煤灰熔融温度还原气氛

21/22煤灰熔融温度还原气氛摘要煤炭作为21世纪最重要的化石能源，对其性质的探讨受到越来越多的关注。煤灰熔融性的测定对工业火电厂和气化炉的造气生产具有重要意义。本实验用ＳDAＦ２0０0ｂ煤灰熔融性测定仪分别测定多种煤样在氧化性气氛和弱还原性气氛下的灰熔点。它能对工业用煤排渣气氛的控制、煤灰渣型的预测等等提供初步材料。结果表明，气氛对煤灰熔融性的影响还是显而易见的。因为煤灰中铁元素的状态不同，弱还原性气氛下的煤灰熔融点比氧化气氛下的熔融点低约1０~130℃左右。由于实验条件的限制，没有进一步分析煤质矿物成分与灰熔点的关系。关键词：煤灰,熔融温度,还原气氛AbｓtrａctＴhe２1stcenｔｕrｙ’smostimpoｒtaｎtfosｓｉleneｒgyiscoal，thestｕdyofthecoａlisattractiｎgmoｒeandmoreaｔtenｔion.Determｉｎaｔionoｆｉｎdustｒiａlｃoaｌashmeltiｎgisimｐｏrtaｎtfoｒｉndusｔｒiaｌｐｏweｒpｌantsandgasｉｆiergasificatiｏｎprodｕctioｎ.TｈisexprｉｍeｎtisundｅrSDＡF200０ｂｃoａlashmｅltｉngtester,ｒeｓpeｃtivelyavarietyｏｆｃoalsamplｅsundｅroxｉｄizｉngatｍoｓｐhereandweaｋreduｃingaｔmoｓphｅｒeｏfａshmｅlｔinｇpoint．Itcａnpｒovidesomｅａdvicｅｏfindusｔｒialcoalａtmoｓphereandcｏaltyｐeａshmaterials。Reｓultｓshoｗthａttheａtmｏsｐｈereoｆtheｉmpａctｏfｃoａlaｓhmeltingisobvious。Becａｕsetheａｓhiｒoｎsｔatuｓisdｉｆfeｒenｔ，tｈeｗeakreducingatmosｐherｅoｆcoaｌashmeltinｇpｏｉntloweｒtｈanthｅmｅｌtingpointundｅｒoxidizingａtmoｓphereabｏut10~130℃.Dueｔｏtheliｍitaｔiｏnofexｐerimentａlcoｎditiｏns,nｏfurｔhｅranalysiｓwithashmeltingｐｏintｃｏａlmiｎerａｌｃomｐositionrｅｌatiｏnｓhip.Ｋeyword:coalash，fｕsionｔempｅrature，reductｉveatｍosphere；第一章绪论1。1国内外研究现状综述现今测煤灰熔融性的方法主要有直接测定法和间接测定法两种,直接测定煤灰熔融性的方法又分为灰锥法和热显微镜法.煤灰熔融性温度测试一般有三种气氛：弱还原性气氛，强还原性气氛和氧化性气氛，常用的气氛是弱还原性气氛。煤灰的熔融性温度受气氛的影响最为显著,特别是含铁量大的煤灰更为明显。主要是由于煤灰中铁在不同性质气氛中有不同形态,并进一步产生低熔融性的共熔体所致。我国煤储量丰富,据煤炭资源普查结果显示，我国低灰熔点煤占煤炭总量的1/3左右，燃用这类低灰熔点的煤易造成电站锅炉严重的结渣、腐蚀等问题。而像淮南煤那样的高灰熔点的煤（1６0０℃左右)也占很大的一部分比例,不适合液态排渣工艺温度要求(1380℃左右)。为了更合理、经济地利用我国的煤炭资源研究如何改变煤的灰熔融性已迫在眉睫。国内外许多学者提出了一些可以改变煤灰熔融温度的方法。对于煤灰熔融性的影响因素主要有五个；一：测试气氛性质的影响，在弱还原性气氛下，测定ＤT、SＴ、ＦＴ均小于氧化性气氛下的测定值,且随煤灰化学成分不同，二种气氛之间的特征温度差值也不同,大约在lO℃～１3０℃。当煤灰中Fｅ2O3,含量较高时，会降低灰熔融性温度，且在弱还原性气氛下更为明显。在强还原气氛下，煤灰在熔融过程中的氧元素被大量还原.所剩绝大部分是金属或非金属单质。其单质的熔融温度要高出其氧化物许多,这些在强还原气氛下被还原出来的金属单质导致了煤灰熔融性温度的升高。因此。强还原气氛下的煤灰熔融性温度均比氧化气氛下高。差值在50~2００℃。在煤灰熔融性温度测定时,通常采用弱还原性气氛，这是由于在工业窑炉的燃烧或气化室中,一般都形成如CＯ、H2、CH４、CO2、O2为主要成分的弱还原性气氛。