Влияние технологических факторов на микротвердость углей

Abstract

Актуальность. Закономерная особенность в изменении твердости и прочности углей, их твердых продуктов термической переработки и брикетов на их основе заключает в себе большую теоретическую значимость, ведь данные параметры могут косвенно характеризовать свойства, связанные с особенностями происхождения углей, их петрографического состава и степени их метаморфизма. Цель: изучение микротвердости бурых и каменных углей. Методы: Разделение буроугольной и каменноугольной мелочи на фракции от 4 мм до менее 125 мкм осуществляли на гранулометрическом анализаторе AS Control 200. Определение влажности исследуемых объектов осуществляли в сушильном шкафу по ГОСТ 11014-2001 «Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги». Зольность определяли по ГОСТ 11022-95 «Топливо твердое минеральное. Определение зольности». Выход летучих веществ определялся по ГОСТ Р55660-2013 «Топливо твердое минеральное. Определение выхода летучих веществ». Брикетирование угольной и сланцевой мелочи проводилось на лабораторном гидравлическом прессе ПГЛ-20. Брикеты изготавливали при давлении 15 МПа без смачивания. Брикеты изготавливались одинаковых параметров: высота – 10 мм, диаметр 15 мм. Термообработка исследуемых брикетов осуществлялась в 2 режима: режим № 1 «Без выдержки». В муфельную печь с начальной температурой, соответствующей комнатной, помещались шесть тиглей с брикетами. Затем нагревали до 100 °С, доставали из печи один из тиглей и продолжали нагрев до 200 °С. Операцию повторяли до температуры в камере печи, равной 600 °С с шагом в 100 °С без выдержки при конечной температуре; режим № 2 «Горячая печь». В нагретую до соответствующей режимной температуры (100; 200; 300; 400; 500; 600 °С) муфельную печь загружали тигель с брикетом, выдерживали в течении 30 минут и вынимали. Для определения микротвердости представленных образцов использовался ультрамикротестер SHIMADZU DUH-211S для испытаний твердости (микротвердости) материалов. Результаты. Исследование микротвердости бурых и каменных углей на брикетах из данного материала показало, что: для бурого угля при использовании обоих режимов нагревания до температуры 200 °С значение микротвердости уменьшается с 57,928 до 44,907 Н/мм2 (режим 1) и до 46,905 Н/мм2 (режим 2), при увеличении температуры до 300 °С значение микротвердости начинает подниматься до 51,048 и 51,247 Н/мм2 для режима 1 и режима 2 соответственно. Дальнейшее нагревание приводит к увеличению значения микротвердости до 64,879 Н/мм2 для первого режима и уменьшению до 32,797 Н/мм2 для второго режима; для каменного угля при режиме термообработки № 1 значение микротвердости возрастает с 4,894 до 7,157 Н/мм2, а при режиме термообработки № 2 падает до 2,921 Н/мм2.

A natural feature in changing hardness and strength of coals, their solid products of thermal processing and briquettes based on them is of great theoretical importance, because these parameters can indirectly characterize the properties associated with the characteristics of their origin, their petrographic composition and degree of their metamorphism. The main aim of the research is to study the microhardness of brown coal and coal. The methods. Before carrying out the experimental studies, a granulometric analysis of raw material used was carried out using a granulometric analyzer AS Control 200 with a set of sieves from 4 mm to less than 125 μm. The sample mass of 1 kg, the amplitude of 2 mm/year, classification 10 minutes. Determination of humidity of the studied objects was carried out in a drying Cabinet according to SS 11014-2001 «Coals brown, stone, anthracite and oil shale. Accelerated methods of moisture determination». Ash content was deter- mined according to SS 11022-95 «Solid mineral fuel. Determination of ash content». The yield of volatile components was determined by SS Р55660-2013 «Solid mineral fuel. Determination of the yield of volatile substances». Briquetting of coal and shale fines was carried out on the laboratory hydraulic press PGL-20. Briquettes were made at a pressure of 15 MPa without wetting. Briquettes were made of the same parameters: height 10 mm, diameter 15 mm. Heat treatment of the studied briquettes was carried out in two regimes: regime no. 1 «without aging». Six crucibles with briquettes were placed in the muffle furnace with the initial temperature corresponding to the room temperature. Then they were heated to 100 °С, one crucible was got out of the furnace and the rest ones were continued heating to 200 °С. The operation was repeated to temperature in the furnace chamber equal to 600 °С in increments of 100 °С without exposure at the final temperature; regime no. 2 «Hot furnace». The crucible with the briquette was loaded to the muffle furnace heated to the appropriate operating temperature (100; 200; 300; 400; 500; 600 °С); it was kept there for 30 minutes and removed. To determine microhardness of the samples the ultramicrotome SHIMADZU DUH-211S was used for testing hardness (microhardness) of the material. Results. The study of microhardness of brown coals and coal briquettes from this material showed that: for brown coal when using both heating regimes, the microhardness value decreases to a temperature of 200 °C from 57,928 to 44,907 N/mm2 (regime 1) and to 46,905 N/mm2 (regime 2), with temperature rise to 300 °С, the microhardness value begins to rise to 51,048 and 51,247 N/mm2 for regime 1 and 2, respectively. Further heating leads to increase in microhardness to 64,879 N/mm2 for the first regime and decrease to 32,797 N/mm2 for the second regime; for coal in the heat treatment regime 1 microhardness value increases from 4,894 to 7,157 N/mm2 , and in the heat treatment regime 2 falls to 2,921 N/mm2 .