炼焦学

P
l c
V
扩大高炉生产能力的途径是增大炉容V、降低焦比C、和提高冶炼强 度l。
2、高炉冶炼过程和料柱结构




块状带：料柱上部低于1100 ℃的区域，炉料保持入炉前的 固体块状。 软融带：料柱中部温度1100~1350 ℃的部位，矿石从外表 到内部逐渐软化熔融。呈倒“V”形或”W”形。 滴落带：料柱中下部温度高于1350 ℃，此处仅焦炭仍呈固 块状，熔化的铁水和炉渣沿焦炭层缝隙向下流动并滴落，高 温煤气则沿粘附有铁水和炉渣的焦炭缝隙向上流动。 呆滞焦炭层（死料柱）：在滴落带下方的中心部位，有一个 缓慢移动的呆滞焦炭层。主要是当焦炭移动时由软融带上层 滑落下来，未经受剧烈碳溶反应的焦炭组成。 回旋分口区：进入滴落带以下风口前的焦炭在高速热气流的 吹动下剧烈回旋并猛烈燃烧形成回旋的风口区。
焦炭和焦炉煤气提供的能源占60%以上，所以大部分焦
化厂设在钢铁联合企业中，是钢铁联合企业的重要组成 部分，另有一部分是设在民用煤气或化工部门。
焦炭生产工艺流程
第一篇 焦炭与炼焦用煤的准备
第一章 焦 炭 第二章 室式炼焦过程与配煤原理
第三章 炼焦煤料的预处理
第一章 焦 炭
第一节 焦炭的一般性质
第二节 高 炉 焦
炼焦化学产品
焦炉煤气： 煤在焦炉中加热，由于煤分子的热解，析出大 量的气态物质，即为焦炉煤气。 (2) 焦炭： 由黏结性煤在隔绝空气条件下干馏所得到的多 孔性固体块状物，称为焦炭。 (3) 煤焦油： 荒煤气经过冷却析出的液体
(1)
炼焦产品
（1）焦炭用于高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门 作为燃料或原料； （2）干馏煤气经回收、精制得到各种芳香烃和杂环化合 物，供合成纤维、染料、医药、涂料和国防等工业 作原料； （3）净化后的焦炉煤气既是高热值燃料，又是合成氨、 合成燃料和一系列有机合成工业的原料。
焦
炭
焦油加工
工业萘、洗油、酚、 蒽、轻油
煤炭焦化是煤综合利用最成熟、应用最广泛的方法。
煤炭的气化
醇醚类（甲醇、DME、乙醇） 煤
气化剂 高温
合成气
下游产品
碳氧化合物类（醋酸、酸酐） 烃 类（油品、烷烃、乙烯） 其他（H2）
煤气化技术是煤化工产业发展最重要的单元技术
煤的液化
煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转化为液体燃料(如
焦炭的化学组成主要用焦炭工业分析和元素分析数据来加以体现。
（3）挥发分和固定碳 挥发分是焦炭分析试样在900 ±10℃下隔绝空气快 速加热后的失重占原焦样的百分率，并减去该试样的水 分得到的数值。 挥发分是焦炭成熟度的标志，它与原料煤的煤化度 和炼焦最终温度有关，一般成熟焦炭的空气干燥基挥发 分Vad为1-2%。若挥发分大于2% 则表示生焦，其不耐磨， 强度差；若挥发分小于0.7%， 则表示过火，过火焦裂 纹多且易碎。 固定碳含量利用水分、灰分和挥发分的测定值进行计算 得出： 固定碳＝100％-(水分+灰分+挥发分)％
油
煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2)为原料,在一定的温度和压力下,充分 地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。
煤炭的地下气化（UCG）
将矿井内未开采的煤，利用气化剂（水蒸气、氧
气或空气）在地下煤层中进行化学反应，把高分子 的固体煤转化为低分子结构的可燃气的一种化学采 煤方法。
目 录 第一章 焦炭 第二章 室式炼焦过程与配煤原理 第三章 炼焦煤料的预处理 第四章 炼焦炉及其设备 第五章 炼焦生产操作 第六章 焦炉内煤气燃烧 第七章 焦炉气体力学原理 第八章 焦炉传热和结焦时间计算 第九章 焦炉的加热管理与热工评定 第十章 煤的低温干馏 第十一章 成型燃料技术
（2）氮 焦炭中的氮是焦炭燃烧时生成NOx的来源 （3）硫 硫是焦炭中的有害杂质，高炉焦中的硫约占整 个高炉炉料中硫的80-90%，炉料中的硫仅5-20%随高炉煤 气逸出，其余的硫靠炉渣排出，这就要增加溶剂，使炉渣 的碱度和渣量提高。工业上一般用重量法测定焦炭的全硫 S t。 （4）氧 焦炭中氧含量很少。常用减差法计算得到，其 成分为0.4%～0.7%。 （5）磷 通常焦炭中含磷较低，约0.02%，一般元素分析 不测定磷含量。
教学方法和课时安排：
讲授法 8学时
第一章 焦炭
由烟煤、沥青或其他液体碳氢化合物为原料，在 隔绝空气条件下干馏得到的固体产物，都可称为焦炭。 根据原料煤的性质、干馏的条件等不同，可以形 成不同规格和质量的高温焦炭。焦炭分类如下： 高炉焦：用于高炉炼铁； 铸造焦： 用于冲天炉熔铁； 铁合金焦：用于铁合金生产； 非铁金属冶炼用焦、气化用焦、电石用焦。
第三节 非高炉用焦
第四节 焦炭的机械力学性质
第五节 焦炭的热性质
第六节 焦炭的显微结构
教学目的和要求：
1.掌握焦炭的各种性质，在此基础上了解焦炭质量与 炼焦用煤性质间的内在联系。 2.通过学习掌握高炉焦的一般性质及其它用途的焦炭。
教学重点和难点：
1.本章重点是掌握高炉焦炭的作用。 2.本章难点是焦炭的结构及性质。
第二节 高 炉 焦
高炉焦是指供高炉炼铁用的冶金焦。 一、高炉冶炼过程与焦炭作用
1、高炉内总体状况与焦炭作用
高炉系中空竖炉，自上而下分炉喉、炉 身、炉腰、炉腹和炉缸五段。 高炉的基本功能是将铁矿石加热、还原、 造渣、脱硫、熔化、渗碳得到合格的铁水。
炉料由铁矿石、熔剂和焦炭组成，生产中炉料从炉 顶依次分批装入炉内，预热的高温空气(热风)由风 口鼓入，焦炭在风口前激烈燃烧，释放出的热量为 高炉冶炼过程提供热源。燃烧反应后生成的CO是高 炉冶炼过程的还原剂。燃烧和还原反应生成的高温 煤气穿过料层上升，对下降的炉料进行加热。 炉料在下降过程中，经预热、反应，矿石中的 铁氧化物被还原成金属铁，高温下铁熔化后，铁水 将顺焦炭表面落入炉缸。矿石中的脉石以及焦炭中 的灰分将与熔剂反应生成炉渣，碱性的炉渣又起脱 硫作用。铁水和液态炉渣因互不溶性和密度差异而 分别定期地从高炉的铁口和渣口排出炉外。
焦炭在高炉中的作用
（1）热源作用 （2）还原剂的作用 （3）支撑骨架的作用 （4）供碳作用
热源作用：焦炭燃烧提供的热量占高炉热量的75%-80%， 焦炭灰低，并在下降至风口前保持一定的块度，是保证 燃料状态良好的重要条件。 还原剂的作用：高炉中矿石的还原是通过间接还原和直 接还原完成。
η= 焦比（c）：
高炉产铁量
P [ t/(24h )] V (m )
3
高炉的有效容积
, t铁/（m3· 24h）
高炉 24 小时耗焦量
G [ t/ （ 24h) ]
c=
，
t焦/（t铁）
P [ t /( 24 h )]
冶炼强度 ： l

