中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)煤灰熔融性的測(cè)定方法
中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局發(fā)布1974 年1 1 月1 日實(shí)施
中華人民共和國(guó)燃料化學(xué)工業(yè)部提出煤炭科學(xué)研究院北京煤炭研究所起草
本標(biāo)準(zhǔn)適用于褐煤、煙煤、無煙煤、石煤、泥煤和焦炭灰熔融性的測(cè)定。
方法要點(diǎn)：將煤灰制成一定尺寸的三角錐體，在一定的氣體介質(zhì)中，以一定的升溫速度加熱，觀察灰錐在受熱過程中的形態(tài)變化，測(cè)定它的三個(gè)熔融特征溫度——變形溫度(T1)、軟化溫度(T2)和流動(dòng)溫度(T3) 。
一、定義
1.變形溫度(T1)：灰錐尖端開始變圓或彎曲時(shí)的溫度(圖1 中T1)。
2.軟化溫度(T2)：灰錐變形至下列情況時(shí)的溫度：錐體彎曲至錐尖觸及托板、灰錐變成球形和高度等于(或小于)底長(zhǎng)的半球形(圖1 中T2)。
3.流動(dòng)溫度(T3) ：灰錐熔化成液體或展開成高度在1.5mm 以下的薄層(圖1 中T3)。
圖1 灰錐熔融特征示意圖
注：對(duì)某些煤灰可能得不到特征溫度點(diǎn)，而發(fā)生下列情況：
燒結(jié)：灰錐明顯縮小至似乎熔化，但實(shí)際卻變成燒結(jié)塊，保持一定的輪廓。
收縮：灰錐由于揮發(fā)而明顯縮小，但卻保持原來的形狀。
膨脹和鼓泡：錐體明顯脹大和鼓氣泡。
二、試驗(yàn)條件
4.試樣形狀和大小：試樣為三角錐體，高20mm，底為邊長(zhǎng)7mm 的正三角形，灰錐的垂直于底面的側(cè)面與托板表面相垂直。
5.試驗(yàn)氣氛：
(1)弱還原性氣氛，可采用下述兩種方法之一進(jìn)行控制：
a.爐內(nèi)封入石墨或用無煙煤上蓋一層石墨。
b.爐內(nèi)通入50±10%的氫氣和50±10%的二氧化碳混合氣體。
(2)氧化性氣氛，爐內(nèi)不放任何含碳物質(zhì)，并讓空氣自由流通。
三、儀器設(shè)備、材料和試劑
6.儀器設(shè)備：
(1)硅碳管高溫爐(圖2)：爐膛直徑為50～70mm、長(zhǎng)600mm 的臥式爐，或滿足下列條件的其他高溫爐：
圖2 硅碳管高溫爐
1—熱電偶；2—硅碳管；3—灰錐；4—?jiǎng)傆裰郏?/span>
5—爐殼；6—?jiǎng)傆裢馓坠埽?/span>7—?jiǎng)傆駜?nèi)套管；8—泡沫氧化鋁保溫磚；9—電板片；10—觀察孔
a.有足夠長(zhǎng)的恒溫帶，其各部溫差≤5℃。
b.能按照規(guī)定的升溫速度加熱到1500℃。
c.能控制爐內(nèi)氣氛為弱還原性和氧化性。
d.能隨時(shí)觀察試樣在受熱過程中的變化情況。
(2)調(diào)壓變壓器：容量5～10kV·A，調(diào)壓范圍0～250V，連續(xù)調(diào)壓。
(3)鉑銠-鉑熱電偶及高溫計(jì)：精確度1 級(jí)，測(cè)量范圍0～1600℃，校正后使用，并在使用時(shí)將熱電偶加氣密的剛玉套管保護(hù)。
(4)灰錐模子(圖3)：由對(duì)稱的兩個(gè)半塊組成，用黃銅或不銹鋼制作。
(5)灰錐托板模子(圖4)：由模座、墊片和頂板三部分組成，用硬木或竹制作。
(6)馬弗爐：可加熱到800～850℃，并帶有溫度控制裝置。
(7)簡(jiǎn)易氣體分析器：可測(cè)定一氧化碳、二氧化碳和氧氣。
(8)墨鏡：藍(lán)色或黑色。
(9)手電筒。
7.材料和試劑：
(1)剛玉舟(圖5)。
圖3 灰錐模子
圖4 灰錐托板模子
圖5 剛玉舟
(2)石墨：工業(yè)用，灰分≤15%，粒度≤0.5mm。
(3)無煙煤：粒度≤0.5mm。
(4)鎂砂：氧化鎂(MgO)含量≥85%，粒度≤0.2mm。
(5)糊精：三級(jí)純，配成10%水溶液，煮沸。
四、試驗(yàn)步驟
8.灰錐的制備：取粒度小于0.20mm 的分析煤樣，按GB 212—63“煤的工業(yè)分析方法”的規(guī)定，使其完全灰化并用瑪瑙研缽研細(xì)至0.1mm 以下。取1～2g 煤灰放在瓷板或玻璃板上，用數(shù)滴10%的糊精水溶液潤(rùn)濕注，調(diào)成可塑狀，然后用小尖刀鏟入灰錐模中擠壓成型。用小尖刀將模內(nèi)灰錐小心地推至瓷板或玻璃板上，于空氣中風(fēng)干或于60℃下烘干備用。
注：除糊精外，可視煤灰的可塑性而選用水、10%的可溶性淀粉或阿拉伯膠水溶液。
9.灰錐托板的制作：灰錐托板可在耐火材料廠訂購或自行制作，制作手續(xù)如下：
取適量粒度≤0.1mm 的鎂砂，用10%的糊精水溶液潤(rùn)濕成可塑狀。將墊片放入模座。用小尖刀將鎂砂鏟入模座中，用小錘輕輕錘打成型。用頂板將成型托板輕輕頂出，先于空氣中風(fēng)干，然后在煤灰熔融性測(cè)定爐中灼燒到1500℃。除鎂砂外也可用三氧化二鋁等其他材料制成托板。托板必須在1500℃以上不變形，不與灰樣發(fā)生作用。
