煤炭化验技术.ppt

煤炭化验技术,煤的检测技术,煤炭分析试验方法的一般规定,数值修约规则,煤中全水分的测定方法,煤的工业分析方法,煤中全硫的测定方法,煤的发热量测定,焦炭反应性及反应后强度的测定,内容提要,一、煤炭分析试验方法的一般规定,1.1,煤样,存查煤样,存查煤样在原始煤样制备的某一个阶段分取。存查煤样应尽量可能,少破碎、少缩分,，其粒度和质量应符合相关标准规定。,煤样的保存,一般分析试验煤样应在达到,空气干燥状态,后装入严密的容器中。（空气干燥状态以试验在大气中连续暴露,1h,，其质量变化不超过,0.1%,来衡量）,分析试验取样,分析试验取样前，应将煤样,充分混匀,；取样时，应尽可能从煤样荣的不同部位，用,多点取样法,取出。,1.2 测定及方法精密度,平行测定与重复测定,平行测定,为同时进行测定，,重复测定,为在同一化验室内进行的多次测定。在平行测定中不易发现问题，二次差值也很小，但准确度不一定高，而在,重复测定,中，一但温度掌握不好，二次差值差的必然较大，,能及时发现问题,。,水分测定期限,水分应在煤样制备后,立即测定,，如不能立即测定，则应将之,准确称量、置于不吸水、不透气的密闭容器中,，并尽快测定。凡需根据水分测定结果进行校正或换算的分析试验最好能和水分测定同时进行，否则也应该在尽量短、煤样水分不发生显著变化的期限（,最多超不过,5,天,）内进行。,方法精密度,重复限性,在,同一,实验室中，由,同一,操作者，用,同一,台仪器，对,同一,分析试验煤样，于短期内所做的重复测定，所得的结果间的差值（,95%,概率下）的临界值。,再现性临界差,在,不同,实验室中，对从煤样缩制最后阶段的,同一,煤样中分取出来的、具有代表性的部分所做的重复测定，所得的,结果的平均值间的差值,（在,95%,概率下）,的临界值,。,1.3 基准和溶液浓度,收到基,以收到状态的煤为基准。,ar,空气干燥基,以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。,ad,干燥基,以假想污水状态的煤为基准。,d,干燥无灰基,以假想无水、无灰状态的煤为基准。,daf,干燥无矿物质基,以假想无水、无矿物质状态的煤为基准。,dmmf,各种基准之间的关系,例：某一煤样，其工业分析指标按不同基准计算的百分含量如下：,M,ad,+A,ad,+V,ad,+FC,ad,=100,A,d,+V,d,+FC,d,=100,V,daf,+FC,daf,=100,不同基准间的换算,100-MM,d,100-A,d,100-MM,d,100,100-(M,ar+,MM,ar,)100,100-(M,ad+,MM,ad,)100,干燥无矿物基dmmf,100-A,d,100-MM,d,100-A,d,100,100-(M,ar,+A,ar,)100,100-(M,ad,+A,ad,),100,干燥无灰基daf,100,100-MM,d,100,100-A,d,100-M,ar,100,100-M,ad,100,干基d,100,100-(M,ar+,MM,ar,),100,100-(M,ar,+A,ar,),100,100-M,ar,100-M,ad,100-M,ar,收到基ar,100,100-(M,ad+,MM,ad,),100,100-(M,ad,+A,ad,),100,100-M,ad,100-M,ar,100-M,ad,空气干燥基ad,干燥无矿物基dmmf,干燥无灰基daf,干基d,收到基ar,空气干燥基ad,要求基,已知基,要求基=已知基换算式,例：已知V,daf,=41.06%，M,ad,=2.83%，A,ad,=25.02%。求：V,ad,及V,d,。,解：V,ad,(%)=(100-M,ad,-A,ad,)/100V,daf,=(100-2.83-25.02)/10041.06,=29.62,V,d,(%)=100/(100-M,ad,)V,ad,=100/(100-2.83)29.62,=30.48,二、数值修约规则,数值修约规则：,六进四去，五单双,末位有效数字后边的第一位,大于5,进“1”,小于5,舍去,等于5,后面不为零,后面为零,进“1”,前面为奇,前面为偶（包括零）,进“1”,舍去,例：将下列数值进行进行修约，结果要求保留小数后两位。,27.7234,27.7264,27.7252,27.7250001,27.7350,27.7250,27.7050,27.72,27.73,27.73,27.73,27.74,27.72,27.72,三、煤中全水分的测定方法,水分（Moisture）,水分（M，%），一项重要的煤质指标。