Индекс свободного вспучивания — это показатель спекаемости угля, определяемый по виду нелетучего остатка, полученного при быстром нагревании измельченного угля в закрытом тигле установленных размеров, путем сравнения контура этого остатка со шкалой нумерованных контуров стандартных образцов.
Индекс свободного вспучивания SI («swelling index») входит в число основных параметров Международной системы кодификации углей среднего и высокого рангов (ГОСТ 30313–95), а также принят в виде дополнительного параметра в классификации по ГОСТ 25543–2013. Наряду с обозначением SI индекс свободного вспучивания разрешается обозначать CSN («crucible swelling number») и FSI («free swelling index»).
Методика определения индекса свободного вспучивания углей установлена в ГОСТ 20330–91 (ИСО 501–81) «Уголь. Метод определения показателя вспучивания в тигле». В настоящее время введено четвертое издание стандарта ISO 501:2012 «Hard coal — Determination of the crucible swelling number», основные положения которого соответствуют ГОСТ 20330–91.
Для проведения испытания уголь в воздушно-сухом состоянии измельчают до крупности менее 0,2 мм таким образом, чтобы масса частиц размером от 0,1 до 0,2 мм составляла не менее 40%. Если испытания проводятся с целью классификации, зольность угля должна быть не выше 10%. В противном случае уголь перед измельчением подвергают обогащению в соответствии с требованиями ГОСТ 1186.
Опыт проводят в тигле из кварцевого стекла вместимостью 16–17,5 см3 с крышкой. Для нагревания можно использовать установку с газовой горелкой или электропечь (рис. 22.4).
Навеску угля массой (1,00±0,01) г помещают в тигель и выравнивают поверхность легким постукиванием дна тигля о твердую поверхность. Затем закрывают тигель крышкой и вносят его в пламя газовой горелки или в электропечь, предварительно нагретую до 850 °С. Через 90 с температура в тигле должна стать равной (800±10)°С, а через 150 с — (820±5)°С.
Если через 150 с от начала нагревания еще наблюдается горение летучих веществ над тиглем, то нагревание продолжают, пока пламя не исчезнет. После этого тигель вынимают и охлаждают. Нелетучий остаток сравнивают со шкалой стандартных профилей (рис 22.5). Номер профиля шкалы, с которым совпадает профиль нелетучего остатка, представляет собой показатель свободного вспучивания SI.
6 Рис. 22.5 приведен для иллюстрации формы нелетучих остатков и не пригоден для практического использования. Для определения показателя свободного вспучивания по профилю нелетучего остатка следует пользоваться ГОСТ 20330–91 (ИСО 501–81).Всего в шкале имеются 17 профилей; их номера начинаются с 1 и различаются между собой на 1/2. Последний номер профиля — 9.
Если при испытании получают нелетучий остаток, совпадающий с профилем номер 1, то этот остаток кладут на гладкую поверхность и помещают на него груз массой 500 г.
Если при этом остаток разрушается полностью или распадается более чем на 4 части, то его номер будет 1/2.
Если остаток не разрушается или распадается не больше чем на 2–3 куска, то его номер будет 1.
В том случае, когда образуется порошкообразный нелетучий остаток, индекс вспучивания считают равным 0.
Если профиль нелетучего остатка, полученного при испытании угля, превышает по своим границам профиль 9 стандартной шкалы, то он обозначается номером «более 9».
Допускается использовать обозначение 0,5, вместо 1/2, а профиль «более 9» обозначать как > 9 или 9+.
Показатель свободного вспучивания в соответствии со стандартом ISO 501:2012 определяют как среднее арифметическое результатов трех или пяти параллельных определений.
Расхождения между ними при испытаниях в одной лаборатории при трех определениях не должны превышать 1/2 ед. Расхождения между результатами испытаний одной и той же пробы при пяти определениях как в одной, так и в разных лабораториях не должны превышать 1 ед.
Показатель свободного вспучивания позволяет различать по спекаемости угли, которые трудно или невозможно разделить по толщине пластического слоя. Например, угли с y ниже 6 мм могут иметь значения SI от 0 до l1/2, а угли с y = 6–7 мм могут иметь значения SI до 4.
Индекс свободного вспучивания более четко дифференцирует угли с пониженной спекаемостью, но в области хорошо спекающихся углей теряет чувствительность и остается на уровне максимальных величин (SI = 8–9). Индекс свободного вспучивания изменяется со стадией метаморфизма, достигая максимума при Ro,r = 1,1–1,4%, и существенно зависит от петрографического состава, снижаясь при увеличении содержания инертинита и липтинита. Более высокие значения показателя SI характерны для более восстановленных углей.