中華人(rén)民共和(hé / huò)國(guó)國(guó)家标準煤灰熔融性的(de)測定方法
中華人(rén)民共和(hé / huò)國(guó)标準計量局發布1974 年1 1 月1 日實施
中華人(rén)民共和(hé / huò)國(guó)燃料化學工業部提出(chū)煤炭科學研究院北京煤炭研究所起草
本标準适用于(yú)褐煤、煙煤、無煙煤、石煤、泥煤和(hé / huò)焦炭灰熔融性的(de)測定。
方法要(yào / yāo)點：将煤灰制成一定尺寸的(de)三角錐體，在(zài)一定的(de)氣體介質中，以(yǐ)一定的(de)升溫速度加熱，觀察灰錐在(zài)受熱過程中的(de)形态變化，測定它的(de)三個(gè)熔融特征溫度——變形溫度(T1)、軟化溫度(T2)和(hé / huò)流動溫度(T3) 。
一、定義
1.變形溫度(T1)：灰錐尖端開始變圓或彎曲時(shí)的(de)溫度(圖1 中T1)。
2.軟化溫度(T2)：灰錐變形至下列情況時(shí)的(de)溫度：錐體彎曲至錐尖觸及托闆、灰錐變成球形和(hé / huò)高度等于(yú)(或小于(yú))底長的(de)半球形(圖1 中T2)。
3.流動溫度(T3) ：灰錐熔化成液體或展開成高度在(zài)1.5mm 以(yǐ)下的(de)薄層(圖1 中T3)。
圖1 灰錐熔融特征示意圖
注：對某些煤灰可能得不(bù)到(dào)特征溫度點，而(ér)發生下列情況：
燒結：灰錐明顯縮小至似乎熔化，但實際卻變成燒結塊，保持一定的(de)輪廓。
收縮：灰錐由于(yú)揮發而(ér)明顯縮小，但卻保持原來(lái)的(de)形狀。
膨脹和(hé / huò)鼓泡：錐體明顯脹大(dà)和(hé / huò)鼓氣泡。
二、試驗條件
4.試樣形狀和(hé / huò)大(dà)小：試樣爲(wéi / wèi)三角錐體，高20mm，底爲(wéi / wèi)邊長7mm 的(de)正三角形，灰錐的(de)垂直于(yú)底面的(de)側面與托闆表面相垂直。
5.試驗氣氛：
(1)弱還原性氣氛，可采用下述兩種方法之(zhī)一進行控制：
a.爐内封入石墨或用無煙煤上(shàng)蓋一層石墨。
b.爐内通入50±10%的(de)氫氣和(hé / huò)50±10%的(de)二氧化碳混合氣體。
(2)氧化性氣氛，爐内不(bù)放任何含碳物質，并讓空氣自由流通。
三、儀器設備、材料和(hé / huò)試劑
6.儀器設備：
(1)矽碳管高溫爐(圖2)：爐膛直徑爲(wéi / wèi)50～70mm、長600mm 的(de)卧式爐，或滿足下列條件的(de)其他(tā)高溫爐：
圖2 矽碳管高溫爐
1—熱電偶；2—矽碳管；3—灰錐；4—剛玉舟；
5—爐殼；6—剛玉外套管；7—剛玉内套管；8—泡沫氧化鋁保溫磚；9—電闆片；10—觀察孔
a.有足夠長的(de)恒溫帶，其各部溫差≤5℃。
b.能按照規定的(de)升溫速度加熱到(dào)1500℃。
c.能控制爐内氣氛爲(wéi / wèi)弱還原性和(hé / huò)氧化性。
d.能随時(shí)觀察試樣在(zài)受熱過程中的(de)變化情況。
(2)調壓變壓器：容量5～10kV·A，調壓範圍0～250V，連續調壓。
(3)鉑铑-鉑熱電偶及高溫計：精确度1 級，測量範圍0～1600℃，校正後使用，并在(zài)使用時(shí)将熱電偶加氣密的(de)剛玉套管保護。
