炼焦学

1.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。

2.炉体结构：从上自下，炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。

料柱的温度分布：呈“W”形和倒“V”形。

3.小于1100℃块状带，1100-1350℃软容带，大于1400滴落带。

回旋区—即风口区、死料柱、即呆滞焦炭层。

4.焦炭的作用：供热、还原剂、骨架和供碳四个作用。

焦炭在高炉内的行为：1.焦炭在高炉内的降解过程：受静压挤压、相互碰撞和磨损作用—块状带，进入软容带后焦炭受到高温热力，尤其是碳溶反应的作用，使焦炭气孔壁变薄，气孔率增大，强度降低、并在下降过程中受挤压摩擦作用，使焦炭块度减小和松化。

5.对焦炭质量要求：（1）常温强度好，M40上升抵抗机械力强（2）高温强度好、抵抗热应力（3）反应性低、反应后强度高，抵抗强度高，抵抗化学力、软融带的CO2（4）粒度均匀、料柱的透气性（5）灰低、硫低、水份稳定。

1.焦炭的机械力学性质是指焦炭在机械力作用下发生变形、碎裂、和磨损的特性。

破坏过程取决于：裂纹和局部缺陷的大小。

2.多孔碳质脆性和材料的抗断裂能力。

3．焦炭气孔壁的抗粉碎或抗磨损能力。

4.块焦机械强度：（1）焦炭落下强度M40抗碎强度（2）焦炭转鼓强度M10抗磨强度。

1.焦炭的材料力学性质：挤压强度、抗拉强度、结构强度和弹性模量。

2.焦炭的热性质是指它经过二次加热的物理性质、化学性质和机械力学性质、分别称热物理性质、热化学性质和热强度。

组成变化、结构变化、膨胀与收缩、强度变化。

3.焦炭热应力：焦炭二次加热时，焦块表面与中心间因温度梯度引起的膨胀收缩差异而在焦炭内部产生的应力为热应力。

热强度：热强度是指焦炭在高温下测量的强度或经高温处理后在室温下测得的强度。

焦炭的高温反应性：Ｃ＋Ｏ２－ＣＯ２，Ｃ＋Ｈ２Ｏ－Ｈ２＋ＣＯ，Ｃ＋ＣＯ２－２ＣＯ。

提高炼焦终温，结焦终了时采取焖炉等措施，可以使焦炭结构致密，减少气孔表面，从而降低焦炭反应性。

3.对反应性的影响：原料煤性质，矿物质的影响，炼焦工艺，反应速率参数。

4.气孔的种类（１）开气孔（２）闭气孔。

大气孔－大于１００ＵＭ，中气孔－２０到１００ＵＭ，小气孔－小于２０ＵＭ，０.０１－２０ＵＭ宏，小于１０ＮＭ微。

5.影响气孔结构因素：气孔的大小分布取决于原料煤性质，装炉煤的堆积密度，加热速度和炭化终温等一系列因素。

3.焦炭在高炉炼铁中的作用：热能源、还原剂、疏松骨架。

1.焦炭的光学组织：光学各向同性镶嵌型细粒，光学各向异性流动型中粒，石墨化程度高片状粗粒。

反应性大小顺序：各向同性组分及惰性物大于镶嵌型大于流动型大于片状。

显微强度最好为粗粒镶嵌型。

2.影响焦炭光学组织的因素：煤化度、煤岩组成、煤中杂原子、备煤与炼焦条件、添加物。

1.中间相组成和发展条件：化学缩聚活性适中、流动性、塑性温度范围。

料柱结构：块状带，软融带，滴落带，回旋区。

第二章
1.成层结焦：焦炭总量在靠近炉墙首先形成而后逐渐向炭化室中心推移。

2.结焦终了时炭化室中心温度是炭化室焦炭成熟的标志该温度称为炼焦最终温度。

炭化室中心温度表示焦炭成熟即中心处焦炭成熟其他都成熟。

3.由炉墙到炭化室中心依次为：焦炭层-半焦层-塑性层-干煤层-湿煤层。

4.炭化室内温度的特点：任一温度区间各层的升温速度和温度梯度均不同，350-480℃胶质体存在的温度区间，升温速度快。

