Akademia Górniczo – Hutnicza
im. St. Staszica w Krakowie
Wydział Energetyki i Paliw
Katedra Technologii Paliw
ĆWICZENIA LABORATORYJNE
Surowce energetyczne stałe i ich przetwarzanie
Ćwiczenie 7
Ocena właściwości dylatometrycznych węgli
kamiennych
Jednym z podstawowych warunków tworzenia się wytrzymałego, dobrze spieczonego
koksu jest przejście przez stan plastyczny składników tworzących węglową mieszankę
koksowniczą. Tylko w tym stanie możliwa jest homogenizacja materiału węglowego wskutek
wydzielania się i przemieszczania w warstwie plastycznej gazów pirolitycznych. Generowane
przez wydzielające się w tym stanie gazy ciśnienie powoduje dodatkowo deformację
uplastyczniających się ziaren węglowych, rozwinięcie powierzchni i ich kontaktu, dzięki
czemu wzrasta prawdopodobieństwo łączenia się reagujących wolnych rodników pomiędzy
poszczególnymi składnikami mieszanki węglowej. Wg Griaznowa zjawiska towarzyszące
spiekaniu się węgli można podzielić na dwie grupy:
przechodzenie w stan plastyczny, resolidacja masy plastycznej oraz tworzenie się
struktury półkoksu
zasadnicze spiekanie – chemiczne i fizyczne łączenie stałej pozostałości.
Zgodnie z tą teorią, zdolność do mięknienia i przechodzenia w stan plastyczny mają
węgle o niestabilnej strukturze w wyższych temperaturach (300 500 ºC). Proces
uplastyczniania wymaga naruszenia sztywnej struktury chemicznej substancji organicznej
węgla. Przejście w stan plastyczny (rys. 7.1 i 7.2) następuje drogą podziału sztywnych
przestrzennych makromolekuł przez rozerwanie wiązań, przy jednoczesnym blokowaniu
tworzących się wolnych rodników, poprzez przyłączenie do nich wodoru, innych małych
rodników lub na drodze wewnętrznego przegrupowania.
Rys.7.1. Warianty destrukcji substancji organicznej węgla podczas pirolizy.
Rys. 7.2. Model pirolizy węgla.
Wprowadzanie wodoru odbywa się głównie na drodze jego rozdziału pomiędzy
rodnikami, ale też wolne rodniki mogą reagować z atomowym wodorem z fazy gazowej. W
wyniku zachodzenia tych procesów jedne produkty rozkładu wzbogacają się w wodór a
drugie ubożeją. Wzbogacanie produktów pirolizy w wodór powoduje przekształcenie się ich
w nasycone cząsteczki o mniejszych masach molowych. Cząsteczki te w tym zakresie
temperatur są bardziej stabilne termicznie. Tworzą one fazę gazową (pary węglowodorów)
oraz fazę ciekłą. W wyniku tworzenia się fazy ciekłej węgle osiągają zdolność przechodzenia
w stan plastyczny. Produkty które w wyniku rozdziału utraciły część wodoru stają się
związkami nienasyconymi lub wolnymi rodnikami. W miarę postępu procesu pirolizy wolne
rodniki ulegają reakcjom kondensacji, tworząc wysokocząsteczkowe (o dużej masie molowej)
stałe produkty. Wynika z tego, że piroliza substancji węglowej przebiega w dwóch
kierunkach – tworzenia fazy ciekłej i fazy stałej, z których każda osiąga przewagę w
określonych warunkach czasowo-temperaturowych.
Wodór spełnia główną rolę w tworzeniu ciekłych produktów pirolizy i w ten sposób
wpływa na uplastycznianie się węgla. W reakcjach uwodornienia bierze udział tzw. wodór
wolny, tj. taki, który pozostaje do dyspozycji układu po utworzeniu się wody, siarkowodoru i
amoniaku. Zwiększenie znaczenia wodoru w procesie uplastyczniania się węgla można
uzyskać poprzez zwiększenie ciśnienia gazów rozkładowych oraz utrudnienie ich dyfuzji z
wnętrza uplastycznionej masy węglowej. Temu zjawisku (w warunkach procesu koksowania)
sprzyja zwiększenie stopnia zagęszczenia mieszanki węglowej oraz wzrost jej uziarnienia.
