SUROWCE ENERGETYCZNE STAŁE

Ćw. nr 5: Ocena spiekalności węgli kamiennych

1. Wstęp teoretyczny:

Pod pojęciem spiekalności rozumie się zdolność rozdrobnionego węgla do utworzenia, przy jego nagrzewaniu do określonej temperatury bez dostępu powietrza, spieczonej bryły.

Zgodnie z teorią Fitzgeralda, Charmina i van Krevelena kinetyka procesu mięknienia węgla kamiennego i tworzenia się koksu przebiega zgodnie z trzema zasadniczymi reakcjami:

węgiel koksujący (W) k₁→ metaplast (M)

metaplast (M) k₂→ półkoks (P) + pierwotne produkty odgazowania (G1)

półkoks (P) k₃→ koks (K) + gaz wtórny (G2)

gdzie: k₁; k₂ k₃ – stałe szybkości reakcji

Jak widać z przedstawionych powyżej reakcji o tworzeniu i jakości koksu decydują trzy niezależne od siebie procesy, które mogą przebiegać z różnymi szybkościami. Najważniejsze z punktu widzenia tworzenia się dobrze spieczonego koksu są dwie pierwsze reakcje. W przypadku kiedy stała szybkości reakcji drugiej k₂ będzie znacznie większa od stałej szybkości reakcji pierwszej k₁ to węgiel taki nie będzie zauważalnie przechodził w stan plastyczny. Każda ilość tworzącego się w danym momencie metaplastu będzie natychmiast ulegała reakcji rozkładu z utworzeniem półkoksu. Taką sytuację obserwuje się w przypadku węgli o niższym stopniu metamorfozmu. W miarę wzrostu stałej szybkości reakcji k₁ w stosunku do stałej szybkości k₂ pojawiają się w układzie składniki ciekłe odpowiedzialne za plastyczność i ruchliwość masy węglowej. Dotyczy to węgli koksowych. Dla tych węgli stężenie metaplastu osiąga tak dużą wartość że występuje efekt mięknienia całej substancji węglowej. W miarę wzrostu stopnia metamorfizmu węgle ponownie nie wykazują właściwości plastycznych.

1. Przygotowanie próbek i sposób wykonania oznaczenia:

Oznaczenie wskaźnika wolnego wydymania - oznaczenie spiekalności wg tej metody polega na skoksowaniu w znormalizowanym tyglu 1 g węgla. Warstwę węgla wyrównuje się dokładnie do poziomu i pod przykryciem ogrzewa się za pomocą płomienia gazowego lub w specjalnym piecu elektrycznym. Otrzymany koksik porównuje się w sposób wizualny z odpowiednimi wzorcami kształtów (rys. 4) . Jako wynik oznaczenia przyjmuje się wartość średnią z pięciu równoległych oznaczeń. Szczegółowe opisanie przebiegu pomiaru ujmuje PN/G-04515.

Metoda Rogi - Zdolność spiekania wg tej metody określa się poprzez oznaczenie wytrzymałości mechanicznej koksu tygielkowego otrzymanego w temperaturze 850 °C z mieszaniny 1 g węgla (próbka analityczna 0,2S) i 5 g antracytu (uziarnienie 0,315 ÷ 0,4 mm). Otrzymany koksik poddaje się wstępnie odsiewaniu na sicie o oczku 1mm a następnie trzykrotnemu bębnowaniu w specjalnym bębnie, odsiewaniu i ważeniu odsiewu. Szczegółowy przebieg wykonania oznaczenia oraz opracowania wyników zawarty jest w PN/G- 04518.

1. Wyniki pomiarów:

Metoda Rogi:

Próbka I Próbka II

Masa tygla, m_t1=16g Masa tygla, m_t2=16,08g

Masa próbki, m_p1=6g Masa próbki, m_p2=6,02g

Masa próbki po koksowaniu, Q₁=5,32g Masa próbki po koksowaniu, Q₂=5,37g

Masa próbki na sicie przed pierwszym Masa próbki na sicie przed pierwszym

bębnowaniem, a₁=5,3g bębnowaniem, a₂=5,32g

Masa próbki na sicie po pierwszym Masa próbki na sicie po pierwszym bębnowaniu, b₁=2,4g bębnowaniu, b₂=1,47g

Masa próbki na sicie po drugim Masa próbki na sicie po drugim

bębnowaniu, c₁=0,94g bębnowaniu, c₂=0,6g

Masa próbki na sicie po trzecim Masa próbki na sicie po trzecim bębnowaniu, d₁=0,4g bębnowaniu, d₂=0,17g

1. Wyniki obliczeń:

$$RI = \frac{100}{3Q}\left( \frac{a + d}{2} + b + c \right)$$

gdzie:

Q - masa próbki po koksowaniu (przed pierwszym przesiewaniem)

a - masa próbki na sicie przed pierwszym bębnowaniem

b - masa próbki na sicie po pierwszym bębnowaniu

c - masa próbki na sicie po drugim bębnowaniu

d - masa próbki na sicie po trzecim bębnowaniu

$\text{RI}_{1} = \frac{100}{3*5,32}\left( \frac{5,3 + 0,4}{2} + 2,4 + 0,94 \right)$ $\text{RI}_{2} = \frac{100}{3*5,37}\left( \frac{5,32 + 0,17}{2} + 1,47 + 0,6 \right)$

RI₁=38,8 RI₂=29,9

1. Wnioski:

Oznaczając dwukrotnie wskaźnik wolnego wydymania 3 próbek węgla otrzymaliśmy następujące wyniki: I próbka – 1 i 1, II próbka – 6 i 5, III próbka – 7 i 6,5. Według tego oznaczenia próbka druga i trzecia mają dobre właściwości koksownicze i dużą lepkość masy plastycznej, natomiast pierwsza słabe właściwości koksownicze i małą lepkość.

Oznaczaliśmy również zdolność spiekania 2 próbek węgla metodą Rogi. Według tego oznaczenia pierwsza próbka jest średnio spiekalna, natomiast druga słabo spiekalna.