Спосіб визначеня спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних шихт

1. Спосіб визначення спікливості і спікливої здатності вугілля та вугільних ши хт, згідно з яким готують декілька проб з вугілля (вугільної шихти) і наповнювача з масовим відношенням - вугілля (вугільна шихта): наповнювач, що дорівнює - 1:0,11:3, формують щонайменше один зразок з кожної 3 38100 Вищенаведені визначення дозволяють застосовува ти для оцінювання спікливості та спікливої здатності вугілля і вугільних шихт методи вимірювання міцності спеченого залишку. Так, визначення спікливості припускає, що її мірою є міцність спеченого залишку (напівкоксу). Оскільки процес спікання завершується утворенням напівкоксу, то міцність напівкоксу може служити достовірною характеристикою спікливості вугілля та вугільних шихт. Також мірою спікливої здатності можуть бути показники міцності, що характеризують міцність контакту матеріалу, що утворюється при спіканні з інертним наповнювачем (метод Рога [3]). Визначення спікливої здатності припускає, що результатом термічних перетворень у разі спіканні вугілля (вугільних ши хт) з інертним наповнювачем (неспікливими матеріалами) є композиційний матеріал, що утворено із спікливої частини вугілля, яка виконувала роль в'яжучого, та наповнювача, роль якого виконують неспікливі компоненти вугілля та інертний наповнювач. Відомий спосіб визначення спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних шихт [4], що містить їх нагрівання за температур коксування та випробування механічної міцності спеченого залишку, що утворився. За наведеним способом у вугіллі до нагрівання розміщують розділові сітки, які виконано з металевих сітчастих матеріалів, а випробування механічної міцності виконують шляхом зсуву сі ток до руйнування спеченого залишку. Особливістю відомого способу є те, що між сітками розміщують алюмінієву фольгу з отворами. Застосування алюмінієвої фольги з отворами забезпечує задану сталу площу контакту у площині зсуву, яка використовується для розрахунку ступені когезійних властивостей вугільної ши хти, тобто її спікливості. Особливістю відомого способу є те, що нагрівання вугілля ведуть до 850°С. Недоліками відомого способу є те, що: відомий спосіб не забезпечує точність визначення показників спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних шихт; за відомим способом не враховується щільність вугілля та вугільних ши хт та її вплив на показники спікливості та спікливої здатності трамбованого вугілля та вугільних шихт, що мають різний ступінь щільності. Відомий спосіб визначення спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних шихт [5], що прийнятий у якості прототипу, за яким: a) готують декілька проб з вугілля (вугільної шихти) і наповнювача з масовим відношенням вугілля (вугільна шихта):наповнювач, що дорівнює - 1:0,1-1:3; b) формують, щонайменше, один зразок з кожної проби, c) нагрівають зразки до температури 600650°С із швидкістю нагріву 10-15°С/хв, d) витримують зразки за сталої температури до утворення спеченого залишку (зразка напівкоксу), e) охолоджують отримані зразки напівкоксу до кімнатної температури, 4 і) проводять випробування механічної міцності зразка напівкоксу на зсув, f) визначають спікливість та спікливу здатність вугілля та вугільних ши хт за механічною міцністю зразка напівкоксу. Особливістю способу є те, що готують проби зі спікливого індивідуального вугілля (вугільної шихти) та наповнювача з послідовним збільшенням вмісту наповнювача у кожній подальшій