二：煤灰成分的影响，煤灰熔融特性与化学组成的关系。化学分析结果表明，煤灰由Ｓi0２、A1203、Fe203、CaO、MgO、Ｎａ20、K２０、TiO2：和SO3，等组分构成。按照氧化物含量多少划分。多数煤灰属于硅铝铁钙型，即煤灰的主要成分为Si02、A１20３、Ｆｅ203、CaO。Si02、A１2０3和Tｉ02属于酸性组分，其含量越多，煤灰的熔融温度就越高；Fe２0３、ＣaO、MgO、Na2O、K2O属于碱性组分,其含量越多,煤灰的熔融温度就越低.研究表明在酸性氧化物中,A１203，和TiO2:在煤灰中始终起提高熔融温度的作用,而SiO2：的含量与煤灰熔融温度似乎无明显关系;碱性氧化物中的ＣａO和Ｆｅ20，，由于含量高。对煤灰熔融性的影响较之其它几种组分更为显著。CａO对煤灰有助熔作用,但与CaＯ本身含量和SiO２／Aｌ2０3比有关。Ｆe２０3的助熔效果与煤灰所处的气氛性质有关。在弱还原气氛中,Ｆe203，以FeO的形态存在，与其它价态的铁相比,FeO具有较强的助熔效果。如果煤灰中的CaO、碱金属氧化物等助熔组分含量较高,且硅铝比较高,在Fe203，含量较低时,就能使煤灰熔融温度很低；对于硅铝比较低，且CaO、碱金属氧化物等助熔组分含量也较低的煤灰，在Fｅ２03,含量较高时,才能使其熔融温度最低.煤灰熔融性与相平衡性质的关系。在理论上，由相平衡关系可以得到煤灰成为液体时的最低温度(液化温度)、煤灰成为固体时的最高温度（固化温度）,以及在中问温度时固相和液相的组成。利用相图能够预测氧化气氛下各种矿物或添加剂对煤灰熔融性的影响,通常，煤灰中A1203含量越高，SiO２/Al2O３，比越低（即高岭石含量越高），煤灰熔融温度就越高。在煤灰中添加碱性矿物如方解石、白云石、黄铁矿或菱铁矿会使熔融温度降低，但是如果煤灰中某一成分（如方解石)特别高,结果可能会产生例外的情况.相态变化预测煤灰的熔融行为.煤灰是由各种矿物质组成的混合物，在高温下熔融过程较复杂.在加热过程中，煤灰中除各种矿物组分熔融外，矿物组分之间会发生反应生成新的无机成分:各矿物组分之间还会发生低温共熔现象，从而影响煤灰的熔融特性。煤灰中各种矿物质对Ｘ一射线的吸收或反射量是不同的,它不仅与矿物质含量有关,而且与矿物质本身结晶性好坏、混合物中其它矿物的存在有关,但对同种矿物质其衍射强度的变化可近似反映含量的变化。三，停留时间对灰熔融性的影响,停留时问对灰熔融特性的影响是显著的,例如神府灰样在5分钟停留时间下的FT与始终处于H2气氛下的FＴ相差近3０0℃：大部分灰样在15分钟停留时间下的FＴ均比５分钟下有所上升，但也有例外，FＴ出现下降；大部分灰样在１5分钟后的ＦT温度低于始终处于Ｈ2气氛下的ＦＴ。说明灰渣在强还原气氛下的变化行为是一个渐进的过程，长时间处于H2气氛下被还原的程度更深：对于Fe2O3，含量较高的灰样，在短的停留时间内影响十分显著,而对于Ｆe２O３，含量较低的灰样，停留时间的影响不明显。四，强还原气氛下助熔剂对灰熔融特性的影响，实验结果对于煤样的普适性还有待研究.在强还原气氛下，氧化钙对淮北刘二矿灰样仍然能起到较好的助熔作用，当添加量在３0%—4０％的范围内时，灰熔融温度Ｆr可以降低到132５0C左右,降幅达160℃左右;而当添加量超过４０%后，熔融温度又呈上升趋势。由于氧化钙添加量较大，.应考虑到经济性因素。而在强还原气氛下，氧化铁几乎没有助熔作用，当添加量达到30%时，灰熔融温度将大幅上升，ＦT将超过1５00℃.可能是氧化铁中的铁元素被还原成为更低价态的铁甚至铁单质，则使得灰熔融温度上升。由于本实验只是针对淮北刘二矿灰样,所以结论对我国煤种的普适性还有待于迸一步探讨。五,强还原气氛下混煤对灰熔融特性的影响在氧化气氛，当按照３0％乌兰商业和70%宁夏灵武来配比时,灰熔融温度有一个最低点，FT约为１290。C，相比宁夏灵武灰样的FＴ降低大约300。C,相比鸟兰商业灰样的FT降低210℃以上。在强还原气氛Ｈ2下,当两种灰样的配比以乌兰商业计为20%～３0％的范嗣内时，灰熔点下降到最低点，FT最低约为１310℃.相比宁复灵武灰样在该气氛下的FT降低约125℃．相比乌兰商业灰样降低19００C以上。混煤后的灰熔融温度低于两种原灰样熔融温度的情况。不同于以往混煤中呈单调下降，趋于较低熔点的趋势，推测原因主要因为在混煤的配比恰好为某一比例时。