500-600℃胶质体固化，析出H2，CH4焦炭收缩与裂纹，温度梯度小，裂纹小。

500℃以下希望升温速度快，粘结性好。

500℃以上希望升温速度慢防止裂纹的炭化室中心温度在结焦时间的一半时达到100℃。

1.高向不同部位焦炭质量特点：沿炉高向由上至下，焦块度下降，视密度上升，转鼓强度提高，反应性下降，反应强度上升，长向上中部焦炭质量比机侧焦侧的要好些。

2.二次热解产物（荒煤气）：高温炼焦时，从干煤层，塑性层和半焦层内产生的气体产物称一次热解产物。

在流经焦炭层，焦饼与炭化室墙间隙及炭化室顶部空间时，受高温作用发生二次热解反应生成二次热解产物。

1.里行气：炭化室内干煤层热解生成的气态产物和塑性层内产生的气体产物中的少部分从塑性层内侧和顶部流经炭化室顶部空间排除。

外行气：塑性层内产生的气体中的大部分和半焦层内的气体产物，则穿过高温焦炭层缝隙，沿焦饼与炭化室墙之间的缝隙向上流经炭化室顶部空间排出。

1.影响煤的二次热解产物因素：火道温度，炭化室温度，炉顶空间温度，单双集气管。

1.配合煤质量指标：水分，灰分，细度，硫分，煤化度，粘结性，膨胀压力。

配煤意义：合理利用资源，单种煤不能满足炼焦要求，优质炼焦煤补缺问题。

1.配煤原则：煤质和预处理相适应，符合区域性配煤扩大煤源，曾加化学产品△P胀小于P炉墙，运距短来煤稳定，成本低。

1.配煤原理：胶质层重叠原理，互换性配煤原理，共炭化原理。

第三章
1.细煤粒-活性粒子含量多，粗煤粒-惰性粒子含量多。

粗粒细粉后-粘结性上升，过细下降。

粒度小于0.5MM粒子越少越好，大于5MM最好没有。

2.装炉煤粒分布原则：装炉煤细粒化和均匀化，小于3MM。

装炉煤的粉碎（1）粘结性好、活性组分、粗些粉碎防止粘结性降低（2）粘结性差、惰性组分、细些粉碎减少焦炭裂纹。

堆密度最大原则。

控制粒度上下限，用细度控制75-80%顶装85%配煤小于3MM 90%捣固。

1.预热煤炼焦：裝炉煤在装炉前用气体热载体或固体热载体快速加热到热分解开始前温度（150摄氏度～250摄氏度）然后在装炉炼焦称预热煤炼焦。

效果：改善焦炭质量，增加气煤用量，提高焦炉生产能力，降低热耗，炉龄长。

可以增加气煤用量，提高焦炉生产能力，改善焦炭质量，降低热耗，改善环境。

两种预热方法：①气流载运式预热器②气流破碎式预热器
三种装煤形式：①装煤车②埋刮板③管道化装煤1.捣固炼焦：提高装炉煤的堆密度，扩大气煤用量，并保持焦炭强度符合满意的要求。

1.为什么捣固焦炭质量好？堆密度上升-半焦收缩大-裂纹多，配型煤（1）堆密度上升（2）增大了装炉煤的塑性温度区间(3)型球首先软化熔融膨胀使膨胀压力提高（4）粘结剂的改质作用。

1.装炉煤的细度组成对焦炭质量的影响因素：配合煤细度高堆密度小（2）细度上升抗压强度下降抗塑强度上升。

2.配型煤炼焦：工艺流程
第一种配合煤70%——焦炉
30%——粘结剂——混合压球——焦炉
第二种配合煤70%——焦炉
配合煤+非粘煤——粘结剂——混合压球——焦炉
8% 20% 2%
1.（捣固炼焦机理）捣固炼焦在改善焦炭质量的方面：1提高了装炉煤的堆密度
2增大了装炉煤的塑性温度区间
3增强了装炉煤内的膨胀压力
4粘结剂的改质作用，改善焦炭的光学组织。

第四章.
1.焦炉的发展：成堆干馏、倒焰炉、废热式焦炉、蓄热式焦炉和巨型反应器
2.炉体构成：碳化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区所组成、蓄热室以下为基础和烟道
蓄热室用来回收焦炉燃烧废气的热量并预热贫煤气和空气。