,水 分,煤 质,破 碎,燃 烧,炼 焦,影响,煤中水分,游离态（,M,t,）,化合态,（如结晶水）,外在水分,内在水分（,M,ad,）,大于200,o,C,105-110,o,C,煤粒表面和煤粒缝隙,煤内部毛细孔内,水分随煤质的变化规律：,泥炭褐煤烟煤年轻无烟煤,年轻无烟煤年老无烟煤,煤中全水分(M,t,)的测定方法,常用方法：空气干燥法,称 量,干 燥,冷却、称重,检查性干燥,测定步骤,粒度13mm,粒度6mm,预先干燥且称量过的,浅盘,；,称取（,50010g,）称准至,0.1g,；,平摊,预先干燥且称量过的,称量瓶,；,称取（,1012g,）称准至,0.001g,；,平摊,预先鼓风的并已加热到,105-110,o,C;,在鼓风条件下干燥；,烟煤,2h,，无烟煤,3h,预先鼓风的并已加热到,105-110,o,C;,在鼓风条件下干燥；,烟煤,2h,，无烟煤,3h,开盖烘干,取出，立即盖上盖；,放,5min,干燥器,冷却至室温,称量，称准至,0.001g,浅盘取出，趁热称量（称准至,0.1g,）,每次,30min,；,直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过,0.5g,或质量有所增加为止；,水分在,2%,以下时，不必进行检查性干燥；,每次,30min,；,直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过,0.01g,或质量有所增加为止；,水分在,2%,以下时，不必进行检查性干燥；,结果计算,M,t,全水分，%,m,1,煤样干燥后失去的质量，g,m 称取煤样的质量，g,M,t,=m,1,/m100%,注意问题,（1）采集的全水分试样保存在,密封良好的容器中,，并放在,阴凉,的地方；,（2）制样,操作要快,，最好用,密封式破碎机,；全水分煤样送到实验室后立即测定；,（3）进行全水分测定的煤样,不宜过细,，如要用较细的试样进行测定，则应该用,密封式破碎机,或用,两步法进行测定,先破碎成较大颗粒测其外水，再破碎较细颗粒测其内水。,（4）如不立即测定，则,准确称量，以便进行水分损失（或吸水）的校正。,四、煤的工业分析方法,空气干燥基水分（,M,ad,）,灰分（,A,ad,）,挥发分（,V,ad,）,空气干燥基水分（M,ad,）,常用方法：空气干燥法,（1）要求,煤样：,粒度0.2mm,，样重10.1g（,称准至0.0002g,）,干燥温度：105-110,o,C,干燥时间：烟煤1.5h；无烟煤2h,称 量,干 燥,冷 却,检查性干燥,预先干燥过的称量瓶；,称准至,0.0002g,；,连瓶带盖一起称；,将煤摊平；,预先鼓风的并已加热到,105-110,o,C;,揭开称量瓶盖，在鼓风条件下烘干；,立即盖上盖；,称准至,0.0002g,空气中冷却约,15min,，放入干燥器中，冷却至室温；,每次,30min,；,连续两次干燥煤样的质量减少不超过,0.01g,或质量有所增加为止；,水分在,2%,以下时，不必进行检查性干燥；,（2）分析步骤,（3）结果计算,M,ad,空气干燥基水分，%,m,1,煤样干燥后失去的质量，g,m 称取煤样的质量，g,M,ad,=m,1,/m100%,灰分（A,ad,）,煤中,灰分,（A，%）是煤,完全燃烧后留下的残渣,，它不是煤中固有的物质，而是煤中矿物质在一定条件下经一系列,分解、化合等复杂反应,而形成的。灰分的产率与矿物质含量间有一定相关关系，,可以用灰分来估算煤中矿物质含量。,煤中矿物质,原生矿物,：是由成煤质物本身所含有的矿物质形成的。,次生矿物,：是在成煤过程中由外界进入煤中的矿物。,外来矿物,：是指在采煤过程中从煤层顶板、底板、夹矸层等,处混入煤中的矿物质。,灰 分,煤工业利用,炼 焦,用 量,运 输,影响,（2）分析步骤,常用方法：缓慢灰化法（仲裁法）,（1）要求,煤样：粒度0.2mm，样重10.1g（称准至0.0002g）,温度及时间：500,o,C保持30min；81510,o,C灼烧1h。,称 量,灼 烧,冷却、称重,检查性灼烧,注意问题：,摊平可以防止因煤炭燃烧不完全，,SO,2,+CaOCaSO,4,增加灰分的含量。,炉门留有,15mm,的缝,，一方面使得煤样在炉内充分燃烧，另一方面产生的,CO,2,和,SO,2,能够被及时带走。,灰皿预先灼烧至质量恒定；均匀的,摊平在灰皿中,。,打开烟囱，将灰皿送入炉温不超过100,o,C的马弗炉恒温区内，关上炉门留有,15mm,左右的缝隙。在不少于,30min,时间内将炉温缓慢升至,500,o,C,；并在此温度下保持,30min,。继续升温至,81510,o,C,，并在此温度下灼烧,1h,。