пробі, так, що кожна проба складається зі спікливого вугілля (вугільної шихти) та наповнювача з дотриманням масового співвідношення вугілля (вугільна шихта) та наповнювача, що дорівнює 1:0,1-1:3. Потім з кожної проби формують, щонайменше, один зразок. За інертний наповнювач використовують антрацит. Зразки нагрівають до 600-650°С без доступу повітря у спеціальній печі із швидкістю нагріву 10-15°С/хв та витримують за сталої температури протягом 20 хвилин (ізотермічне витримування). За цим зразки напівкоксу, що одержано у вигляді спечених залишків, охолоджують до кімнатної температури і ведуть випробування їхньої механічної міцності на зсув. На підставі отриманих даних встановлюють залежність механічної міцності зразків напівкоксу на зсув від масового співвідношення - спікливе вугілля (вугільна шихта):наповнювач - в початкових пробах і визначають спікливість та спікливу здатність вугілля (вугільної шихти) за лінійною низхідною ділянкою кривої залежності, яка відповідає рівнянню прямій у відрізках виду: К/а+s/sо=1, (1) де: К - масове співвідношення - спікливе вугілля (вугільна шихта):наповнювач, мас. ч. (масові частки); s - міцність зразка напівкоксу, МПа; sо - спікливість вугілля (вугільної шихти), МПа; а - спіклива здатність вугілля (вугільної шихти), мас. ч. Недоліками відомого способу є те, що: відомий спосіб не забезпечує достатню достовірність визначення спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних шихт в умовах їх використання для процесу коксування трамбованих ши хт; відомий спосіб не забезпечує достатню точність визначення показників спікливості та спікливої здатності трамбованого вугілля та вугільних шихт, що мають різний ступінь щільності. Задачею цієї корисної моделі є розробка способу, який дозволяє виконувати оцінювання вугілля та вугільних ши хт різного ущільнювання. Також задачею цієї корисної моделі є розробка способу оцінювання спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних ши хт, що дозволяє забезпечити високу точність визначення показників спікливості та спікливої здатності ущільненого вугілля та ущільнених вугільних ши хт, що призначені для промислового процесу коксування. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення спікливості та спікливої здатності вугілля та вугільних ши хт, за яким: a) готують декілька проб з вугілля (вугільної шихти) і наповнювача з масовим відношенням 5 38100 вугілля (вугільна шихта):наповнювач, що дорівнює - 1:0,1-1:3, b) формують, щонайменше, один зразок з кожної проби, c) нагрівають зразки до температури 600650°С із швидкістю нагріву 10-15°С/хв, d) витримують зразки за сталої температури до утворення спечених залишків (зразків напівкоксу), e) охолоджують отримані зразки напівкоксу до кімнатної температури, f) проводять випробування механічної міцності зразків напівкоксу на зсув, g) визначають спікливість та спікливу здатність вугілля та вугільних ши хт за механічною міцністю зразків напівкоксу, згідно до корисної моделі, під час формування зразка здійснюють ущільнення вугілля (вугільної шихти) до щільності 0,80-1,25г/см 3, при цьому для формування зразка використовують вугілля (вугільну ши хту) з вологістю 8-14%. У окремому варіанті виконання способу для утворення спечених залишків зразки витримують при сталій температурі 600±2°С впродовж 30 хвилин. На Фіг.1 зображені залежності міцності зразків напівкоксу, одержаного під час випробувань вугілля марки Г: 1.1 (А) – центральної збагачувальної фабрики (далі - ЦЗФ) «Комсомольська», без ущільнення; 