G [ t /( 2 4 h )] V (m )
3
, t焦/(m3· 24h)
二、焦炭在高炉内的行为
云南能源职业技术学院
炼
焦
学
资环系煤化工教研室
2011年9月
煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利 用的工业。
二十一世纪的煤化工
煤炭的焦化 煤炭的气化 煤炭的液化 煤炭的地下气化
煤炭焦化的工艺过程
配合煤 焦 气、肥、焦、瘦 炉
冷 凝
焦 油
煤 气 净 化
氨、粗苯、硫磺、 净煤气
支撑骨架的作用：焦炭比较坚固，在风口区以上始终保 持块状，因此它是高炉料柱的骨架，起疏松料柱、保证 料柱有良好透气性的作用，是炉况顺行的重要因素。 供碳作用：生铁中的碳全部来源于高炉焦，进入生铁的 碳约占焦炭含碳量的7%-9%。生铁最后的含碳量可达5%左 右。
衡量高炉操作水平的主要经济技术指标： 高炉有效容积利用系数（η）：
汽油、柴油等)或化工产品的技术,根据加工过程的不同,分为直接
液化和间接液化两大类技术。
煤的直接液化的原理：煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气，在催化剂和溶剂 作用下进行裂解、加氢等将煤直接转化为相对分子质量较小的燃料油和化工原料。
煤干燥----粉碎----制浆-----入高压反应器 高温（450℃） 高压（10-30MPa） 催化剂
二、焦炭的化学组成 1.工业分析
焦炭按固定碳、挥发分、灰分和水分测定其化学组成的方法ห้องสมุดไป่ตู้称焦炭的工业分析。 （1）水分：全水分（Mt）和分析试样水分（Mad）。我国规定 ﹥40mm粒级的高炉焦全水分3-5%，﹥25mm粒级的高炉焦全水分 3-7%。（水分的测定方法见国标GB2002-80）。 （2）灰分：焦炭的灰分是焦炭分析试样在850±10℃下灰化至恒 重，其残留物占焦样的质量百分率，用A表示。它是焦炭中的有 害杂质，主要成分是高熔点的SiO2和Al2O3。焦炭灰分在高炉冶炼 中要有CaO等溶剂使之生成低熔点化合物，并以熔渣形式排出。 炼焦精煤的灰分以7%左右为宜。（灰分的测定方法见国标 GB2002-80）。
对不同层次焦炭的性质，目前采用的主要评定和研究方法为：
(1)块焦和焦块 用转鼓或落下方法评定块焦的机械强度， 用粒度组成、堆积密度和透气性等研究块焦和焦块的粒度 性质，用反应性研究物理化学性质，此外还有各种热性质 的研究。 (2)焦炭多孔体：可通过抗拉强度、显微强度、显微硬度、 杨氏模量等材料力学性质研究其材料强度。 (3)裂纹：可用单位面积上纵、横裂纹投影的总长度或单位 面积上裂纹的面积表示的裂纹率评定裂纹的多少。 (4)气孔：可用气孔率、气孔平均直径、孔径分布、气孔比 表面积等表征气孔结构的多种参数来描述焦炭气孔特征。 (5)气孔壁：可用光学组织、反射率、石墨化度等光学性质 以及在测量气孔结构参数时得到的气孔壁厚度等评价焦炭 气孔壁的性质。
焦炭的分类
第一节 焦炭的一般性质 一、焦炭的宏观结构及其研究方法
焦炭是一种质地坚硬、多孔、呈银灰色，并有不同粗 细裂纹的碳质固体块状材料，其真相对密度约1.80-1.95, 堆积密度约400- 520kg/m3。
焦块：焦炭内部有明显的纵横裂纹，沿焦炭纵横裂纹分开 即为焦块。 焦体：沿大裂纹裂开的焦块内还含有微裂纹，沿微裂纹分 开即是焦炭的焦体，焦体是由气孔和气孔壁构成。 焦质：气孔壁是煤干馏所得到的固体产物，称为焦质，它 是焦炭中实体部分，其主要成分是碳和矿物质。




