生产用煤膨胀收缩性能测定方法及装置与流程

本发明涉及炼焦煤质量检测领域，尤其涉及一种煤膨胀收缩性能测定方法及装置。

背景技术：

我国拥有丰富的煤资源，在能源的利用过程中，对煤的依赖性比重较大。对煤的加工利用煤工作者开展了很多方面的工作。其中最广的利用途径为利用煤进行高温干馏生产焦炭（CN1171807A, CN1465656A）用于高炉炼铁生产。另外由于我国石油资源的缺乏，对国外依赖超过40%以上，为了缓解石油缺乏，许多科研工作者开展了利用煤进行液化生产出工业石油的研究，但这种工艺消耗的成本相当巨大。另外也有利用煤进行气化得到合成气（CN1721511A，CN86105896）用来制备甲醇或者用来作为还原气。当前也有一些专利（CN1109911，CN1109510）是利用煤造气竖炉生产直接还原铁。

我国每年生产铁水超过8亿吨，这对炼铁生产焦炭原料有着极大需求，焦炭生产仍然是我国利用煤资源的一个非常重要的途径。煤在焦炉炭化室中受热产生大量的胶质体，并且发生了热分解和聚合反应，最终才形成了可用于高炉生产的焦炭。焦炭在炭化室中随着时间和温度的变化发生了怎样的形态变化，发生了哪些化学或物理反应，变化阶段如何，由于炭化室中是一个高温黑匣子，一直不得而知。利用一种测试煤热解成焦过程膨胀收缩性能的装置来测量煤在成焦过程中所发生的变化，对于炼焦过程温度制度的控制，煤热解成焦过程中焦炭质量的控制以及胶质体形成量的控制以及配煤结构的调整都具有一定的指导作用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产用煤膨胀收缩性能测定方法及装置，通过模拟生产用煤在炭化室内热解的膨胀收缩过程行为，反应配合煤在炼焦炭化室内的真正变化情况，以测试生产用煤的膨胀收缩性能，可以为炼焦生产用煤的相互配合提供指导，从而可以降低生产配煤成本，提高生产焦炭质量，降低高炉燃料消耗。

本发明是这样实现的：一种生产用煤膨胀收缩性能测定方法,包括以下步骤:设定标准加热温度，要求标准加热温度大于待测定煤样的基氏流动度中的基氏固化温度；

S1:选取待测定煤样,要求煤样粒度为80～85%在3mm以下；

S2：将待测定煤样制备为标准尺寸的待测定煤块；

S3：对待测定煤块进行加热，加热过程中加热速率控制为1～3℃/min，加热到标准加热温度，记录加热过程中待测定煤块的起始尺寸、最大尺寸和最小尺寸；

S4：计算得到待测定煤块最大膨胀率和最大收缩率，所述最大膨胀率=(最大尺寸-起始尺寸)/起始尺寸，所述最大收缩率=(起始尺寸-最小尺寸)/起始尺寸。

所述步骤S2中还包括将待测定煤块夯实的步骤。

设定标准堆积密度，所述步骤S2中制备标准尺寸的待测定煤块的方法为，选择一圆柱形内腔的容器，在容器内圈设置一层由易燃材料制成的支撑圈，将待测定煤样放入容器内，通过自然堆积或夯实后将待测定煤块制备成为待测定煤块，此时待测定煤块的密度为标准堆积密度，最后将支撑圈和待测定煤块一起取出容器。

所述步骤S3中，待测定煤块的起始尺寸、最大尺寸和最小尺寸为待测定煤块的起始外径、最大外径和最小外径。

一种生产用煤膨胀收缩性能测定装置，包括加热炉、样煤托板、定位推板、推动杆和温度控制器，所述样煤托板设置在加热炉内，所述定位推板共有一对，一对定位推板对称设置在样煤托板上方，所述推动杆一端与定位推板相连，推动杆的另一端穿出加热炉的炉壁；推动杆与加热炉的炉壁之间构成移动副，推动杆上设置有标尺；所述加热炉内还设置有与温度控制器相连的温度传感器，所述温度控制器控制连接加热炉的加热元件，加热炉的顶部设置有排气管路。