两种灰样巾的矿物组分在高温下形成了某种低温共熔物,导致熔融温度大幅下降。下面但就气氛的影响来展开研究.气氛对煤灰熔融性的影响在国内外文献中多有述及,试验气氛是影响煤灰熔融性的主要因素,由于煤中的铁在不同气氛下状态不同,弱还原性气氛下的ＦeO熔点最低,且易与煤灰中的SｉO2形成低共熔体。所以煤灰在弱还原性气氛中熔融温度最低，在工业锅炉的燃烧或气化室中一般都形成由CＯ,H2，ＣH４,CO２，和O2为主要成分的弱还原性气氛。所以在弱还原性气氛中测得的数据更有意义，常作为煤的灰熔点。已往数据表明，当灰中Fe0，含量达到15%以上时，氧化性气氛下的软化温度和流动温度比弱还原性气氛下的温度高1０0~300℃。工业锅炉的燃烧或气化室一般都是弱还原性气氛.１。２研究目的:煤炭作为三大化石能源之一,在中国重工业发展中起了重要的作用,随着中国现代化步伐的加快，作为主要能源的煤炭,发挥了越来越重要的作用。伴随着人口不断增长和城镇化进程的加速，生活能源消费总量和品种发生了重大变化，研究表明，由于经济总量的增长，产业结构发生了较大变化，煤炭消费强度下降。目前化工行业的煤炭消费主要集中在化肥生产和快速发展的煤化工产业。化肥生产主要是以煤炭为原料生产合成氨,煤化工产业中煤炭转化（煤炭气化、液化，煤制油和煤制甲醇、烯烃等）是我国能源和煤炭清洁利用发展的主攻方向.预计到２020年，国内煤炭需求量为269０41万吨.我国煤炭资源分布集中在"三西”,即山西、陕西及内蒙西部.目前有6３%的煤炭要从”三西”调出,我国长期存在北煤南运、西煤东调的格局.煤炭的管道运输投资少、建设周期短、营运费低、为全密闭输送，不污染环境。水煤浆经管道输送到终端即可供用户燃用,而且可长期密闭储存.在煤化工行业中,灰熔融性是影响煤的燃烧和气化的重要因素,工业上对煤灰熔融性的要求各有不同,如固态排渣锅炉和固定床气化炉中一般使用高灰熔融性煤,液态排渣的锅炉和气化炉使用低灰熔融性煤,以免排渣困难。因此为了正确选择气化用煤和锅炉用煤，须进行煤灰熔融性的测定。常用的测定方法，是将煤灰与糊精混合，颦成灰锥,在高温炉弱还原气体介质中加热,分别测定灰熔融性变形温度Td、软化温度Ts、半球温度Th和流动温度TF。一般用Ｔｓ(℃)作为煤灰熔融性的主要指标：小于或等于1100℃为易熔灰分,大于1100～12５0℃为低熔灰分，大于12５0~1500℃为高熔灰分，大于１500℃为难熔灰分。煤化工行业中气化用料煤的灰熔点是所有气化煤的一个重要指标,这一特点对焦渣的形成具有重要影响,因此在流化床气化过程中灰熔点能部分反映形成焦渣的程度,然而对这方面的研究并不多，所以做气氛对煤灰熔点影响的研究还是很有必要的。１。3研究主题简介本实验的课题是气氛对煤灰熔融性的影响,计划通过对五种不同的煤样煤灰分别进行氧化性气氛和弱还原性气氛的三个特征温度进行对比试验,同一种煤种用三组相同的实验进行横向对比，用三种不同的煤进行验证性实验，验证不同气氛下对煤灰熔融性的一般规律。对工业生产用煤和排渣方式提供初步的实验指导。1.3.1研究方法：图1—1测试仪煤灰有多种金属氧化物组成，其在不同气氛的熔融点不同主要是因为所含的金属氧化物的熔融点不同，在弱还原性气氛下的铁以二价铁（FeO）的状态存在,氧化性气氛下铁变为3价铁(Fe２O3），它们的熔融点不同，进而引起灰熔融性的差异.这种差异在国内外的研究中多有述及，本实验选取三种不同的煤样,进行验证性的实验,来得出一般的结论。通过三种煤样的平行性实验，分别测出煤种四种特征温度变化情况,对不同煤种进行同一性性的实验，得出最终的结论。按照煤化学实验上煤灰熔融性的测试实验方式，用快速灰化法来制作灰样，待降到室温之后利用模具制作灰锥，灰锥自然风干后，分别用SＤAF2000b型灰融点测定炉来进行氧化性气氛和弱还原性气氛的测定。通气法产生氧化性气氛，封碳法产生弱还原性气氛，如用封碳法来产生弱还原性气氛，预先在舟内放置足够量的碳物质.打开高温炉炉盖，将刚玉舟徐徐推入炉内，使灰锥位置恰好处于高温恒温区的中央,将热电偶插入炉内,使其顶端处于灰锥正上方5mm处,关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：90０℃以下时,(1５～20℃/min)，90０℃以上时（5±1℃/min）.记录灰锥的四个熔融特征温度:变形温度DT，软化温度ST，半球温度HT，流动温度FT。