Dzięki temu zwiększa się grubość warstwy plastycznej i poprawia spiekalność.
Masa plastyczna stanowi roztwór koloidalny, który w początkowej fazie tworzy się w
każdym oddzielnym ziarnie węglowym. Ziarna węglowe w stanie plastycznym nie
rozpuszczają się wzajemnie lecz tylko zlepiają na płaszczyznach kontaktu. Wzajemnemu
rozpuszczaniu się przeciwdziała duża lepkość masy plastycznej oraz stosunkowo krótki czas
przebywania węgla w tym stanie. Faza ciekła spełnia w masie plastycznej nie tylko rolę
plastyfikatora, ale również środowiska, które izoluje w pewnym stopniu makrorodniki przed
ich łączeniem się. W przypadku węgli nieuplastyczniających i niespiekających się (węgle
brunatne, węgle kamienne o niskim stopniu metamorfizmu) faza ciekła też tworzy się, jednak
albo ze względu na wysoką lotność związków ją tworzących lub niską ich odporność
termiczną nie jest ona w stanie stworzyć warstw ochronnych na makrorodnikach. Obserwuje
się też tzw. efekt klatki występujący przy pirolizie związków wysokocząsteczkowych o
sztywnej strukturze lub wysokoskondensowanych. Efekt ten polega na hamowaniu przez
lepkie środowisko dyfuzyjnego rozproszenia ciężkich makrorodników, tworzących się z
poszczególnych makrocząsteczek i zamknięciu ich w „klatkę” z otaczających molekuł
środowiska. Sprzyja temu obecność dużej ilości reaktywnych grup tlenowych. W przypadku
węgli o wysokim stopniu metamorfizmu ilość tworzącej się fazy ciekłej jest niewielka i
również taki stan nie pozwala na otoczenie makrorodników fazą rozpraszającą.
Do oceny zachowania się węgli w stanie plastycznym oraz możliwości otrzymywania
koksu spieczonego służy grupa metod, których celem jest ocena właściwości koksotwórczych
węgli kamiennych. Zaliczamy do nich następujące (ujęte w Polskie Normy) badania:
wyznaczanie wskaźnika wolnego wydymania SI,
oznaczanie zdolności do spiekania wg Rogi RI,
oznaczanie ciśnienia rozprężania Pmax
wyznaczanie wskaźników plastometrycznych wg Gieselera
wyznaczanie wskaźników plastometrycznych wg Sapożnikowa
wyznaczanie wskaźników dylatometrycznych wg Arnu-Audiberta
Ostatnia z w/w metod jest ogólnie przyjętą w świecie procedurą badania zachowania
się pod obciążeniem ubitego słupka węglowego w czasie ogrzewania.
Przegląd metod stosowanych do oceny właściwości dylatometrycznych węgli
kamiennych.
Metoda Shefield [1]
Metoda ta posiada dwie odmiany różniące się materiałem, z których wykonane zostały
elementy robocze dylatometru oraz metodyką realizacji pomiaru. Pierwsza z nich polega na
ogrzewaniu próbki luźno usypanego węgla o masie 6 gramów i uziarnieniu poniżej 0,211 mm
w kwarcowej retorcie pod obciążeniem 100 g (rurka kwarcowa wypełniona śrutem
ołowianym). (rys. 7.3).
Rys. 7.3. Aparat do oznaczania właściwości dylatometrycznych węgli metodą Shefild (retorta
kwarcowa).