1.1 (Б) – ЦЗФ «Комсомольська», з ущільненням; 1.2 (А) – ЦЗФ «Добропільська», без ущільнення; 1.2 (Б) – ЦЗФ «Добропільська», з ущільненням. На Фіг.2 зображені залежності міцності зразків напівкоксу, одержаного під час випробувань вугілля марки Ж: 2.1 (А) – ЦЗФ «Калінінська», без ущільнення; 2.1 (Б) – ЦЗФ «Калінінська», з ущільненням; 2.2 (А) – ЦЗФ «Київська», без ущільнення; 2.2 (Б) – ЦЗФ «Київська», з ущільненням. На Фіг.3 зображені залежності міцності зразків напівкоксу, одержаного під час випробувань різних шихт з ущільненням: 6 3.1 – шихта №1; 3.2 – шихта №2; 3.3 – шихта №3. Здійснення корисної моделі Для реалізації способу, що заявляється, готували декілька проб, що складалися із спікливого вугілля (вугільної шихти) та інертного наповнювача, у якості якого використовували антрацит, з масовим відношенням - вугілля (вугільна шихта):антрацит, що дорівнює 1:0,1-1:3 або у деяких випадках від 1:0,1 до 1:4. З кожної проби з подрібненням зерен не більш 0,5мм та початковою вологістю 8-14% формували, щонайменше, один зразок, у вигляді циліндра. Під час формування зразка здійснювали ущільнення вугілля (вугільної шихти) до щільності 0,80-1,25г/см 3. Отримані зразки вміщували у керамічну касету. Після цього завантажену касету із зразками засипали інертним наповнювачем і нагрівали у печі до температури 600-650°С із швидкістю нагріву 10-15°С/хв. при односторонньому підводі тепла. Потім касету витримували за сталої температури на протязі 30 хвилин. Кожний зразок, що знаходився у касеті, завдяки термічним реакціям, перетворювався у спечений залишок (зразок напівкоксу). Потім проводили випробування механічної міцності отриманих зразків напівкоксу на зсув. Результати випробувань відображали у графічному вигляді, внаслідок чого отримували криві розподілу міцності зразків напівкоксу в залежності від масового співвідношення - спікливе вугілля (вугільна шихта): наповнювач - у кожній пробі, що досліджувалася. На усіх кривих виділяли низхідну ділянку, за якою методом найменших квадратів розраховували значення спікливості та спікливої здатності вугілля (вугільної шихти) за вищевказаною залежністю (1). Приклади реалізації заявленого способу За допомогою заявленого способу випробували вугілля різних марок Г та Ж без ущільнення і з ущільненням. Характеристики вугілля надано у Таблиці 1. Таблиця 1 Постачальник (ЦЗФ) Комсомольска Добропільска Калінінська Київська Марка вугілля за ГОСТ 25543-83 Г Г Ж Ж Технічний аналіз, % Ad 7,7 6,2 6,7 9,5 Формували зразки з вказаного вугілля у суміші з наповнювачем, по 14 зразків кожної проби. Для цього до кожного вугілля, додавали інертний наповнювач - антрацит - з послідовним збільшенням вмісту наповнювача у кожній пробі вугілля. Потім суміші ретельно перемішували. У результаті кожна проба вміщувала спікливе вугілля та наповнювач з заданим масовим співвідношенням вугілля та наповнювача. s dt 1,64 1,2 2,42 2,52 Vdaf 38,0 36,6 33,6 30,5 Wa 1,54 2,04 1,04 1,08 Пластометричні показники мм x y 43 10 40 10 15 29 -1 28 Щільність завантаження неущільненого вугілля - 0,8г/см 3, ущільненого - 1,155г/см 3, при цьому отримані зразки, у вигляді циліндрів, мали висоту 60мм. Подрібнення вугілля і наповнювача ≤0,2мм. Вологість проб - 12%. У центральний осередок касети встановлювали термопару на висоті 8мм (область майбутнього прикладання механічного напруження для руйнування зразка напівкокса) від підстави касети, після 7 38100 чого центральний осередок заповнювали наповнювачем (антрацитом). Потім касету засипали інертним наповнювачем і нагрівали у печі з одностороннім підводом тепла до температури 600°С зі швидкістю 10°С/хв. За температури 600°С здійснювали ізотермічне витримування зразків за сталої температури протягом 30хв. до перетворення кожного зразка у спечений залишок (зразок напівкоксу). 