《煙煤奧亞膨脹度測定》實驗綜述報告*

榮俊鋒, 張 曄, 李伏虎, 焦發存, 武成利, 王金明

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

1 實驗目的

(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格煤筆, 放入膨脹管內, 然后放入專用電爐內, 以一定升溫速度進行加熱。 煤受熱分解, 析出揮發分, 接著軟化析出膠質體, 煤筆變形縮短, 使膨脹桿下降,這是煤收縮過程。 當煤筆呈塑性狀態充滿煤筆與膨脹管壁間隙, 膨脹桿不再下降, 收縮結束。

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 測試記錄設備

膨脹管及膨脹桿; 電爐; 控制儀及計算機輸出系統。

3.3 煤筆制備工具

成型模及附件; 量規; 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 試樣置于蒸發皿內, 用0.4 mL 水潤濕并均勻混合。 分多次轉移至成型模內。 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 設參數

打開計算機桌面“奧亞膨脹度測定軟件”, 將電爐預升至一定溫度, 預升溫度與揮發分存在一定關系, 如表1 所示。

表1 預升溫度與揮發分關系Table 1 Relationship between pre-rising temperature and volatile matter

點擊“歡迎進入”, 進入圖4 所示界面, 即為基礎參數設置及填寫界面。 填寫好試樣編號、 平衡煤樣編號等數據, 設置“全筆” 或“半筆” 及預升溫度。 并點擊“庫清空”。 清除計算機軟件緩存信息, 進行新的數據信息采集。

圖4 基礎參數設置及填寫界面Fig.4 Basic parameter setting and filling interface

4.3 升 溫

爐子升溫到預升溫度。 例如一種煤樣揮發分25%, 預升溫度設為350 ℃。

4.4 進 樣

裝好煤筆的膨脹管放入爐子內, 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 實驗結果與討論

5.1 結果的報出

根據記錄曲線, 獲得T1、 T2、 T3、 a 、 b 等參數。 若膨脹曲線超過零點線后變成水平, 則稱為正膨脹; 若膨脹曲線在恢復到零點線前變成水平, 則稱為“負膨脹”。 因此, 有時也會出現圖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果之差, 須符合表2 規定。

表2 同一試樣不同爐次兩次測定結果之差規定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 值測定結果。 過細, 所制煤筆結合堅固, 水分蒸發困難, 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, 到達預熱溫度, 試驗結束報警以外,出現故障或異常情況也報警, 可按消音鍵消音。

8 結 語

作為以國標為參照標準進行的實驗, 對儀器、 實驗指導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范性很強, 涉及眾多環節, 很多條件都會影響測定結果[8-12]。 由于測定環境復雜多樣性及煤質本身易氧化性, 誤差不可避免, 試驗人員應嚴格按國標操作。