榮俊鋒, 張 曄, 李伏虎, 焦發(fā)存, 武成利, 王金明

膨脹度是以煤樣干餾時體積發(fā)生膨脹或收縮的程度來表征煤的塑性和膠質(zhì)體的不透氣性, 奧亞膨脹度實驗結(jié)果直接體現(xiàn)在膨脹度曲線上。 最大膨脹度b 值廣泛用于煤質(zhì)評價、 煤炭分類及研究煤成焦機理; 指導(dǎo)配煤煉焦和焦炭強度預(yù)測等方面[1-3]。 實驗以GB/T5450-1997《煙煤奧亞膨脹計試驗》作為重要參考, 規(guī)范性要求嚴格。

1 實驗?zāi)康?/h2>

(1)掌握AY-8 微機奧亞膨脹度測定儀使用方法;

(2)掌握b 值在測定煙煤粘結(jié)性、 配煤煉焦方面的意義。

2 實驗原理

將試驗煤樣制成一定規(guī)格煤筆, 放入膨脹管內(nèi), 然后放入專用電爐內(nèi), 以一定升溫速度進行加熱。 煤受熱分解, 析出揮發(fā)分, 接著軟化析出膠質(zhì)體, 煤筆變形縮短, 使膨脹桿下降,這是煤收縮過程。 當煤筆呈塑性狀態(tài)充滿煤筆與膨脹管壁間隙, 膨脹桿不再下降, 收縮結(jié)束。

隨溫度升高, 塑性體逐漸膨脹, 膨脹桿上升, 溫度達煤固化點時, 塑性體固化成半焦, 這時, 膨脹桿停止運動。 圖1 就是一種典型膨脹曲線。 以位移曲線最大距離占煤筆原始長度百分數(shù)表示煤樣膨脹度(b)大小。

圖1 典型膨脹曲線Fig.1 Typical expansion curve

3 實驗儀器

3.1 主要儀器

AY-8 微機奧亞膨脹度測定儀: 煙煤奧亞膨脹度測定儀屬常用煤炭化驗設(shè)備, 是測定膨脹度指標專用儀器。 圖2 一套完整的奧亞膨脹度測定裝置。 煤性質(zhì)不同, 膨脹不同。

圖2 煙煤奧亞膨脹度測試裝置Fig.2 Device for measuring the expansion degree of bituminous coal

3.2 測試記錄設(shè)備

膨脹管及膨脹桿; 電爐; 控制儀及計算機輸出系統(tǒng)。

3.3 煤筆制備工具

成型模及附件; 量規(guī); 成型打擊器及附件; 脫模壓力器及附件; 切樣器。

3.4 輔助用具

膨脹管、 成型模清潔工具; 托盤天平; 酒精燈; 涂蠟棒等。

4 實驗步驟

煙煤奧亞膨脹度測定實驗流程如圖3 所示。

圖3 實驗流程Fig.3 Experimental flow

4.1 制煤筆

稱取4 g 試樣置于蒸發(fā)皿內(nèi), 用0.4 mL 水潤濕并均勻混合。 分多次轉(zhuǎn)移至成型模內(nèi)。 打擊、 脫模、 切樣、 制成60 mm長煤筆。 將制好的煤筆裝入膨脹管中備用。

4.2 設(shè)參數(shù)

打開計算機桌面“奧亞膨脹度測定軟件”, 將電爐預(yù)升至一定溫度, 預(yù)升溫度與揮發(fā)分存在一定關(guān)系, 如表1 所示。

表1 預(yù)升溫度與揮發(fā)分關(guān)系Table 1 Relationship between pre-rising temperature and volatile matter

點擊“歡迎進入”, 進入圖4 所示界面, 即為基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置及填寫界面。 填寫好試樣編號、 平衡煤樣編號等數(shù)據(jù), 設(shè)置“全筆” 或“半筆” 及預(yù)升溫度。 并點擊“庫清空”。 清除計算機軟件緩存信息, 進行新的數(shù)據(jù)信息采集。

圖4 基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置及填寫界面Fig.4 Basic parameter setting and filling interface

4.3 升 溫

爐子升溫到預(yù)升溫度。 例如一種煤樣揮發(fā)分25%, 預(yù)升溫度設(shè)為350 ℃。

4.4 進 樣

裝好煤筆的膨脹管放入爐子內(nèi), 再將膨脹桿的頂端與傳感器相連。

4.5 正式升溫

點擊計算機奧亞膨脹度測定軟件監(jiān)控界面上的“正式升溫” 按鈕。 如圖5, 該按鈕變紅, 爐子正式升溫。

圖5 計算機監(jiān)控界面Fig.5 Computer monitoring interface

4.6 繪曲線

計算機軟件開始繪圖。 待試樣開始固化后, 繼續(xù)加熱5 min, 再停止加熱。 將膨脹管從爐中取出, 垂直放在架子上。

5 實驗結(jié)果與討論

5.1 結(jié)果的報出

根據(jù)記錄曲線, 獲得T1、 T2、 T3、 a 、 b 等參數(shù)。 若膨脹曲線超過零點線后變成水平, 則稱為正膨脹; 若膨脹曲線在恢復(fù)到零點線前變成水平, 則稱為“負膨脹”。 因此, 有時也會出現(xiàn)圖6 等形式曲線。

圖6 幾種典型膨脹曲線Fig.6 Several typical expansion curves

5.2 允許差

同一試樣分別在不同爐次進行兩次測定結(jié)果之差, 須符合表2 規(guī)定。

表2 同一試樣不同爐次兩次測定結(jié)果之差規(guī)定Table 2 The difference between the two determination results of the same sample in different furnace times

5.3 影響測定結(jié)果的因素[4-7]

(1)煤樣氧化程度: 煤樣在空氣中被氧化會使煤的粘結(jié)性下降, 其中對b 值得影響最顯著。

(2)煤樣粒度: 煤樣粒度影響b 值測定結(jié)果。 過細, 所制煤筆結(jié)合堅固, 水分蒸發(fā)困難, 膨脹困難。 過細, 表面積大,易氧化。

(3)煤筆存放時間: 煤筆在空氣中放置時間過長, 會導(dǎo)致b 值測定值偏小。

(4)爐場溫度: 爐場上下溫差越小越好。

(5)升溫速率: b 值隨升溫速度增加而增加, 煤種不同、 影響程度不同。

6 思考題

(1)煙煤奧亞膨脹度測定的意義?

(2)煤筆制作的注意事項有哪些?

7 注意事項

(1)控制器, 電爐的接地線是試驗室周邊栽下的地線, 不是電源中線。

(2)控制器除啟動, 到達預(yù)熱溫度, 試驗結(jié)束報警以外,出現(xiàn)故障或異常情況也報警, 可按消音鍵消音。

8 結(jié) 語

作為以國標為參照標準進行的實驗, 對儀器、 實驗指導(dǎo)老師以及學生都有很高的要求。 總之, 煙煤奧亞膨脹度測定實驗規(guī)范性很強, 涉及眾多環(huán)節(jié), 很多條件都會影響測定結(jié)果[8-12]。 由于測定環(huán)境復(fù)雜多樣性及煤質(zhì)本身易氧化性, 誤差不可避免, 試驗人員應(yīng)嚴格按國標操作。