(4)灰錐模子(zǐ)(圖3)：由對稱的(de)兩個(gè)半塊組成，用黃銅或不(bù)鏽鋼制作。
(5)灰錐托闆模子(zǐ)(圖4)：由模座、墊片和(hé / huò)頂闆三部分組成，用硬木或竹制作。
(6)馬弗爐：可加熱到(dào)800～850℃，并帶有溫度控制裝置。
(7)簡易氣體分析器：可測定一氧化碳、二氧化碳和(hé / huò)氧氣。
(8)墨鏡：藍色或黑色。
(9)手電筒。
7.材料和(hé / huò)試劑：
(1)剛玉舟(圖5)。
圖3 灰錐模子(zǐ)
圖4 灰錐托闆模子(zǐ)
圖5 剛玉舟
(2)石墨：工業用，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：三級純，配成10%水溶液，煮沸。
四、試驗步驟
8.灰錐的(de)制備：取粒度小于(yú)0.20mm 的(de)分析煤樣，按GB 212—63“煤的(de)工業分析方法”的(de)規定，使其完全灰化并用瑪瑙研缽研細至0.1mm 以(yǐ)下。取1～2g 煤灰放在(zài)瓷闆或玻璃闆上(shàng)，用數滴10%的(de)糊精水溶液潤濕注，調成可塑狀，然後用小尖刀鏟入灰錐模中擠壓成型。用小尖刀将模内灰錐小心地(dì / de)推至瓷闆或玻璃闆上(shàng)，于(yú)空氣中風幹或于(yú)60℃下烘幹備用。
注：除糊精外，可視煤灰的(de)可塑性而(ér)選用水、10%的(de)可溶性澱粉或阿拉伯膠水溶液。
9.灰錐托闆的(de)制作：灰錐托闆可在(zài)耐火材料廠訂購或自行制作，制作手續如下：
取适量粒度≤0.1mm 的(de)鎂砂，用10%的(de)糊精水溶液潤濕成可塑狀。将墊片放入模座。用小尖刀将鎂砂鏟入模座中，用小錘輕輕錘打成型。用頂闆将成型托闆輕輕頂出(chū)，先于(yú)空氣中風幹，然後在(zài)煤灰熔融性測定爐中灼燒到(dào)1500℃。除鎂砂外也(yě)可用三氧化二鋁等其他(tā)材料制成托闆。托闆必須在(zài)1500℃以(yǐ)上(shàng)不(bù)變形，不(bù)與灰樣發生作用。
10.操作手續：
(1)在(zài)弱還原性氣氛中測定：用10%的(de)糊精水溶液将少量鎂砂調成糊狀，用它将灰錐固定在(zài)灰錐托闆的(de)三角坑内，并使灰錐的(de)垂直于(yú)底面的(de)側面與托闆表面相垂直。
如用封入含碳物質的(de)方法來(lái)産生弱還原性氣氛，則在(zài)剛玉舟中央放置石墨粉15～20g，兩端放置無煙煤30～40g(對氣疏的(de)高剛玉管爐膛)或在(zài)剛玉舟中央放置石墨粉5～6g(對氣密的(de)剛玉管爐膛)注。
如用通氣法來(lái)産生弱還原性氣氛，則從600℃開始通入少量二氧化碳以(yǐ)排除空氣，從700℃開始輸入50±10%的(de)氫氣和(hé / huò)50±10%二氧化碳的(de)混合氣，通氣速度以(yǐ)能避免空氣漏入爐内爲(wéi / wèi)準，對于(yú)氣密的(de)剛玉管爐膛爲(wéi / wèi)每分鍾100mL 以(yǐ)上(shàng)。
将帶灰錐的(de)托闆置于(yú)剛玉舟之(zhī)凹槽上(shàng)。
将熱電偶從爐後熱電偶插入孔插入爐内，并使其熱端位于(yú)高溫恒溫帶中央正上(shàng)方，但不(bù)觸及爐膛。
擰緊觀測口蓋，在(zài)手電筒照明下将剛玉舟徐徐推入爐内，并使灰錐緊鄰熱電偶熱端(相距2mm 左右)。擰上(shàng)觀測口蓋，開始加熱。控制升溫速度爲(wéi / wèi)：
