[发明专利]一种炼焦煤炭化行为关联性的检测方法及装置

权利要求书

1.一种炼焦煤炭化行为关联性的检测装置的检测方法，所述的装置包括：控制柜、电子天平、炉体、加热体、热电偶、煤杯、载荷传感器、位移传感器、探针位移传感器、探针压力传感器、气缸、调压装置、空气压缩机以及支撑和固定装置，还包括1#导杆、2#导杆、连接杆、压力盘、步进电机、丝杆；步进电机和气缸固定在顶部固板上，步进电机的推拉力由丝杆传动给探针推板，丝杆、探针位移传感器和探针压力传感器固定在探针推板上，探针推板固定于套在升降滑杆的轴套上，组成胶质体黏稠性及厚度探测仪；

所述的检测装置通过组态软件编程控制步进电机经丝杆推拉探针，实现对胶质体黏稠性及厚度的自动测量；通过调节压力盘与载荷传感器间连接的1#导杆的中部螺母的位置，使煤杯内容积恒定；

其特征在于，所述的检测方法包括恒容检测方法，具体步骤为：

1)实验准备，依据GB479-2000中规定标准，制备包裹煤样的滤纸条和石棉垫片，及探针运行通道纸管；并按棋盘式取样法，从粒度不大于1.5mm的200g煤样中缩分出质量为100±0.5g的试样，后按GB 479-2000中规定步骤对煤样进行装杯操作；

2)检测装置安装，将1#导杆与压力盘连接，并与装好煤样的煤杯组装好，后整体放入炉膛内，通过连接杆将位移传感器与1#导杆连接，再将连有位移传感器的1#导杆与载荷传感器连接，调节1#导杆中部螺母所处位置使压力盘刚好接触煤样的上表面，固定压力盘位置使煤杯内容积恒定，将探针插入纸管内，再与探针压力传感器相连，将连有探针的压力传感器固定在探针推板上，将热电偶插入到热电偶套管中，确保控温热电偶处于套管底部；

3)设备调控与参数设置，在控制柜触控屏的程序设置页面设定控温仪表的升温程序，使煤杯底部由室温升至250℃过程中升温速率满足8℃/min，250℃以后的升温速率满足3℃/min；在控制柜触控屏的温度设置窗口，设置胶质体黏稠性及厚度检测的开始温度处于300℃～400℃范围内，终止检测温度处于600℃～800℃范围内；通过控制柜触控屏上的按键控制步进电机推拉探针，调节探针的初始位置，确保探针的顶端处于煤层的上方；在触控屏上的探针参数设置窗口，设定探针由初始位置向下运行时所遇阻力的上限值处于20～26N范围内，当所遇阻力超过上限值时，探针向上返回至初始位置，设定探针每次由初始位置向下运动的时间间隔处在300s～720s范围内；将探针处于初始位置时的阻力显示清零，打开电子天平并清零，在触控屏上点击开始升温开关，选择恒容测试模式，开始检测；

4)数据采集，实验过程中，煤杯底部加热体对煤样单向加热，通过控温热电偶检测杯底温度，控温仪表经可控硅调压器调节加热体功率，使杯底的升温速率满足要求，随杯底温度的升高，探针运行通道纸管的下部先燃烧而上部不变，下部形成的空隙被周围煤料填满，处于杯底部的煤样首先受热软化、熔融并析出挥发分，挥发分逸出造成煤样失重，失重量变化经电子天平检测，由于存在温度梯度，远离杯底的煤样温度低，炭化程度弱，煤样自上而下形成具有不同黏稠性的炭化状态层，从而探针沿纸管向下运行时，触碰处于不同炭化状态物料时所受阻力不同，探针压力传感器探测到的阻力大小反映了物料的黏稠度，探针位移传感器记录探针下行时位移变化，阻力与位移检测同步进行，当探针自上而下运行时，探测阻力由0N增至1～2N时对应位置为胶质层上层面，阻力增至18～23N时对应位置为胶质层下层面，层面间的位置差即为胶质层厚度，炭化过程中，由于胶质层内气、液、固三相物质的形成，导致的煤料膨胀与收缩经位移传感器检测，引起的胶质体内压变化经载荷传感器检测，上述过程中的测量数据均由控制柜存储并在触控屏幕上实时显示；

5)数据处理，恒容条件下，由控温热电偶检测数据得杯底温度变化曲线T_bottom，由载荷传感器检测数据得炭化过程中胶质体内压变化曲线p，由位移传感器检测数据得炭化过程中料层收缩与膨胀程度变化曲线x，由电子天平检测数据得炭化过程中挥发分析出率随炭化时间变化曲线f，对其求导，得挥发分析出速率变化曲线df/dt，由探针压力传感器与探针位移传感器测量探针自上而下运动时的位移与阻力数据，得不同测量时刻下探针所受阻力随位移变化曲线h-v，反映了炭化过程中胶质体黏稠性的变化，曲线呈现规律性趋势，即随位移增加，探针阻力由零逐渐增加至一最大值，后逐渐降低至一恒定范围，最后再次快速升高，定义阻力处于0～2N与18～23N时对应位置的高度差为胶质层厚度，依据曲线将胶质层划分成四个结构区域：阻力上升区、阻力下降区、阻力恒定区和阻力陡升区，由此得不同测量时刻下胶质层厚度y和各结构区域的厚度，以及探针阻力增至最大值时的阻力值v_max和探针处于阻力恒定区时的最小阻力v_min，将炼焦煤炭化过程中杯底温度、形成胶质体内压、料层收缩-膨胀程度、挥发分析出率及析出速率和胶质层厚度数据随炭化时间的变化作成一幅图，即为恒容条件下炼焦煤炭化行为关联性曲线图，同时还能得最大胶质层厚度y_max、最大失重速率df/dt_max、平均峰压及最终收缩度x’。

2.根据权利要求1所述的一种炼焦煤炭化行为关联性的检测装置的检测方法，其特征在于，气缸与载荷传感器相连，位移传感器经连接杆与载荷传感器相连，载荷传感器经导杆与压力盘相连，组成胶质体内压和体积形变检测仪；煤杯与炉体分离，煤杯及上部装置由支架托起置于电子天平上，炉体经支架托起置于桌面上，电子天平为挥发分析出率及速率检测仪；空气压缩机、调压装置及气缸间通过气路相连，组成压力调控系统；控制柜通过输入输出数据卡与前述各检测、驱动及加热装置相连，实现对实验过程的调控、数据采集与存储及实时显示。