Технологічні параметри брикетування

Основні технологічні параметри брикетування вугілля без сполучної добавки - вологість і крупність вугілля (сушонки), тиск пресування, температура сушонки та тривалість пресування. Ці параметри перебувають між собою в певній залежності. Для одержання заданої міцності брикетів при зміні одного з параметрів необхідно робити зміну іншого або декількох параметрів.

Залежність механічної міцності брикетів від кожного окремого параметра брикетування вугілля часто носить екстремальний характер. Для вугілля високої здібності до брикетування ця екстремальна залежність механічної міцності від окремих параметрів брикетування має більш різко виражений характер. З погіршенням здібності вугілля до брикетування екстремальна залежність зміни міцності брикетів стає менш вираженою.

Вологість бурого вугілля. У бурого вугілля волога буває адсорбційно-зв’язаною і капілярною. Перша обумовлена адсорбцією молекул води у вигляді тонких гідратних плівок на вугільній поверхні. Капілярна волога заповнює поровий простір між частинками і зв'язує їх між собою за рахунок капілярних сил.

На рис. 6.1 для бурого вугілля марки Б1 крупністю 0-6 мм зольністю 20-22% і температурою 55-60° С показана залежність міцності брикетів від вмісту вологи в брикетуємому матеріалі. Оптимальний вміст вологи визначається взаємним впливом крупності і температури сухого вугілля. При цій волозі максимально проявляються молекулярні сили зчеплення і досягається висока міцність брикетів. При вмісті вологи нижче 8-10% поверхня часток недостатньо покривається водними плівками. Тому зчеплення часток у процесі пресування забезпечується в основному слабкими міжмолекулярними ван-дер-ваальсовими силами. Для ефективного брикетування такого вугілля необхідні високі тиски пресування, що компенсують недолік вологи. Це приводить до “перепресування” вугілля. Брикети виходять неміцними, легко руйнуються.

З іншого боку, надлишковий зміст вологи (20% і більше) супроводжується стовщенням гідратних шарів і заповненням водою порових просторів між частинками. Товсті гідратні шари створюють росклинуючий тиск рідини в зазорі між частинками, що знижує ефект пресування, а заповнення пор водою призводить до зникнення капілярної складової сил зчеплення. В результаті міцність брикетів різко знижується.

Оптимальна вологість вугілля, що відповідає максимальної міцності брикетів, не є величиною постійною. Вона залежить від тиску пресування та крупності вугілля, а також його природи і окисненності. Оптимальний вміст вологи в бурих вугіллях крупністю 0-6 мм і зольністю до 20 % становить 14-16 % при тиску пресування 100-120 МПа.

На якість буровугільних брикетів істотно впливає розподіл вологи в окремих класах крупності. Дрібні частки вугілля швидше і легше віддають вологу при сушінні, чим більші зерна. В крупних зернах у процесі сушіння волога випаровується тільки з поверхні, затримуючись у глибинних ділянках. Згодом вона переміщається до периферії, створюючи в брикетах численні тріщини. Тому для досягнення високої міцності брикетів необхідно забезпечити мінімальну волорізницю між великими і дрібними зернами. Зниження вологорізниці може бути досягнуто дробленням крупних зерен (більш 3 мм) і ретельним перемішуванням дробленого продукту із класом 0-3 мм. В процесі дроблення гарячих крупних зерен значна частка вологи випаровується, що вирівнює вологість матеріалу. Для зниження вологорізниці можливо також застосування зрошення водою дрібних класів.

Крупність і гранулометричний склад. При зменшенні крупності брикетуємого матеріалу збільшується сумарна поверхня часток й, отже, зростає загальна сила зчеплення. Крім того, зменшення крупності вугілля сприяє більше щільному укладанню частинок перед пресуванням і утворенню монолітного брикету, зменшуються час і витрати енергії на тендітні й пружні деформації матеріалу при пресуванні та збільшується частка енергії та часу на корисні пластичні деформації. Отже, чим тонше здрібнене вугілля, тим більшою мірою проявляються сили зчеплення частинок і тим міцніше стають брикети.

