較差；膠質層最大厚度主要測定膠質體的數量，無法表征膠質體質量；小焦爐試驗主要測定煤的結焦性能，但實驗周期較長，實驗過程要求嚴格，誤差較大，需多次試驗；基式流動度表征煤的塑性，研究煤的流變性，可同時反映膠質體的數量和性質，但測定試驗的規范性很強，數據偏差很大時，容易誤導使用者。

膠質層指數測定簡單，重現性好，其三個指標各有側重：煤樣的膠質層最大厚度Y具有加和性，對配煤有一定的幫助，這是其它黏結性指標所不具備的；膠質層曲線能夠很好的動態反應煤受熱后的軟化、結焦過程，體現煤在不同時間段的存在狀態，反應了煤的結焦機理，體現煤的結焦性；最終收縮度X表征煤料在生成半焦后的收縮情況，對焦爐中煤餅收縮、焦塊塊度、裂紋多少及推焦是否順利用重要參考價值。

2、膠質層指數對單種煤結焦性的評價

單種煤的結焦性是配合煤結焦的基礎，了解并掌握單種煤的結焦性，是指導配煤的主要依據。單種煤的膠質層曲線能夠很好的表征其結焦性。

單種煤膠質層曲線的形狀與煤種有一定關系。煤在恒壓下加熱時體積的變化，可反映出膠質體的厚度、粘結、透氣性及氣體析出強度，因而體積曲線與煤的膠質體性質有直接關系。因由底部加熱，故每一層的溫度都比其上層高，煤逐漸分層形成膠質體，固化和收縮的情況與炭化室中煤料的分層結焦相類似。若以煤樣裝填高度為0點，0點以上的部分曲線（大于裝杯體積部分）則為正向膨脹度。不同變質程度煙煤的體積曲線形狀不同，可根據不同單種煤膠質層曲線形狀不同，對結焦性預判具有參考價值。

2.1氣煤

按照國標氣煤劃分如下：

類別	代號	編碼	分類指標
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
氣煤	QM	34	＞28-37	＞50-65	≤25.0	≤220
		43	＞37	＞35-50
		44	＞37	＞50-65
		45	＞37	＞65

氣煤膠質層曲線一般為“平滑下降”型、“波”型或“微波”型，優質的氣煤可能出現“之字形”。

弱粘結性氣煤膠質層薄，粘度小，氣體易透過，因此對壓塞不呈現大的壓力，且煤的收縮度很大，膠質層曲線為“平滑下降”型（如下圖）。該煤種膠質體流動性小，收縮度過大，煉焦時形成的焦炭粘結性差，熔融不好，氣孔壁薄，縱裂紋多，抗碎及耐磨強度較差。

若氣煤膠質體增多，熔融狀況有所改善，膠質層曲線呈“波”形甚至“之字形”型，呈“之字形”形的氣煤粘結較好（如下圖）。該煤種膠質體流動性加前者提高，收縮度有所降低，煉焦時形成的焦炭粘結性、熔融有改善，抗碎及耐磨強度較前提有所提高。

2.2肥煤

按照國標肥煤劃分如下

類別	代號	編碼	分類指標
			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

典型單一肥煤的膠質層曲線一般呈“山”型或“之山”型。

肥煤的膠質體厚,粘度也相對大一些,且不透氣性和熱穩定性較高,故氣體不能通過膠質層由冷側析出；當半焦尚未形成裂紋時,膠質層下面和膠質層中的氣體跑不出去,給壓塞以向上的推力,使曲線成“大山”型；當半焦產生裂紋和膠質體固化后,氣體就由熱側中逸出,曲線就開始向下。

“山”型的曲線收縮度較小或為負值，說明膠質體膨脹后以一定的膨脹壓力持續支撐，體積保持不變。“山”型的肥煤在結焦過程中，能以較多的膠質體和較大的膨脹壓力，滲透、粘結、包裹其它瘦煤、貧瘦煤、貧煤等弱粘結性煤粒，起到煉焦過程中粘結劑作用。

典型的“山”型或“之山”型曲線特征，膨脹大，最終收縮度小，對鑒定混煤有一定作用。如檢測肥煤膠質層曲線呈之字形時，可以判定該肥煤配有1/3焦煤或者該煤種應劃分為1/3焦煤，有條件可以化驗煤巖，通過分布圖查看是否混煤。

肥煤的正向膨脹度（煤樣裝填高度為0,0以上的部分曲線）為20-25mm,且肥煤的最終收縮度小，表明肥煤膠質體成焦后的強度高。肥煤在配煤煉焦中主要用于調整煤的流動性和膨脹度。

如下圖肥煤膠質層曲線呈“之山”混合型，沒有正向膨脹，且其收縮度偏大，表明該肥煤揮發分偏高，成焦后裂紋大，質量相對較差。

如下圖肥煤膠質層曲線呈“山”型，有正向膨脹，且其收縮度適中，表明該肥煤揮發分中等偏高，成焦后裂紋相對小，質量相對較好。

如下圖肥煤膠質層曲線呈“山”型，有正向膨脹較大，且其收縮度相對較小，表明該肥煤揮發分較低，成焦后裂紋小，耐磨強度比同等揮發分的主焦煤都要好。

2.3焦煤

類別	代號	編碼	分類指標
			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

主焦煤膠質層曲線呈“之”字型、“波”型或“微波”型。

主焦煤膠質層比肥煤薄,但粘度比肥煤大.各層煤形成膠質體后,最初也如肥煤一樣,因氣體不能體積曲線的形狀與煤種有一定關系由上下兩側逸出,而向上推壓塞,曲線就向上了，隨后一部分膠質體固化,半焦進一步收縮,形成網狀裂紋,使氣體逸出,壓力降低,曲線下降.隨即上面的膠質層下降將半裂裂紋由熱側堵塞,并又有膠質層形成,這樣上述壓上升,下降的情況又重復,故形成鋸齒形曲線,焦炭則為多層組織.氣體由冷熱側析出各半，焦炭致密,堅實,裂紋少。