,从炉中取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中,冷却5min,左右，移入,干燥器中冷却,至室温（约20min）后称量。,进行检查性灼烧，每次,20min,，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过,0.0010g,为止。以最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分,低于15%，,不必进行检查性灼烧。,灰分（A,ad,）的测定方法,快速灰化法,（1）要求,煤样：粒度0.2mm，样重10.1g（称准至0.0002g）,温度及时间：,缓慢推入炉中在81510,o,C灼烧40min,。,（2）分析步骤,称 量,灼 烧,冷却、称重,检查性灼烧,灰皿预先灼烧至质量恒定；均匀的,摊平在灰皿中,。,将马弗炉加热到,850,o,C,，打开烟囱，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板,缓慢地推入,马弗炉内，使第一排灰皿中的煤样灰化。,待5-10min后,，煤样不再冒烟时，以,每分钟不大于2cm的速度,把其余排灰皿,顺序推入,炉内炽热部分（,若煤样着火发生爆燃，试验应作废,）。,关上炉门，在,（81510）,o,C,温度下灼烧,40min,。,从炉中取出灰皿，放在空气中,冷却5min,左右，移入,干燥器中冷却,至室温（约20min）后称量。,进行检查性灼烧，每次,20min,，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过,0.0010g,为止。以最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分,低于15%，,不必进行检查性灼烧。,（3）计算结果,A,ad,=m,1,/m100%,A,ad,空气干燥基灰分，%,m,1,灼烧后残留物的质量，g,m 称取煤样的质量，g,影响灰分测定的主要因素有哪些？,造成灰分测定误差的主要因素有三个：黄铁矿氧化程度；碳酸盐的分解程度；灰中固定的硫的多少.,如何获得可靠的灰分测定结果？,（1）采用缓慢灰化法，使煤中硫化物在碳酸盐分解前就完全氧化并排出，避免硫酸钙的生成；,（2）灰化过程中始终保持良好的通风状态，使硫氧化物一经生成就及时排出；,（3）煤样在灰皿中要平铺，以避免局部过厚，一方面避免燃烧不完全，另一方面可防止底部煤样中硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸盐分解生成的氧化钙固定；,（4）在足够高（800,O,C）的温度下灼烧足够长的时间，以保证碳酸盐完全分解及二氧化碳完全驱出。,挥发分（V,ad,）,煤的挥发分（V，%）是煤中有机物质和一部分矿物质受热分解的产物。它不是煤中固有物质，而是在特定温度下煤的热分解产物。煤的挥发分与煤的质变程度有很大的关系，,随煤化程度的增加，挥发份降低,。如褐煤挥发分一般在38-65%，烟煤的挥发分一般在10-55%，无烟煤的挥发分在10%。,根据,煤的挥发分的产率,和,测定挥发分后的焦块特性,可以初步决定煤的加工利用途径。如高挥发分的煤，干馏时化学副产品产率高，适于作低温干馏原料，也可以作为气化原料；挥发分适中的烟煤，粘结性较好，适于炼焦。,在配煤炼焦中，要用挥发分来确定配煤比，以将混煤的挥发分控制到适宜范围（25%31%）。此外，根据挥发分，可以估算炼焦时焦炭、煤气、焦油和粗苯等产率。在燃煤中，可根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源。,挥发分,（V,ad,）的测定方法,（1）要求,煤样：,粒度0.2mm,，样重10.1g（称准至0.0002g）,温度：900,o,C,时间：,隔绝空气,加热7min，加热时间包括温度恢复时间在内。,（2）分析步骤,称 量,灼 烧,冷却、称重,在预先于,900,o,C温度下灼烧至质量恒定的,带盖瓷坩埚中，称取规定粒度的空气干燥基煤样，然后,轻轻振动坩埚,，使煤样摊平，,盖上盖,，放在坩埚架上。,将马弗炉预先加热至,920,o,C,左右，打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入,恒温区,，,立即关上炉门,并计时，,准确加热7min,。坩埚及架子放入后，要求炉温在,3min内恢复至90010,o,C,，此后保持在90010,o,C，,否次此次试验作废,。