煤炭化验技术

煤炭化验技术——煤的检测技术第一页，共八十九页。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第二页，共八十九页。一、煤炭分析试验方法的一般规定第三页，共八十九页。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。第四页，共八十九页。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。第五页，共八十九页。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。第六页，共八十九页。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第七页，共八十九页。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：Mad+Aad+Vad+FCad=100Ad+Vd+FCd=100Vdaf+FCdaf=100第八页，共八十九页。不同基准间的换算100-MMd100-Ad100-MMd100100-(Mar+MMar)100100-(Mad+MMad)100干燥无矿物基dmmf100-Ad100-MMd100-Ad100100-(Mar+Aar)100100-(Mad+Aad)100干燥无灰基daf100100-MMd100100-Ad100-Mar100100-Mad100干基d100100-(Mar+MMar)100100-(Mar+Aar)100100-Mar100-Mad100-Mar收到基ar100100-(Mad+MMad)100100-(Mad+Aad)100100-Mad100-Mar100-Mad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×换算式第九页，共八十九页。例：已知Vdaf=41.06%，Mad=2.83%，Aad=25.02%。求：Vad及Vd。解：Vad(%)=(100-Mad-Aad)/100×Vdaf

=(100-2.83-25.02)/100×41.06=29.62Vd(%)=100/(100-Mad)×Vad

=100/(100-2.83)×29.62=30.48第十页，共八十九页。二、数值修约规则第十一页，共八十九页。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”舍去第十二页，共八十九页。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→27.7227.7327.7327.7327.7427.7227.72第十三页，共八十九页。三、煤中全水分的测定方法第十四页，共八十九页。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（Mt）化合态（如结晶水）外在水分内在水分（Mad）大于200oC105-110oC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→年老无烟煤第十五页，共八十九页。煤中全水分(Mt)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（500±10g）称准至0.1g；平摊预先干燥且称量过的称量瓶；称取（10~12g）称准至0.001g；平摊预先鼓风的并已加热到105-110oC;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105-110oC;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；第十六页，共八十九页。结果计算

Mt—全水分，%m1—煤样干燥后失去的质量，gm—称取煤样的质量，gMt=m1/m×100%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。第十七页，共八十九页。四、煤的工业分析方法空气干燥基水分（Mad）灰分（Aad）挥发分（Vad）第十八页，共八十九页。空气干燥基水分（Mad）常用方法：空气干燥法（1）要求①煤样：粒度<0.2mm，样重1±0.1g（称准至0.0002g）②干燥温度：105-110oC③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105-110oC;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）分析步骤第十九页，共八十九页。（3）结果计算

Mad—空气干燥基水分，%m1—煤样干燥后失去的质量，gm—称取煤样的质量，gMad=m1/m×100%第二十页，共八十九页。灰分（Aad）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第二十一页，共八十九页。（2）分析步骤常用方法：缓慢灰化法（仲裁法）（1）要求①煤样：粒度<0.2mm，样重1±0.1g（称准至0.0002g）②温度及时间：500oC保持30min；815±10oC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，SO2+CaO→CaSO4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CO2和SO2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100oC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500oC；并在此温度下保持30min。继续升温至815±10oC，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（Aad）的测定方法第二十二页，共八十九页。快速灰化法（1）要求①煤样：粒度<0.2mm，样重1±0.1g（称准至0.0002g）②温度及时间：缓慢推入炉中在815±10oC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850oC，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（815±10）oC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。第二十三页，共八十九页。（3）计算结果Aad=m1/m×100%Aad—空气干燥基灰分，%m1—灼烧后残留物的质量，gm—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：①黄铁矿氧化程度；②碳酸盐的分解程度；③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（〉800OC）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。

