蘭炭機械強度的測定方法編制說明

《蘭炭機械強度的測定方法》團體標準編制說明一、任務(wù)來源蘭炭已成為鐵合金、工業(yè)硅、電石等領(lǐng)域的重要原料，機械強度是其的重要性質(zhì)。蘭炭機械強度不足會引起裝、卸、運輸、堆存等過程嚴重粉化，成品率降低；在礦熱爐或電石爐中，低強度蘭炭則會導(dǎo)致料層波動和能耗增加等問題。因此，蘭炭的機械強度指標的測定越來越受到行業(yè)廣泛重視。開展蘭炭機械強度的測定方法標準制定的必要性包括：1．目前尚無蘭炭機械強度測定方法的標準關(guān)于蘭炭產(chǎn)品的兩項標準—《鐵合金用焦炭》（YB/T034–1992）和《蘭炭產(chǎn)品技術(shù)條件》（GB/T25211–2010）均未對機械強度進行的規(guī)范化要求。這是由于，鐵合金用焦炭來自于冶金焦或化工焦的“篩下焦”，而這兩種焦炭的機械強度基本上能滿足其在裝、卸、運輸對強度的要求?！短m炭產(chǎn)品技術(shù)條件》標準中沒有機械強度指標是受上述第一個原因的影響。以上兩個原因?qū)е履壳斑€沒有統(tǒng)一規(guī)范的評定蘭炭機械強度的方法。已有相近標準為《焦炭機械強度的測定方法(GB/T2006-2008)》，但此標準規(guī)定的入轉(zhuǎn)鼓樣品粒度和轉(zhuǎn)鼓條件僅適用于評價焦炭，不適用于評價蘭炭的機械強度。因此，需建立獨立的蘭炭機械強度測定標準。2．不同產(chǎn)地及干餾工藝生產(chǎn)的蘭炭的機械強度參差不齊我國現(xiàn)有蘭炭年產(chǎn)能約1.3億噸，主要分布在陜西、新疆、內(nèi)蒙、寧夏等地，各產(chǎn)區(qū)原煤條件差異較大，蘭炭的生產(chǎn)爐型、爐容及干餾溫度、熄焦方式等工藝條件不盡相同，造成了蘭炭的機械強度參差不齊。因無統(tǒng)一測定規(guī)范和設(shè)備，全行業(yè)均無法定量評價蘭炭的機械強度。3．蘭炭機械強度對工業(yè)爐穩(wěn)定運行及能源消耗影響較大由于沒有相關(guān)標準，冶煉企業(yè)在使用低機械強度蘭炭后破碎嚴重，造成料面波動及透氣性降低，引起工藝指標的波動和冶煉能耗陡增，不利于節(jié)能降耗。4．引導(dǎo)蘭炭企業(yè)按照下游用戶需求生產(chǎn)蘭炭本標準的實施發(fā)布，有助于引導(dǎo)蘭炭生產(chǎn)企業(yè)規(guī)范原料和干餾條件，為下游提供性能達標的蘭炭產(chǎn)品。二、制定標準的目的和意義本標準制定的意義在于彌補蘭炭機械強度的測定方法標準的缺失，有利于規(guī)范蘭炭的機械強度的測定，符合產(chǎn)品質(zhì)量提升標準化及質(zhì)量提升規(guī)劃鼓勵創(chuàng)新活躍、市場化程度高的技術(shù)產(chǎn)品制定團體標準的要求。具有顯著的經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益，屬國家鼓勵類質(zhì)量提升項目，需大力提倡該技術(shù)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。三、主要工作過程（一）預(yù)研階段。由西安建筑科技大學(xué)、冶金工業(yè)規(guī)劃研究院等單位相關(guān)人員組成的《蘭炭機械強度的測定方法》標準編寫小組，明確了各自的責任和任務(wù)，并開展工作。在《蘭炭機械強度的測定方法》標準制定過程中，編寫小組認真查閱有關(guān)資料和收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合國內(nèi)蘭炭機械強度的測定方法情況，國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)、鐵合金企業(yè)對蘭炭機械強度的技術(shù)質(zhì)量要求，以及蘭炭相關(guān)產(chǎn)品標準等進行本團體標準的編制。（二）標準立項階段2023年2月除中國特鋼企業(yè)協(xié)會團體標準化工作委員會（以下簡稱“特鋼協(xié)團標委”）秘書處給18位委員發(fā)出團體標準立項函審單，截止2020年3月18日，沒有收到委員不贊成的表決態(tài)度。已通過中國特鋼企業(yè)協(xié)會團體標準化工作委員會2023年第二批團體標準立項。（三）啟動階段。2023年7月6日，由冶金工業(yè)規(guī)劃研究院協(xié)調(diào)組織召開標準編制啟動和研討會，并成立由西安建筑科技大學(xué)為組長單位的標準編制工作組。會議對標準的適用范圍、標準主要框架內(nèi)容、標準編制的時間節(jié)點、任務(wù)分工及工作方案等內(nèi)容予以明確。