待全部灰锥都达到流动温度或炉温升至1500℃图1—1测试仪1．３.2控制气氛的方法控制气氛的方法有2种：通气法和封碳法。通常采用封碳法来控制试验气氛。在调整气氛前，要选择含碳物质的种类、粒度,根据所使用的刚玉管材质来选择碳物质的大致数量，并确定碳物质在炉内的放置部位.国标中以“注”的形式提供：一般在刚玉舟中央放置石墨粉１5～２0ｇ，两端放置无烟煤40~５0g（气疏高刚玉管炉膛）或在刚玉舟中央放置石墨粉５~6ｇ(气密高刚玉管炉膛)。本实验使用的刚玉舟是气密型的,所以应该采用5～6ｇ的剂量，来加入石墨粉。这是一个大致的量,只能作为一个参考。在实际操作中，具体的封碳量要通过试验才能得到.在试验中,不同量的碳物质在不同温度下所生成的CO和CO2的体积不同，其组成在炉内不是平衡状态,而是处于变化状态:2C+O2＝2CＯ２CO+O2=２ＣO２当CO远远多于CO2,气氛性质为强还原性，当CO和CＯ2的体积比接近1：1,气氛呈弱还原性，说明控制碳物质的量，也就是对炉内生成的。CO和CO2体积的控制。对任何一台测定设备而言，调整气氛时无论是增加还是减少碳物质的量,灰锥的特征温度升降都有一定的规律。有时实验结果下出现失败，是由于对气氛的控制没有到位，引起的最终结果产生很大的误差。1。4实验结果预测：实验气氛是影响煤灰熔融温度的主要因素。这是因为煤灰中含有的铁在不同的气氛中将以不同的价态出现：在氧化性介质中它转化变成三价铁（Fe2O3）；在弱还原性介质中,它将转变成二价铁(ＦeＯ)；在强还原性介质中则将转变成金属铁(Fe）.三者的熔点以FeＯ最低（1４20℃），Fe2O３最高（1560℃),Ｆe居中（1535℃)，且ＦeO能与煤灰中的ＳiO2生成熔点更低的硅酸盐及其低(共）熔混合物,所以煤灰在弱还原性气氛中的熔融温度最低.煤灰中含铁量越高,气氛的影响越大。当灰中Ｆe２O3含量达到1５％以上时，氧化性气氛下的软化温度(ST）和流动温度（FＴ）可能将比弱还原气氛下的ST和FT高出１00～300℃.１．5实际意义：煤灰的熔融性是动力用煤高温特性的重要测定项目之一，是动力用煤的重要指标，它反映煤中矿物质在锅炉中燃烧时的变化动态.测定煤灰熔融性温度在工业上的特别是火电厂中和气化炉造气生产中具有重要意义。其主要用途如下.可以提供锅炉设计选择炉膛出口烟温和锅炉安全运行的依据；可以预测燃煤的结渣情况；可为不同锅炉燃烧方式选择燃煤;可判断煤灰的渣型；可选择合适的气化设备。在几个特征温度中,软化温度用途较广,一般都是根据它来选择合适的燃烧或气化设备,或根据燃烧和气化设备类型来选择具有合适软化温度的原料煤。例如，固态排渣燃烧或气化炉，就要求使用灰的熔融温度较高的煤，以ＳT〉1350℃为最好,ST>１２５0℃时也能满足要求。否则炉内就容易结渣，从而影响炉子正常操作或降低气化质量,严重时还会造成停炉事故,从液态排渣炉则要求使用熔融温度低的煤.第二章实验装置和注意事项2.1实验试剂和材料：２。1.1煤灰熔融性的测定需要如下试剂和材料。ａ糊精，化学纯，配成100g/L溶液。b高碳物质，灰分低于15％，粒度小于1mｍ的石墨、无烟煤或其他高碳物质。ｃ刚玉舟,耐热150０℃以上,能盛足够量的高碳物质。d灰锥托盘，在15００℃以下不变形，不与灰锥作用，不吸收灰样；图2－１灰锥模图2-３刚玉舟图2-３刚玉舟图2-2灰锥托板四个特征温度能在计算机判断的基础上，还可用人工进行适当调整;至少可以存储2０0个实验的数据图片。另外此仪器一次可测定5个试样,炉温范围为室温~1520℃；控温精度５℃；实验气氛为弱还原性或氧化性；其大功率<6．5ｋW．2．1.2灰锥试样要符合国标要求由于传热，一般尺寸小、疏松、干的灰锥温度易达到平衡,所以，其测值一般与尺寸大、紧密、湿灰锥的不同.为避免由此产生的误差，国标对试样尺寸等作了严格规定。灰锥高２0mm，底为等边三角形，边长7ｍm.实际操作中，发现灰锥模型长期使用，因表面磨损，使模型变浅，导致灰锥变小。若出现上述情况，应立即更换模型。其次，在做灰锥过程中。应尽量做得紧密些，且做好的灰锥样必须在空气中自然风干或6０℃下干燥后再用.2．１.3煤的灰化过程要严格首先，煤样必须是不大于0．2mｍ的空气干燥煤样,煤样灰化时灰皿中的煤样应保证少于0．15g/cｍ2并用慢速灰化法灼烧至恒重。否则,会因黄铁矿氧化不完全和碳酸盐分解不完全等原因使灰成分发生变化，导致结果也发生变化。