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 P max 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: l0 l1 a 100 % (1) l 0 gdzie: l 0 początkowa długość słupka węglowego, mm; l 1 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. l2 l0 b 100 % (2) l 0 gdzie: l 2 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) t I jest to temperatura, przy której tłoczek dylatometru obniży się o 0,5 mm od stanu początkowego. 9. Temperatura kontrakcji t II jest to temperatura, przy której tłoczek dylatometru osiąga najniższe położenie (maksymalny skurcz) od momentu rozpoczęcia pomiaru. 10. Temperatura dylatacji t III temperatura, przy której tłoczek dylatometru po kontrakcji osiąga swoje maksymalne położenie. Jako wynik oznaczenia właściwości dylatometrycznych wg Arnu Audiberta podaje się: temperaturę mięknienia t I [ºC], temperaturę kotrakcji t II [ºC], temperaturę dylatacji t III [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 gazowokoksowe 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 (t III t I ).
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. t G I t 2 III a b a t b t III I 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 G opt., przy której wytrzymałość uzyskanego koksu jest maksymalna. Opracowane przez W. Simonisa i jego zespół równanie przyjmuje postać: G opt q 0 q 1 2 3 daf daf daf daf daf daf V 2 3 4 5 6 100 100 100 100 100 100 V V V V V q q q q q (9) 4 5 (3) 6 gdzie: V daf 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 G opt 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 G opt 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 G opt jest addytywna w zakresie 0,95 1,10 to można, dysponując węglami, dla których liczba koksowalności G jest różna od G opt, 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 G A i G B oraz daf zawartościach w nich części lotnych V A i V daf B nanosimy ich dane w postaci punktów na wykres G opt. Następnie łączymy te punkty za pomocą linii prostej. Miejsce przecięcia linii prostej z linią G opt 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 G opt.
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 G mp. 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 1-2cm 3 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)