10.操作手續(xù)：
(1)在弱還原性氣氛中測(cè)定：用10%的糊精水溶液將少量鎂砂調(diào)成糊狀，用它將灰錐固定在灰錐托板的三角坑內(nèi)，并使灰錐的垂直于底面的側(cè)面與托板表面相垂直。
如用封入含碳物質(zhì)的方法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，則在剛玉舟中央放置石墨粉15～20g，兩端放置無煙煤30～40g(對(duì)氣疏的高剛玉管爐膛)或在剛玉舟中央放置石墨粉5～6g(對(duì)氣密的剛玉管爐膛)注。
如用通氣法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，則從600℃開始通入少量二氧化碳以排除空氣，從700℃開始輸入50±10%的氫氣和50±10%二氧化碳的混合氣，通氣速度以能避免空氣漏入爐內(nèi)為準(zhǔn)，對(duì)于氣密的剛玉管爐膛為每分鐘100mL 以上。
將帶灰錐的托板置于剛玉舟之凹槽上。
將熱電偶從爐后熱電偶插入孔插入爐內(nèi)，并使其熱端位于高溫恒溫帶中央正上方，但不觸及爐膛。
擰緊觀測(cè)口蓋，在手電筒照明下將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi)，并使灰錐緊鄰熱電偶熱端(相距2mm 左右)。擰上觀測(cè)口蓋，開始加熱。控制升溫速度為：
900℃以前，15～20℃/min；
900℃以后，5±1℃/min。
每20min 記錄一次電壓、電流和溫度。
隨時(shí)觀察灰錐的形態(tài)變化(高溫下觀察時(shí)，需戴上墨鏡)，記錄灰錐的三個(gè)熔融特征溫度T1、T2 和T3 。
待全部灰錐都到達(dá)T3 或爐溫升至1500℃時(shí)斷電結(jié)束試驗(yàn)。
待爐子冷卻后，取出剛玉舟，拿下托板仔細(xì)檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板共熔，則應(yīng)另換一種托板重新試驗(yàn)。
(2)在氧化性氣氛中測(cè)定：試驗(yàn)手續(xù)與本條第(1)款相同，但剛玉舟內(nèi)不放任何含碳物質(zhì)，并使空氣在爐內(nèi)自由流通。
注：除石墨和無煙煤外，可根據(jù)具體條件采用木炭、焦炭或石油焦。它們的粒度、數(shù)量和放置部位視爐膛的大小，氣密程度和含碳物質(zhì)的具體性質(zhì)而適當(dāng)調(diào)整。
11.爐內(nèi)氣氛性質(zhì)的檢查：定期用下述方法之一檢查爐內(nèi)氣氛：
(1)標(biāo)準(zhǔn)錐法：選取含三氧化二鐵20%～30%的易熔煤灰，預(yù)先在強(qiáng)還原性(爐內(nèi)通入100%的氫氣或封入大量無煙煤或木炭)、弱還原性和氧化性氣氛中分別測(cè)出其熔融特征溫度(在強(qiáng)還原性和氧化性氣氛中所測(cè)T2 或T3 應(yīng)比弱還原性者高100～300℃)，然后以它為標(biāo)準(zhǔn)來檢定爐內(nèi)氣氛性質(zhì)。當(dāng)用上述煤灰進(jìn)行檢定時(shí)，其T2 或T3 測(cè)定值與弱還原性氣氛中的測(cè)定值相差若不超過50℃，則證明爐內(nèi)氣氛為弱還原性；如超過50℃，則可根據(jù)它們與強(qiáng)還原性和氧化性氣氛中的測(cè)定值的相差情況以及剛玉舟內(nèi)碳的氧化程度來判斷爐內(nèi)氣氛。如用這種方法判斷不出，則應(yīng)取氣進(jìn)行爐內(nèi)氣體成分分析。
(2)取氣分析法：用一根剛玉管從爐子高溫帶以5～7mL/min 的速度取出氣體進(jìn)行成分分析。如在1000～1300℃范圍內(nèi)還原性氣體(一氧化碳、氫氣和甲烷)體積百分含量為10%～70%，同時(shí)1100℃以下時(shí)它們和二氧化碳之體積比≤1∶1，氧含量≤0.5%，則為弱還原性氣氛。
12.記錄灰錐的三個(gè)熔融特征溫度T1、T2 和T3 。
13.記錄試驗(yàn)氣氛性質(zhì)及其控制方法。
14.記錄灰錐托板材料及試驗(yàn)后的表面熔融特征。
15.記錄試樣的燒結(jié)、收縮、膨脹和鼓泡現(xiàn)象及其相應(yīng)溫度。
六、結(jié)果處理及允許誤差
16.每一灰樣分別于不同爐次中各測(cè)一次。將兩次測(cè)定結(jié)果取算術(shù)平均值后，按四舍五入的進(jìn)位原則，化整到10℃報(bào)出。
17.同一實(shí)驗(yàn)室允許誤差：
ΔT1≤60℃
ΔT2≤40℃
ΔT3≤40℃
18.不同實(shí)驗(yàn)室允許誤差：
ΔT2≤80℃和ΔT3≤80℃