W drugim wariancie tej metody zastosowano retortę metalową a w miejsce kwarcowej
rurki wypełnionej ołowiem odpowiedni pręt stalowy o takiej masie, aby przy działaniu
przeciwwagi masa naciskająca na węgiel wynosiła 100 g. W tym wariancie badany węgiel
jest wstępnie prasowany w specjalnej prasie. Szybkość ogrzewania w obu wariantach wynosi
1 K/min.
Retortę z badaną próbką wstawia się do zimnego pieca i ogrzewa dość szybko do 300 ºC.
Po osiągnięciu tej temperatury szybkość ogrzewania zmniejsza się do 1 K/min. Od momentu
osiągnięcia 350 ºC odczytuje się położenie przeciwwagi oraz temperaturę w okresach 5-cio
minutowych. Jako wynik podaje się: temperaturę początku kontrakcji, temperaturę kontrakcji
oraz wielkość kontrakcji, temperaturę dylatacji oraz dylatację całkowitą (całkowite
procentowe wydłużenie słupka węglowego od momentu kontrakcji).
Metoda francuska [3]
W metodzie tej z próbki węgla o uziarnieniu poniżej 0,16 mm ubija się za pomocą młotka
(200 250 g) i odpowiednich tłoczków stożkowy słupek węgla o wymiarach: średnice 6,0/7,0
mm, długość 60 mm. Następnie brykiecik ten umieszcza się w stalowej kalibrowanej rurze o
średnicy wewnętrznej 8,0 mm i długości 340 mm zamkniętej z jednej strony. Do tak
przygotowanej retorty wprowadza się tłoczek o średnicy 7,8 mm i długości 345 mm
zakończony wskazówką. Przygotowaną retortę umieszcza się w łaźni solnej elektrycznego
pieca grzewczego, która wypełniona jest roztopioną mieszaniną azotanów (sodowego i
potasowego) o temperaturze zbliżonej do przewidywanej temperatury mięknięcia. Po
wsadzeniu retorty temperatura kąpieli obniża się o ok. 20 ºC. Wskazówkę umieszcza się na tle
skali milimetrowej. Po ustabilizowaniu temperatury szybkość ogrzewania wynosi 1 º/min. Co
minutę (ewentualnie co 2 lub 3) odczytuje się położenie wskazówki na tle skali i temperaturę
kąpieli. Pomiar uznaje się za zakończony, jeżeli w ciągu 5 minut nie zachodzą żadne zmiany
położenia wskazówki. Jako wynik podaje się następujące dane:
temperaturę początkową oznaczenia (temperaturę, w której wsadzono retortę do
pieca),
temperaturę początku mięknięcia,
temperaturę maksymalnego skurczu,
temperaturę resolidacji,
maksymalny skurcz (kontrakcję) [%],
maksymalne wydęcie (dylatację) [%].
gradient krzywej kontrakcji – stosunek liczbowy kontrakcji do czasu wyrażonego w
minutach, który upłynął od momentu zaobserwowania temperatury mięknięcia do
momentu uzyskania maksymalnej kontrakcji. Jak wykazały badania gradient ten
wzrasta wraz ze wzrostem płynności węgla.
Metoda Audiberta [3]
Sproszkowany węgiel zwilżony wodą sprasowuje się w stalowej prasie nadając mu
kształt ściętego stożka. Brykiecik ten umieszcza się w rurze miedzianej lub stalowej o nieco
większej średnicy. Rurę tą ustawia się w położeniu pionowym w łaźni ołowianej lub solnej.
Na wierzchu brykiecika opiera się pręcik szklany, wystająca część pręcika stanowi
wskazówkę poruszającą się na tle skali. Stwierdzono, że dla danej ilości węgla przy stałej
wielkości średnicy brykiecika węglowego oraz rury dylatometru zmiana postaci ogrzewanego
węgla zależy od szybkości ogrzewania. W przyrządzie tym można przeprowadzać badania
według dwóch odmiennych sposobów:
a) stosując nagłe, raptowne ogrzanie dylatometru wraz z próbką, to znaczy zanurzając
dylatometr wraz z próbką do uprzednio rozgrzanej łaźni w zakresie temperatur 370 –
600 ºC, przy czym wybraną temperaturę z tego zakresu utrzymuje się przez cały czas
doświadczenia,
b) stosując ogrzewanie stopniowe, ciągłe, z szybkością 1/3 – 3 ºC na minutę.
