炼焦工艺及技术指标

土焦厂
焦炭性质
• 包括焦炭的外观与孔结构、焦炭的化 学组成、焦炭的物理机械性质和焦炭 的化学反应性质。 • 成熟的焦炭，肉眼可以观察到裂纹和 气孔，这就是焦炭的表观性质。裂纹 分为纵裂纹和横裂纹两种。焦炭的裂 纹和气孔性质影响焦炭的块度、强度 和化学反应性能。
焦炭的工业分析
• 焦炭的工业分析包括水分、 灰分、挥发分和固定碳的测 定，其测定方法与煤的工业 分析基本相同。
– 单位产量的基建投资省。 – 劳动生产率提高，炭化室6m的焦炉比炭化室高4.3m的 焦炉生产率提高30%。 – 装炉堆密度增加，有利于改善焦炭质量，扩大炼焦煤 源。 – 减少焦炉的出炉次数，大大减少了炼焦生产对大气的 污染。 – 减少焦炉的维修和维护费用。 – 提高焦炉的热工效率。
炼焦炉生产操作
配合煤的煤化度指标
• 煤化度指标是用来控制焦炭强度和块度的 重要配煤参数。表征煤化度的指标可用挥 发分Vdaf等指标。煤化度过低，焦炭的平 均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔 率高，各向异性程度低，焦炭质量不好。 煤化度过高时，虽然焦炭的各向异性程度 可以提高，但是，由于煤料的黏结性变差， 成焦过程中熔融不好，焦炭的耐磨强度降 低， • 煤化度的合适范围为Vdaf=28%~32%。
配合煤的黏结性指标
• 煤黏结性指标较多，有黏结指数G、最大胶 质层厚度Y、最大流动MF以及总膨胀度bt。 • 我国过去一直采用最大胶质层厚度Y作为黏 结性指标，其合适的范围是：Y=17~22mm。 1975年以后，提出了粘结指数G指标，推 荐采用该指标指导配煤，G=58~72。 • 配合煤料的Y值或G值可直接测定，也可按 加和性进行计算。
• 炼焦速度：炼焦速度是指焦 炉炭化室的平均宽度与其对 应的结焦时间的比值。炼焦 速度对焦炭质量具有一定的 影响。
• 炼焦温度与焖炉时间：炼焦温度是指结焦 末期炭化室焦饼中心温度。焖炉是指煤料 到达炼焦温度后，延长焦炭在炭化室内的 停留时间，使焦炭继续受高温作用。提高 炼焦最终温度或延长焖炉时间，可以提高 煤的干馏程度，使焦炭的结构更加致密， 碳结构中氢含量减少，焦炭的耐磨强度和 反应后强度均得到相应提高，但抗碎强度 稍有下降。
挥发分Vdaf和固定碳FCd
• 焦炭的残余挥发分是焦炭成熟度 的标志，成熟良好的焦炭挥发分 为0.9%~1.0%左右。当焦炭的挥 发分大于1.2%时，则表明炼焦 不成熟。成熟度不足的焦炭耐磨 性差，影响其强度，过熟的焦炭 其 块 度 将 受 到 影 响 。
焦炭质量指标
• 我国目前焦化企业的冶金焦质量为： • 水分（Mad）大多数厂控制在6% 以下； • 灰分（Ad）在11%~15%之间； • 挥发分（Vdaf）控制在 0.9%~1.6%之间。
配合煤的膨胀压力
• 膨胀压力的大小没有理论 计算的方法，配合煤的膨 胀压力不具有加和性，只 能用实验的方法加以测定。
备煤炼焦工艺条件
• 煤料细度：炼焦配煤的细度 是指煤料粉碎后小于3mm 的煤料质量占总质量的百分 比。常规炼焦条件下要求细 度在80%左右。捣固炼焦细 度一般大于85%。
• 装炉煤堆密度和水分：提高装 炉煤的堆密度，有利于提高焦 炭的质量，同时提高焦炉的生 产能力。采用煤捣固、煤干燥 预热、配型煤等炼焦方法，都 可以在不同程度上提高转炉堆 密度和焦炭强度。
• 评价焦炉热工操作的好坏，除考核分析焦炉 温度和压力制度的合理性、加热温度均匀性 和稳定性指标外，焦炉对加热量利用效率是 另一项重要的考核指标。焦炉热效率 • η热=（Q总－Q废）／Q总×100% • Q废：随废气带走的热量，含不完全燃烧热 损失 • 对于现代大型焦炉，η热=79%~85%。
非常规炼焦技术
• 炼焦原理与配煤炼焦
炼焦炉
焦炉炭化室内的结焦过程
• 焦炉的炭化室是带一定锥度的窄长空间， 煤料在炭化室内受两侧炉墙传递的热量加 热，结焦过程从炭化室的两侧炉墙向炭化 室中心逐渐推移，该过程具有以下三个特 点： • 侧向供热，成层结焦； • 结交过程中，各层炉料的供热性能随温度 的变化而变化； • 炭化室内物料产生膨胀压力。