灰样粒度大小一定要符合要求煤灰粒度小，比表面积大,颗粒之间的接触的几率也高,同时，还具有较高的表面活化能,因此，同一种煤灰,粒度小的比粒度大的熔融性温度高。灼烧恒重后的灰样,应研磨至不大于0．1mｍ。否则，过粗灰样,制作的灰锥就疏松，其测值偏低。另外，过完灰样的筛子必须清洗干燥后再过第２个灰样,以防止灰样污染影响测值。注意热电偶端头与灰锥间的距离热电偶端头距离灰锥应为２ｍm左右.若太近,端头可能与灰锥粘连,无法判断其熔融温度;若太远，端头所测温度与灰锥所在部位实际温度不符,使结果不准。用封碳法调试炉内气氛,碳物质及量的选择应合适.一般气疏型的,在刚玉舟中央放置石墨粉15g～２0g，两端放置无烟煤４0g～50g气密型的，放置石墨粉5g～６g。但在实际操作中，现在国产气密刚玉管应在刚玉舟中央放置石墨粉2０g～30g，才能调准试验气氛。由于石墨粉量大,高温下炉膛内烟雾过多而影响判断.所以在用气密刚玉管调试时,应加适量石墨粉和无烟煤，防止烟雾过多。灰熔点实验用ＳDＡF2000b煤灰熔融性测定仪,它能在氧化性气氛或还原性气氛下自动测定煤灰熔融性，适用于科研、院校等部门，它采用独特的控温系统和先进的CCD摄像技术，自动完成煤灰熔融性测试；在放样和测试过程中,均可清晰地观看样品，不需人工调整摄像头；采用先进的加热器材和保温材料，控温准确、故障率低；根据灰锥在受热过程中形态的实时图像，按国家标准(ＧB/T219)规定的方法能自动判断四个特征熔融温度,即变形温度（FT）、软化温度(SＴ）、半球温度（HT)和流动温度(FT）；四个特征温度能在计算机判断的基础上，还可以人工进行适当调整；能自动存储至少200个实验图片,便于进一步检验和分析。2。2灰的制备2.2.1快速灰化法取粒度小于０。2mm的分析煤样，按照测定灰分的方法，将煤样置于瓷方皿内，放入箱形电炉中，使温度在30ｍiｎ内逐渐升到５00℃，在此温度下保持３０min,然后升至８１5±10℃，关闭炉门灼烧1h,使煤样全部灰化,之后取出方皿冷却至室温,再将煤灰样用玛瑙钵研细,使之粒度全部达到0。１mm以下。图2—4马弗炉图2—4马弗炉马弗炉，炉壳用薄钢板经折边焊接制成，环氧粉末静电喷漆工艺,内炉衬为硅耐火材料制成的矩形整体炉衬;电炉的炉门砖采用轻质耐火材料，内炉衬与炉壳之间的保温层由耐火纤维、膨胀珍珠岩制品砌筑而成。电阻炉炉前面板和底角采用铸铁件、外壳采用冷板制作,外形平整,美观不变形。炉门通过多级铰链固定于箱体上。炉门锁定是靠门把手自重，通过杠杆作用将炉门紧扣在炉口上。开启时只需将手把往上提，待勾锁脱钩后往外拉开至电炉左侧便可。炉后装有可控烟囱，为煤炭、化工原料及产品的化学分析,提供了方便。2.2．2制作灰锥灰锥的制做1～2g煤灰样放在瓷板或玻璃板上,用数克糊精水溶液湿润并调成可塑状,然后用小尖刀铲入不锈钢灰锥模中挤压成高为20mm，底边长7mｍ的正三角形锥体,锥体的一个棱面垂直于底面。用小尖刀将模内灰锥小心地推至瓷板或玻璃板上，放在空气中干燥或放入60℃恒温箱内干燥后备用.图2-5制作灰锥灰锥的放置位置图2-5制作灰锥灰锥在炉膛的放置位置一定要符合国标ＧB/T2１9的规定也即灰锥应放在恒温区并紧邻热电偶热端2mm处.若太靠近，灰锥受热变形后易与热电偶热端粘结,不仅难以判定样品的熔融温度，还会沾污热电偶外套管，影响其测定精度;若太靠远,灰锥所在位置的温度与热电偶热端所测温度会存在一定误差，从而影响测定结果的准确度.2。2。3在弱还原性气氛中测定用10％糊精水溶液将少量氧化镁调成糊状，用它将灰锥固定在灰锥托板的三角坑内,并使灰锥的垂直棱面垂直于托板表面。将带灰锥的托板置于刚玉舟的凹槽内，用封碳法来产生弱还原性气氛，预先在舟内放置足够量的碳物质。打开高温炉炉盖，将刚玉舟徐徐推入炉内,使灰锥位置恰好处于高温恒温区的中央,使其顶端处于灰锥正上方5mm处,关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：900℃以下时,(1５～２0℃/miｎ),9００℃以上时(5±1℃/ｍin）。记录灰锥的四个熔融特征温度：变形温度DT,软化温度ST,半球温度HT，流动温度FT.待全部灰锥都达到流动温度或炉温升至1５00℃时断电，结束试验，待炉子冷却后，取出刚玉舟，拿下托板,仔细检查其表面，如发现试样与托板作用,则需另换一种托板重新试验。