所述温度传感器共有若干个，若干个温度传感器分别布置在加热炉内的各个区域，并插入到样煤中。

所述的温度传感器为热电偶。

本发明针对大量煤在炭化室中热解结焦，利用对炼焦用煤在热解过程中的膨胀收缩性能快速、准确的测量，来衡量炼焦用配合煤生产焦炭质量的优劣，以及对炼焦生产过程中的焦炉装置的运行，推焦过程的影响，生产过程中煤的膨胀对炉墙的影响等等，为配煤工作提供了一个新的质量参考指标，从而可以达到对配煤结构的调整，指导配煤炼焦，降低生产成本。

本发明生产用煤膨胀收缩性能测定方法及装置模拟了生产用煤在炭化室内热解的膨胀收缩过程行为，能够有效的反应配合煤在炼焦炭化室内的真正变化情况，通过测试生产用煤的膨胀收缩性能，可以为炼焦生产用煤的相互配合提供指导，并能够正确认识配合煤的质量性能，可以有效的避免或者减少难推焦过程的发生，减少对炭化室炉墙的损坏，从而可以降低生产配煤成本，提高生产焦炭质量，保证炼焦生产过程的有效顺行，降低高炉燃料消耗。

附图说明

图1为本发明生产用煤膨胀收缩性能测定装置的结构示意图；

图中：1加热炉、2样煤托板、3定位推板、4推动杆、5温度控制器、6温度传感器、7排气管路、8待测定煤块。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例

一种生产用煤膨胀收缩性能测定方法,包括以下步骤:设定标准加热温度，要求标准加热温度大于待测定煤样的基氏流动度中的基氏固化温度；

S1:选取待测定煤样,要求煤样粒度为80～85%在3mm以下；

S2：将待测定煤样制备为标准尺寸的待测定煤块；在本实施例中，为了降低测量误差，提高被测定参数的可靠性，所述的标准尺寸以圆柱形为基准，要求待测定煤块的为外径100 mm，高300 mm的圆柱形；

另外对于待测定煤块的密度要求为在不夯实自然堆积的情况下要求待测定煤块的标准堆积密度为820 kg/m³，在夯实的情况下要求待测定煤块的标准堆积密度为1080 kg/m³；

制备标准尺寸的待测定煤块的方法为，选择一圆柱形内腔的容器，在容器内圈设置一层由易燃材料制成的支撑圈，在本实施例中，所述容器为内径100 mm，高300 mm 的不锈钢管，支撑圈的材料为硬纸板；将待测定煤样放入容器内，通过自然堆积或夯实后将待测定煤块制备成为待测定煤块，此时待测定煤块的密度为标准堆积密度，最后将支撑圈和待测定煤块一起取出容器放入到步骤S3中进行加热。

S3：采用加热炉对待测定煤块进行加热，加热过程中加热速率控制为1～3℃/min，加热到标准加热温度，记录加热过程中待测定煤块的起始尺寸、最大尺寸和最小尺寸；

S4：计算得到待测定煤块最大膨胀率和最大收缩率，所述最大膨胀率=(最大尺寸-起始尺寸)/起始尺寸，所述最大收缩率=(起始尺寸-最小尺寸)/起始尺寸。

所述步骤S3中，待测定煤块的起始尺寸、最大尺寸和最小尺寸为待测定煤块的起始外径、最大外径和最小外径。

如图1所示，一种生产用煤膨胀收缩性能测定装置，包括加热炉1、样煤托板2、定位推板3、推动杆4和温度控制器5，所述样煤托板2设置在加热炉1内，所述定位推板3共有一对，一对定位推板3对称设置在样煤托板2上方，所述推动杆4一端与定位推板3相连，推动杆4的另一端穿出加热炉1的炉壁；推动杆4与加热炉1的炉壁之间构成移动副，推动杆4上设置有标尺；所述加热炉1内还设置有与温度控制器5相连的温度传感器6，所述温度控制器5控制连接加热炉1的加热元件，加热炉1的顶部设置有排气管路7。

