煤灰熔融性的測定方法

Determination of fusibility of coal ash

GB/T 219—2008代替GB/T 219—1996,GB/T 18856.10—2002

1. 范圍

   本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤灰熔融性測定的定義、方法提要、試劑和材料、儀器設(shè)備、試驗(yàn)條件、測定步驟以及精密度等。

   本標(biāo)準(zhǔn)適用于褐煤、煙煤、無煙煤和水煤漿。

2. 規(guī)范性引用文件

   下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有 的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

   GB/T 212 煤的工業(yè)分析方法 ( GB/ T 212-2008,ISO 11722,1999,ISO 1171,1997,ISO 562,1998,NEQ)

3. 術(shù)語和定義

   下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

   3.1

   變形溫度 deformation temperature

   DT

   灰錐尖端或棱開始變圓或彎曲時(shí)的溫度（圖1 DT ) 。

   
   

   

   注：如灰錐尖保持原形則錐體收縮和傾斜不算變形溫度。

   3.2

   軟化溫度 sphere temperature

   ST

   灰錐彎曲至錐尖觸及托板或灰錐變成球形時(shí)的溫度（圖 1 ST )。

   3.3

   半球溫度 hemisphere temperature

   HT

   灰錐形變至近似半球形，即高約等于底長的一半時(shí)的溫度（圖 1 H T )。

   3.4

   流動(dòng)溫度 flow temperature

   FT

   灰錐熔化展開成高度在 1. 5 mm 以下的薄層時(shí)的溫度（圖 1 FT )。

4. 方法提要

   將煤灰制成一定尺寸的三角錐，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，觀測并記錄它的四個(gè)特征熔融溫度：變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動(dòng)溫度。

5. 試劑和材料

   5. 1 糊精溶液：糊精（化學(xué)純）10g溶于100 mL 蒸熘水中,配成 100g/L溶液。

   5. 2 氧化鎂：工業(yè)品，研細(xì)至粒度小于0.1mm。

   5. 3 碳物質(zhì)：灰分低于15%,粒度小于1mm的無煙煤、石墨或其他碳物質(zhì)。

   5. 4 煤灰熔融性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：可用來檢查試驗(yàn)氣氛性質(zhì)的煤灰熔融性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

   5. 5 二氧化碳。

   5. 6 氫氣或一氧化碳。

   5. 7 剛玉舟（圖2) , 耐溫1500℃以上，能盛足夠量的碳物質(zhì)。

   

   5. 8 灰錐托板（圖3)：在1500℃下不變形，不與灰錐發(fā)生反應(yīng)，不吸收灰樣。

   

   灰錐托板可購置或按下述方法制做：

   取適量氧化鎂(5.2), 用糊精溶液(5.1)潤濕成可塑狀。將灰錐托板模(6.4)的墊片放入 模座，用小刀將氧化鎂鏟入模中，用小錘輕輕錘打成型。用頂板將成型托板輕輕頂出，先在空氣中干燥，然后在高溫爐中逐漸加熱到1500℃

   除氧化鎂外，也可用三氧化二鋁粉(5.9)或用等質(zhì)量比的高嶺土(5.10)和氧化鋁粉混合物制做托板．

   5. 9 三氧化二鋁（工業(yè)用）。

   5. 10 高嶺土（工業(yè)用）。

   5. 11 可溶性淀粉（工業(yè)用）．

   5. 12 瑪瑙研缽。

   5. 13 金絲：直徑不小于0.5 mm,或金片，厚度0.5mm~1.0mm，純度99. 99% , 熔點(diǎn)1064℃。

   5. 14 鈀絲：直徑不小于0.5 mm,或鉅片，厚度0.5mm~1.0mm，純度99.9%,熔點(diǎn)1554℃。

6. 儀器設(shè)備

   6.1 高溫爐

   凡滿足下列條件的高溫爐都可使用：

   6.1.1 能加熱到1500℃以上；

   6.1.2 有足夠的恒溫帶（各部位溫差小于 5 "C);