焦炭的筛分组成与平均粒度
• 我国现行冶金焦质量标准规定 粒度<25mm焦炭占总量的百分 数为焦末含量，粒度>40mm称 为大块焦，25~40mm为中块焦， >25mm为大中块焦。
焦炭的强度
• 目前评价焦炭强度的方法是采用各种转鼓 试验来测定焦炭的强度。 • 抗碎强度用M40表示
• 耐磨强度用M10表示
水分Mt
刚出炉的焦炭不含水分，湿法 熄焦时，焦炭的水分可高达6% 以上，而采用干法熄焦，焦炭 不含水分，因吸附大气中的水 汽使其含水约1%~1.5%。作为 冶金焦使用，水分含量的波动 会 影 响 高 炉 的 操 作 。
灰分 Ad
• 灰分使焦炭的强度降低。焦炭灰分 每升高1%,高炉熔剂消耗量约增加 4%，炉渣量约增加3%，每吨生铁 消耗焦炭量增加1.7%~2.0%，生铁 产量降低约2.2%~3.0%。因此，降 低炼焦煤的灰分对提高焦炭的质量 具有重要意义。
焦炭反应后强度
• 焦炭的高温转鼓试验受试验条 件制约。具体方法是将经CO2 反应后的焦炭先用氮气冷却， 然后全部装入特定的转鼓内进 行转鼓试验。焦炭的反应性与 煤的变质程度和煤的岩相组成 之间有着密切的关系。
高炉用焦炭
• 高炉的作用是利用焦炭燃烧产 生的还原性气体CO，将铁矿石 还原冶炼得到生铁。 • 焦炭在高炉内发挥的作用可归 纳为三个方面：①高温热源作 用；②提供还原剂的作用；③ 疏松骨架作用。
炼焦配煤与工艺条件
• 工业炼焦必须采用多种配煤合练焦， 将多种炼焦没按适宜的比例配合， 然后再装炉炼焦，故称为配煤炼焦。 • 炼焦配煤的意义：取长补短，符合 焦炉的生产要求，生产出满足质量 要求的优质焦炭，兵副产炼焦化学 产品，实现煤炭资源的合理利用。
配煤的一般原则
– 符合本区域内煤炭资源的组成，有利于 扩大炼焦煤源，同时缩短平均运距，避 免造成运力浪费。煤源的数量可靠、质 量稳定。 – 配煤质量应与煤料的预处理工艺及炼焦 条件相适应，使焦炭的质量达到规定的 指标，在保证焦炭的质量的前提下，尽 量多配用高挥发分煤，以充分利用煤炭 资源并有利于增产化学产品。
焦炉的加热管理
• 具体任务是要求按规定的焦炉结焦时 间、炭化室装煤量、装煤水分、加热 煤气的性质和温度以及焦炉炉体和加 热设备的状况等实际情况，测量并调 节焦炉加热系统各控制点的温度、压 力等，实现全炉所有炭化室在规定的 结交时间内均匀成焦，焦炉均衡生产 并达到稳产、优产、低耗、长寿的目 的。
焦炉的wenku.baidu.com工评定
• 干法熄焦原理是利用惰性气 体（主要是N2）将灼热的焦 炭冷却，被加热后的惰性气 体经废热锅炉生产蒸汽回收 热量，惰性气体降温后再循 环使用。
• 干法熄焦除具有回收热量、改善熄 焦的操作环境外，还可提高焦炭强 度、降低反应性以及提高块度的均 匀化。但是干法熄焦的设备及基建 投资大，故影响了其发展。发展干 熄焦是今后新建大型焦炉及现有大 型焦化厂技改的重要方向。
• 在高炉炉料中，焦炭约占高炉有效 容积的50%，因此焦炭在炉内的块 度、强度以及焦块在高炉下部的停 留时间，对高炉的透气性有直接的 影响。随着高炉冶炼技术的不断进 步，高炉向大型化放向发展并采用 喷吹技术，使得高炉用焦炭量减少， 导致焦炭所起的骨架作用显得重要。
铸造焦
• 铸造焦用于冲天炉（也称化铁炉）作 燃料。焦炭的主要作用就是提供热量， 并对铁水进行渗透。因为冲天炉内不 易脱硫，故铸造焦要求含硫量低。铸 造焦在冲天炉内要经受下落的铁块的 冲击，并承受重力和摩擦力的作用， 因此对铸铁焦的强度要求更高，生产 工艺以捣固炼焦为主。
• 炼焦炉的生产操作包括焦炉 的出炉操作和焦炉的加热管 理，前者包括焦炉的装煤、 出焦和熄焦操作，后者则是 对焦炉正常加热进行调温、 调压等管理操作。
（一）焦炉的出炉操作
• 出炉操作是保证焦炉稳产、高产、优 质、长寿的关键环节，同时出炉操作 过程中还应加强对烟尘排放的控制。 • 装煤操作：装煤操作是通过加热车从 焦炉的煤塔受煤，然后将煤加入炭化 室。 • 推煤：推煤是把成熟焦炭推出炭化室 的操作。