,从炉中取出坩埚，放在空气中,冷却5min,左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量，计算出挥发分含量。,（3）计算结果,V,ad,=m,1,/m100%-M,ad,V,ad,空气干燥基挥发分，%,m,1,煤样加热后减少的质量，g,m 称取煤样的质量，g,M,ad,空气干燥基水分，%,定期对热电偶及毫伏计进行校正，校正和使用热电偶时，其冷端应该放入冰水或将零点调到室温，或采用冷端补偿器；,定期测量马弗炉的恒温区，装有煤样的坩埚必须放在马弗炉恒温区内。,每次试验最好放同样数目的坩埚，以保证坩埚及其支架的热容量基本一致；,总加热时间（包括温度恢复时间）要严格控制为7min；,要使用符合GB/T212规定的坩埚，坩埚盖子必须配合严密。必须将烟囱口封住，否则会使挥发分测定结果偏高；,要用耐热金属板的坩埚架，它受热时不能掉皮，若沾在坩埚上影响测定结果；,坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却时间不宜过长，以防焦渣吸水；,测定褐煤、长焰煤的挥发分时，为什么必须压饼。原因如下：当测定低变质程度的煤如褐煤、长焰煤时，由于它们的水分和挥发分很高，如以松散状态放入900,o,C炉中加热，则挥发分会骤然大量释放，把坩埚盖顶开（产生爆鸣声）带走碳粒，使结果偏高，而且重复性较差，若将试样压成饼，切成3mm的小块后再进行测定，由于试样紧密可减缓挥发分的释放速度，因而可有效地防止煤样爆燃、喷溅，使测定结果稳定可靠。,测定煤的挥发分产率应注意哪些问题？,煤的焦渣特征分为8个型号，号数越大，表示粘结性越强。,12号表示煤没有粘结性；34号表示煤的粘结性较弱；58号表示煤有较好的粘结性。,（1型）粉状全部是粉末，没有相互粘着的颗粒；,（2型）粘着用手指轻碰即成粉末或者基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末；,（3型）弱粘结用手指轻压即成小块；,（4型）不熔融粘结以手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽；,（5型）不膨胀熔融粘结焦渣形成扁平的块，煤粒的界线不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显；,（6型）微膨胀熔融粘结用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀泡（或小气泡）；,（7型）膨胀熔融粘结焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm；,（8型）强膨胀熔融粘结焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。,焦渣特征分类：,五、煤中全硫的测定方法,煤中全硫,有机硫,无机硫,硫醇类、噻吩硫、硫醌类、硫醚类、硫蒽类官能团存在于煤中,硫化铁硫,硫酸盐硫,黄铁矿硫（FeS,2,）,硫酸钙（CaSO,4,）,全硫（S,t，ad,）,煤中硫,环 境,设 备,脱硫剂,影响,200,400,600,800,1000,1200,-0.2,0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,SO,2,释放量/%,温度/,图 原煤中SO,2,释放量随温度的变化,有机硫、黄铁矿硫,硫酸盐硫,常用方法：库仑滴定法,煤中全硫的测定方法,测定原理：,煤样在催化剂（WO,3,）作用下，于空气流中燃烧（1150,o,C）分解，煤中硫生成二氧化硫被碘化钾溶液吸收，以电解碘化钾溶液所产生的碘进行滴定，根据电解所消耗的的电量计算煤中全硫的含量。,（2）测定步骤,（1）要求,煤样：粒度0.2mm，样重0.05g（称准至0.0002g）,电解液：5g碘化钾，5g溴化钾，10ml冰乙酸溶于250-300ml水中。,炉温：11505,o,C,将炉温恒定在,11505,o,C,。,加入电解液。,在供气和抽气的条件下将流量调节在,1000ml/min,，开启搅拌器，并检查气密性。调节旋转速度，使搅拌子快速旋转，但不可过快，以免使搅拌子跳动打坏铂电极。,准确称取规定粒度煤样，于瓷舟中铺平，,盖一层薄,WO,3,。将瓷舟放在仪器的石英舟内，按照仪器的提示符进行操作。,（3）计算结果：,S,t,ad,空气干燥煤样中全硫含量，%,m,1,库仑积分器显示值，mg；,m煤样质量，mg,S,t,ad,=m,1,/m100%,注意事项：,1.,电解液的配制顺序,：先将溴化钾和碘化钾溶于水中，最后再加入10ml冰乙酸，以防冰乙酸过早加入，造成大量挥发。