Wyniki metody przedstawia się w postaci wykresu, na którym na odciętej wykreśla się
czas mierzony w minutach od momentu zanurzenia dylatometru do łaźni, a na osi rzędnych
znaczy się pionowe przesunięcie wskazówki wyrażające procentową zmianę początkowej
długości brykiecika węglowego.
Metoda Arnu-Audiberta
Metoda ta jest obecnie najczęściej stosowanym sposobem oceny właściwości
dylatometrycznych węgli kamiennych. Metodyka pomiaru bazuje na przedstawionych
powyżej metodach francuskiej i Audiberta. Polega ona na pomiarze zmian położenia
metalowego tłoczka opartego na ubitym ze zwilżonego węgla (próbka analityczna 0,2 S)
stożkowym słupku długości 60 mm umieszczonym w stalowej rurze dylatometrycznej o
średnicy wewnętrznej 8,0 mm pod wpływem ogrzewania. Standardowa szybkość ogrzewania
wynosi 3 K/min. Szczegółową metodykę wykonania oznaczenia zawiera norma PN/G-04517.
Rys. 7.4. Charakterystyczne krzywe dylatometryczne [4].
Przy omawianiu wyników pomiarów uzyskanych za pomocą tej metody posługujemy się
następującymi określeniami:
1. Krzywa dylatometryczna – jest to krzywa, która obrazuje zmiany długości ubitego słupka
węglowego pod wpływem temperatury (rys. 7.4 a, b, c, d)
2. Kontrakcja a – stosunek różnicy pomiędzy początkową i najmniejszą długością słupka
węglowego zaobserwowaną podczas ogrzewania, do jego długości początkowej:
%1000
10
l
lla (1)
gdzie: l0 – początkowa długość słupka węglowego, mm; l1 – najmniejsza zaobserwowana
długość słupka węglowego, mm
3. Dylatacja b – stosunek różnicy pomiędzy największą długością słupka węglowego
uzyskaną po procesie kontrakcji a jego długością początkową, do jego długości
początkowej.
%1000
02
l
llb (2)
gdzie: l2 – największa długość słupka węglowego po okresie kontrakcji, mm
4. Brak dylatacji – zjawisko, przy którym po kontrakcji nie następuje wzrost długości słupka
pod wpływem dalszego ogrzewania.
5. Dylatacja ujemna – jest to taka dylatacja, gdy końcowa długość słupka po okresie
kontrakcji jest mniejsza niż długość początkowa.
6. Dylatacja zerowa – jest to taka dylatacja, kiedy po okresie kontrakcji słupek osiąga swoją
pierwotną długość.
7. Dylatacja dodatnia jest to dylatacja, przy której maksymalna długość słupka jest większa
niż jego długość początkowa.
8. Temperatura mięknienia (początku stanu plastycznego) tI – jest to temperatura, przy
której tłoczek dylatometru obniży się o 0,5 mm od stanu początkowego.
9. Temperatura kontrakcji tII – jest to temperatura, przy której tłoczek dylatometru osiąga
najniższe położenie (maksymalny skurcz) od momentu rozpoczęcia pomiaru.
10. Temperatura dylatacji tIII – temperatura, przy której tłoczek dylatometru po kontrakcji
osiąga swoje maksymalne położenie.
Jako wynik oznaczenia właściwości dylatometrycznych wg Arnu – Audiberta podaje się:
temperaturę mięknienia – tI [ºC],
temperaturę kotrakcji – tII [ºC],
temperaturę dylatacji – tIII [ºC],
kontrakcję – a [%],
dylatację – b [%].