炼焦配煤的质量要求
• 配煤的质量要求主要包括配 煤的灰分、硫分、煤化程度 和黏结性指标等，其中煤化 程度和黏结性指标被称为炼 焦的配煤参数。
配合煤的灰分和硫分
• 成焦过程中，煤料中的矿物质以 灰分形式全部转入焦炭，而煤料 中的硫分一部分残留在焦炭中， 另一部分转化为气态硫化物进入 煤气。根据焦炭灰分和硫分的要 求，计算出配合煤的灰分和硫分， 配合煤料的灰分应小于9%（干 基）。
熄焦
• 湿法熄焦： 早期建设的焦 化厂绝大多数采用该方法。 湿法熄焦操作是用熄焦水泵 将大量的冷却水通过熄焦塔 直接喷洒在焦炭上，使焦炭 的温度降至室温，一般全焦 水分不大于6%。
• 干法熄焦： 高温焦炭携带 的热量占炼焦耗热量的40% 左右，在湿法熄焦过程中， 这部分热量不仅损失，而且 消耗大量的熄焦水，熄焦过 程还对大气产生污染。
炼焦炉及生产过程
• 早期的炼焦炉石一种半开式的砖窑， 通过燃烧干馏煤气和部分煤将煤直 接加热而干馏成焦炭，用这种方式 炼焦，焦炭产率低、灰分高、成熟 度不均匀。1906年开始，现代焦 炉的设计用单独横蓄热室对燃烧的 空气或低热值煤气进行预热。
焦炉发展方向
• 增大炭化室的尺寸，实现焦炉的大型化，有以下 优点：
成层结焦与温度变化
• 因为焦炉炭化室的侧向供热， 且炉料导热系数低，温度梯 度较大。靠近炉层附近的煤 先结成焦炭，而后焦炭层逐 渐向炭化室中心推移，这就 是所谓的“成层结焦。
炭化室内膨胀压力
• 炭化室内的膨胀压力的产生是因为 成层结焦，两个大体上平行于两侧 炉墙面的塑性层从两侧向炭化室中 心移动，在炭化室内煤料的上层和 下层同样也形成塑性层，围绕中心 煤料形成的塑性层如同一个膜袋， 膜袋内的煤热解产生气体，产生膨 胀压力。
• 一、配型煤炼焦 • 配型煤炼焦是在炼焦炉煤料中配 入一定比例的型煤，进行炼焦的技 术。1980年我国宝钢从日本新日 铁公司引进了配型煤炼焦技术和设 备，并在国内首次大规模应用于工 业生产。
配型煤炼焦提高焦炭质量的基本原理
• （1）配入成型煤块后，提高了装 炉煤料的密度，减少了焦炭的裂纹， 提高焦炭的强度。 • （2）型煤块中配有一定量黏结剂， 从而改善了煤料的黏结性能，对提 高焦炭质量有利。
洁/净/煤/技/术
煤炭炼焦
焦炭定义
• 焦炭是由黏结性煤在隔绝空气的 条件下加热至1000℃左右干馏所 得到的多孔性固体块状物，此过 程称为煤的高温干馏，所得到的 最终产物为焦炭、煤气和煤焦油 等，一般焦炭为主要目的产物。
焦炭作用
• 焦炭主要用于高炉炼铁生产 以及铸造、造气、电石生产 和有色金属冶炼等生产领域。 全世界每年用于高炉生产的 焦炭约占焦炭总产量的85% 以上。
焦炭热强度
• 为了能够评价焦炭在高温作 用及受化学作用之后的焦炭 强度，世界各国还发展了焦 炭的高温机械强度和反应后 强度的测定方法。
我国冶金焦炭质量标准
焦炭的化学反应性能
• 尽管不同用途的焦炭在使用过程所 发挥的作用不完全相同，但是在使 用过程中都存在焦炭与O2、CO2 或水蒸气之间的化学反应，焦炭在 与这些气体之间反应过程中所表现 出的化学反应性能的大小，对焦炭 的应用有重要的影响。对于冶金焦 或铸造焦，反应性越低越好。
焦炭化学反应性与测定方法
• 焦炭与CO2或水蒸气反应速度称为焦炭的化学反应性，可 以用反应后气体中CO和CO2的百分浓度来表示，也可以 用在一定反应条件下，反应一段时间后所消耗的焦炭量占 参加反应的焦炭量的百分率来表示。 •
• • •
G0------参加反应的焦炭试样质量，kg G1------反应后残存焦炭质量，kg
焦炭的元素分析组成
• 包括 C、H、O、N、S、P。 • 我国目前焦化企业硫分St一 般控制在0.4%~0.6%，多数 大企业控制在0.5%以下。
焦炭的物理机械性质
• 焦炭在高炉炼铁过程中的作 用要求焦炭具有适当的块度 和较高的强度，焦炭块度大 小与均匀性受焦炭强度的影 响，因此，焦炭的强度是焦 炭质量的重要指标。