1.装煤方式：顶装（散装）侧装（捣固）
加热煤气供入方式：侧入和下喷式
2.火道形式：两分式、四分式、过顶式和双联式
3.高向加热均匀方式：高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热、废气循环
H=h+△h+200~300 燃烧室辐射传热
h为炉顶空间高度，△h为收缩量
鳞碳具有荷重软化温度高、导热性好、膨胀小、真密度小的特点，因此好的硅砖应使碳软化比较完全、即残存碳少、鳞碳含量高（65%~80%）故真密度低（＜2.35）
同类晶型：高温α低温β：高低转变较快、可逆
不同类型晶型间转变发生慢不可逆
①生产能力：
年）
（吨
τ
ρ
堆/
*
*
*
24
*
365
KM
V
N
n
G=
炉孔数：Nmax=
操
检
）
τ
（τ
t
n*/
-
增加炭化室的长度和高度受那些因素限制只能适当增加其长度和高度？
答：①炭化室长度所受因素：炭化室长度的增加受长向加热均匀性和推焦杆热太强度的制约，随炭化室长度的增长提高锥度，从而使长向加热均匀性问题比较突出，随炭化室增长，推焦杆在推焦过程中的升温将提高，一般结构钢的屈服点随T的升高而降低
②炭化室高度所受因素：炭化室加高必须在炉体结构上采取相应措施，以保证炉墙的极限负荷大于装炉煤的膨胀压力，还应实现高向的加热均匀性
使炉墙结构破裂的两侧负荷差称为炉墙的极限负荷，随炭化室加高，该负荷差也增加，从而要求提高炉墙的极限负荷
随炭化室增高，必须相应加大炭化室中心距和炉顶层厚度；此外为改善高向加热均匀焦炉结构必要复杂化：为了防止炉体变形和炉门冒烟（不应）设置最坚固的护炉设备及更有效的炉门清扫机械
炭化室宽度窄，则炼焦速度快，可在一定程度上改善煤的黏结性，提高焦碳耐磨强度，但污染大，采用宽炭化室焦炉，降低膨胀压力有利于延长炉体寿命
1.增加炭化室告诉可提高单孔炭化室的生产能力，对于一定生产能力的焦化厂可减少焦炉炭化室孔数，提高机械效率减少出炉数，提高劳动生产率，炭化室的最佳高度为7.5M。

第五章
焦炉煤气的可燃成分达90%以上，主要H2和CH4，热值高，提供一定热量需要的煤气量少。

产生废气量也少，理论燃烧温度燃烧速度快，火焰短，煤气和废气的密度较低，高炉煤气和煤气放生炉气的可燃成分仅30%左右，主要是COI，含大量N2，热植低，提供一定热量所需煤气量多，产生的废气量也多，燃烧速度慢，火焰长，高向加热均匀性好，可适当降低燃烧室温度。

1.动力燃烧：煤气与空气混合再着火燃烧的方式为动力燃烧。

由于燃烧前煤气与空气已均匀混合，故动力燃烧可在很小的过剩空气条件下达到完全燃烧，故燃烧温度高
扩散燃烧：煤气与空气分别进入燃烧室后，靠对流扩散和分子扩散作用，边混合，边燃烧的方法，拉长火焰，改善高向的加热均匀性
烟囱根部吸力：由烟囱高度和热废气与大气的密度差决定
一．废气循环
焦炉立火道采用废气循环可以降低煤气中可燃成分和空气中氧的浓度，并增加气流速度，从而拉长火焰。

它有利于焦饼上下加热，改善焦碳质量，缩短结焦时间，增加产量并降低炼焦耗热量。

还可以增加炭化室高度和容积，提高焦炉劳动生产率，降低单位产品的基建投资。

废气
废气循环的推动力是煤气和空气的有效喷射能力和上升与下降火道的浮力差，废气循环量的多少取决于所能支付的阻力
废气循环和防止短路的讨论：
1．推动力2。

废气循环阻力3。

废气量自动调节4。

短路产生的条件和防止措施短路的特征：
1．刚换向时2。

结焦时间过长，焦炉保温时3。

炉头对火道4。

火道内积碳5。

装煤
初期
焦炉火道中火焰和热废气的热量通过对流和
辐射自炉墙传递对流分为强制对流和自然对
流，炉墙对煤料的传热：不稳定导热过程
烟囱吸力：H↑吸力↑大气T↓吸力↑
结焦时间↓吸力↓海拔↑吸力↓
T不变由BFG到COG吸力↑
2.为什么采用废气循环能平衡高向加热均匀
性？因为⑴废气循环能冲淡可燃气体。

使燃
烧速度减慢，从而使气体充分燃烧⑵使气体
流速增加，拉长火焰
3.可能发生短路的情况①刚换向时，随着换
向时间得推移短路自然消失②结焦时间延
长或焖炉时③炉头一对火道，所以通常炉头
一对火道不设循环孔④火道积碳:炉头火道
和装煤口附近得火道易漏⑤装煤初期：放光
缓解，将炉头火道得炭化孔打开
4.为什么小烟道采用箅子砖？因为小烟道
无论是呈分配通道还是集合通道都是内侧静
压大于外侧⑴箅子砖上下得静压差沿蓄热
室长向分布：上升气流时：△P2>△P1，里答
外小，使内侧流量大下降气流时：△P1`>△
P2`外大里小使外侧流量大⑵箅子砖上部沿
蓄热室全长得静压力内外相同，这样就保证
蓄热室内气流均匀分布1.烟囱吸力的影响因素：H上升-吸力上升，结焦时间缩短-吸力下降，相同结焦时间采用BFI炼焦产生的吸力小，大气温度下降-吸力上升，结焦时间短吸力小，烟囱建到高处吸力小，高原海拔1500M-吸力下降，结焦时间不变由BFG-COG-吸力上升（BFG产生废气量答，P大，浮力大，COG反之）。