Istotnymi czynnikami mogącymi wpłynąć na otrzymane wyniki oznaczenia są:
stopień zagęszczenia słupka węglowego,
szybkość ogrzewania.
Rys. 7.5. Wpływ szybkości ogrzewania na przebieg krzywej dylatometrycznej [5]
Celem wyeliminowania pierwszego czynnika, czyli stopnia zagęszczenia przewidziano w
normie specyficzną metodykę ubijania słupków węglowych w specjalnym urządzeniu.
Stopień zagęszczenia może wpływać zarówno na mierzone temperatury stanu plastycznego
jak i na kontrakcję a oraz dylatację b.
Badania procesu pirolizy wykazały, że szybkość odgazowania jest zależna od szybkości
ogrzewania i wzrasta wraz z nią. Zgodnie więc z teorią Bikermana [5], dylatacja zwiększa się
wraz ze wzrostem szybkości ogrzewania. Na rysunku 7.5 przedstawiono wpływ szybkości
nagrzewania na dylatację macerałów grupy witrynitu przy różnym stopniu ich metamorfizmu.
Normatywną szybkością ogrzewania słupka węglowego wg PN/G-04517 jest 3 K/min.
Rys. 7.6. Wpływ stopnia metamorfizmu (zawartości części lotnych) na przebieg krzywych
dylatometrycznych.
Zachowanie się węgla kamiennego w czasie pomiaru dylatometrycznego, rejestrowane
jako krzywa dylatometryczna, zależy głównie od stopnia jego metamorfizmu. Rysunek 7.6
przedstawia kształt krzywych dylatometrycznych dla węgli o rożnej zawartości części
lotnych, z którego wynika, że największą dylatacją charakteryzują się węgle średnio
uwęglone. Węgle płomienne i znaczna część węgli gazowo-płomiennych wykazuje tylko
kontrakcje; cześć węgli gazowo-płomiennych, węgle gazowe i niektóre węgle gazowo-
koksowe wykazują dylatację ujemną; lepsze węgle gazowo-koksowe, węgle orto- i
metakoksowe wykazują dylatację dodatnią (węgle ortokoksowe zazwyczaj bardzo dużą);
węgle semikoksowe i chude wykazują zazwyczaj niewielką dylatację ujemną, węgle zaś
antracytowe i antracyty prawie nie zmieniają swojej objętości (długości brykiecika). Stopień
metamorfizmu węgla wpływa również na temperatury: mięknienia, kontrakcji i dylatacji.
Wraz ze wzrostem stopnia uwęglenia zawęża się również zakres temperaturowy stanu
plastycznego mierzony za pomocą różnicy temperatur (tIII – tI).
Wykorzystanie wyników oznaczeń dylatometrycznych
Uzyskiwane z pomiaru metodą Arnu-Audiberta informacje o zakresach temperaturowych
i właściwościach stanu plastycznego, są cenne ze względu na ocenę przydatności węgla do
procesu koksowania a parametr wielkości dylatacji b wykorzystuje się przy klasyfikacji węgli
koksowych. Oprócz tego wyniki oznaczeń dylatometrycznych służyć mogą do optymalizacji
składu mieszanek koksowniczych. Prace w tej dziedzinie zostały poczynione przez
W. Simonisa, który wraz ze współpracownikami opracował liczbę koksowalności G.
IIII
IIII
tbta
battG
2 (3)
Jest to syntetyczny wskaźnik charakteryzujący stan plastyczny węgla, który dla węgli
koksujących wykazuje w określonym zakresie (0,95 1,1) właściwości addytywne.
