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1、炼焦学基础炼焦学基础原金海原金海第一章 焦炭的性质与用途第一节 焦炭的外观与孔结构第二节 焦炭的化学组成第三节 焦炭的物理机械性质第四节 焦炭的化学反应性能第五节 高炉用焦炭的作用第六节 非高炉用焦炭第七节 我国焦炭生产的基本现状第一节 焦炭的外观与孔结构 焦炭：焦体：焦体：焦质：焦质：是由粘结性煤在隔绝空气的条件下干馏所得到的多孔性固体块状物，用肉眼可以观察到焦炭表面的裂纹和孔隙结构。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。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。焦炭的裂纹和气孔结构对焦炭其它性质有很大的影响，尤其是焦炭的
2、机械强度和反应性能。一、焦炭裂纹 二、焦炭气孔率 三、气孔平均直径与孔径分布四、焦炭的多孔性与煤质关系第一节 焦炭的外观与孔结构 纵裂纹：横裂纹：评价指标：测量方法：焦炭中的裂纹分为纵裂纹纵裂纹和横裂纹横裂纹两种炼焦生产规定裂纹面与焦炉炭化室炉场面垂直 的裂纹称为纵裂纹；裂纹面与焦炉炭化室炉墙面平行的裂纹称为横裂纹。裂纹度将方格(11cm)框架平放在焦块上，量出纵 裂纹的 投影长度即得，一次试验用25块焦样，取其统计平均值。焦炭气孔率：焦炭中气孔体积与焦炭总体积比的百 分数。计算方法：利用焦炭的真密度和视密度，还可以用 比孔容积来表示，即单位重量焦炭内部气 孔的总容积。二、焦炭气孔率三、气孔平
3、均直径与孔径分布大孔：直径大于100m的气孔；中孔：直径为20100m的气孔；微孔：直径小于20m 的气孔。对于焦炭中的微孔，可采用气相吸附法测定其孔径分布；而对于大孔，则采用压汞法进行测定，其原理是利用汞的表面张力较大的性质，当施加外压力将汞压入微小气孔中时，气孔的直径与所需施加的压力之间存在对应的关系，而且可由施加的外压力大小计算出对应的孔径尺寸。式中 r 外加压力p时，汞能压入的气孔的最小直径，m；p 外加压力，Pa；汞的表面张力，Jm2；汞与焦炭的接触角。测定过程中，逐步增加汞的压力，可以使汞进入更加微小的气孔，这样由汞的体积变化可测出孔径分布曲线，进一步计算出气孔平均直径。（1-1）
4、研究表明，焦炭的孔结构主要由煤在炼焦过程的塑性阶段内决定的，气孔的生成机理可划分为4个阶段：1)煤的颗粒内生成小气孔；2)当煤颗粒间的空隙完全被填满时，颗粒内的气孔增大，接着是气孔膨胀和固体熔融；3)固体熔融后，气孔增大到最大尺寸；4)气孔收缩，导致在固化温度范围区间内形成结构紧密的气孔结构，孔结构与炼焦温度的关系见图1-1。四、焦炭的多孔性与煤质关系 在工业应用上，希望冶金焦和铸造焦的气孔率尽可能低，从而降低焦炭的反应性，提高焦炭质量。在特定的炼焦条件下，焦炭的气孔率主要取决于煤焦煤的煤质质条件。一般情况下，焦炭的气孔率与煤的挥发份产率成正比，即随煤化程度的增加，所得焦炭的气孔率下降。第二节
5、 焦炭的化学组成一、焦炭的工业分析二、焦炭的元素分析组成一、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。1、水分Mt 刚出炉的焦炭不含水分，湿法熄焦时，焦炭的水分可达6以上，而采用干法熄焦，焦炭水分含量较低，因吸附大气中的水汽使其含水约11.5。水分的高低对焦炭质量影响不大，但作为冶金焦使用，水分含量的波动会影响高炉的操作。炭中的灰分来自煤中的矿物质，灰分的存在，降低了焦炭的质量。对高炉生产带来了不利的影响。矿物质是煤中的惰性物质，在结焦过程中不粘结，焦炭内大的灰分使焦炭的强度降低。高炉炼铁生产中，焦炭中的灰分和矿石中的杂质与熔剂转化成炉渣排出，焦炭灰分增高，使得高炉的生
6、产能力受到影响，同时炼铁的能耗相应也增大。一般焦炭灰分每升高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(焦比)增加1.72.0，生铁产量降低约2.23.0。因此降低炼焦用精煤的灰分对提高焦炭的质量具有重要意义。2、灰分Ad3、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0.91.0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。挥发分指标也是焦炉生产中控制污染的一项考虑因素，因为在焦炉生产的推焦到熄焦过程中，焦炭中残余挥发产物必然造成对大气的污染。固定碳含量利用