,2.在测硫过程中，应保持系统,气路畅通,。燃烧管进出口连接管应使用耐温的,硅橡胶管,，各吸收管和电磁泵之间的连接管也应使用优质细口径的乳胶管，以,发粘、老化的乳胶管应及时更换,；在燃烧管出口端的,硅酸铝棉也应定期更换,，防止在其上黏附三氧化钨粉末及未燃尽的煤粉,。,3.新配置的电解液为,淡黄色,，pH值应该在12之间。当电解次数增多，电解液酸度增大，,当pH小于1或呈深黄色时，就要及时更换,。电解液的酸度增加，导致测硫结果偏低。,4.电解池内的,铂电极及玻璃熔板应保持清洁。,在测定煤样时，要求,电解池保持完全密封,，并要防止电解液倒吸。,5.每天正式测定煤样前，宜先用,废煤样测定,（不计结果），以,消除电解液存放过程中产生的碘与溴，,以免测定结果偏低。,六、煤的发热量测定,煤的发热量,煤的发热量,的测定适用于泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤、焦炭、碳质页岩等固体矿物燃料及水煤浆。,所谓发热量，是指单位质量的燃料完全燃烧时产生的热量。测量结果以（MJ/kg）或（J/g）表示。我国以前一直采用卡（cal）来表示，其与焦耳之间的换算如下：,1卡=4.1816焦耳,发热量的表示方法：,弹筒发热量（Q,b,）,：指热量计实测产生的热量，包括煤炭燃烧生成二氧化碳；氢燃烧生成水汽，冷却后凝结成水；煤中硫在高压氧气下燃烧 生成三氧化硫，少量氮转化为氮氧化物，他们溶于水生成硫酸和硝酸。,高位发热量（Q,gr,）,：为弹筒发热量减去硫酸与二氧化硫生成热之差及硝酸的生成热。,低位发热量（Q,net,）,：将高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中的氢燃烧生成的水）的汽化热。,（一）测定步骤,（1）准确称取粒度小于,0.2mm,的分析煤样,，0.9-1.1g,（称准至0.0002g）于燃烧皿中。,（2）取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上，注意,保持良好接触性。,（3）往氧弹中加入,10ml,蒸馏水，拧紧弹盖，缓缓充入,2.83.0Mpa,氧气，充氧时间不得少于,15s,；如果不小心充氧压力超过3.2Mpa，停止试验，放掉氧气，重新充氧至3.2Mpa以下。当钢瓶中氧气压力降到,5.0Mpa,以下时，充氧时间应酌量,延长,，压力降到,4.0MPa,以下时，应,更换,新的钢瓶氧气。,（4）将氧弹放入内筒中按照仪器提示符进行试验，打印结果。,（5）试验结束后，放出燃烧废气，打开氧弹仔细观察弹筒和燃烧皿内部，如果有试验,燃烧不完全,的迹象或有,炭黑存在，,试验应,作废。,煤的发热量测定,计算结果：,空气干燥煤样的恒容高位发热量：,Q,gr,ad,=Q,b,ad,-(94.1S,b,ad,+,Q,b,ad,),Q,gr,ad,空气干燥煤样的恒容高位发热量（J/g）；,Q,b,ad,空气干燥煤样的弹筒发热量（J/g）；,S,b,ad,由弹筒洗液测得的煤的含硫量（%）；当全硫含量低于4.00%时，或发热量大于14.60MJ/kg时，用全硫S,t,ad,代替。,94.1空气干燥煤样中每1.00%硫的校正值，单位为焦耳。,硝酸校正系数：当,Qb,16.70MJ/kg，,=0.0010,当16.70MJ/kg,Qb,25.10MJ/kg，,=0.0012,当,Qb,25.10MJ/kg，,=0.0016,煤或水煤浆干燥试样的恒容低位发热量:,Q,net,v,ar,=(Q,gr,v,ad,-206H,ad,)（100-M,t,）/（100-M,ad,）-23M,t,Q,net,v,ar,煤的收到基恒容低位发热量（J/g）；,Q,gr,v,ad,煤的空气干燥基恒容高位发热量（J/g）；,M,t,煤的收到基全水分或水煤浆的水分（%）；,M,ad,煤的空气干燥基水分（%）；,H,ad,煤的空气干燥基氢含量（%）；,注意事项：,1。通常热容量标定的有效期为,3个月,，但有如下情况发生时应立即重新标定仪器的热容量：,（1）测定发热量时的内筒水温与热容量标定时的平均内筒,水温相差,o,C,以上时；,（2）,更换量热温度计,；,（3）,更换氧弹的较大部件,，如氧弹盖、连接环等；,（4）热量计经过,较大的搬动,；,（5）,水变浑浊,。,。,遇到难燃煤应采取什么措施？遇到易喷溅的煤采取什么措施？,（1）遇到,难燃煤,（高灰低热值）时，可用,石棉绒,做衬垫；如还不能完全燃烧可提高充氧,压力至3.2Mpa,，或用已知质量和热值的,擦镜纸,包裹称好的试样并用手压紧，然后让放入燃烧皿中。