第二十四页，共八十九页。挥发分（Vad）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。第二十五页，共八十九页。挥发分（Vad）的测定方法（1）要求①煤样：粒度<0.2mm，样重1±0.1g（称准至0.0002g）②温度：900oC③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900oC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920oC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900±10oC，此后保持在900±10oC，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。第二十六页，共八十九页。（3）计算结果Vad=m1/m×100%-MadVad—空气干燥基挥发分，%m1—煤样加热后减少的质量，gm—称取煤样的质量，gMad—空气干燥基水分，%①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；②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。③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；④总加热时间（包括温度恢复时间）要严格控制为7min；⑤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；⑥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；⑦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；⑧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900oC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？第二十七页，共八十九页。煤的焦渣特征分为8个型号，号数越大，表示粘结性越强。1~2号表示煤没有粘结性；3~4号表示煤的粘结性较弱；5~8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：第二十八页，共八十九页。五、煤中全硫的测定方法第二十九页，共八十九页。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（FeS2）硫酸钙（CaSO4）全硫（St，ad）煤中硫环境设备脱硫剂影响20040060080010001200-0.20.00.20.40.60.81.01.21.4SO2释放量/%温度/℃图原煤中SO2释放量随温度的变化有机硫、黄铁矿硫硫酸盐硫第三十页，共八十九页。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（WO3）作用下，于空气流中燃烧（1150oC）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。第三十一页，共八十九页。（2）测定步骤（1）要求①煤样：粒度<0.2mm，样重0.05g（称准至0.0002g）②电解液：5g碘化钾，5g溴化钾，10ml冰乙酸溶于250-300ml水中。③炉温：1150±5oC将炉温恒定在1150±5oC。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WO3。将瓷舟放在仪器的石英舟内，按照仪器的提示符进行操作。第三十二页，共八十九页。（3）计算结果：St,ad—空气干燥煤样中全硫含量，%m1—库仑积分器显示值，mg；m—煤样质量，mgSt,ad=m1/m×100%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1~2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。第三十三页，共八十九页。六、煤的发热量测定第三十四页，共八十九页。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（Qb）：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（Qgr）：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（Qnet）：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。第三十五页，共八十九页。（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2.8~3.0Mpa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。煤的发热量测定第三十六页，共八十九页。计算结果：空气干燥煤样的恒容高位发热量：Qgr,ad=Qb,ad-(94.1Sb,ad+αQb,ad)Qgr,ad—空气干燥煤样的恒容高位发热量（J/g）；Qb,ad—空气干燥煤样的弹筒发热量（J/g）；Sb,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St,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。α—硝酸校正系数：当Qb≤16.70MJ/kg，α=0.0010当16.70MJ/kg≤Qb≤25.10MJ/kg，α=0.0012

当Qb＞25.10MJ/kg，α=0.0016第三十七页，共八十九页。煤或水煤浆干燥试样的恒容低位发热量:Qnet,v,ar=(Qgr,v,ad-206Had)×（100-Mt）/（100-Mad）-23MtQnet,v,ar—煤的收到基恒容低位发热量（J/g）；Qgr,v,ad—煤的空气干燥基恒容高位发热量（J/g）；Mt—煤的收到基全水分或水煤浆的水分（%）；Mad—煤的空气干燥基水分（%）；Had—煤的空气干燥基氢含量（%）；第三十八页，共八十九页。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５oC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。２。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1~2mm），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。第三十九页，共八十九页。七、焦炭反应性及反应后强度的测定GB/T4000-2008第四十页，共八十九页。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第四十一页，共八十九页。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。第四十二页，共八十九页。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。第四十三页，共八十九页。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CO2，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23mm~25mm的焦炭在1100±5℃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。第四十四页，共八十九页。

3.试验仪器设备与操作技术

图11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所示第四十五页，共八十九页。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1100±5℃温度区长度大150mm。

第四十六页，共八十九页。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所示第四十七页，共八十九页。

炉膛：180×180mm，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1100±5℃温度区长度大于150mm。3.1.3两种电炉优缺点比较第四十八页，共八十九页。3.2反应器

3.2.1耐高温合金钢反应器（如图3所示）图31中心热电偶套管2进气管3排气管第四十九页，共八十九页。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41中心热电偶插孔2进气管3排气管4盖子5底座第五十页，共八十九页。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20r±1.5r/min。鼓体：用外径140mm，厚5mm～6mm的无缝钢管加工而成。鼓内净长度700mm，鼓盖厚5mm～6mm。减速机：速比50。电机：0.75kW，910r/min。转鼓控制器：总转数600r，时间30min。第五十一页，共八十九页。图51鼓体2马达3减速机4机架第五十二页，共八十九页。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：0.6M3/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：0.25m3/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0℃～1600℃，精度±5℃。第五十三页，共八十九页。3.7圆孔筛φ10mm一个，筛框直径φ200mm。φ25mm和φ23mm各一个，筛面400mm×500mm，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0.07M3。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Aφ7×5×400(mm)高铝质双孔绝缘管Dφ4×1×400(mm)高铝质单孔绝缘管Cφ1×0.6×10(mm第五十四页，共八十九页。3.11筛板