在本发明中，为了能够确保待测定煤块8各个区域的温度，所述温度传感器6共有若干个，若干个温度传感器6分别布置在加热炉1内的各个区域，并插入到待测定煤块8中；在本实施例中，所述的温度传感器6为热电偶。

实施例1

将Ad含量为6%，Vd含量为25%的2000g的80%粒度小于3mm的待测定煤样放入内径100 mm，高300 mm 的不锈钢管1Cr18Ni9Ti内，在不锈钢管内表面贴有一个圆柱形的硬纸板，将待测定煤样自然堆积到密度820 kg/m3成为待测定煤块；处理后待测定煤块连同硬纸板从不锈钢管内取出，放入立式加热炉内，炉内直径为200mm，程序控制升温加热，加热速率为1℃/min。在加热过程中，当煤料在炉膛内达到一定温度后，煤样开始发生膨胀和收缩过程，在此过程中通过移动标尺测得煤柱与炉壁间缝隙的大小得到待测定煤块的外径值，计算得到该待测定煤块最大膨胀率为52%，最大收缩率为35%。

实施例2

将Ad含量为8%，Vd含量为27%的2000g的80%粒度小于3mm的待测定煤样放入内径100 mm，高300 mm 的不锈钢管1Cr18Ni9Ti内，在不锈钢管内表面贴有一个圆柱形的硬纸板，将待测定煤样通过夯实到密度1080 kg/m3成为待测定煤块；处理后待测定煤块连同硬纸板从不锈钢管内取出，放入立式加热炉内，炉内直径为200mm，程序控制升温加热，加热速率为2℃/min。在加热过程中，当煤料在炉膛内达到一定温度后，煤样开始发生膨胀和收缩过程，在此过程中通过移动标尺测得煤柱与炉壁间缝隙的大小得到待测定煤块的外径值，计算得到该待测定煤块最大膨胀率为61%，最大收缩率为42%。

实施例3

将Ad含量为10%，Vd含量为28%的1500g的83%粒度小于3mm的待测定煤样放入内径100 mm，高300 mm 的不锈钢管1Cr18Ni9Ti内，在不锈钢管内表面贴有一个圆柱形的硬纸板，将待测定煤样自然堆积到密度820 kg/m3成为待测定煤块；处理后待测定煤块连同硬纸板从不锈钢管内取出，放入立式加热炉内，炉内直径为200mm，程序控制升温加热，加热速率为3℃/min。在加热过程中，当煤料在炉膛内达到一定温度后，煤样开始发生膨胀和收缩过程，在此过程中通过移动标尺测得煤柱与炉壁间缝隙的大小得到待测定煤块的外径值，计算得到该待测定煤块最大膨胀率为89%，最大收缩率为56%。

实施例4

将Ad含量为8%，Vd含量为29%的2000g的85%粒度小于3mm的待测定煤样放入内径100 mm，高300 mm 的不锈钢管1Cr18Ni9Ti内，在不锈钢管内表面贴有一个圆柱形的硬纸板，将待测定煤样通过夯实到密度1080 kg/m3成为待测定煤块；处理后待测定煤块连同硬纸板从不锈钢管内取出，放入立式加热炉内，炉内直径为200mm，程序控制升温加热，加热速率为3℃/min。在加热过程中，当煤料在炉膛内达到一定温度后，煤样开始发生膨胀和收缩过程，在此过程中通过移动标尺测得煤柱与炉壁间缝隙的大小得到待测定煤块的外径值，计算得到该待测定煤块最大膨胀率为62%，最大收缩率为21%。