,（2）对于,易喷溅的煤,，棉线或点火丝应和煤样保持一微小的距离,（约12mm），,或,压饼,，切成3mm的块，或用,擦镜纸包紧,后再进行测试。,3,.在整个发热量测定试验中应注意哪些安全问题？,如果发现,氧弹漏气,（充氧后的氧弹全部浸在水中，不断有气泡产生），则必须,修理好,再使用，防止试验过程中氧弹崩离；若充氧时不慎，充入的氧气压力过大,（超过3.3Mpa,），不得进行下一步的燃烧试验，此时应释放氧气，,重新充氧,到3.0Mpa以下。在做试验的过程中，点火后的最初,20s,内部要把身体的任何部位伸到热量计的上方，以免点火瞬间发生氧弹冲出热量计的事故；使用氧气也要注意安全，氧气瓶口不得,沾有油污及其他易燃物，,氧气瓶附近还,不得有明火,。,七、焦炭反应性及反应后强度的测定,GB/T4000-2008,主要内容,1,概况,2 关于“焦炭反应性及反应后强度试验方法”的试验原理,3 试验仪器设备与操作技术,4 标准方法与应用,5 焦炭反应性及反应后强度实验中注意事项,6 最新标准与旧标准对比,1.概况,多年来，冶金科研工作者对冶金焦炭的试验研究发现，冶金焦炭在高炉冶金过程中，它的反应性和反应后强度与冶炼过程有着密切的关系，同时冶金焦炭的反应性及反应后强度这两个指标对于高炉冶炼过程有重要意义。,最早日本的钢铁公司提出冶金焦炭的试验方法，试验所获得的反应性及反应后强度指标，用于指导生产取得良好结果。随后被许多科研单位和冶金企业采用。,我国于1983年引用该方法，结合我国情况通过试验研究制定了GB/T4000-83”焦炭反应性与反应后强度试验方法”。到1996年，一些使用单位反映该方法的制样要求比较高（手工制样），操作比较麻烦，费工费时。于是由首钢负责改进试验，确定制样改用颚式破碎机破碎的方法制取试样，拟定了GB/T4000-1996标准。到了2003年又由本钢及冶金工业信息标准研究院起草修订，这次修订主要是把焦炭反应性及反应后强度列入GB/T-1996-2003“冶金焦炭”标准。到了2008年，又有一些单位反映单纯的破碎机制样对误差影响很大，而且试样粒度的范围也偏大。于是由中国钢铁工业协会提出，由武汉钢铁公司，首钢总公司等4家单位起草修订了GB/T4000-2008来代替原有的GB/T4000-1996。此新标准把制样方法修订为颚破与手工修整相结合的制样方法。还缩小了焦炭试样的粒度控制范围。目前GB/T4000-2008是最新版本。,2.关于“焦炭反应性及反应后强度试验方法”的试验原理,焦炭是高炉炼铁的重要供热燃料和还原剂，在高炉料柱的重压下，要求焦炭必须具有一定的强度（包括冷态和热态）用以支撑料柱的压力和透气性。同时又具有一定的反应性。焦炭燃烧后生成CO,2,，当其上升时，与未热的焦炭相遇发生反应：CO,2,+C=2CO,即生成了使铁矿石还原的还原剂。此外在高温下焦炭也能直接与铁矿石发生还原反应。,大型高炉和中,、,小型高炉对焦炭的反应性和反应后强度要求有所不同，所以在冶金焦炭的技术指标中焦炭反应性和反应后强度订为两级是比较适合的。,焦炭反应性,：指粒度为23mm25mm的焦炭在11005与二氧化碳反应2h后，焦炭损失的百分数，以,CRI,%表示。,焦炭反应后强度,：反应后的焦炭，全部经“I”型转鼓转600转后（20转/分），大于10mm粒度焦炭占反应后焦炭重量的百分数，以,CSR,%表示。,3.,试验仪器设备与操作技术,图1,1 高铝外丝管 2 铁铬铝炉丝 3、4 轻质高铝砖,5 炉壳 6 脚轮 7 炉盖 8 绝缘子,3.1,电炉,3.1.1底部封闭式加热炉，炉体结构如图1所示,炉膛内径140mm，外径160mm，高度640mm（高铝质外丝管）。,加热元件：使用电炉丝。,电炉安装要点：炉壳底部封闭，上口敞开，预先在底板上装好脚轮。在底部铺一层耐火砖，将绕好电阻丝的外丝管立放于底板正中。在外丝管与炉壳间隙之间，填充轻质高铝砖预制件（由标准尺寸的轻质高铝砖切制），炉丝由上下两端引出，与固定在炉壳上的绝缘子相联接。炉丝引出部分用单孔绝缘管保护好，切忌相互搭接，以免造成短路。(外丝管外 侧炉砖上钻8mm、深350mm的孔)，控温电偶插入（孔中）反应器中央，将电炉与控温仪及电源接好。每一台电炉安装完毕即测定恒温区，使炉膛内11005温度区长度大150mm。,3.1.2底部开口式加热炉,图2,1 炉壳 2、3、4 轻质高铝砖 5绝缘子,6 炉盖7 硅碳棒 8炉脚 9 反应器托架,炉体结构如图2所示,炉膛,：180180mm，高600mm(炉壳)。,硅碳棒,：U型硅碳棒，四支，炉膛四面各一支。,电炉安装要点：,炉壳底部开孔，上口敞开，底部反应器托架中间开孔，底板用脚支撑。在底部铺一层耐火砖，用标准尺寸的轻质高铝砖砌制炉膛,周围填充保温材料。