粘结剂组分对型煤性能影响的实验研究

粘结剂组分对型煤性能影响的实验研究实验型煤的抗压强度、跌落强度、防水性是衡量型煤物理性能的重要指标。型煤的抗压强度、跌落强度都是型煤的机械强度。抗压强度是指常温下按标准实验条件在压力机上测得的型煤冷球的机械强度，反映了型煤冷球的抗压能力。跌落强度是在特定条件下测定的型煤脆性指标，反映了煤球抗冲击的能力。型煤作为一种商品必须经过生产的各个阶段以及贮存、装卸、人炉等诸多环节，而在此过程中不可避免地要受到各种挤压力和冲击力，只有具备了较高的抗压强度和跌落强度，才能避免型煤在使用前就产生破碎。因为抗压强度较高而跌落强度较低的煤球受到冲击力时仍易破碎，所以考察型煤的强度时不能只考虑抗压强度而忽视了其跌落强度。防水性反映了型煤在经过水浸或雨淋后其物理性能的变化，防水性好的型煤经水浸后还具有较高的机械强度，仍能满足运输、使用的要求；防水性较差的型煤遇水散裂或受力极易破碎，将部分或完全失去其应有的使用价值。由于目前我国的型煤生产和使用单位大多使用露天煤场，且在运输过程中也时常遇到阴雨天气，所以型煤具有较好的防水性是非常重要的。另外，在型煤的气化过程中要通入水蒸气，如防水性差也会影响气化的正常进行。型煤的抗压强度、跌落强度和防水性是反映型煤质量的重要指标，是决定型煤能否满足储运要求，实现商品化的关键因素。而型煤的这些质量指标与生产型煤的粘结剂有着直接的关系，因此，研究粘结剂各组分对型煤物理性能的影响有着重要的理论和现实意义。l实验原料煤取自济源产无烟煤，其工业分析见表1。表1原煤工业分析煤样Mad%Aad%Vad%FCad%St,ad%Qnet,d%济源煤4.8214.802.3878.000.4126.051．1实验仪器及设备HG型万能材料试验机、500ml烧杯、金属网、跌落强度测定装置。1．2测试方法1．2．1型煤抗压强度的测定方法按MT／T748—1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法进行测定。测定方法提要为：从型煤试样中取若干个煤球，在材料试验机上对试样匀速加压，直至试样破碎为止。记录试样破碎前承受的最大压力，并取所有数据的平均值作为型煤的冷强度(单位：N／个)。1．2．2型煤浸水强度的测定办法型煤水浸强度的测定按MT／T749--1997进行。测定方法要点为：一定数量的型煤放在室温的水中浸泡达24h后，取出，逐个置于规定的实验机的施力面中心位置上，以规定的均匀位移速度单向施力，记录型煤开裂时实验机显示施加的压力。然后以各个型煤测定值的算术平均值作为浸水强度(单位N／个)，作为衡量型煤防水性的指标。1．2．3型煤跌落强度的测定办法依据GB／T154959规定的方法进行，测定方法要点为：取煤球10个称重，装在箱底可以打开箱子里，在离地2．Om高处打开箱底，让煤球自由跌落到12mm厚的钢板上，反复跌落三次后，用13mm的筛子筛分，取13mm级的重量百分数作为煤球的跌落强度指标。2实验结果及分析-12实验结果及分析为了使实验的结论能直接应用于指导生产，在方案设计时遵循了紧密结合生产实际的原则：(1)粘结剂的来源广、价格低；(2)型煤气化时不产生有害组分和二次污染物。依据上述原则，在MS型煤技术现有的研究基础上，参考煤质学、煤化学的有关知识，拟选取粘结剂中的主要组分MgO、调和液和粘土为实验的三个因子。按正交实验方法安排设计实验，各因子水平分别设置为：MgO占型煤干料的质量百分比：4％、5％、6％；调和液浓度(波美度)：5。Bé、9。Bé、13。Bé；粘土占型煤干料的质量百分比：0％、1％、2％。实验结果见表2。表2型煤各项性能指标测定数据表试验号A%B。BéC%D冷强度N/个水浸强度N/个跌落强度%灰熔点1410-462.716487.813002421-847.325493.413003432-923.227692.513004511-744.523290.313005522-1013.331299.5313006530-927.428995.713007612-806.523493.813008620-915.927496.913009631-1133.334099.2613002．1粘结剂组分对型煤冷强度的影响由表2经计算可得正交实验分析表3。