（四）標準初稿編制階段。2023年7～8月結(jié)合前期調(diào)研工作，工作組進行標準初稿的編制，在工作組內(nèi)進行多次討論和交換意見，并根據(jù)生產(chǎn)和用戶的要求，對蘭炭機械強度的測定方法進行修改和完善。（五）標準征求意見2023年9月，形成標準征求意見稿。在標準初稿的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)專家提出的意見和建議進行修改完善，形成標準征求意見稿。（六）標準網(wǎng)上征求意見2023年9月～2023年10月，在全國團體標準信息平臺（/Home/Show/18665）公開征求意見，形成標準送審稿。（七）標準審定2023年10月～11月進行標準審定，與會專家和領(lǐng)導(dǎo)建議對標準的技術(shù)內(nèi)容進行補充、調(diào)整和完善，并一致同意修改后的標準送審稿作為標準報批稿上報。四、標準編制原則一是滿足用戶使用需要的原則。力爭達到“科學(xué)、合理、先進、實用”。二是實踐標準供給側(cè)改革的原則。爭取實現(xiàn)團體標準的“先進性”和“實用性”的要求，滿足團體標準快速響應(yīng)市場需求的要求。三是努力創(chuàng)新的原則。在與國家標準體系協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)上，在標準結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)指標等方面進行創(chuàng)新。五、主要技術(shù)內(nèi)容（一）標準編寫格式本標準按GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分:標準的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的要求進行編寫，主要內(nèi)容包括：本標準規(guī)定了測定粒度大于10mm、25mm蘭炭的機械強度的測定方法原理、儀器和設(shè)備、試樣的采取和制備、試驗步驟、結(jié)果的計算及精密度等。（二）關(guān)于適用范圍本標準適用粒度在8mm～35mm的蘭炭塊的機械強度的測定。（三）術(shù)語和定義GB/T25212界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。（四）原理蘭炭在轉(zhuǎn)鼓中不斷地被提料板提起一定高度后下跌至旋轉(zhuǎn)的鋼板上。在此過程中，蘭炭由于受機械力的作用，產(chǎn)生撞擊、摩擦，使蘭炭沿缺陷結(jié)構(gòu)開裂以及表面被磨損，導(dǎo)致蘭炭試樣的粒度分布發(fā)生變化，以此為依據(jù)測定蘭炭的機械強度。（五）儀器和設(shè)備1.儀器整體結(jié)構(gòu)（見圖1）圖1蘭炭機械強度測定儀5.1.1蘭炭機械強度測定儀如圖1所示，整體尺寸為1100mm×600mm×950mm（長×寬×高），可調(diào)支撐裝置高度100mm。5.1.2蘭炭機械強度測定儀分為左右兩個箱體。左側(cè)箱體上方內(nèi)置電子天平并設(shè)有保護天窗，下方設(shè)機械振動篩。右側(cè)箱體內(nèi)置轉(zhuǎn)鼓及其傳動控制系統(tǒng)。5.2轉(zhuǎn)鼓5.2.1轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)型尺寸為：鼓內(nèi)直徑300mm±1mm，鼓內(nèi)長度300mm±1mm，鼓壁厚度為3mm，在軸向上突出箱體面板100mm以便于蘭炭的裝卸。沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面，在軸向上對稱布置兩道長寬為300mm×20mm的提料板，板厚為2mm，在轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)過程中用于提升蘭炭使其跌落。轉(zhuǎn)鼓口向外沿長40mm，對稱設(shè)置4個螺母旋鈕。轉(zhuǎn)鼓蓋的材質(zhì)同轉(zhuǎn)鼓一致，其尺寸為Φ380mm±1mm，轉(zhuǎn)鼓蓋外沿開對稱4孔，和轉(zhuǎn)鼓口外沿螺母旋鈕對齊。為了減少轉(zhuǎn)鼓過程中樣品從轉(zhuǎn)鼓蓋板縫隙處撒漏損失，轉(zhuǎn)鼓蓋內(nèi)側(cè)設(shè)置橡膠墊圈密封。5.2.2轉(zhuǎn)鼓通過法蘭軸與減速機、電動機相連接，通過調(diào)頻器控制電動機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的調(diào)整與控制。