8 По закінченні процесу ізотермічної витримки охолоджували одержані зразки напівкоксу до температури навколишнього середовища. Одержані зразки напівкоксу випробували деформацією на зсув на стенді до їх руйнування. Таким чином одержували показники механічної міцності зразків напівкоксу під час реалізації способу, що заявлено (з ущільненням вугілля). Результати випробувань зразків напівкоксу за заявленим способом наведено у Таблиці 2. Таблиця 2 Товщина Щільність Марка вугілля, ЦЗФ пластичного завантаженшару, у, мм ня, г/см 3 Г. Комсомо0,8 10 льська 1,155 Г, Добро0,8 10 пільська 1,155 Ж, Калі0,8 29 нінська 1,155 0,8 Ж, Київська 28 1,155 Міцність на зсув зразка напівкоксу - s, МПа за масового співвідношення антрацит-вугілля, мас. ч. 0:1 0.5:1 1:1 1,5:1 2:1 3:1 3,35 1,15 0,75 0,20 2,70 3,70 2,30 1,50 0,90 3,25 1,15 0,65 0,50 3,00 2,70 1,70 1,50 1,10 5,50 5,00 3,65 4,25 2,15 3,80 4,00 4,30 6,20 4,80 6,00 5,40 4,30 3,45 2,15 5,20 5,20 5,00 5,00 4,20 Прочерк у Таблиці 2 означає, що отриманий зразок напівкоксу був непридатним до випробувань (розсипався). 4:1 1,20 0,40 0,96 1,60 Зміни параметрів спікливості та спікливої здатності із збільшенням щільності завантаження наведено у Таблиці 3. Таблиця 3 Марка вугілля, ЦЗФ Г, Комсомольська Г, Добропільська Ж, Калінінська Ж, Київська Товщина пластично- Спікливість sо, MПa за щільності завантаження го шару, у, мм 0,8г/см 3 1,155г/см 3 10 2,84 4,40 10 2,70 3,00 29 6,09 12,50 28 6,57 8,70 Дані Таблиці 3 показують, що неущільнене вугілля однієї марки, але різних ЦЗФ, практично не різниться за товщиною пластичного шару. Воно також незначно різниться за показниками спікливості та спікливої здатності за способом, що вибрано за прототип. Але, після ущільнення в усьому вугіллі підвищується спікливість, причому, якщо у вугілля марки Г ЦЗФ Добропільська незначно усього на 11%, то у газового вугілля Комсомольської ЦЗФ - на - 55%, і різниця між ними стає суттє Спіклива платність а, мас. ч. за щільності завантаження 0,8г/см 3 1,155г/см 3 1,44 2,39 1,54 3,00 4,95 2,16 4,56 2,56 вою. Змінюється також спікливість жирного вугілля. Якщо у вугілля ЦЗФ Київська усього на 32,4%, то у вугілля ЦЗФ Калінінська - на 105,3%. Тому, при складанні шихт, що йдуть на трамбування, доцільно вибирати вугілля, що має максимальне збільшення показника спікливості. Заявленим способом випробували різного складу вугільні шихти, що були використовувані у процесі трамбування. Склад та технологічні властивості досліджених ши хт наведено у Таблиці 4. Таблиця 4 Компон ентни й склад шихти, % Показник ТОВ Пластомет- в іддзеркаТехнічний ”Дон№ Комсомольсь- Добропільсь- Распадсь- Айстра- Київ сь- Чу манівсь- Інду стричні показлення Айстрааналіз, % Сибір промшихти ка ка ка лія ка ка рія лія ники, мм в ітриніту, біз% нес” d d Г Г ГЖ Ж Ж К КС КС/ОС ОС Т A S t Vdaf X Y R0 1 27 15 10 10 16 17 5 9,3 0,77 28,8 34 14 1,04 2 27 10 25 16 22 9,2 0,77 29,1 33 14 1,04 3 30 30 25 15 8,5 1,25 31,1 38 13 1,02 Умови проведення випробувань відповідали вищеописаним для спікливого вугілля. Ущільнення шихти з наповнювачем - 1,155г/см 3. Результати випробувань зразків напівкоксу, що одержано заявленим способом, наведено у Таблиці 5. 