Характеристика брикетируемости углей

Определение толщины поясной кромки брикета

Для определения толщины поясной кромки брикета (подушкообразной формы выработанных каждым прессом) (ГОСТ 21291 - 75) с каждого конвейера отбирают по четыре брикета через равные промежутки времени.

Толщину поясной кромки каждого брикета измеряют штангенциркулем в четырех взаимно перпендикулярных точках, расположенных на длинной и короткой осях брикета, и вычисляют как среднее арифметическое произведенных измерений по формуле

B_бр=SBⁱ/4

где Bⁱ - значение i-го замера на брикете, мм.

Толщину поясной кромки брикетов, выработанных одним прессом, вычисляют по формуле

В_пр=SBⁱ_бр/n

где Bⁱ_бр - толщина поясной кромки i-го брикета, отобранного от пресса, мм;

n - число отобранных от пресса брикетов, шт.

4. ПРИМЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БРИКЕТОВ ИХ БУРЫХ, КАМЕННЫХ УГЛЕЙ, АНТРАЦИТОВ И ПОЛУАНТРАЦИТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Технические требования (гост 7299 - 77) на брикеты из бурых углей (на примере украинских бурых углей байдаковской и дмитровской брикетных фабрик) следующие.

Брикеты выпускаются призматической формы размерами:

Длина: одинарных - от 180 до 190 мм;

двойных - от 208 до 220 мм;

тройных - от 250 до 270 мм;

Ширина: от 60 до 75 мм;

Высота: от 45 до 50 мм.

Качество брикетов должно соответствовать определенным нормам (табл. 21). Технические требования (гост 5544 - 73) на брикеты из каменных углей, антрацитов и полуантрацитов донецкого бассейна, предназначенных для коммунально-бытовых нужд, приведены в табл. 22.

Брикеты имеют подушкообразную форму. Размер брикетов, мм: длина 55 - 65; ширина - 50 - 55; высота - 30 - 35; ширина поясной кромки - не более 4 мм. Брикеты должны быть термически стойкими.

Таблица 21

Характеристика брикетов

	Норма
	Средняя	Предельная
Зольность Аd, %	-
Массовая доля, %
рабочей влаги Wr	-	21,0
общей серы Sdt	4,2	-
кусков размером менее 25 мм	-	3,0
Водопоглощение, %	3,0
Механическая прочность при испытании в барабане, %, не менее	-	77,5
Удельная теплота сгорания, мДж/кг	29,3	-

Таблица 22

Качественная характеристика брикетов

Зольность Аd, %	18,5
Массовая доля, %, не более:
рабочей влаги Wr	6,0
общей серы Sd	2,0
кусков размером менее 25 мм	10,0
Выход летучих веществ Vdaf, %	17,0
Водопоглошение, %	4,0
Механическая прочность при испытании сбрасыванием, %, не менее	85,0
Теплота сгорания, МДж/кг	35,2

Бурые угли сильно отличаются друг от друга по способности брикетироваться (без связующих веществ). Способность углей брикетироваться зависит от принадлежности угля к тому или иному классу или кодовому номеру - классификации. Высококачественные брикеты получают из мягких бурых углей (марка Б1). Параметры брикетирования: массовая доля влаги в сушонке 18 - 19 %; степень дробления 0 - 6 мм, давление прессования 80 - 120 МПа. Из зрелых бурых углей (марка Б2) также можно получить брикеты (степень дробления до 3 мм, массовая доля влаги 9 - 12%), но требуется более высокое давление прессования (желательно до 200 МПа). Однако брикеты при этом могут оказаться влагонеустойчивыми.

Обычно способность брикетироваться связывают со способностью угля пластически деформироваться при его прессовании в определенных условиях. Для характеристики угля целесообразно установить зависимость между давлением прессования (напряжением) и деформацией материала. Под деформацией в данном случае подразумевается степень уплотнения измельченного угля при угля при его прессовании.

Рис. 45. Диаграмма прессования угля

Уголь уплотняется от начальной высоты H₁ до конечной Н₂, давление прессования изменяется по кривой ОА (рис. 45). Высота брикета под наибольшим давлением равна Н₂. При снятии нагрузки давление падает по кривой AB; при этом брикет расширяется от Н₂ до Н₂¢. Величина h₁ - пропорциональна уплотнению угля, h₂ - упругому расширению брикета:

h₁= H₁–Н₂;

h₂=Н₂¢– Н₂.