通過計數(shù)控制調(diào)節(jié)器控制調(diào)頻器的輸出來實現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動圈數(shù)的調(diào)整與控制。電機系統(tǒng)的工作參數(shù)為：電動機功率/輸入電壓/轉(zhuǎn)速：2.2kW/220V/(1450r/min)；調(diào)頻器功率/輸入電壓：3.7kW/220V；減速機速比：1:60。轉(zhuǎn)鼓由電動機帶動，以20r/min的恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn)。5.2.3每季度校準一次轉(zhuǎn)鼓參數(shù)，要求轉(zhuǎn)動圈數(shù)為200轉(zhuǎn)不變，轉(zhuǎn)動時間為600s±6s。每半年測定一次轉(zhuǎn)鼓磨損情況，轉(zhuǎn)鼓壁厚任意一點小于出廠壁厚40%時，需更換轉(zhuǎn)鼓。5.3振動篩外型尺寸350mm×400mm×480mm；振動頻率：1400r/min；振動幅度：1mm～4mm；電機功率：0.18kW。5.4其它標準圓孔篩（10mm，15mm，25mm，30mm）、電子天平（精確度0.1g，每次試驗前需校準調(diào)零）、稱量皿、刷子等。每半年檢查一次標準圓孔篩的篩網(wǎng)磨損情況，檢查方法參見GB/T6003.2。（六）試樣的采取與制備6.1試樣的采樣、混勻和縮分按GB/T1997的規(guī)定進行。6.2在預(yù)先干燥已稱量過的稱量皿中放入縮分后的全粒度蘭炭試樣不少于5kg，平攤在多個稱量皿中。將裝樣的稱量皿放入預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到105°C～110°C干燥箱中。在一直鼓風(fēng)的條件下，干燥5h。從干燥箱中取出稱量皿，放入干燥器中冷卻至室溫后稱量，精確到0.1g。6.3檢查性干燥：每次15min，直到連續(xù)2次干燥試樣的質(zhì)量差不超過0.5g。此時，樣品烘干結(jié)束。測定方法7.1蘭炭小料（8mm～18mm）機械強度測定方法7.1.1將制備好的蘭炭試樣用標準圓孔篩（Φ10mm和Φ15mm）篩選，獲得目標粒度為10mm～15mm的蘭炭，篩選過程包括機械振動篩和人工穿孔。對機械振篩2min后的篩上物進行人工穿孔，目標試樣1500.0g±6.0g，并分成三份各500.0g±2.0g。7.1.2將其中一份蘭炭試樣裝入已清掃干凈的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，關(guān)緊轉(zhuǎn)鼓蓋，啟動轉(zhuǎn)鼓，以20r/min的速度轉(zhuǎn)動10min停止，靜止2min，使粉塵降落后，打開轉(zhuǎn)鼓蓋，把鼓內(nèi)蘭炭掃出并仔細清掃，收集轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上的蘭炭粉末。7.1.3將出鼓的蘭炭倒入10mm圓孔標準篩中振篩10min，之后對篩上物進行人工穿孔，收集并稱重篩層上及嵌在篩孔上的試料，精確至0.1g。稱量轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上的粉末蘭炭和篩下物的蘭炭，精確至0.1g。兩次稱量之和同入鼓蘭炭質(zhì)量之差為損失量，當損失量大于3.0g時，試驗作廢。7.1.4將另外兩份試樣重復(fù)上述的7.1.2和7.1.3的兩個步驟進行第二、三次試驗。7.2蘭炭中料（18mm～35mm）機械強度測定方法7.2.1將制備好的蘭炭試樣用標準圓孔篩（Φ25mm和Φ30mm）篩選，獲得目標粒度為25mm～30mm的蘭炭，篩選過程包括機械振動篩和人工穿孔。對機械振篩2min后的篩上物進行人工穿孔，目標試樣1500.0g±6.0g，并分成三份各500.0g±2.0g。7.2.2將其中一份蘭炭試樣裝入已清掃干凈的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，關(guān)緊轉(zhuǎn)鼓蓋，啟動轉(zhuǎn)鼓，以20r/min的速度轉(zhuǎn)動10min停止，靜止2min，使粉塵降落后，打開轉(zhuǎn)鼓蓋，把鼓內(nèi)蘭炭掃出并仔細清掃，收集轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上的蘭炭粉末。7.2.3將出鼓的蘭炭倒入25mm圓孔標準篩中振篩5min，之后對篩上物進行人工穿孔，收集并稱重篩層上及嵌在篩孔上的試料，精確至0.1g。