Метод применяют для определения показателей, характеризующих пластические свойства (текучесть) угля, которые проявляются при нагревании угля в установленных условиях.
Пластичность по Гизелеру определяют как сопротивление нагретой пластической массы угля вращению твердого тела.
Одновременно получают температурные характеристики пластической массы [7, 25].
Сущность метода Гизелера заключается в нагревании угля в тигле с запрессованной мешалкой и непрерывном измерении и регистрации скорости вращения мешалки в образующейся пластической массе, изменяющейся в зависимости от температуры нагрева.
Вращение мешалки осуществляется двигателем с постоянным заданным вращающим моментом.
Метод Гизелера с успехом применяют в научных исследованиях и в лабораториях коксохимических заводов Японии, США и других стран.
Этот метод регламентирован в национальных стандартах США (АSTM D2639-04) и Японии (JIS M 8801.7).
Метод оценки пластических свойств углей по Гизелеру включен в перечень методов, применяемых для определения дополнительных параметров Международной системы кодификации углей среднего и высокого рангов (ГОСТ 30313–95).
В настоящее время существует действующий международный стандарт ISO 10329:2017 «Coal. Determination of plastic properties. Constant torque Gieseler Plastometer method».
В России и СНГ действует ГОСТ 32561–2013 (ISO 10329:2009) «Уголь каменный. Метод определения пластических свойств на пластометре Гизелера с постоянным вращающим моментом».
Испытание проводят в пластометре Гизелера, основной частью которого является реторта, изображенная на рис. 22.13.
При проведении испытания навеску воздушно-сухого угля массой 5 г (крупность частиц менее 425 мкм) уплотняют в металлическом тигле цилиндрической формы с мешалкой.
Мешалка представляет собой металлический стержень с четырьмя лопастями, расположенными перпендикулярно к стержню.
Мешалку приводит в движение мотор с постоянным крутящим моментом.
Для нагревания тигля с углем применяют электрическую печь, внутрь которой помещена баня с расплавом свинца и олова.
Тигель погружают в баню с расплавом, предварительно нагретым до 300 °С, а после выравнивания температуры в течение не более (10±2) мин повышают температуру до 500–550 °С со скоростью 3 °С/мин.
В процессе испытания непрерывно регистрируют температуру нагрева тигля (бани с расплавом), а также скорость вращения мешалки с помощью специального счетчика.
Счетчик измеряет скорость вращения мешалки в круговых делениях в минуту — кд/мин или DDPM (dial division per minute).
Одно круговое деление представляет собой сотую часть полного оборота мешалки (круговую шкалу в 360° делят на 100 частей).
В результате испытания получают пять характеристик пластичности угля:
• температура начала размягчения — температура, при которой скорость вращения мешалки, медленно нарастая, достигает значения 1 кд/мин, °С; • температура максимальной текучести — температура, при которой скорость вращения мешалки достигает максимального значения, °С; • температура затвердевания — температура, при которой мешалка останавливается, °С; • температурный интервал (диапазон) пластичности — разность между температурой начала размягчения и температурой затвердевания, °С; • максимальная текучесть или пластичность (maximum fluidity) — максимальная скорость вращения мешалки, кд/мин или DDPM.При необходимости строят кривую пластичности в координатах DDPM — температура, которая отражает изменение скорости вращения мешалки в интервале пластичности.
Наиболее важной характеристикой является максимальная текучесть (пластичность по Гизелеру), которая характеризует вязкость пластической массы.
Этот показатель, также как толщина пластического слоя (§ 22.3), имеет большое значение при оценке угля как сырья для коксования.
В ряде исследований была показана тесная зависимость отдельных характеристик качества кокса от величины пластичности по Гизелеру [25].
Пластичность углей по Гизелеру изменяется в широком диапазоне — от нулевых значений до 50000 кд/мин.
Максимальная пластичность углей повышается с увеличением толщины пластического слоя, что свидетельствует о зависимости этих показателей от одних и тех же факторов.
Максимальная пластичность так же, как и толщина пластического слоя, изменяется экстремально в зависимости от стадии метаморфизма.
Максимум пластичности совпадает примерно с интервалом Ro,r , характерным для углей марок Ж и КЖ при содержании инертинита 15–46 %.
Получено корреляционное уравнение для максимальной пластичности и толщины пластического слоя, что делает эти показатели взаимозаменяемыми [25].
Подобная замена представляет значительный интерес и требует проведения научного исследования для изучения возможности замены классификационного параметра, поскольку определение толщины пластического слоя — метод, сложный в исполнении, плохо поддающийся автоматизации, в отличие от испытания в пластометре Гизелера.
Для определения пластических свойств углей по Гизелеру разработаны автоматические пластометры.
Модель PL 2000 представляет собой полностью автоматизированную систему для определения текучести угля методом Гизелера в соответствии со стандартом ASTM D2639-04.
Все аналитические процедуры, даже движение тигля вверх-вниз в печи, автоматизированы.
Пластометр снабжен программным обеспечением, которое включает установление температурного режима, определение текучести до 100000 DDPM, цифровое и графическое изображение процесса, обработку и хранение базы данных. Движение шкалы барабанного типа регистрируется с помощью оптического кодирующего устройства с разрешающей способностью 0,2 деления в минуту.
В конце анализа система распечатывает максимальную текучесть и все определяемые температуры процесса.