Коэффициент уплотнения

K₁ = H₁/Н₂ = g₂/g₁,

где g₁ - насыпная плотность сушонки до прессования, г/см³;

g₂ - кажущаяся плотность брикета, г/см³.

Коэффициент упругого расширения: K₂ = H₂¢/Н₂ = g₂/g₂¢,

где g₂¢ - плотность брикета после упругого расширения, г/см³.

Для лучше брикетирующихся углей К₁ относительно выше и, наоборот, хуже брикетирующиеся угли характеризуются относительно большими значениями К₂. Например, для хорошо брикетирующихся углей Днепровского буроугольного бассейна и Южного Урала (крупность сушонки 0 - 6 мм, давление прессования 9,8 МПа) К₁ =2 - 2,3; К₂= 1,07 - 1,1.

Площадь ОАВ (F₁) представляет собой работу, затраченную на пластическую деформацию угля (соответствует энергии e₁), а площадь ВАС (F₂) соответствует энергии e₂ упругих деформаций брикета после снятия нагрузки. В качестве показателя пластичности принимается:

К=F₁/F₂ =e₁/e₂.

И. Д. Ремесников показал, как отличаются по этому показателю угли различных марок (табл. 23).

Таблица 23

Классификация угля как сырья для брикетирования (без связующих)

			Характеристика брикетов
	Наименование углей по классификационному признаку	Показатель пластич-ности К	Прочность на сжатие Rc МПа	Остаток в барабане после истирания в течение 10 мин, %
	Высокопластичные малоупругие (молодые бурые угли)	14 - 19	20 - 30	90 - 95
	Среднепластичные упругие (переходные к старым бурым углям)	9 - 14	15 - 20	85 - 90
	Малопластичные высокоупругие (старые бурые угли, переходные к каменным), каменные 1	4 - 9	2,5 - 10
	Каменные 2	<4	<2,5

Для получения строгой зависимости деформации материала при его прессовании (нагрузке и разгрузке) можно воспользоваться методом осциллографирования.

Вместе с тем диаграмму прессования можно снять, используя непосредственно диаграммное устройство испытательной машины (пресса). Укажем, что для этих целей может быть успешно применен пресс Гагарина.

Кривые напряжения - деформации при испытании на прессе получаются большого масштаба. Высота диаграммы (ось ординат - нагрузка) равна 500 мм. Масштаб деформации - 100 мм по оси абсцисс диаграммы - соответствует 1 мм сжатия.

Рис. 46. Диаграмма прессования различных углей на прессе Гагарина: 1 – К2; 2 – канско-ачинский; 3 – иркутский

Для испытания может быть использована пресс-форма диаметром 25 мм. Таким образом, максимальное давление прессования равно 100 МПа. Диаграммы прессования, снятые для углей трех разных марок показаны на рис. 46. Для испытания отбиралась навеска воздушно-сухого угля 8 г крупностью 0 - 2 мм.

Заметим, что снятие диаграмм прессования (деформация) имеет значение для оценки физико-механических свойств углей и их общей характеристики независимо от вопросов использования данных углей для брикетирования. При снятии диаграмм прессования оказалось, что не только бурые, но и каменные угли по показателю пластичности существенно отличаются. Причем этот показатель является более высоким для каменных углей средней стадии метаморфизма и меньшим для углей крайних стадий метаморфизма. Соответственно полученные из каменных углей брикеты характеризовались различной прочностью. Абсолютная прочность таких брикетов - углеформовок - не велика, однако после нагрева (поскольку они могут быть получены из слабоспекающихся углей) из них образуется прочный кокс.

Рис. 47. Зависимость прочности (RC) углеформовок от выхода летучих веществ

При получении брикетов из каменных углей различных бассейнов и месторождений определялось их сопротивление сжатию. На основе диаграмм прессования и определения прочности углеформовок была расширена классификация И. Д. Ремесникова: группа 3 была дополнена соответствующими каменными углями, условно обозначенными <1 >, и добавлена группа 4 (табл. 23).

Зависимость прочности на сжатие углеформовок от выхода летучих веществ показана на рис. 47.

6. ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БУРОУГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ ПРИ ИХ НАГРЕВЕ

Бурые угли используются не только для получения топливных брикетов, но в некоторых случаях (например, в Германии) для получения кокса, в частности, путем предварительного брикетирования с последующим коксованием. Прочность коксобрикетов определяется прочностью связи между отдельными зернами бурых углей, точнее тем - в какой степени эта связь сохраняется при коксовании (нагреве) исходных брикетов. Поскольку при нагреве происходит значительная усадка угля вследствие потери летучих веществ, прочность кокса будет зависеть от того, в какой степени сохранятся контакты между зернами. Если усадка произойдет в отдельных зернах и каждое зерно будет сокращаться <самостоятельно>, расстояние между их поверхностями будет возрастать, что повлечет за собой неминуемое разупрочнение брикета. Вследствие потери контактов, усадка брикета в целом окажется относительно пониженной.

О пригодности бурых углей для получения из них кокса на основе предварительного брикетирования (и вместе с тем для суждения о природе углей) можно судить по отношению усадки брикета в целом l¢ к усадке зерен l. Испытание производится следующим образом. Отбирается средняя проба углей крупностью - 3 +0,5 мм в количестве до 25 г, подсушивается и рассевается на ситах с ячейками размерами 2,0; 1,6; 1,0 мм. Это дает возможность определить средний диаметр зерен навески исходя из данных о среднем диаметре зерен каждого класса и выходе этих классов.

Характеристика и выход фракций

Фракция, мм	2 - 3	1,6 - 2	1 - 1,6	0,5 - 1
dср, мм	2,5	1,8	1,3	0,75
Выход фракции, г	а	b	c	d

Подсчитывают d_ср^у (в мм) по формуле

d_ср^у = (2,5a+ 1,8b -+ 1,3c+ 0,75d)/25.

Навеска нагревается в тигле со скоростью 3 ⁰/мин до 850⁰ С. Уголь в тигле следует закрыть кружком асбеста, сверху засыпать дробленым углеродистым материалом - полукоксом, коксом или антрацитом; тигель закрыть крышкой. После нагрева и охлаждения вновь определяется гранулометрический состав материала и средний диаметр зерен d_ср^к как указано выше.

Усадка зерен (в %)

l= (d_ср^у- d_ср^к)100/ d_ср^у

Рис. 48. Зависимость прочности коксобрикетов от объемной усадки углей различных месторождений: 1, 2 – Эгинсайское; 3, 4Э 5, 6, 7 – Кушмурунское; 8 – Назаровское; 9 – Ангренское; 10 – Майхинское; 11 – Райчихинское; 12 – Кызылтальское; 13 – Ворошиловское; 14 – Семеновское; 15 – Приозерное

Для изготовления брикетов отбирается проба угля, измельчается до крупности - 3 мм (массовая доля влаги должна составлять 10 - 12%) и прессуется в пресс-форме диаметром 45 мм при давлении 200 МПа. Брикеты нагреваются в углеродистой засыпке в муфеле со скоростью 3 ⁰/мин до 850⁰ С, После охлаждения в песке (как до нагрева). определяется диаметр и высота брикета, что позволяет вычислить объемную (в %) усадку брикета

l_об=(V^у_бр-V^к_бр)100/ V^у_бр

где V^у_бр и V^к_бр - объем брикета до и после испытания.

Определяется среднее арифметическое значение усадки по данным испытаний трех-пяти брикетов.

Показатель, характеризующий устойчивость брикетов при нагреве пропорционален отношению l_об/l¢, а прочность коксобрикетов может быть выражена как

p_k=p₀Kl_об/l¢

p₀- прочность исходных (сырых) брикетов, МПа; К - коэффициент, характеризующий повышение твердости материала зерен в процессе их пиролиза.

На рис. 48 показано, как изменяется сопротивление изгибу коксобрикетов в зависимости от их усадки при нагревании в одинаковых условиях. Точки на графике относятся к углям, мало отличающимся по выходу летучих веществ и усадке зерен l. Видно, что прочность брикетов закономерно повышается увеличением их усадки.

Таким образом, процесс брикетирования бурых и каменных углей решает возможность получения не только обычных топливных брикетов, но также и бездымного топлива, коксобрикетов (формованного топлива - доменного и недоменного), имеет большое значение для слоевого коксования в связи с частичным брикетированием шихт.