7、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)(1-2)我国目前焦化企业的冶金焦质量大至分为：水分Mad大多数厂控制在6以下；灰分Ad在1115之间，小企业的控制值偏高；挥发分Vdaf控制在0.91.6之间，多数企业控制在1.3以下。3、挥发分Vdaf和固定碳FCd二、焦炭的元素分析组成 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。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
8、，因此单纯用碳含量的值不能评定焦炭的质量。焦炭中硫含量的高低是决定焦炭质量的另一个重要指标。由于煤中硫的存在有多种形态，炼焦过程中，硫的变化以及所生成的气态硫化合物与高温焦炭反应，导致焦炭中的硫的存在形式也是多样的，工业上一般只测定焦炭的全硫St。二、焦炭的元素分析组成 磷也是焦炭中的有害元素，高炉炉料中的磷全部转入生铁。一般要求生铁含磷低于0.01O.015。煤中的磷几乎全部残留在焦炭中，通常焦炭含磷约0.02。对焦炭中氧和氮两种元素研究不多，一般认为焦炭中的氮元素是焦炭燃烧生成NOx的来源。二、焦炭的元素分析组成第三节 焦炭的物理机械性质一、焦炭的筛分组成与平均粒度二、焦炭的强度 一、焦炭
9、的筛分组成与平均粒度 焦炭是外形和尺寸不规则的物料，只能用统计的方法来表示其粒度，即用筛分试验获得的筛分组成及计算的平均粒度进行表征。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，块度40mm称为大块焦，2540mm为中块焦，25mm为大中块焦。高炉生产对焦炭的块度要求比较严格，大高炉使用的焦炭一定要作分级处理，甚至要对焦炭进行整粒。高炉焦的适宜粒度范围在2580mm之间，炼焦生产中应尽可能增加该粒度范围内焦炭的产率。对于铸造用焦质量，则要求80mm级为佳。焦炭的筛分组成主要与炼焦配煤的性质和炼焦条件有关，一般气煤炼制的焦炭块度小，而焦煤和瘦煤炼制的焦炭块度大。一、焦炭的
10、筛分组成与平均粒度二、焦炭的强度 强度是冶金焦和铸造焦物理机械性能的重要的指标。目前评价焦炭强度最通行的方法是采用各种转鼓试验来测定焦炭的强度，通常所指的焦炭强度是在常温下测得的结果，为了与高温下测得的焦炭强度加以区分，常温下测得的焦炭强度又称为焦炭的冷强度。对于铸造焦质量的评价，美国认为采用坠落试验优于转鼓试验，我国现行的铸造焦炭国标GB8729-88同时给出两种强度考核指标，但当两个指标并列使用不一致时，以转鼓指标为准。转鼓试验方法 原理：转鼓试验是将一定量块度大于某一规定值的焦炭试样，放入一个特定结构尺寸的转鼓内，转鼓以恒定的转速转动一定转数，由于转鼓内的提料板作用，焦炭在鼓内产生翻动和
11、上下跌落运动，受这种复杂运动的作用力影响，抗碎能力差的焦块必定碎裂。同时对于耐磨能力差的焦炭，将产生表面焦炭层脱落而生成碎颗粒。这样可用转鼓试验后大于某一块度的焦炭占总的入鼓焦炭的百分比作为焦炭抗碎强度的指标，而用转鼓试验后小于某一较小粒度的焦炭量(或大于)占总的入转鼓焦炭量的百分比作为焦炭的耐磨强度指标。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。各种研究方法的试验结果共同得到如下的结论：1)焦炭在高温下的强度比常温下要低；2)在室温下测得的焦炭强度不能代表高温下的强度；3)当试验温度高于焦炭的制造温度时，则焦炭的高温强度下
12、降；4)炼焦时间延长可改善焦炭的高温强度；5)焦炭的冷强度愈高，由温度而引起的高温强度的降低愈小。二、焦炭的强度 评价焦炭的强度还有显微强度、抗拉强度等，前者测定结果反映焦质中气孔壁的强度，后者是研究焦炭热破坏机理一种手段。二、焦炭的强度我国冶金焦炭质量标准 注：注：1.1.水分只作生产控制指标，不作质量考核依据。水分只作生产控制指标，不作质量考核依据。2.2.焦末含量系指焦末含量系指25mm25mm以下部分，并以湿基计算。以下部分，并以湿基计算。3.3.本表摘自国标本表摘自国标GBGBT1996-94T1996-94冶金焦炭冶金焦炭表1-2 冶金焦炭质量分级指标第四节 焦炭的化学反应性能 尽