   6.1.3 能按規(guī)定的程序加熱；

   6.1.4 爐內(nèi)氣氛可控制為弱還原性和氧化性；

   6.1.5 能在試驗(yàn)過程中觀察試樣形態(tài)變化。

   圖4為一種適用的管式硅碳管高溫爐 。

   

   1—  熱電偶；2— 硅碳管；3一 灰錐；4— 剛玉舟；5— 爐殼；6一一剛玉外套管；

   7— 剛玉內(nèi)套管（內(nèi)徑50mm, 長600mm)；8— 保溫材料；9一 硅碳管電極片 ；

   10— 觀察孔口

   圖4 管式硅碳管高溫爐

   
   

   6.2 熱電偶及高溫計(jì)：測量范圍(0-1500)℃，最小分度1℃。加氣密剛玉保護(hù)管使用。高溫計(jì)和熱電偶至少每年校準(zhǔn)一次。

   用下列方法之一進(jìn)行高溫計(jì)和熱電偶的校準(zhǔn)：

   A)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶校準(zhǔn)高溫計(jì)和熱電偶；

   B)在日常測定條件下，定期觀測金 (5.13)的熔點(diǎn)，如可能，和鈀( 5. 14) 的熔點(diǎn)。如果觀測到的金和鈀的熔點(diǎn)與5.13 和5.14中給出的熔點(diǎn)差值超過 10℃,則重新進(jìn)行調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)。

   6. 3 灰錐模子：由對稱的兩個(gè)半塊構(gòu)成的黃銅或不銹鋼制品，如圖5。

   

   6. 4 灰錐托板模：由模座、墊片和頂板三部分構(gòu)成。用硬木或其他堅(jiān)硬材料制作 ，如圖 6。

   

   6.5 常量氣體分析器：可測量一氧化碳、二氧化碳和氧氣含量。

7. 試驗(yàn)條件

   7.1 試驗(yàn)氣氛及其控制

   7.1.1 弱還原性氣氛，可用下述兩種方法之一控制：

   7.1.1.1 通氣法

   爐內(nèi)通入下述兩種混合氣體之一：

   a)體積分?jǐn)?shù)為(50±10)%的氫氣和(50±10) %的二氧化碳混合氣體；

   b)體積分?jǐn)?shù)為(60±10)%的一氧化碳和(40±10)%的二氧化碳混合氣體。

   7.1.1.2 封碳法

   爐內(nèi)封入碳物質(zhì)(5.3) 。

   7.1.2 氧化性氣氛，爐內(nèi)不放任何含碳物質(zhì)，并使空氣自由流通。

   7.2 試樣形狀和尺寸

   試樣為三角錐體，高20mm, 底為邊長7 mm的正三角形，錐體的一側(cè)面垂直于底面。

8. 灰錐制備

   8.1 灰的制備

   取粒度小于0.2 mm的空氣干燥煤樣，按GB/ T 212 規(guī)定將其完全灰化，然后用瑪瑙研缽研細(xì)至0.1mm以下。

   8.2 灰錐的制做

   取(1-2)g煤灰放在瓷板或玻璃板上，用數(shù)滴糊精溶液(5.1)潤濕并調(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℃下干燥備用。

   注：除糊精溶液外，可視煤灰的可塑性用水或100 g/ L的可溶性淀粉(5.11) 溶液。

   9. 測定步驟

   9.1 在弱還原性氣氛中測定

   用糊精溶液(5.1)將少量氧化鎂(5.2)調(diào)成糊狀，用它將灰錐固定在灰錐托板( 5. 8) 的三角坑內(nèi)，并使灰錐垂直于底面的側(cè)面與托板表面垂直。

   將帶灰錐的托板置于剛玉舟(5.7)上。如用封碳法來產(chǎn)生弱還原性氣氛  ，則預(yù)先在舟內(nèi)放置足夠量的碳物質(zhì)(5.3)。爐內(nèi)封入的碳物質(zhì)種類和量根據(jù)爐膛大小和密封性用試驗(yàn)的方法確定。