主焦煤有正向膨脹性，且最終收縮度＜25mm，其膠質層曲線呈“大之字”形，其結焦性較好，如下圖

若主焦煤沒有正向膨脹性，曲線“波”型不規則且收縮度大，大于25mm，可能存在混煤，其結焦性差，如下圖

2.4瘦煤

類別	代號	編碼	分類指標
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
瘦煤	SM	13	＞10-20	＞20-50
		14	＞10-20	＞50-65

瘦煤膠質層曲線一般為“平滑斜降”型，沒有正向膨脹性。

瘦煤的膠質層薄,但粘度大,流動性差,因此不能將加熱后變形粒子之間的空隙完全充滿,故氣體能從空隙逸出因瘦煤揮發分相對偏低，收縮度相對小，曲線下降斜率比氣煤小，膠質層曲線一般呈“平滑斜降”型。

如下圖瘦煤，其形成膠質層的溫度比氣煤高得多，并且收縮量X也小。該瘦煤單獨煉焦，焦炭粘結、熔融差，不耐磨，但裂紋少，塊度大。

如下圖瘦煤，在成焦過程中不軟化熔融，沒有形成膠質層或過于稀薄不易檢測到。該瘦煤單獨煉焦，焦炭粉大、易碎。

2.5 1/3焦煤

類別	代號	編碼	分類指標
			Vdaf/%	G	Y/mm	b/%
1/3焦煤	1/3JM	35	＞28-37	＞65	≤25.0	≤220

煤膠質層曲線一般為“之”字形、“之山”混合型、“波”型或“微波”型。

優質1/3焦煤揮發分適中，粘結指數較好，膠質體存在時間較長，膠質層曲線呈“之山”混合型，有正向膨脹度，其結焦性好，能起到一定肥煤作用。

一般的1/3焦煤，雖無但正向膨脹度，但也有較好的粘結，膠質層曲線多呈之字形或不明顯的“之山”混合型，如下圖

有的1/3焦煤粘結較差，無正向膨脹度，且最終收縮度較大，其結焦性較差，膠質層曲線呈波形，只能按照氣煤使用，如下圖

3、膠質層指數對搗固焦爐配煤的指導

搗固焦爐配合煤的揮發分（干燥無灰基）一般控制在28-32%，膠質層曲線一般有平滑下降型、波型、之字型。

3.1如果膠質層曲線較為平滑，沒有波動，說明氣體阻力很小，透氣性好，很容易析出，該配合煤粘結差，膠質層數量少，生產出的焦炭質量較差，需要增加粘結較好的肥煤或氣肥煤調整配合煤的流動性和膨脹性。

3.2如果膠質層曲線呈微波型、波型或之字型，則說明其說明其有足夠的粘結性，結合膠質層最大厚度Y和最終收縮度X進行衡量。配合煤膠質層曲線呈微波形，且收縮度較大，則表明配比高揮發分種比例過大，可適當減少高揮發煤種，適當配入一些低揮發分煤種緩解收縮；配合煤膠質層曲線呈微波形，且收縮度較小，則表明配比高變質程度煤種比例過大，可適當減少低揮發煤種，適當配入一些高揮發分煤種增加收縮；膠質層曲線出現之字形，則說明粘結過剩，需增加弱粘結煤。

3.3較為理想的配合煤膠質層曲線多為微波形、波形，膠質層厚度一般在11-14。

3.4配合煤收縮度的控制。搗固煉焦固煉焦是將煉焦用煤通過搗固預處理技術，增大煤料的堆密度，改善煤料結焦性能。由于堆密度增加，煤料顆粒之間結合緊密，一定量膠質體粘結周邊物料的量有所增加，氣體析出阻力較大，從而增加了焦炭的機械強度。但由于搗固煉焦煤料堆密度大，氣體析出難度增加，物料收縮較小，致使爐體受到煤料膨脹應力作用損壞爐體， 可能引起難推焦問題。因此，控制入爐煤最終收縮度至關重。收縮度較大時，焦炭氣孔增多，裂紋增加，焦炭強度明顯降低，焦炭整體較碎；收縮度偏低有利于焦炭強度的提高，但推焦電流會相對偏高。采取增大入爐煤堆密度、加高煤餅高度的方法提高焦爐產量及焦爐加熱的不均勻等因素都會導致推焦電流增加。所以不同焦化廠控制收縮度大小不同，我們收縮度X一般在32-38。

3.5搗固焦的配合煤膠質層曲線一般呈微波形，如下圖

4、結束語

  合理使用膠質層指數對單種煤結焦性評價和指導搗固焦爐配煤有重要作用，只是在單種煤評價及配煤中僅對膠質層最大厚度Y有足夠重視，最終收縮度X、體積曲線往往受到忽略。最終收縮度X在搗固焦爐中需合理控制并引起重視以確保生產穩定；膠質層曲線是觀察煉焦煤結焦過程行為方式的一種有用工具，進一步結合膠質層最大厚度Y，才能將膠質層指數在單種煤結焦性評價和指導配煤中的作用得以全面發揮。