1.叙述炭化室内焦炭质量沿焦饼宽向上的不均匀性的原因。

答：靠近炭化室墙面的焦炭（焦头），由于加热速度快，故熔融良好，结构致密，但温度梯度较大，因此裂纹多而深焦炭块度较小。

炭化室中心部位处的焦炭（焦尾），结焦前期加热速度慢，而结焦后期加热速度快，故焦炭粘结，熔融较差，裂纹也较多。

距炭化室墙面较远的内层焦炭（焦身），加热速度和温度梯度均相对较小，故焦炭结构的致密程度差于焦头而优于焦尾，但裂纹少而浅，焦炭块度较大。

综上所速，炭化室内焦块质量沿焦饼宽向上呈不均匀性。

1.试述配煤工艺能提高焦炭质量或在焦炭质量不变的前提下多用弱粘结性煤的原因？配型煤能提高焦炭质量的原因：提高了装炉煤的堆密度，增大装炉煤的塑性温度区间，增强了装炉煤内的膨胀压力，粘结剂的改质作用，配型煤工艺能在焦炭质量不变的前提下多用弱粘结性煤的原因，粘结性好的煤配型炼焦效果较差，罗加指数愈低的煤配型煤效果愈好；肥煤当挥发分超过28%时配型煤炼焦呈负效果，总体而言挥发分愈低，粘结性愈差的煤，配型煤炼焦效果愈好。

1.为什么靠近炉墙附近焦炭质量好？煤料升温速度快，热分解速度大于缩聚速度，温度间大，粘结性好。

耐磨强度M10降低。

中心进一步收缩，进一步收缩时间长，M40提高，由于胶质体产生外行气，一次热解产物再二次热解。

1.炉体主要部位（焦炉基本结构）。

炭化室，燃烧室，斜道区，蓄热室，炉顶区。

1.炭化室部位应采用什么样的硅砖？应采用荷重软氏温度高，导热性好，抗腐蚀性强，600℃以上抗急冷急热性能好的硅砖。

2.焦炉上SIO2晶型转变与硅砖的特性有哪些？答：（希望磷石英多，真密度低传热性能好）各类晶体转变迟钝变慢，发生重拍，V 上升，不可逆。

同类晶体转变快，发生扭曲，可逆。

硅石英体积稳定性好，传热性能好，导热系数λ大，膨胀率小，真密度小，荷重软化点温度高，气孔率低，ρ体大，好的桂砖应使石英转化完全，那残存石英少，磷石英含量少，故真密度低。

问：碳压室长向和高向增加受那些因素限制？
长向：1，长向加热均匀性。

2，推焦杆强度 高向：1，高向加热均匀性。

2，炉墙极限负荷（分段加热）。

3，护炉设备和操作。

问.废气循环原理（推动力）废气循环意义？具体如何解决？
推动力1）煤气，空气的有效喷射力。

2）上升和下降的火道浮力差。

意义：解决高向加热均匀性。

机理：1）废气使上升火道流量上升流速上升拉长火焰。

2）冲淡煤气中可燃成分和空气中氧气浓度燃烧速度下降火焰拉长。

问：讨论极部吸力变厌？
1）烟囱高度增加时，a 根上升。

2）大气温度降低时，a 根上升。

3）洁焦时间缩短时，a 根下降。

4）海拔高度增加时，a 根下降。

问：短路产生原理，防止措施？ 1.炉头一对火道−−−→措施
不设循环孔
2.换向间隔t t <→下上自行消失
3. τ延长或保温期间，气体流量降低→喷射力升
高
4.火道内积碳或弄脏→阻力增大
5.装煤初期，荒煤气进入立火道
→阻力增大
−−−→措施
打开看火孔盖
4.废气循环原理（推动力）废气循环意义？具体如何解决？
推动力1）煤气，空气的有效喷射力。

2）上升和下降的火道浮力差。

意义：解决高向加热均匀性。

机理：1）废气使上升火道流量上升流速上升拉长火焰。

2）冲淡煤气中可燃成分和空气中氧气浓度燃烧速度下降火焰拉长。

5．问：讨论极部吸力变厌？
1）烟囱高度增加时，a 根上升。

2）大气温度降低时，a 根上升。

3）洁焦时间缩短时，a 根下降。

4）海拔高度增加时，a 根下降。