   對于圖4所示高溫爐，一般可在剛玉舟中央放置石墨粉(15-20)g,兩端放置無煙煤(40- 50)g(對氣疏高剛玉管爐膛）或在剛玉舟中央放置石墨粉(5- 6)g (對氣密剛玉管爐膛）。

   打開高溫爐( 6.1)爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi)、至灰錐位于高溫帶并緊鄰熱電偶(6.2) 熱端（相距2 mm左右）。

   關(guān)上爐蓋，開始加熱并控制升溫速度為：

   900℃ 以下，（15-20）℃/min；

   900℃ 以上，（5±1）℃/min。

   如用通氣法產(chǎn)生弱還原性氣氛，則從600℃開始通入氫氣或一氧化碳和二氧化碳混合氣體(7.1.1.1),通氣速度以能避免空氣滲入為準(zhǔn)。

   流經(jīng)灰錐的氣體線速度不低于400 mm/min, 對于圖4所示高溫爐，可為( 800- 1 OOO) mL/min。

   警示：從爐內(nèi)排出的氣體中含有部分一氧化碳，因此，應(yīng)將這些氣體排放到外部大氣中（可使用排風(fēng)罩或高效風(fēng)扇系統(tǒng)）。如果使用了氫氣，要特別注意防止發(fā)生爆炸，應(yīng)在通入氫氣前和停止氫氣供入后用二氧化碳吹掃爐內(nèi)。

   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），記錄灰錐的四個(gè)熔融特征溫度 變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動(dòng)溫度。

   待全部灰錐都 達(dá)到流動(dòng)溫度或爐溫升至 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)試樣與托板作用，則另換一種托板重新試驗(yàn)。

   9. 2 在氧化性氣氛下測定

   測定手續(xù)與9. 1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 。

   9. 3 用自動(dòng)測定儀測定

   使用帶有自動(dòng)判斷功能的自動(dòng)測定儀時(shí)，在測定后應(yīng)對記錄下來的圖像進(jìn)行人工核驗(yàn)，且應(yīng)經(jīng)常用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢查試驗(yàn)氣氛（見10.1 ) 。

9. 弱還原性氣氛的檢查

   定期或不定期地用下述方法之一檢查爐內(nèi)氣氛性質(zhì)：

   10.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定法

   用煤灰熔融性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(5.4) 制成灰錐并測定其熔融特征溫度 (ST、HT和FT )。如其實(shí)際測定值與弱還原性氣氛下的標(biāo)準(zhǔn)值相差不超過40℃, 則證明爐內(nèi)氣氛為弱還原性；如超過40℃, 則根據(jù)它們與強(qiáng)還原性或氧化性氣氛下的參比值的接近程度以及剛玉舟中碳物質(zhì)的氧化情況來判斷爐內(nèi)氣氛，并加以調(diào)整。

   10. 2 取氣分析法

   用一根氣密剛玉管從爐子高溫帶以一定的速度［以不改變爐內(nèi) 氣體組成為準(zhǔn)，對于圖 4 所示高溫爐，一般為（6-7）ml/min取出氣體并進(jìn)行成分分析。如在(1000-1 300)℃范圍內(nèi)，還原性氣體（一氧化碳、氫氣和甲烷等）的體積分?jǐn)?shù)為10 % - 70 % , 同時(shí)100℃以下還原性氣體的總體積和二氧化碳的體積比不大于1:1、氧含量低于0.5 % ,則爐內(nèi)氣氛為弱還原性。

10. 精密度

    煤灰熔融性測定的精密度如表1規(guī)定。

    

11. 試驗(yàn)報(bào)告

    試驗(yàn)報(bào)告至少包括以下內(nèi)容：

1. 試樣編號。

2. 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

3. 灰錐的四個(gè)熔融特征溫度 DT、ST、HT和FT ,計(jì)算重復(fù)測定值的平均值并化整到10℃報(bào)出。

4. 試驗(yàn)氣氛性質(zhì)及控制方法。

5. 托板材料及試驗(yàn)后的表面狀況。

6. 試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的燒結(jié)、收縮、膨脹和鼓泡等現(xiàn)象及其相應(yīng)溫度

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