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

   本標準規(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、試驗條件、測定步驟以及精密度等。

   本標準適用于褐煤、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準的引用而成為本標準的條款。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準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(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準。

   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準。

   3.1

   變形溫度 deformation temperature

   DT

   灰錐尖端或棱開始變圓或彎曲時的溫度（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的溫度（圖 1 H T )。

   3.4

   流動溫度 flow temperature

   FT

   灰錐熔化展開成高度在 1. 5 mm 以下的薄層時的溫度（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特征熔融溫度：變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。

5. 試劑和材料

   5. 1 糊精溶液：糊精（化學純）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 煤灰熔融性標準物質(zhì)：可用來檢查試驗氣氛性質(zhì)的煤灰熔融性標準物質(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，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：測量范圍(0-1500)℃，最小分度1℃。加氣密剛玉保護管使用。高溫計和熱電偶至少每年校準一次。

   用下列方法之一進行高溫計和熱電偶的校準：

   A)用標準熱電偶校準高溫計和熱電偶；

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

   6. 3 灰錐模子：由對稱的兩個半塊構(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. 試驗條件

   7.1 試驗氣氛及其控制

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

   b)體積分數(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。

   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，應將這些氣體排放到外部大氣中（可使用排風罩或高效風扇系統(tǒng)）。如果使用了氫氣，要特別注意防止發(fā)生爆炸，應在通入氫氣前和停止氫氣供入后用二氧化碳吹掃爐內(nèi)。

   隨時觀察灰錐的形態(tài)變化（高溫下觀察時，需戴上墨鏡），記錄灰錐的四個熔融特征溫度 變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。

   待全部灰錐都 達到流動溫度或爐溫升至 1500℃時斷電、結(jié)束試驗。

   待爐子冷卻后，取出剛玉舟、拿下托板，仔細檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用，則另換一種托板重新試驗。

   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 用自動測定儀測定

   使用帶有自動判斷功能的自動測定儀時，在測定后應對記錄下來的圖像進行人工核驗，且應經(jīng)常用標準物質(zhì)檢查試驗氣氛（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 標準物質(zhì)測定法

   用煤灰熔融性標準物質(zhì)(5.4) 制成灰錐并測定其熔融特征溫度 (ST、HT和FT )。如其實際測定值與弱還原性氣氛下的標準值相差不超過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，對于圖 4 所示高溫爐，一般為（6-7）ml/min取出氣體并進行成分分析。如在(1000-1 300)℃范圍內(nèi)，還原性氣體（一氧化碳、氫氣和甲烷等）的體積分數(shù)為10 % - 70 % , 同時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. 試驗報告

     

    試驗報告至少包括以下內(nèi)容：

1. 試樣編號。

2. 依據(jù)標準。

3. 灰錐的四個熔融特征溫度 DT、ST、HT和FT ,計算重復測定值的平均值并化整到10℃報出。

4. 試驗氣氛性質(zhì)及控制方法。

5. 托板材料及試驗后的表面狀況。

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

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

   本標準規(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、試驗條件、測定步驟以及精密度等。

   本標準適用于褐煤、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準的引用而成為本標準的條款。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準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(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準。

   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準。

   3.1

   變形溫度 deformation temperature

   DT

   灰錐尖端或棱開始變圓或彎曲時的溫度（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的溫度（圖 1 H T )。

   3.4

   流動溫度 flow temperature

   FT

   灰錐熔化展開成高度在 1. 5 mm 以下的薄層時的溫度（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特征熔融溫度：變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。

5. 試劑和材料

   5. 1 糊精溶液：糊精（化學純）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 煤灰熔融性標準物質(zhì)：可用來檢查試驗氣氛性質(zhì)的煤灰熔融性標準物質(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，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：測量范圍(0-1500)℃，最小分度1℃。加氣密剛玉保護管使用。高溫計和熱電偶至少每年校準一次。

   用下列方法之一進行高溫計和熱電偶的校準：

   A)用標準熱電偶校準高溫計和熱電偶；

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

   6. 3 灰錐模子：由對稱的兩個半塊構(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. 試驗條件

   7.1 試驗氣氛及其控制

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

   b)體積分數(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。

   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，應將這些氣體排放到外部大氣中（可使用排風罩或高效風扇系統(tǒng)）。如果使用了氫氣，要特別注意防止發(fā)生爆炸，應在通入氫氣前和停止氫氣供入后用二氧化碳吹掃爐內(nèi)。

   隨時觀察灰錐的形態(tài)變化（高溫下觀察時，需戴上墨鏡），記錄灰錐的四個熔融特征溫度 變形溫度、軟化溫度、半球溫度和流動溫度。

   待全部灰錐都 達到流動溫度或爐溫升至 1500℃時斷電、結(jié)束試驗。

   待爐子冷卻后，取出剛玉舟、拿下托板，仔細檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用，則另換一種托板重新試驗。

   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 用自動測定儀測定

   使用帶有自動判斷功能的自動測定儀時，在測定后應對記錄下來的圖像進行人工核驗，且應經(jīng)常用標準物質(zhì)檢查試驗氣氛（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 標準物質(zhì)測定法

   用煤灰熔融性標準物質(zhì)(5.4) 制成灰錐并測定其熔融特征溫度 (ST、HT和FT )。如其實際測定值與弱還原性氣氛下的標準值相差不超過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，對于圖 4 所示高溫爐，一般為（6-7）ml/min取出氣體并進行成分分析。如在(1000-1 300)℃范圍內(nèi)，還原性氣體（一氧化碳、氫氣和甲烷等）的體積分數(shù)為10 % - 70 % , 同時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. 試驗報告

    試驗報告至少包括以下內(nèi)容：

1. 試樣編號。

2. 依據(jù)標準。

3. 灰錐的四個熔融特征溫度 DT、ST、HT和FT ,計算重復測定值的平均值并化整到10℃報出。

4. 試驗氣氛性質(zhì)及控制方法。

5. 托板材料及試驗后的表面狀況。

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

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