2．２。4在氧化性气氛中测定类似于弱还原性气氛测定的步奏,用通气法产生氧化性气氛。2.３灰融仪使用要求1、灰熔点测定仪灰熔融性控制箱的电源应在开始实验时再打开，做完实验后应及时关闭,以免对炉体加热元件造成损坏。２、在安装或拆卸炉子时应小心，勿损伤硅碳管，勿使炉体受强烈振动.3、仪器应放在干燥、通风的地方,不能在炉内处理水分较高的物质.4、炉内严禁通入氯气,在用无烟煤控制气体成分时勿用硫分高者。5、在安装炉子时注意使硅碳管与刚玉舟、外套管之间有一定的空隙,因为在煤灰熔融性测定中,炉内有CO生成，同时碳化硅在氧气不足时会按SiC+１。５O2=SiO2+CO反应式氧化生而成ＣO2,这些CO在氧气不足时会发生:2CO=CO2+C反应而析出碳，析出之碳如沉积在硅碳管之螺纹带缝隙处会形成短路而烧坏控制器，所以在硅碳管和刚玉舟、外套管之间应留适当的空隙使硅碳管周围保持少量的空气,将析出之碳烧掉并防止局部过热。6、仪器背面有裸露高压线，请勿触摸.移动仪器时，须先切断电源。7、最大使用电流勿超过30Ａ。8、仪器须有良好接地。2.4灰融仪的实验操作（1）开启仪器（2）接通仪器电源﹑计算机电源，启动测试程序。(３）放入样品如果做弱还原性实验,灰锥托板样舟里须放置20克左右烘干水分的炭物质（石墨和活性炭1：１混合物),并铺平。打开高温炉左侧门及背景盖板，将装好灰锥的样舟推入燃烧管内至限位点，摆正(使灰锥图象落在测控软件图象想框的中央区间内)。(4）开始实验在图像框左上方的适当位置按下鼠标左键不放，然后拖动鼠标选择适当的图象处理区域,点击“氧化性实验”或“弱还原性实验”按钮,系统自动进入测试状态.盖上背景盖(如做弱还原性，要将背景盖旋至最里面,封闭通气孔）关上仪器右侧门。(５)实验过程：整个实验过程由计算机程序自动控制，“炉温栏”不断显示变化的炉温。900℃以前,升温速率为每分钟15～20℃；９00℃以后为每分钟４~6℃；当炉温达到９0０℃后,系统开始判断灰锥的高度及形状。实验过程中,不能移动仪器,以免灰锥位置变化，最终影响实验结果.如果出现异常情况，请立即拔掉仪器的电气插头并拉下电闸实验结果显示(6）当灰锥图象接近国标GB∕T２19—199６“灰锥熔融性特征示意图”所描述的性状时，系统实时报出灰锥的变形温度﹑软化温度﹑半球温度﹑流动温度,并显示在数据栏中。第三章数据处理3.1煤灰熔融性煤灰熔融性是表征煤灰在一定条件下随加热温度而变的灰样变形、软化、呈半球和流动特征的物理状态.当在规定条件下加热煤灰试样时，随着温度的升高,煤灰试样会从局部熔融而扩展到全部熔融并伴随着产生一定特征的物理状态——变形、软化、半球和流动.众所周知，煤灰是一种由硅、铝、铁、钙和镁等多种元素的氧化物、硫酸盐以及其间构成的复杂混合物,它没有固定的熔点,而只有一个熔化温度的范围.当其加热到一定温度时就开始局部熔化,然后随着温度升高,熔化部分增加，到达某一温度时全部熔化。这种逐渐熔化作用，使煤灰试样产生变形.软化、半球和流动等特征物理状态.人们就以与这四个状态相应的温度来表征煤灰的熔融性。3.2注意事项重复记录灰锥的四个特征温度（DT、ST、HT、ＦT）并全部化整到10℃报出。当炉内的温度达到1500℃时,灰锥尚未达到变形温度，则该灰样的测定温度以DＴ、ST、HＴ、ＦＴ均高于1500℃报出。由于煤灰熔融性是在一定气氛下测定的，测定结果应标明其测定时的气氛性质及控制方法。某些高熔点的煤灰(SＴ＞１40０℃)，在升温过程中会出现在较低温度下锥尖开始弯曲，然后变直，到一定温度后又弯曲的现象。第一次弯曲往往不是由于灰锥局部融化，而是由于灰分失去结晶水而造成，故应以第二次弯曲的温度为DT.试样的实际受热温度和热电偶热端的温度之差是煤灰熔融性测定误差的来源之一.为了使试样和热电偶热端之间以及试样之间在一个温度梯度相当小的区域内受热，要求炉子恒温带≥6０ｍm。3。2.1煤灰熔融性测试气氛：（1）氧化性气氛炉内不放任何含碳物质，并使空气在炉内自由流通。（2）弱还原性气氛在炉内刚玉舟中央放置石墨粉15～2０g，两端放置无烟煤3０～40g(对气疏的高刚玉管炉膛）；或在刚玉舟中央放置石墨粉5～６g（对气密的高刚玉炉膛）。除了石墨和无烟煤外,还可根据具体条件封入木炭、焦炭或石油焦。他们的粒度、数量和放置部位视炉膛的大小、气密程度和含碳物质的具体性质而适当调整。