Крім крупності частинок на утворення брикетів впливає гранулометрический склад брикетуємого матеріалу, що впливає на щільність укладання частинок. При наявності в сушонці підвищеного вмісту великих частинок збільшуються число і розміри порожнеч у масі сушонки та частина енергії пресування, що витрачається на руйнування деякої частки великих вугільних зерен і заповнення порожнеч. Витрати енергії на пластичні деформації будуть зменшуватися, а міцність одержуваних брикетів - знижуватися.

Важливе значення має рівномірний розподіл елементарних класів крупності в брикетній шихті. Воно досягається вибором технологічної схеми класифікації вугілля та відповідним апаратурним оформленням. Брикети мають максимальну міцність при наступному співвідношенні класів вихідної суміші: 0-1 мм - близько 50 %, 1-2 мм - 40-45 % й 2-4 мм - 5-10 %. На брикетну спроможність негативно впливають пилоподібні частинки (менш 0,2 мм). Їх вміст не повинний перевищувати 8-10 %.

Крупність вугілля визначається цільовим призначенням брикетів. Для брикетів, що використовуються у побуті, верхня межа крупності частинок становить 4-6 мм; для технологічних брикетів - до 2 мм. У першому випадку це обумовлено умовами займистості, у другому - підвищеною щільністю структури, пов'язаною з умовами термічної переробки.

Крупність брикетуємого вугілля впливає на водостійкість брикетів. Брикети із дрібного вугілля більш щільні, менш тріщинуваті, мають високу водостійкість. Грубозернисті брикети менш водостійкі.

Тиск і температура пресування. Тиск пресування - основний параметр, що впливає на міцність брикетів. Особливо велике його значення при брикетуванні молодих бурих вугіль. Збільшення тиску пресування з 60 до 220 МПа дозволяє за інших рівних умов підвищити міцність брикетів в 3 рази (рис. 6.2а). Для різних бурих вугіль існує своя межа тиску пресування, вище якого міцність брикетів падає.

На процес пресування впливають тривалість тиску та його рівномірний розподіл в об’ємі брикетуємого матеріалу. Ущільнення відбувається не миттєво, а в часі. Це дозволяє передавати зусилля пресування послідовно від периферійних шарів до глибинних. У первісний момент тиск поширюється в об’ємі матеріалу хвилеподібно. Підвищення зусиль сприяє деякому вирівнюванню тиску по висоті брикету.

Тривалість пресування позначається на співвідношенні та характері пластичних і пружних деформацій. При малих швидкостях наростання тиску і тривалому його впливі збільшується частка пластичних і падає частка пружних деформацій. При дуже швидкому зростанні тиску відзначаються надмірні пружні деформації. Швидке накладення тиску приводить до досить небажаного явища - запресовуванню повітря в порожнечах між здавлюваними зернами вугілля. Прагнучи покинути порожнечі після

зняття тиску, повітря руйнує брикети. При повільному зростанні тиску пресування повітря з порожнеч структурного каркаса віддаляється майже повністю. Міцність брикетів зберігається. Висока швидкість наростання тиску приводить до зменшення динамічного коефіцієнта тертя брикетів об стінки прес-форм. Знижуються міцність брикетів і продуктивність пресів.

Розвиток тиску пресування залежить від температури сухого вугілля. Збільшення нагрівання вугілля сприяє росту пластичних деформацій, зменшенню тертя між частинками та зниженню пружних деформацій. Високі температури сухого вугілля дозволяють брикетувати його при більш низьких тисках. Це пов'язане з інтенсивністю броунівського руху та ослабленням внутрішньомолекулярних зв'язків, що підвищують коефіцієнт пластичності.

Нагрівання вугілля поліпшує витиснення вологи з капілярів і переміщення її всередині брикету. Існує оптимальна температура, до якої може бути нагріте вугілля. Збільшення температури вище оптимальної шкідливе (рис.6.2б). Високі температури нагрівання вугілля підсилюють дію пружних деформацій у брикетах, що виходять із преса. В результаті зменшується міцність брикетів.

Для досягнення оптимальної температури вугілля перед пресуванням його охолоджують. Охолодження повинне бути короткочасним, щоб не допустити збільшення різниці в температурі великих і дрібних зерен. Чим менше різниця температур цих зерен, тим менше тріщин на поверхні брикетів.

Контрольні питання.

1. Сутність існуючих гіпотез формування буровугільних брикетів.

2. Дайте характеристику основних параметрів, що впливають на процес брикетування бурого вугілля.

ТЕМА № 7