13、管不同用途的焦炭在使用过程中所发挥的作用不完全相同，但是在使用中都存在焦炭与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，对不同的生产过程有不同的影响。对于冶金焦或铸造焦，要求反应性低，而对于气化焦则希望反应性高。一、焦炭化学反应性与测定方法 二、焦炭反应后强度一、焦炭化学反应性与测定方法 焦炭与CO2或水蒸气反应的反应速率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，反应一定时间之后所消耗的焦炭量占参加反应的焦炭量的百分率来表示。目前一些国家采用块焦反应率这一指标，即将一定量的焦炭试样在规定的条件下
14、与纯CO2气体反应一定时间，然后充氮气冷却、称重，这样反应前后焦炭试样重量差与焦炭试样重量之比的百分率即得到块焦反应率CRI。第五节 高炉用焦炭的作用 高炉是中空的竖炉，由上至下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五段，为了使炉料顺利下移，高炉的炉身上口小，下口大形成倒锥状。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，
15、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。铁水和液态炉渣分别定期地从高炉的铁口和渣口排出。在炉腹下部的高温区内，铁矿石和熔剂都将熔化、熔融，只有焦炭还以固态存在，焦炭的存在为炉内下部维持良好的透气性，因此在高炉内焦炭还起到高温填料的作用，也即通常所指的骨架作用。归结起来，焦炭在高炉内有三方面的作用：1)高温热源作用；2)提供还原剂的作用；3)疏松骨架作用。第五节 高炉用焦炭的作用 高炉内整个料柱的透气性是高炉操作的重要条件，在高炉炉料中，焦炭约占高炉有效容积50左右，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
16、，对高炉的透气性有直接的影响。随着高炉冶炼技术的不断提高，高炉向大型化方向发展，以及高炉采用喷吹技术，使得焦炭在高炉内用量逐渐减少，但所起的骨架作用却愈显得重要。目前冶金企业入炉焦比在400550kg（焦）/t（铁），技术先进的高炉（上海宝钢集团公司）喷煤比达到230kg（煤）/t（铁），入炉焦比已降至300kg/t 以下。第五节 高炉用焦炭的作用第六节 非高炉用焦炭一、铸造焦二、气化焦一、铸造焦 铸造焦用于冲天炉(也称化铁炉)作燃料，冲天炉的作用是将生铁熔化，并尽可能提高铁水温度，进而提高铸件的质量。焦炭的主要作用就是提供热量，并对铁水进行渗碳。因为冲天炉内不易脱硫，故铸造焦的硫分要求含硫量
17、低。为了提高铁水温度，延长焦炭在冲天炉内高温过热区的停留时间，要求铸造焦的气孔率小、反应性低、块度大。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，对铸造焦的强度要求较高。铸造焦的块度以大于80mm为佳。因此生产铸造焦一般都选用主焦煤为骨架煤料，生产工艺以捣固炼焦为主。为了降低铸造焦的气孔率和反应性，增大块度，炼焦煤料中常添加无烟煤或焦粉，有时还添加石油沥青焦，以降低铸造焦的灰分和硫分。二、气化焦 用于发生炉或水煤气生产的焦炭称为气化焦。气化过程要求焦炭具有良好的反应性，而对焦炭的强度并无特殊要求。因此气化焦可选用气孔率大、强度低、块度小的焦炭。气化炉操作采用固态排渣方式，
18、用焦炭作为气化原料时，要求焦炭的灰熔点ST在1250以上，保证气化炉操作不发生结渣困难。第七节 我国焦炭生产的基本现状 新中国成立之后，我国焦炭产量从建国初期的不到60万t/a，发展到目前，焦炭产量增加了300多倍。在焦化厂设计、建设施工、炼焦设备能力构成、焦炉大型化与装备水平，焦炭质量等多方面取得了巨大成就。我国历年来焦炭、生铁、钢产量以及焦炭出口量见表1-4。表表1-61-6我国焦炭生产能力地区分布我国焦炭生产能力地区分布（2004年2月）从地区分布上看，我国焦炭生产主要集中在山西、河北、山东、辽宁等省。这主要与我国炼焦煤资源分布有很大的关系。第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺第一节 煤在焦