3．2.2四种特征温度判定变形温度DT定义为灰锥尖开始变圆或弯曲的温度。在判定ＤＴ时应注意以下几点:对某些高灰熔温度灰(ST）1400℃，在受热过程中会由于灰中某些成分的分解等反应而出现锥尖微弯或在较低温度下微弯，然后又变直,再变弯的现象，此时不应判定为DT。对高熔融温度灰而言,应主要以锥尖或棱变圆为判定依据；锥尖倾斜但锥尖未变圆或未明显弯曲，不应判为DT。软化温度ＳＴ的定义为灰锥变形至下列情况时的温度：椎体弯曲至锥尖触及托板、灰锥变成球形（高度等于底厂)时的温度。在测定ＳＴ时应注意以下几点：在高度等于底长的情况下，应注意样块是否成球形.若此时样块的棱角分明,则不应将此时的温度记为SＴ;有时由于椎体向后倾斜而倒在托板上，使得从前面看去见到的是一个等边三角形，此时虽然高度等于底长,但不可算做SＴ.遇到此类情况应重新测定此样品。半球温度HT的定义为灰锥变形至近似半球（高度约等于底长的一半)时的温度.测定HT时应注意:在高度等于底长的一半的情况下，应注意样块是否成半球形。若此时样块的棱角分明，则不应将此时的温度记为ＨT;有时由于椎体向后倾斜而倒在托板上，则此时即使样块的高度等于底长的一半,也不应将此时的温度记为HＴ。流动温度ＦT的定义为灰锥融化成液态或展开成高度在1。5mm以上的薄层时的温度.测定FT时应该注意以下几点：判定FT时，应以试样在托板上“展开”为主要依据.有的煤灰在高温下会明显缩小到接近消失，但不是“展开”成高度小于1.5ｍm状态,此种情况,不应记为FT；当可看到试样上表面处有一道亮线时，试样已融化成液态，应判为FT;在ST之后,试样展开成大于1。5ｍm的层，但表面有明显的起伏或冒泡现象,以及试样“骤然”跃落或消失，此时试样已融化成液态,应判为FT。图３—图３—1灰锥熔融特征图3．3实验数据实验共分析了5种煤样的数据,但是由于有些煤样灰熔点过高，ＳＤＡF20００ｂ测试仪不能测出其具体温度，均以1５20℃报出，所以舍弃。具体流程图如下，平摊在坩埚里，缓缓推入马弗炉用0．2mｍ的筛子筛分煤样选取实验煤样平摊在坩埚里，缓缓推入马弗炉用0．2mｍ的筛子筛分煤样选取实验煤样用破碎机破碎选择程序3，在马弗炉中快速灰化选择程序3，在马弗炉中快速灰化取出检查煤样是否完全灰化，否则继续灰化完全灰化的煤样冷却后待用灰样放在坩埚内，加入适量糊精利用模具做成灰锥，晾干待用干燥的灰锥放入灰锥托盘里，推入灰熔点测试仪调试实验气氛，记录数据图３-2实验流程３.3.1鹤壁煤样测试实验室选取鹤壁煤样，按图3-1所示流程进行试验。所得氧化性气氛数据如下:（氧)℃表３－１鹤壁煤会氧化性气氛变形温度（DT)软化温度(ＳT）半球温度（HT）流动温度（ＦＴ）1２9714７4>1５2０〉15２０１3３0147９＞１５20＞１52０1100>152０＞15２0〉152０因为ＳDAF2000b灰熔点测试仪一旦试验温度温度大于15２0℃就以1520℃报出，而鹤壁煤灰熔点较高,所以不适合做对比试验，舍弃该数据。3.3．2义安煤样测试实验室选取鹤壁煤样,按图3—1所示流程进行试验.所得氧化性气氛数据如下：（氧）℃变形温度(ＤＴ）软化温度(ST）半球温度(HT）流动温度（FT)12９2１4７6>1５２0>15201327〉15２０>15２0〉1５2０130９>1520〉１52０>1520图3—4义安煤灰氧化性实验其结果与鹤壁煤样类似，灰熔点较高,所以不适合做对比试验，舍弃该数据。3。3。3神木煤样测试实验室选取鹤壁煤样，按图3—1所示流程进行试验。所测氧化性气氛数据如下：（氧)℃变形温度（DT）软化温度（ST)半球温度（HT）流动温度(FＴ）121８12771301131212４４128913071３1912６312９113０713３1图3-5神木煤灰氧化性实验可见其灰熔点均在可测范围内,可以利用灰熔点的变化来判断改变实验气氛对其灰熔点的影响。调试实验气氛为弱还原性，进行实验，弱还原性气氛数据如下：（还)℃变形温度(DT）软化温度（ＳＴ）半球温度（ＨT）流动温度(ＦT）1１８1122012３912721204１2３512581282１1６71２0６12２７１266图３—６神木煤灰还原性实验对比数据，可得氧化性实验比弱还原性实验的灰熔点高约5０~4０℃，表明气氛对灰熔点的显著影响，结果符合了实验预期结果。左图整合了三组数据，计算其平均值，并全部整化到10℃报出。