9 38100 10 Таблиця 5 № ши хти 1 2 3 Міцність зразків напівкоксу з шихт із антрацитом, що досліджувалися, s, МПа за наступних співвідношеннях антрацит-шихта, мас. ч. 0:1 0.25:1 0.5:1 1:1 1.5:1 2:1 3:1 3.80 4.25 4.11 2.30 1.90 1.30 3,75 3.45 3.90 4,40 2.20 1,50 0.7 4.30 4.25 4.20 3.20 1.80 1.30 0.8 Параметри спікливості та спікливої здатності досліджених ши хт одержані статистичною оброб кою низхідних ділянок залежності (1). Результати статистичної обробки даних наведено у Таблиці 6. Таблиця 6 Шихта r2 1 2 3 0,8840 0,8477 0,9285 Коефіцієнт кореляції, r - 0,9402 - 0,9207 - 0,9636 У Таблиці 7 наведено дані щодо якості зразків напівкоксу з досліджених ши хт різними способами Спікливість s0, МПа 4,64 4,95 4,44 Спіклива здатність, а, мас.ч 3,26 3,30 2,94 у зіставленні з якісними показниками готового коксу з трамбованої шихти. Таблиця 7 Показники спікливо- Показники спікливості № ши хти. сті та спікливої зда- та спікливої здатності Показники міцноТовщина з якої виготності за прототи- за способом. Що за- Ме ханічна міцність. % сті за ТУ У 322пластичного товлено пом являється 00190443-076-96 шару у, мм (без ущільнення) (з ущільненням) кокс а, мас.ч П 40 П 25 И 10 М25 М10 s0, МПа а, мас.ч s0, МПа 1 14 3,18 2,34 4,64 3,26 95,4 95,7 4,3 89,4 5,6 2 14 3,00 2,19 4,95 3,30 94,0 96,3 3,7 89,8 5,4 3 13 3,24 2,53 4,44 2,94 94,7 95,2 4,7 88,9 5,9 Аналіз результатів, що наведені у Таблиці 7, вказує, що для шихт, з практично однаковою товщиною пластичного шару, за показниками спікливості та спікливої здатності згідно методу, що вибрано як прототип (Ac. SU 1520090), неможливо з достатньою достовірністю прогнозувати якість готового коксу. Щодо заявленого способу, то існує пряма залежність між показниками спікливості та спікливої здатності та якісними (міцностними) характеристиками коксу. Це свідчить про те, що механізм спікання ущільнених шихт значно різниться від такого для шихт традиційного (з насипним завантаженням без ущільнення) коксування і що відомі оцінки спікливості не можуть достовірно оцінювати спікання ущільненого вугілля та вугільних шихт. За результатами випробувань було встановлено, що ступінь достовірності визначення спікливості та спікливої здатності досліджених шихт з ущільненням вища в порівнянні з тими ж показниками, які було отримано без ущільнення шихти. Технічним результатом заявленого способу є підвищення достовірності визначення спікливості та спікливої здатності ущільненого вугілля та ущі льнених вугільних ши хт, призначених для промислового коксування. Також технічним результатом способу, який заявляється, є можливість оцінювання та вибору спікливого вугілля для готування трамбованих шихт. Джерела інформації: 1. Соловьев М.А. Методы оценки спекаемости и спекающей способности углей (Аналитический обзор) // Углехимический журнал. - 2002.- №5-6. 2. Скляр М.Г., Нестеренко И.В. К вопросу о взаимодействии углей в процессе спекания // Углехимический журнал. - 1997- №1-2. 3. ГОСТ 9318-91 (ИСО 335-74). Уголь каменный. Метод определения спекающей способности по Рога. 4. А.с. SU 929690 «Способ определения спекаемости углей», М.кл. С10В57/00, G01N33/22, опубл. 23.05.1982г. 5. А.с. SU 1520090 А1 "Способ определения спекаемости и спекающей способности углей», М.кл. С10В57/00, G01N33/22, опубл. 07.11.1989г. 6. А.с. SU 520090 «Способ определения спекаемости и спекающей способности углей», М.кл. С10В57/00, G01N33/22, опубл. 07.11.1989г. 11 38100 12 13 38100 14 15 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 38100 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601