材质为耐高温合金钢(GH23或GH44)，厚3mm（2mm～5mm），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。第五十五页，共八十九页。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φ25mm，φ23mm圆孔筛筛分，大于φ25mm焦块再破碎，筛分。取φ23mm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φ23mm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2kg，分两次（每次1kg）置于转鼓中，以20r／min的转速，转50r，取出后再用φ23mm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170℃~180℃温度下烘干2h，取出焦炭冷却至室温，用φ23mm圆孔筛筛分，称取200±0.5g待用。第五十六页，共八十九页。4.2试验步骤：试验流程图6图61二氧化碳钢瓶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试样第五十七页，共八十九页。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200g±0.5g。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)。第五十八页，共八十九页。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8～16℃/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5L／min，反应2h。通二氧化碳后料层温度应在5min～l0min内恢复到1100℃±5℃。第五十九页，共八十九页。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2L／min。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20r／min的转速共转30min。总转数为600r。然后取出焦炭筛分、称量、记录各筛级质量。第六十页，共八十九页。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100mm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。第六十一页，共八十九页。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CO2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100min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。第六十二页，共八十九页。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，10min后改为自动。当料层中心温度达到400℃时，以0.8L／min的流量通入N2气，保护焦炭防止烧损。温度升至1050℃时用红外灯加热CO2，当温度达到1100℃时切断N2气，通入CO2气。通入CO2气后炉温有所降低，此时要根据降温多少及时调整，尽快在10min内把料层温度恢复到(1100±5)℃。整个反应过程应尽量保持在1102℃～1099℃。第六十三页，共八十九页。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(1100±5)℃，就需要反应炉中心有一段大于150mm区域温度处在(1100±5)℃之间，才符合国家标准。否则检测结果就有所偏差。第六十四页，共八十九页。

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。第六十五页，共八十九页。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CO2

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。第六十六页，共八十九页。图71温度计2压力计3水平仪4排水管5转鼓6壳体7水位仪8可调支脚9进气管第六十七页，共八十九页。湿式气体流量使用方法1、将仪表摆放在工作台上，调整地角螺钉使水位仪水泡位于中心，并在使用中要长期保持。

2、打开水位控制器密封螺帽，拉出内部的毛线绳。

3、在温度计或压力计的插孔内，向仪表内注入蒸馏水，待蒸馏水从水位控制器孔内流出时即停止注入蒸馏水，当多余的蒸馏水从水位控制器孔内顺着毛线绳流干净（很久流出一滴时即为流干净）时，在将毛线绳收入水位控制器密封螺帽内，并且拧紧密封螺帽。

4、装好温度计和压力计。（每一小格10Pa）

5、按进出气方向连接好气路，并且密封。

6、开启气阀，用秒表即可进行气体测量。第六十八页，共八十九页。5.6.2皂膜气体流量计测定CO2

皂膜流量计是由下部带有支管的刻度透明玻璃管和橡皮球组成的一种流量计，如图8所示。图81气体出口2玻璃管3气体入口4皂液5橡皮头第六十九页，共八十九页。皂膜气体流量使用方法1、将柱出口与检测器相连，在皂膜流量计内装入适量皂液。使液面恰好处于支管口的中线处，用胶管将其与载气相连。

2、开启CO2气体，调节气体压力至需要值。一分钟后轻捏胶头，使皂液上升封住支管即会产生一个皂膜。

3、用秒表记下皂膜通过一定体积所需的时间，换算成以L/min为单位的载气流速。第七十页，共八十九页。5.7对CO2干燥除去水分在通二氧化碳过程中，如果有少量水存在，在发生CO2+C=2CO反应的同时，H2O也发生反应，即H2O+C=CO+H2，有人对不同温度H2O和CO与焦炭反应速率常数进行测定，结果表明：在相同条件下，低温时焦炭与H2O反应速率要高于与CO反应的速率，高温时相差不大。造成速率差异是因为其反应方式不同，即在1100℃时，CO反应侵入到焦炭内部，而水蒸气则接近界面反应，从而更有利于水蒸气反应。二氧化碳中含水气对焦炭CRI和CSR有影响，水含量增多，CRI增大，CSR较小。所以在CO2通入反应器之前要进行干燥脱水，否则会对焦炭的反应性及其强度产生影响。第七十一页，共八十九页。5.8供气系统要严密供气系统严密、流量调节准确，可提高检测结果的准确性。供气系统不严密，二氧化碳未完全参加反应，焦炭反应性低，反应后强度增高，致使检验结