其结果柱状图对比如右所示.图3-7神木煤对比数据分析图3-7神木煤对比数据分析3.3.４义马煤样测试实验室选取鹤壁煤样，按图3—1所示流程进行试验。所得氧化性气氛数据如下：（氧）℃变形温度（DＴ)软化温度（ST）半球温度（HＴ）流动温度(FT）１11７0１234１2371２48119812３６１23812511218123712４０1２６1图3-７义马煤灰氧化性实验可见其灰熔点均在可测范围内，可以利用灰熔点的变化来判断改变实验气氛对其灰熔点的影响.调试实验气氛为弱还原性,进行实验，弱还原性气氛数据如下:（还）℃变形温度（ＤＴ)软化温度(SＴ）半球温度（HT）流动温度（ＦT）1１091１９５120512３0１12２12１21２161２4811０2１18７１19612２7图3－9义马煤对比数据分析图3-8义马煤灰弱还原性实验ﻫ对比数据，可得氧化性实验比弱还原性实验的灰熔点高约９0～20℃,表明气氛对灰熔点的显著影响,结果符合了实验预期结果。左图整合了三组数据,计算其平均值，并全部整化到10℃报出。其结果柱状图对比如右图3－9义马煤对比数据分析3。3.5禹州煤样测试实验室选取禹州煤样，按图3—1所示流程进行试验。所得氧化性气氛数据如下：(氧）℃变形温度(DT)软化温度（SＴ）半球温度（ＨT）流动温度(FT)133３1359136７13801341136313７01382134313671３７41３8３图3-1０禹州煤灰氧化性实验可见其灰熔点均在可测范围内，可以利用灰熔点的变化来判断改变实验气氛对其灰熔点的影响。调试实验气氛为弱还原性,进行实验,弱还原性气氛数据如下：（还）℃变形温度（ＤT）软化温度（ＳT)半球温度（HT）流动温度（FT）13００1３2１133３1351１31１132６１33413４7130213１913401349图３-１1禹州煤灰弱还原性实验图3-12禹州煤对比数据分析对比数据,可得氧化性实验比弱还原性实验的灰熔点高约40~30℃，表明气氛对灰熔点的显著影响，结果符合了实验预期结果。左图整合了三组数据,计算其平均值，并全部整化到１0℃报出.其结果柱状图对比如上图所示.图3-12禹州煤对比数据分析３。４综合分析三种可用煤样的氧化性气氛和弱还原性气氛的灰熔点上表已列出。陕西神木是神府侏罗纪煤田的聚煤中心。全县储煤面积4500多平方公里，占总面积的60％，探明储量5０0多亿吨.煤层地质结构简单,储存稳定，埋藏浅，易开采,煤质优良，属特低灰、特低磷、特低硫、高发热量、高挥发份弱粘或不粘长焰优质动力环保煤。煤的化学活性和热稳定性好，是动力、气化、液化、化工、建材、民用的理想用煤。主要指标为:灰分4-10％,含硫０。3—０。8％,含磷０.002—0．3%，水分５—11%,挥发分30-38%，发热量６00０(低位)—72０0大卡／kg。是很好的气化用煤、化工用煤和动力用煤，可制作活性炭、水煤浆等，广泛应用于化工和冶金,是高耗能工业(电石、碳化硅、铁合金等产品）的理想原料.同时也是炼钢工业高炉喷吹的理想原料.神木煤含硫量低，是减少大气污染的首选煤种,现在北京市、上海、天津等政府为减少用煤单位对城市的污染，极力提倡各用煤单位使用陕西神木煤，神木煤被越来越多的企事业单位所青睐,全国更多的城市也在极力推广之中。神木煤的氧化性实验数据比弱还原性实验数据高约50~70℃。由于其软化区间小，适宜用液态排渣。禹州矿区煤炭资源丰富,总储量96亿吨，其中,探明储量４2亿吨,保有量29．6亿吨.禹州矿区煤组共划分为８个，含煤89层,煤系地层总厚7２9米，可采煤层有二、五、六，局部可采煤层有一、三、四、七,其余各煤层均不可采或偶尔可采。其中二煤组为中灰-低灰、特低灰－低磷之瘦煤,属难偏中等可选,发生热量在５500—7０00大卡/公斤,可作炼焦配煤用;三、四、五、六煤组为富灰、特低硫、低磷煤,分别为焦煤—肥焦煤，发热量在450０—6０0０大卡／公斤，宜作动力或民用煤。禹州煤的氧化性实验数据比弱还原性实验数据高约３0～40℃。由于其软化区间小，适宜用液态排渣。义马矿产资源丰富.主要特点是储量大、品位高、品种多、埋藏浅、易于开采利用。现已探明煤炭总储量达79亿吨,素有“百里煤城”之称，是我国的重要的能源基地之一。境内的国有特大型煤炭企业义煤集团公司是国家经贸委确定的520家重点企业之一，义煤集团所属四大煤田之