W zależności od przebiegu krzywej dylatometrycznej liczba koksowalności G może
osiągać wartości dodatnie większe lub mniejsze od 1
Na podstawie analizy zależności pomiędzy wytrzymałością koksu a zawartością części
lotnych w mieszankach węglowych i ich liczbami koksowania (dla warunków koksownictwa
niemieckiego) W. Simonis stwierdził, że przy określonej zawartości części lotnych w
mieszance istnieje pewna optymalna liczba koksowalności Gopt., przy której wytrzymałość
uzyskanego koksu jest maksymalna. Opracowane przez W. Simonisa i jego zespół równanie
przyjmuje postać:
6
6
5
5
4
4
3
3
2
210100100100100100100
dafdafdafdafdafdaf
opt
Vq
Vq
Vq
Vq
Vq
VqqG (9)
gdzie: Vdaf
– zawartość części lotnych w stanie suchym i bezpopiołowym, %
Współczynniki tego równania wyznaczono w oparciu o analizę regresyjną a ich wartości
przedstawia tab. 7.1. Postać graficzną równania przedstawia rys. 7.9.
Tab. 7.1. Współczynniki równania Simonisa opisującego zmianę Gopt w funkcji zawartości części
lotnych.
współczynnik wartość
q0 -1,2539
q1 107,141
q2 -1590,24
q3 10995,5
q4 -39176,9
q5 69813,5
q6 -49273,4
Rys. 7.9. Wpływ zawartości części lotnych w mieszance na wartość optymalnej liczby koksowalności
wg Simonisa.
Jak już powyżej wspomniano, punkty znajdujące się na krzywej Gopt przedstawiają
mieszanki (węgle) dające przy danej zawartości części lotnych koks o maksymalnej
wytrzymałości. W związku z tym, że zawartość części lotnych w mieszance jest wielkością
addytywną i również Gopt jest addytywna w zakresie 0,95 1,10 to można, dysponując
węglami, dla których liczba koksowalności G jest różna od Gopt, opracować taki skład
mieszanki, przy którym będzie możliwość otrzymania koksu o jak największej
wytrzymałości. Przykład takiego sposobu komponowania mieszanki z 2 węgli przedstawia
rysunek 7.10.
Rys. 7.10. Metoda wyznaczania optymalnego składu mieszanki z punktu widzenia otrzymania
koksu o największej wytrzymałości.
Dysponując dwoma węglami A i B o znanych liczbach koksowalności GA i GB oraz
zawartościach w nich części lotnych VAdaf
i VBdaf
nanosimy ich dane w postaci punktów na
wykres Gopt. Następnie łączymy te punkty za pomocą linii prostej. Miejsce przecięcia linii
prostej z linią Gopt wyznacza optymalną dla tych dwóch węgli wartość liczby koksowalności.
Skład ilościowy mieszanki węglowej, z której powinno się uzyskać koks o maksymalnej
wytrzymałości wyznacza się z proporcji długości odcinków łączących naniesione punkty
(węgiel A i B) z punktem odpowiadającym optymalnej liczbie koksowalności mieszanki Gopt.
Rys. 7.11. Przykład komponowania mieszanki węglowej z 3 składników (wersja I).
W sytuacji, gdy do dyspozycji mamy kilka węgli mieszankę węglową można
komponować na wiele sposobów. Przykład dla mieszanki trójskładnikowej przedstawiają
rysunki 7.11 i 7.12. W tym przypadku, przystępując do opracowywania optymalnej mieszanki
węglowej wybiera się dwa węgle, z których komponuję się mieszankę „przejściową”, dla
której wyznacza się liczbę koksowalności Gmp. Następnie punkt odpowiadający parametrom
mieszanki przejściowej łączy się z punktem o współrzędnych trzeciego składnika mieszanki.
Dalsze postępowanie jest takie same jak w przypadku mieszanki dwuskładnikowej. W ten
sposób można komponować mieszanki węglowe z wielu komponentów.
Rys. 7.12. Przykład komponowania mieszanki węglowej z 3 składników (wersja II).