炉膛顶部开四个孔，放置硅碳棒。硅碳棒连接线与固定在炉壳上的绝缘子相联接，盖好上盖。控温电偶插入反应器中央，将电炉与控温仪及电源接好，每一台电炉安装完毕即测定恒温区，使炉膛内11005温度区长度大于150mm。,3.1.3 两种电炉优缺点比较,3.2,反应器,3.2.1 耐高温合金钢反应器（,如图3所示,）,图3,1 中心热电偶套管 2 进气管3 排气管,3.2.2,刚玉质反应器 反应管选择能耐高温又抗碱金属侵蚀的耐高温刚玉管制作。下部底座和上部盖子用耐高温合金钢GH23或GH44制作。与硅碳棒加热炉配置。此反应器也可以全部采用耐高温合金钢。(如图4所示),图4,1中心热电偶插孔 2 进气管 3 排气管 4 盖子 5 底座,3.2.3,两种反应器优缺点比较,3.3,反应后强度试验设备,I型转鼓：装置如图5。转速20 r1.5r/min。,鼓体：用外径140mm，厚5mm6mm的无缝钢管加工,而成。鼓内净长度700mm，鼓盖厚5 mm6mm。,减速机：速比50。,电机：0.75kW，910r/min。,转鼓控制器：总转数600r，时间30min。,图 5,1 鼓体 2 马达 3 减速机 4 机架,3.4,二氧化碳供给系统,二氧化碳钢瓶及二氧化碳流量计（带加热或另备红外灯泡220V,250W）。钢瓶内二氧化碳含量达99.99%。,流量计：0.6 M,3,/h。,二氧化碳含量达不到要求时，可以使用二氧化碳净化措施进行二氧化碳的净化。,3.5氮气供给系统,氮气钢瓶及氧压表。钢瓶内氮气含量达99.99%。,流量计：0.25m,3,/h。,氮气含量达不到要求时，可以使用氮气净化措施进行氮气的净化。,3.6,精密温度控制装置,温控范围01600，精度,5,。,3.7,圆孔筛,10mm一个，筛框直径200mm。,25mm和23mm各一个，筛面400mm500mm，按GB/T2006中第4.2条圆孔筛规定制做。,38,干燥箱,工作室容积不小于0.07M,3,。,最高使用温度：300。,3.9,天平,最大称量500g，感量0.5g。,3.10,铂铑铂热电偶,直径0.5mm，长度700（650）mm。,高铝质热电偶保护管 A 75400(mm),高铝质双孔绝缘管 D 41400(mm),高铝质单孔绝缘管 C 10.610(mm,3.11筛板 材质为耐高温合金钢(GH23或GH44)，厚,3mm,（2mm5mm），直径79mm，其上均匀钻直径3mm的孔，孔间距离5mm。3.12高铝球：直径20mm。3.13托架 托架如图5。材质为普通碳素结构钢（,Q235A）,，三个支管材质为奥氏体不锈钢(1Grl8Ni9Ti)。3.14反应器支架 承放反应器，尺寸、形式自定。,4.标准方法与应用,4.1试样的采取与制备,按GB/T1997规定的取样方法，按比例取不小于25mm焦炭20kg，弃去泡焦和炉头焦。用颚式破碎机破碎，混匀，缩分出10kg，再用25mm，23mm圆孔筛筛分，大于25mm焦块再破碎，筛分。取23mm筛上物,去掉薄片状焦和细条状焦，保留较厚片状焦和较粗条状焦，并将较厚片状焦和较粗条状焦用手工修整成颗粒状焦块，用23mm圆孔筛筛分后与未经过修整的颗粒状焦块混匀，缩分得焦块2 kg，分两次（每次1kg）置于转鼓中，以 20 rmin的转速，转50 r，取出后再用23 mm圆孔筛筛分，缩分出900g，分四份，每份不少于220g。,将制好的试样放入干燥箱，在170180温度下烘干2h，取出焦炭冷却至室温，用23mm圆孔筛筛分，称取2000.5g待用。,4.2试验步骤：试验流程图6,图 6,1 二氧化碳钢瓶 2、4 流量计 3氮气钢瓶,5 三通活塞 6 精密温度控制装置 7热电偶,8 托架 9 反应器 10 电炉 11 试样,4.2,试验步骤,4.2.1 将反应器置于炉内，在反应器底部铺一层高约100mm,的高铝球，上面平放筛板，然后装入已备好的焦炭试样200,g0.5g。注意装样前调整好高铝球高度，使反应器内的焦,炭层处于电炉恒温区内。,将与上盖相连的热电偶套管插入料层中心位置，用螺丝,将盖与反应器筒体固定。将反应器置于炉顶的托架上吊放,在电炉内，托架与电炉盖间放置石棉板隔热。在反应器法,兰四周围上高铝轻质砖(用标准尺寸高铝轻质砖切成，尺寸,随意)，减少散热。,4.2.2,将反应器进气管、排气管分别与供气系统、排气系统连接。检查气路，保证严密。,将测温热电偶插入反应器热电偶套管内(热电偶用高铝质双孔绝缘管及高铝质热电偶保护管保护)。,4.2.3,接通电源，用精密温度控制仪调节电炉加热。先用手动,调节，电流由小到大，在15min之内，逐渐调至最大值。然,后将按钮拨到自动位置。