900℃以(yǐ)前，15～20℃/min；
900℃以(yǐ)後，5±1℃/min。
每20min 記錄一次電壓、電流和(hé / huò)溫度。
随時(shí)觀察灰錐的(de)形态變化(高溫下觀察時(shí)，需戴上(shàng)墨鏡)，記錄灰錐的(de)三個(gè)熔融特征溫度T1、T2 和(hé / huò)T3 。
待全部灰錐都到(dào)達T3 或爐溫升至1500℃時(shí)斷電結束試驗。
待爐子(zǐ)冷卻後，取出(chū)剛玉舟，拿下托闆仔細檢查其表面，如發現試樣與托闆共熔，則應另換一種托闆重新試驗。
(2)在(zài)氧化性氣氛中測定：試驗手續與本條第(1)款相同，但剛玉舟内不(bù)放任何含碳物質，并使空氣在(zài)爐内自由流通。
注：除石墨和(hé / huò)無煙煤外，可根據具體條件采用木炭、焦炭或石油焦。它們的(de)粒度、數量和(hé / huò)放置部位視爐膛的(de)大(dà)小，氣密程度和(hé / huò)含碳物質的(de)具體性質而(ér)适當調整。
11.爐内氣氛性質的(de)檢查：定期用下述方法之(zhī)一檢查爐内氣氛：
(1)标準錐法：選取含三氧化二鐵20%～30%的(de)易熔煤灰，預先在(zài)強還原性(爐内通入100%的(de)氫氣或封入大(dà)量無煙煤或木炭)、弱還原性和(hé / huò)氧化性氣氛中分别測出(chū)其熔融特征溫度(在(zài)強還原性和(hé / huò)氧化性氣氛中所測T2 或T3 應比弱還原性者高100～300℃)，然後以(yǐ)它爲(wéi / wèi)标準來(lái)檢定爐内氣氛性質。當用上(shàng)述煤灰進行檢定時(shí)，其T2 或T3 測定值與弱還原性氣氛中的(de)測定值相差若不(bù)超過50℃，則證明爐内氣氛爲(wéi / wèi)弱還原性；如超過50℃，則可根據它們與強還原性和(hé / huò)氧化性氣氛中的(de)測定值的(de)相差情況以(yǐ)及剛玉舟内碳的(de)氧化程度來(lái)判斷爐内氣氛。如用這(zhè)種方法判斷不(bù)出(chū)，則應取氣進行爐内氣體成分分析。
(2)取氣分析法：用一根剛玉管從爐子(zǐ)高溫帶以(yǐ)5～7mL/min 的(de)速度取出(chū)氣體進行成分分析。如在(zài)1000～1300℃範圍内還原性氣體(一氧化碳、氫氣和(hé / huò)甲烷)體積百分含量爲(wéi / wèi)10%～70%，同時(shí)1100℃以(yǐ)下時(shí)它們和(hé / huò)二氧化碳之(zhī)體積比≤1∶1，氧含量≤0.5%，則爲(wéi / wèi)弱還原性氣氛。
五、試驗記錄
12.記錄灰錐的(de)三個(gè)熔融特征溫度T1、T2 和(hé / huò)T3 。
13.記錄試驗氣氛性質及其控制方法。
14.記錄灰錐托闆材料及試驗後的(de)表面熔融特征。
15.記錄試樣的(de)燒結、收縮、膨脹和(hé / huò)鼓泡現象及其相應溫度。
六、結果處理及允許誤差
16.每一灰樣分别于(yú)不(bù)同爐次中各測一次。将兩次測定結果取算術平均值後，按四舍五入的(de)進位原則，化整到(dào)10℃報出(chū)。
17.同一實驗室允許誤差：
ΔT1≤60℃
ΔT2≤40℃
ΔT3≤40℃
18.不(bù)同實驗室允許誤差：
ΔT2≤80℃和(hé / huò)ΔT3≤80℃