表5的数据是由表4中的数据带入公式计算得到的，其中用到的公式为，Kj——第j水平对应的冷强度之和；kj——第i水平对应的冷强度的平均值，其计算公式为，kj=∑Kj/3R——极差，同一水平均的最大值与最小值之差；T----令强度之和；ST——冷强度的均值，ST=T／9表3冷强度正交实验分析表2实验结果及分析-2因子ABCD-项目K12233.22013.72306--K22685.22776.52725.1--K32855.72983.92852.4-T:7774.1K1744.4671.2768.67--K2895.1925.5908.37-ST:863.79K3951.9994.63950.8--R207.5323.4181.83--由表3可得各组分含量与型煤冷强度关系图1，粘结剂总量与型煤冷强度关系图2。图1粘结剂各组分含量与型煤冷强度关系图2粘结剂总量与型煤冷强度关系由图1可知，随着各因子水平的提高，型煤的冷强度呈现增大的趋势，其中一、二水平间增幅较大，二、三水平间增幅较小，说明随因子水平的进一步提高，强度的增幅趋于平缓。图2也反映出型煤冷强度随着粘结剂总量的增加逐渐增加的趋势。但也存在例外的情况，这是由各组分对冷强度影响的显著性不同和配比的差异而引起的。经计算分析发现，当Me0和调和剂的摩尔比为14：1时型煤的冷强度最高。由表3知，RB=323．4RA=207．5Rc=181．83，所以三因子对型煤冷强度影响的主次关系是：(主)B→A→C(次)2实验结果及分析-32．2粘结剂组分对型煤跌落强度的影响由表2经计算可得到表4。表4跌落强度正交实验分析表因子ABCD-项目K1273.7271.9280.4--K2285.53289.83282.96--K3289.96287.26285.83-T:849.191K191.2390.693.47--K295.1896.61-ST:94.35K396.6595.8295.28--R5.425.981.8--由表4可得粘结剂各组分含量与跌落强度关系图3，粘结剂总量与跌落强度关系散点图4。由图3可知，因子A和C对型煤跌落强度的影响是一致的：随因子水平的提高跌落强度逐渐增大。因子B对跌落强度的影响则不然，即当因子B由一水平增至二水平时，跌落强度是增加的。但由二水平增至三水平时，跌落强度却是减小的。之所以出现这种情况可能存在下述两方面的原因：(1)粘结剂各组分的配比发生了变化。当配比不恰当时，粘结剂与粉煤的混合物固化时就不能形成较高的强度结构，从而导致型煤跌落强度的下降；(2)过剩的调和液形成了具有脆性结构的物质。当调和液在粘结剂各组分中的比例较高时，过剩的调和液会和其它物质进一步反应生成抗冲击力较差的结构，而导致型煤跌落强度的降低。笔者认为第二原因是造成这种情况出现的主要原因。可以认为图4中出现的随粘结剂总含量的增大，部分型煤跌落强度降低的现象，也是有上述原因引起的。表4中RB=5．98RA=5.42RC=1．8，所以影响型煤跌落强度的主次顺序是：(主)B→A→C(次)图3粘结剂各组分量与跌落强度关系图4粘结剂总量与跌落强度关系2实验结果及分析-42．3粘结剂组分对型煤防水性的影响由表2经计算可得表5表5水浸强度正交实验分析表因子ABCD-项目K1694630727--K2833840826--K3848905822-T:2375K1231.33210242.33--K2277.67280275.33-ST:263.89K3282.67301.67274--R46.3491.6733--由表5可得各组分含量与型煤水浸强度关系图5。粘结剂总量与型煤冷强度关系图6。图5各组分量与型水浸强度关系图6粘结剂总量与型煤水浸强度关系分析上面两图可以发现，随粘结剂组分水平的提高和粘结剂总量的增加，型煤的湿态强度呈现增大的趋势，但增大到一定的程度后增幅逐渐减少。对于因子C则出现了由二水平增至三水平时，湿态强度下降的情况。笔者认为这是由于粘土和煤形成的混合体本身是不防水的，而过量的粘土又无法和其他组分生成防水的物质，而导致了型煤整体温态强度的降低。表5中RB=91．67RA=46．34RC=33，所以影响型煤湿态强度的主次顺序是：(主)B→A→C(次)3结语(1)粘结剂组分是影响型煤物理性能的重要因素，通过优化粘结剂配方可以提高型煤的物理性能；(2)三组分对MS型煤冷强度、抗碎强度、防水性影响的显著次序是：调和液、MgO、粘土。