升温速度为816/min。当料层,中心温度达到400时，以0.8L/min的流量通氮气，保护焦,炭，防止其烧损。,4.2.4 当料层中心温度达到1050时，开红外线灯（接通带预,热装置的二氧化碳减压表的电源插头），预热二氧化碳气瓶,出口处，保证二氧化碳气体稳定流出。当料层中心温度达到,1100时，切断氮气，改通二氧化碳，流量为5Lmin，反,应2h。通二氧化碳后料层温度应在5minl0min内恢复到,11005。,4.2.5,反应2h，停止加热。切断二氧化碳气路，改通氮气，流量控制在2Lmin。拔掉排气管，将反应器从电炉内吊出，放在支架上继续通氮气。使反应器中的焦炭冷却到100以下，停止通氮气。打开反应器上盖，倒出焦炭，筛分、称量质量、记录。,4.2.6,将反应后的焦炭全部装入I型转鼓内，以20rmin的转速共转30 min。总转数为600r。然后取出焦炭筛分、称量、记录各筛级质量。,5.焦炭反应性及反应后强度实验中注意事项,5.1,严格按国标制焦样使粒度形状尽量接近,取试样时,一定要选择粒度相近的焦块,，因为焦块粒度和形状对反应性有一定影响，粒度范围宽，形状变化大，必然会使试验数据分散。最简单的办法除了目测观察其大小是否均匀外，每次试验不仅要保证试样质量符合标准，同时还要尽量使试样的焦块数目相等。在反应器底部装100 mm厚高铝球时要装平，装焦块时也要均匀装平。为防止试验过程中焦样丢失，影响试验的准确性，试验做完后，要重新数一数焦块数目，检查与装入数目是否一致。还要检查一下反应后的焦块，看有无粒度特别小或外观异常的焦块，如果有说明取样不好，数据的代表性和准确性差。,5.2,装料时一定要注意把热电偶插正插到位,使用热电偶一定要注意，热电偶里面的铂丝顶端可能没有到达外管的顶端，会无形中造成测量温度比实际中心温度偏低，使中心温度超过1100。因为温度升高，加快焦炭与CO,2,的反应，使其反应性升高。同时炉体温度过高，也很容易使电炉丝断裂，影响实验效率，提高实验成本。,5.3,设定好自动控温系统参数,目前反应性测定仪的控温系统都是由智能仪表来完成，通过内部参数PID的调节来控制温度。系统参数设定不理想，控温不稳定，影响反应结果。升温时间一般在100 min左右，升温速度控制较好，通入二氧化碳气反应期间，反应温度控制比较稳定，整个反应期间温度上下起伏波动小。不同型号的仪表对应的参数是不同的，每更换一次仪表应重新设定参数。,5.4,控制好温度,温度控制是整个反应的关键，初始升温时先用手动调节，要有预热时间，电流不易太大，可以更好延长炉丝寿命，10 min后改为自动。当料层中心温度达到400 时，以0.8 Lmin的流量通入N,2,气，保护焦炭防止烧损。温度升至1050时用红外灯加热CO,2,，当温度达到1100 时切断N,2,气，通入CO,2,气。通入CO,2,气后炉温有所降低，此时要根据降温多少及时调整，尽快在10 min内把料层温度恢复到(11005)。整个反应过程应尽量保持在1102 1099。,5.5,恒温段,恒温段在焦炭检测中很重要，不仅反应了实验炉保温的好坏，同时对焦炭的反应性有很大影响。保温不好，恒温段就会缩小或者不存在；炉丝使用时间过长，出现下滑，恒温段也发生变化。而焦炭装入反应器后，在反应炉中的位置确定，焦炭的总高度一定，要保持焦炭在通CO2过程中一直处在(11005)，就需要反应炉中心有一段大于150mm区域温度处在(11005)之间，才符合国家标准。否则检测结果就有所偏差。,5.5.1,恒温区的测定,首先要有两套测温装置，其中一套用来控温，一套用来测温。把控温的那套装置热电偶固定放在炉子的中间部位，输出端接到炉子控温系统上，设定一个温度，控温。测温的那套装置输出端不接，2根测温热电偶在炉子中的中心控温电偶上下部位固定（电偶顶端分别距中心点偶顶端75mm）。待控温到设定的温度稳定后，测温热电偶在炉子中稳定一段时间后，测其温度读数，这样就很容易确定了电炉中恒温区是否大于150mm，在整个测定过程中要保证控温装置的温度读数稳定没有波动。,5.6,控制好气体流量 二氧化碳气体流量大小，对反应性和反应后强度的测定有较大的影响，其流量应为5L/min。二氧化碳流量大，反应性升高，反应后强度降低。二氧化碳流量小，反应性降低，反应后强度增高。气体流量不正确，会影响检验结果的准确性。定期用湿式气体流量计对二氧化碳流量进行标定，反应性和反应后强度准确性提高，重复性好。氮气作为保护器，流量大小对结果影响不大。,5.6.1,湿式气体流量计测定CO,2,湿式气体流量计属于容积式流量计。它是实验室常用的一种仪器，其构造主要由圆鼓形壳体，转鼓及传动记数机构所组成，如图7所示。,图7,1 温度计 2 压力计