浅析焦炭破碎设备的选用

浅析焦炭破碎设备的选用
摘要：焦炭在炼铁高炉中作为料柱骨架需要较高的机械强度、适宜的物料粒度、气孔度。

本文通过对物料常用破碎方式的分析，提出在焦炭破碎工序中如何
选择破碎设备才能提高焦炭破碎工序的生产能力和焦炭利用率。

关键词：焦炭；料柱骨架；粒度；双辊可调周向齿形破碎机
1 前言
焦炭按照用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和
电石用焦等，主要用于高炉炼铁和有色金属的鼓风炉冶炼等。

在炼铁高炉工艺中
的作用主要体现为：1）作为燃料，2）作为还原剂和渗碳剂，3）作为料柱骨架，保证渗透性（透气与透液）[1]。

随着炼铁工艺喷吹技术及风温水平的提高，高炉
热量吸收中焦炭作为燃料份额显著较少，但作为还原剂与渗碳剂作用不变，且随
着高炉工艺节能中占主要方面的降低焦比、燃料比措施的采用，焦炭作为料柱骨架，保证渗透性的作用更加凸显。

焦炭作为料柱骨架其物理机械性质包括机械强度、粒度组成和气孔度等，其
中机械强度对高炉冶炼影响最大。

焦炭是形状不规则的多孔体，又有很多裂纹，
当表面受到切向摩擦力时会产生表层分离现象，形成焦炭细屑或粉末，在受到外
力冲击时会沿裂纹破碎产生碎块或粉焦。

料柱中碎焦和粉末增多会堵塞气孔通道
使透气性恶化，当焦粉渗入溶渣时将大大增加熔渣的粘度，使流动性变坏引起炉
况不顺。

焦炭粒度的大小及其组成的均匀性都影响粒柱的透气性，粒度太小或组
成不均匀含碎焦多，将降低料柱的透气性还易引起炉缸堆积，焦炭块度较大会影
响布料的均匀性对气流分布产生不利影响[2]。

因此，在炼铁高炉中的焦炭需要机
械强度高，粉末要少，并且粒度大小适宜、筛分组成均匀。

实践表明，25-40mm
一级的焦炭强度最好，性能稳定。

15-25mm的次之，40-60mm再次之，60mm以上
的最差。

目前，中型高炉和小型高炉使用焦炭大于15mm，以20-40mm为宜。

2 焦炭破碎方式的分析
焦炭结构的特殊性（强度、气孔度）导致焦炭的破碎比金属矿石容易。

焦炭
属脆性物料，在外力作用下使其内部应力达到材料强度极限时，物料即破裂。

物
料机械破碎分为挤压、劈裂、折断、磨剥、冲击等5种。

前三种方法都是使物料
受静压力的作用进行破碎，但破碎形式不同，挤压需要的力较大，劈裂和折断由
于作用力集中，所需作用力仅仅为挤压力的十分之一。

冲击破碎是瞬时力载荷，
而物料多系脆性材料，具有较弱的抗冲击载荷能力，因此冲击破碎效果好，破碎
比大。

焦炭属于低强度脆性材料易破碎。

挤压破碎会使焦炭内部产生微裂纹降低
焦炭强度，不能满足炼铁对焦炭强度的要求，冲击破碎是瞬间力但破碎方式实质
仍为挤压也不能用于焦炭破碎。

磨剥只有在需要细小粒度时才适应，炼铁焦炭需
要一定块度所以并不适用。

劈裂和折断属于局部用力，易于破碎而不破坏焦炭块
内的强度又能保证一定的块度，所以在焦炭破碎中尽可能采用这两种破碎方法。

在焦化厂的破碎中只要求焦炭块度不大于一定值，通过破碎、筛分然后满足炼铁
高炉对焦炭的块度要求。

目前，焦化厂对焦炭的破碎一般采用颚式破碎机、锤式破碎机及辊式破碎机
进行破碎。

颚式破碎机是使物料进入破碎腔受挤压而破碎，辊式破碎机是利用两
个平行相向运动的辊面使物料受到挤压而破碎，如果两个辊面转速不同还有磨剥
作用。

冲击破碎机包括锤式破碎机和反击式破碎机，利用高速旋转轴上的锤头冲
击和物料本身以高速向固定不动的衬板上冲击而使物料破碎。

以上几种破碎机除
锤式破碎机是冲碎外其余几种均为挤碎，严重存在着过碎现象。

由于破碎产生了
不能用于炼铁的碎焦，在破碎工序中才有了把碎焦分离出来的筛分工序和后面的
碎焦处理工序。

如果选择破碎设备时，让破碎过程中劈裂和折断方式占主导位置，而使挤压、磨剥、冲击占次要位置，破碎工序产生的碎焦将大幅度减少，碎焦占
合格块焦的百分比在炼铁对焦炭的要求范围内，将大幅度提高焦炭的利用率，节
省人力、物力和相关设备能耗。

3 焦炭破碎设备的选用分析
焦炭破碎设备中，辊式破碎机是利用两个平行相向运动的辊面使物料受到挤
压而破碎，工作示意图如图1所示。

图1 辊式破碎机工作示意图
双辊可调周向齿形破碎机是将圆辊改为齿形（刀斧）辊面，调节好辊面间距，将破碎方式由挤压改为劈碎和折断破碎，示意图如图2所示。

图2 齿形辊面破碎机工作示意图
辊面齿形结构在使用中分为轴向齿形和辊周向齿形，不论是轴向齿形还是辊
周向齿形都将破碎方式改为了劈碎和折断破碎，辊子高速旋转产生的离心力有利
于焦炭破碎后的排出。

其中轴向齿形在破碎过程中对焦炭产生一定的横向挤压并
且随着辊子的转动对设备形成一定的冲击，因此在辊式破碎机选择辊周向齿形破
碎机优于选择轴向齿形破碎机。

辊周向齿形顺序排列不连续，有利于提高破碎效率，将锤式破碎机锤头、冲击式破碎机反击板、辊式破碎机辊面的长处进行综合
利用。

辊面采用一辊固定，另一辊可调节用于调整辊间距根据需求调整焦炭破碎
块度，同时固定辊安装位置高于调节辊，有利于进料和排料作业。

4 结束语
选择双辊可调周向齿形破碎机，改变了原有焦炭破碎方式，破碎过程中劈裂和折断方式占主导位置，而使挤压、磨剥、冲击占次要位置，减少焦炭块相互挤压和摩擦，破碎工序产生的碎焦、粉焦大幅度减少，碎焦占合格块焦的百分比在炼铁对焦炭的要求范围内，大幅度提高焦炭的利用率，节省了人力、物力，提高了焦炭块的生产能力。

参考文献：
[1] 潘立慧,魏松波编著.炼焦技术问答[M].冶金工业出版社,2007.1：第59页.
[2]季焕林，新疆炼焦煤改质制备高强度冶金焦炭的研究[D].重庆:重庆大学,2015.。