Wykonanie oznaczenia wskaźników dylatometrycznych za pomocą
dylatometru automatycznego DL-4
Opis techniczny pieca
Dylatometr DL-4 jest urządzeniem laboratoryjnym nieprzenośnym, zasilanym z sieci
jednofazowej prądu przemiennego. Urządzenie przedstawione jest na rys. 7.13 i składa się z
głowicy załadowczej (poz. 3), pieca grzewczego (poz. 2) oraz podstawy (poz. 1) z dwoma
pionowymi kolumnami, które stanowią elementy nośne pieca. Głowica (3) zamocowana jest
na stałe w górnej części kolumny, zaś nagrzewnica (piec) – jest podnoszona i opuszczana,
zajmując dwa zasadnicze położenia krańcowe: górne i dolne. Gdy piec znajduje się w dolnym
położeniu dokonuje się jego wstępnego nagrzania do temperatury 330 ºC oraz załadowania
próbek umieszczonych w rurach dylatometrycznych do głowicy.
Podniesienie pieca w górne położenie, powoduje wprowadzenie rurek dylatometrycznych
do jego wnętrza i w tym położeniu przeprowadzany jest właściwy proces nagrzewania
próbek. Do ustawiania pieca w jego położeniach krańcowych służą dwa zamki. Ciężar pieca
równoważony jest dwoma balastami prowadzonymi w kolumnach, na cięgnach linowych.
Głowica załadowcza stanowi zespół gniazd do zakładania rur dylatometrycznych, w którym
umieszcza się próbki badanego węgla, zmiany ich wymiarów pod wpływem nagrzewania
przenosi się do głowicy rejestrującej za pośrednictwem tłoczków.
Dylatometr DL-4 może być wyposażony w samopiszące głowice rejestrujące (4),
automatyczną głowicę pomiarowa (5), lub obie te głowice jednocześnie. W tym ostatnim
przypadku nie jest jednak możliwa jednoczesna rejestracja bezpośrednia i automatyczna, ze
względu na różną konstrukcję tłoczków współpracujących z głowicami (4) i (5).
Obsługa pieca
Rozpoczęcie procesu następuje poprzez naciśnięcie przycisku DYLATACJA (piec musi
znajdować się w dolnym położeniu !!!). Początkowo piec rozgrzewa się do temperatury
początkowej dylatacji (330 ºC), która utrzymuje się aż do momentu wprowadzenia retort.
Rozgrzewaniu pieca towarzyszy migotanie lampki STABILIZACJA. Po osiągnięciu tej
temperatury lampka, STABILIZACJA świeci światłem ciągłym. Gotowość do przyjęcia
próbek jest sygnalizowana migotaniem lampek STOP i RETORTY. Włożenie retort do pieca
powoduje raptowny spadek temperatury wewnątrz pieca, co dla sterownika jest znakiem iż
znajdują się one wewnątrz. Temperatura wzrasta do temperatury początkowej dylatacji, po
czym następuje automatyczne przejście do fazy dylatacji a następnie automatycznie sterownik
inicjuje proces rejestracji zmian długości próbek przez komputer współpracujący. Po
zakończeniu procesu temperatura stabilizowana jest na poziomie zadanej końcowej
temperatury rejestracji. Procesowi rejestracji towarzyszy świecenie odpowiedniej lampki
sygnalizacyjnej. Po osiągnięciu temperatury końcowej dylatacji lampka DYLATACJA
gaśnie a lampka STOP miga sygnalizując zakończenie procesu. Wciśnięcie przycisku STOP
kończy cykl oznaczania wskaźników dylatometrycznych. Grzałki zostają wyłączone,
rejestracja wstrzymana. Wyświetlacz pokazuje temperaturę wewnątrz pieca.
Warunkiem uruchomienia następnego cyklu oznaczania wskaźników dylatometrycznych
kolejnej serii próbek jest obniżenie się temperatury pieca poniżej temperatury początkowej
dylatacji (330 ºC).