稱重轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上的粉末蘭炭和篩下物的蘭炭，精確至0.1g。兩次稱重之和同入鼓蘭炭質(zhì)量之差為損失量，當損失量大于3.0g時，試驗作廢。7.2.4將另外兩份試樣重復(fù)上述的7.2.2和7.2.3的兩個步驟進行第二、三次試驗。結(jié)果計算8.1蘭炭小料（8mm～18mm）機械強度計算方法8mm～18mm蘭炭的機械強度M10按式（1）計算：M10=m1/m2×100%（1）式中：M10——8mm～18mm蘭炭的機械強度，單位為%，其中下標10表示10mm圓孔篩；m1——轉(zhuǎn)鼓篩分后大于10mm粒級蘭炭質(zhì)量，單位為克（g）；m2——裝入轉(zhuǎn)鼓蘭炭（10mm～15mm）質(zhì)量，單位為克（g）。8.2蘭炭中料（18mm～35mm）機械強度計算方法18mm～35mm蘭炭的機械強度M25按式（2）計算：M25=m3/m4×100%（2）式中：M25——18mm～35mm蘭炭的機械強度，單位為%，其中下標25表示25mm圓孔篩；m3——轉(zhuǎn)鼓篩分后大于25mm粒級蘭炭質(zhì)量，單位為克（g）；m4——裝入轉(zhuǎn)鼓蘭炭（25mm～30mm）質(zhì)量，單位為克（g）。8.3試驗結(jié)果保留一位小數(shù)點，同一蘭炭試樣需在重復(fù)條件下連續(xù)測量3次，以該3次測量值的算術(shù)平均值作為機械強度測定的最終結(jié)果。附：標準實施案例依照本文件所述裝置和方法，對某企業(yè)蘭炭小料機械強度進行了測定，測定步驟如下：1、入鼓蘭炭樣品的采取與制備：在預(yù)先干燥已稱量過的稱量皿中放入縮分后的全粒度蘭炭試樣8kg，平攤在多個稱量皿中。將裝樣的稱量皿放入預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到105°C的干燥箱中。在一直鼓風(fēng)的條件下，干燥5h。從干燥箱中取出稱量皿，放入干燥器中冷卻至室溫后稱量，多個稱量皿中樣品凈重之和為6795.2g。將樣品重新放入干燥箱中烘干實施檢查性干燥，15min后取出稱量皿，放入干燥器中冷卻至室溫后稱量，樣品凈重之和為6795.1g，樣品烘干結(jié)束。得到蘭炭樣品并用圓孔篩（Φ10mm和Φ15mm）篩選獲得目標粒度為10～15mm的蘭炭，篩選過程包括機械振動篩和人工穿孔。對機械振篩2min后的篩上物進行人工穿孔，目標試樣1500.0g±6.0g，并分成三份樣品（各500.0g±2.0g）；將三份樣品分別標號為樣品I、樣品II和樣品III，并稱重記錄結(jié)果。樣品I：499.5g；樣品II：500.2g；樣品III：499.7g。2、轉(zhuǎn)鼓：將蘭炭樣品I小心裝入已清掃干凈的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，關(guān)閉轉(zhuǎn)鼓蓋，開動轉(zhuǎn)鼓，并以20r/min的速度轉(zhuǎn)動10min，靜止2min，使粉塵降落后，打開鼓蓋，把鼓內(nèi)蘭炭倒出，并仔細清掃，收集鼓蓋上的蘭炭粉末。3、振篩：將出鼓的蘭炭倒入10mm圓孔標準篩中振篩10min，之后對篩上物進行人工穿孔，收集并稱重篩層上及嵌在篩孔上的試料，結(jié)果為403.4g。稱重轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上和篩下物的蘭炭粉末，結(jié)果為95.9g。兩次稱重之和為499.3g，與入鼓蘭炭質(zhì)量損失量為0.2g，試驗有效。4、樣品I機械強度計算：M10=m1/m2×100%=403.4g/499.5g×100%=80.8%。5、重復(fù)步驟2至步驟4，測量并計算樣品II的機械強度。稱重篩層上及嵌在篩孔上的試料，結(jié)果為403.2g。稱重轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上和篩下物的蘭炭粉末，結(jié)果為96.9g。兩次稱重之和為500.1g，與入鼓蘭炭質(zhì)量損失量為0.1g，試驗有效。樣品II的機械強度計算：M10=m1/m2×100%=403.2g/500.2g×100%=80.6%。6、重復(fù)步驟2至步驟4，測量并計算樣品III的機械強度。稱重篩層上及嵌在篩孔上的試料，結(jié)果為404.7g。稱重轉(zhuǎn)鼓內(nèi)、轉(zhuǎn)鼓蓋上和篩下物的蘭炭粉末，結(jié)果為94.7g。兩次稱重之和為499.4g，與入鼓蘭炭質(zhì)量損失量為0.3g，試驗有效。樣