富煤缺油少气， 西多东少，北富南贫。
炼焦化学
炼焦化学是研究以煤为原料，经高温干馏获得焦炭和荒
煤气，并用经济合理的方法将荒煤气分离和精制成化学
产品的技术和工艺原理的学科。以煤为原料，经过高温 干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油、并回收其他化 工产品的工业是炼焦化学工业。生产和经营炼焦化学产
品的单位是炼焦化学工厂。在中国钢铁联合企业能耗中，
绪
言
炼焦的概念：将烟煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左 右，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终 制得焦炭、化学产品和煤气。这一过程叫高温干馏或高温炼 焦，一般简称为炼焦。 远在16世纪已经开始发展高温炼焦，它开始于炼铁的需 要。 1735年，焦炭炼铁获得了成功，所以，1735年被认为是 炼焦工业开始发展的一年。 1884年世界上建成第一座蓄热式焦炉。 我国第一座焦化厂是1914年开始修建的石家庄焦化厂。
高温炼焦是煤综合利用的重要方法之一。
三个“世界第一”

从1993年起，中国焦炭产量已连续至今居世界第一位。 2010年焦炭产量3.88亿吨，2011年有望突破4亿吨。 中国煤炭产量和消费量均居世界首位，2010年我国焦炭消费 量约3.843亿吨，是我国焦炭消费历史上消费最多的一年。 我国也是世界焦炭出口大国，出口量占世界焦炭出口总量的 60％以上。 从20世纪60年代以来，炼焦技术有重要发展。主要成就有， 焦炉容积大型化、干法熄焦、装炉煤预处理、化学产品的加 工和煤气净化技术、焦化厂环境保护和生产自动化等。 从地区分布上看，我国焦炭生产主要集中在山西、河北、山 东、辽宁、内蒙古、新疆等省。这主要与我国炼焦煤资源分 布有很大的关系。
2 元素分析：
焦炭的元素分析主要包括C、H、O、N、S、P等 化学元素的测定，焦炭的元素组成是进行燃烧 计算和评定焦炭中有害元素的依据。 （1）碳和氢是焦炭中的有效元素，氢元素的 存在主要是焦炭中残余挥发分而造成的，氢含 量的高低也可以表征焦炭的成熟度，且可靠性 更高。焦炭中碳的微晶结构对焦炭的性质有较 大的影响，因此单纯用碳含量的值不能评定焦 炭的质量。