Rys. 7.13. Dylatometr automatyczny DL-4
Wykonanie oznaczenia
1. Przygotowanie próbek (słupków) wg PN-81 /G-04517
1.1. Próbkę analityczną 0,2 S węgla o masie 10g umieścić w szklanym naczyniu i dodać
do niej 1-2cm3 wody destylowanej, po czym dokładnie całość wymieszać.
1.2. Zwilżoną gliceryną formę umieścić w przyrządzie do ubijania większym otworem ku
górze.
1.3. Węgiel podzielić na 6 porcji (po 3 porcje na jeden słupek) i wprowadzać je kolejno
do formy wstępnie ubijając ręcznie tłoczkiem.
1.4. Po takim wprowadzeniu każdej porcji węgla do formy umieścić w niej odpowiedniej
długości tłoczek (od najdłuższego do najkrótszego), następnie podnieść ciężarek do
maksymalnego położenia i opuścić go swobodnie czterokrotnie na podstawioną
formę z węglem i tłoczkiem. Czynność tę należy wykonać 3-krotnie dodając
stopniowo kolejne porcje węgla i zmieniając jednocześnie tłoczki na coraz krótsze.
1.5. Napełnioną formę z ubitym węglem umieścić w prasie do wypychania, tak aby
odbieralnik znajdował się od strony szerszego otworu formy. Ostrożnie za pomocą
prasy i najdłuższego tłoczka wypchać z formy ubity słupek do umieszczonej w
odbieralniku łódeczki.
1.6. Słupek obciąć od strony grubszego końca do długości 60±0,25 mm.
2. Oznaczenie wskaźników dylatometrycznych
2.1. Przygotować piec przez włączenie sterownika mikroprocesorowego i podgrzanie
jego komory do temperatury 330 ºC. W tym etapie piec powinien być opuszczony do
położenia dolnego a otwór komory grzejnej przykryty pokrywką.
2.2. Otrzymany słupek węglowy włożyć ostrożnie od dołu do rurki dylatometrycznej. W
rurce umieścić tłoczek dylatometryczny i całość włożyć do zestawu z retortami (rys.
1.13 poz.3).
2.3. Ponieważ dylatometr posiada 7 gniazd pomiarowych przy wykonywaniu badań z
mniejszą liczbą próbek, należy do gniazd włożyć wszystkie rurki dylatometryczne
(również te bez próbek).
2.4. Po włożeniu rurek do gniazd należy włożyć do rurek dylatometrycznych zestaw
tłoczków, w taki sposób by każdy tłoczek spoczywał w odpowiednim, numerowanym
gnieździe. Po ustabilizowaniu temperatury pieca na poziomie 330 ºC można
przystąpić do drugiego etapu oznaczenia. Polega on na podniesieniu pieca w górne
położenie i nasunięciu go na rurki dylatometryczne, w których znajdują się próbki
(słupki) badanego węgla i poddanie ich procesowi dylatometrycznemu (pirolizy z
szybkością 3 K/min).
2.5. Po zakończeniu procesu dylatometrycznego, należy opuścić piec do położenia
dolnego, przykryć komorę wyjąć tłoczki a następnie wyciągnąć z gniazd rurki
dylatometryczne. Po ochłodzeniu usunąć z rurek skoksowany węgiel i wyczyścić je
odpowiednim wyciorem a tłoczki papierem ściernym.
2.6. Odczytać wyniki pomiaru z ekranu komputera.
Bibliografia
1. Goftman M.W., Chimija twiordowo topliwa, Mietałłurgizdat (1963)
2. Skliar M.G., Tiutiunnikow J. B., Chimija goriuczich iskopajemych, Kijów (1985)
3. Roga B., Wnękowska L., Analiza paliw stałych, PWT Katowice (1952)
4. Górska L., Mokrzycki E., Suwała W., Kontrola procesów technologicznych Cz. VIII, Skrypt
Uczelniany AGH 1045 (1986)
5. van Krevelen D.W., Schuyer J., Węgiel – chemia węgla i jego struktura, PWN (1959)
