《烟煤奥亚膨胀度测定》实验综述报告*

荣俊锋, 张 晔, 李伏虎, 焦发存, 武成利, 王金明

膨胀度是以煤样干馏时体积发生膨胀或收缩的程度来表征煤的塑性和胶质体的不透气性, 奥亚膨胀度实验结果直接体现在膨胀度曲线上。 最大膨胀度b 值广泛用于煤质评价、 煤炭分类及研究煤成焦机理; 指导配煤炼焦和焦炭强度预测等方面[1-3]。 实验以GB/T5450-1997《烟煤奥亚膨胀计试验》作为重要参考, 规范性要求严格。

1 实验目的

(1)掌握AY-8 微机奥亚膨胀度测定仪使用方法;

(2)掌握b 值在测定烟煤粘结性、 配煤炼焦方面的意义。

2 实验原理

将试验煤样制成一定规格煤笔, 放入膨胀管内, 然后放入专用电炉内, 以一定升温速度进行加热。 煤受热分解, 析出挥发分, 接着软化析出胶质体, 煤笔变形缩短, 使膨胀杆下降,这是煤收缩过程。 当煤笔呈塑性状态充满煤笔与膨胀管壁间隙, 膨胀杆不再下降, 收缩结束。

随温度升高, 塑性体逐渐膨胀, 膨胀杆上升, 温度达煤固化点时, 塑性体固化成半焦, 这时, 膨胀杆停止运动。 图1 就是一种典型膨胀曲线。 以位移曲线最大距离占煤笔原始长度百分数表示煤样膨胀度(b)大小。

图1 典型膨胀曲线Fig.1 Typical expansion curve

3 实验仪器

3.1 主要仪器

AY-8 微机奥亚膨胀度测定仪: 烟煤奥亚膨胀度测定仪属常用煤炭化验设备, 是测定膨胀度指标专用仪器。 图2 一套完整的奥亚膨胀度测定装置。 煤性质不同, 膨胀不同。

图2 烟煤奥亚膨胀度测试装置Fig.2 Device for measuring the expansion degree of bituminous coal

3.2 测试记录设备

膨胀管及膨胀杆; 电炉; 控制仪及计算机输出系统。

3.3 煤笔制备工具

成型模及附件; 量规; 成型打击器及附件; 脱模压力器及附件; 切样器。

3.4 辅助用具

膨胀管、 成型模清洁工具; 托盘天平; 酒精灯; 涂蜡棒等。

4 实验步骤

烟煤奥亚膨胀度测定实验流程如图3 所示。

图3 实验流程Fig.3 Experimental flow

4.1 制煤笔

称取4 g 试样置于蒸发皿内, 用0.4 mL 水润湿并均匀混合。 分多次转移至成型模内。 打击、 脱模、 切样、 制成60 mm长煤笔。 将制好的煤笔装入膨胀管中备用。

4.2 设参数

打开计算机桌面“奥亚膨胀度测定软件”, 将电炉预升至一定温度, 预升温度与挥发分存在一定关系, 如表1 所示。

表1 预升温度与挥发分关系Table 1 Relationship between pre-rising temperature and volatile matter

点击“欢迎进入”, 进入图4 所示界面, 即为基础参数设置及填写界面。 填写好试样编号、 平衡煤样编号等数据, 设置“全笔” 或“半笔” 及预升温度。 并点击“库清空”。 清除计算机软件缓存信息, 进行新的数据信息采集。

图4 基础参数设置及填写界面Fig.4 Basic parameter setting and filling interface

4.3 升 温

炉子升温到预升温度。 例如一种煤样挥发分25%, 预升温度设为350 ℃。

4.4 进 样

装好煤笔的膨胀管放入炉子内, 再将膨胀杆的顶端与传感器相连。

4.5 正式升温

点击计算机奥亚膨胀度测定软件监控界面上的“正式升温” 按钮。 如图5, 该按钮变红, 炉子正式升温。

图5 计算机监控界面Fig.5 Computer monitoring interface

4.6 绘曲线

计算机软件开始绘图。 待试样开始固化后, 继续加热5 min, 再停止加热。 将膨胀管从炉中取出, 垂直放在架子上。

5 实验结果与讨论

5.1 结果的报出

根据记录曲线, 获得T1、 T2、 T3、 a 、 b 等参数。 若膨胀曲线超过零点线后变成水平, 则称为正膨胀; 若膨胀曲线在恢复到零点线前变成水平, 则称为“负膨胀”。 因此, 有时也会出现图6 等形式曲线。

图6 几种典型膨胀曲线Fig.6 Several typical expansion curves

5.2 允许差

同一试样分别在不同炉次进行两次测定结果之差, 须符合表2 规定。

表2 同一试样不同炉次两次测定结果之差规定Table 2 The difference between the two determination results of the same sample in different furnace times

5.3 影响测定结果的因素[4-7]

(1)煤样氧化程度: 煤样在空气中被氧化会使煤的粘结性下降, 其中对b 值得影响最显著。

(2)煤样粒度: 煤样粒度影响b 值测定结果。 过细, 所制煤笔结合坚固, 水分蒸发困难, 膨胀困难。 过细, 表面积大,易氧化。

(3)煤笔存放时间: 煤笔在空气中放置时间过长, 会导致b 值测定值偏小。

(4)炉场温度: 炉场上下温差越小越好。

(5)升温速率: b 值随升温速度增加而增加, 煤种不同、 影响程度不同。

6 思考题

(1)烟煤奥亚膨胀度测定的意义?

(2)煤笔制作的注意事项有哪些?

7 注意事项

(1)控制器, 电炉的接地线是试验室周边栽下的地线, 不是电源中线。

(2)控制器除启动, 到达预热温度, 试验结束报警以外,出现故障或异常情况也报警, 可按消音键消音。

8 结 语

作为以国标为参照标准进行的实验, 对仪器、 实验指导老师以及学生都有很高的要求。 总之, 烟煤奥亚膨胀度测定实验规范性很强, 涉及众多环节, 很多条件都会影响测定结果[8-12]。 由于测定环境复杂多样性及煤质本身易氧化性, 误差不可避免, 试验人员应严格按国标操作。