19、炉炭化室内的结焦过程第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件第三节 配煤原理与焦炭质量的预测第四节 炼焦配煤工艺第一节 煤在焦炉炭化室内的结焦过程一、炭化室内炉料的动态变化二、炼焦过程中化学产品的生成 焦炉的炭化室是带锥度的窄长空间，煤料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，形成一个动态的过程，这种动态过程具有以下三个特点：1）侧向供热，成层结焦；2）结焦过程中，各层炉料的供热性能随温度的变化而变化；3）炭化室内物料产生膨胀压力。一、炭化室内炉料的动态变化1.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，因此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室
20、内与炉墙垂直方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙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”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低，因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在塑性层之间，这样湿煤层内的水汽不易透过塑性层向两层外流出，致使大部水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而冷凝下来，这样内层湿煤水分增加，加之煤的
21、导热系数小，使得炭化室内中心煤料升温速度缓慢，长时间停留在水的蒸发温度以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦的耗热量也就愈大。1.成层结焦与温度变化二、炼焦过程中化学产品的生成 煤炭高温干馏得到的炼焦化学产品的组成与煤的性质和炼焦条件有关，煤热解生成的一次化学品还要受到焦炉内炼焦条件的影响，。第二节 配合煤质量与备煤炼焦工艺条件 由于煤在焦炉炭化室内结焦过程和煤成焦规律的要求，使得工业炼焦必须采用多种煤配合炼焦。常规炼焦方法是将多种炼焦煤按适宜的比例配合，然后再装炉炼焦，故又称为配煤炼焦。一、配煤的意义与配煤质量要求 二、备煤炼焦工艺条件1、炼焦配煤的意义 配煤的意义在于使各种煤之间性质上取
22、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，并副产炼焦化学产品，实现煤炭资源的合理利用。冶金焦的质量要求是：灰分低、硫分少、强度高、各向异性程度大，为满足上述要求，在常规炼焦方法条件下,用单种煤炼焦很难实现。而且由于煤种的相对储量、分布和开采能力的制约，不可能进行大规模的单种煤炼焦生产，特别是优质炼焦煤资源有限，工业上必须采用配煤炼焦，以确保焦炭质量和合理利用煤炭资源。在我国，炼焦厂除了以生产焦炭为主要目的以外，大多数炼焦厂同时还是城市煤气的气源厂，对于此类炼焦厂，应尽可能多配用高挥发气煤，这样既可增加了煤气产量，又充分利用了占我国炼焦煤种比例最大的气煤资源。2、配煤的一般原则
23、为了生产质量合格的焦炭，首先要是要确保配煤的质量，并综合考虑炼焦工业的长远发展，炼焦配煤应遵循如下一般原则。1）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，满足用户的质 量要求，同时控制配煤的成本，提高经济效益。2）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。3）在保证焦炭质量的前提下，尽量多配用高挥发分 煤，以利于增产化学产品和煤气。4）煤源的数量可靠、质量稳定。3、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、煤化程度和粘结性指标等，其中煤化程度和粘结性指标被称为炼焦的配煤参数，配煤质量要求是由焦炭质量的要求和炼焦条件所
24、共同确定的。（2）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和镜质组分平均最大反射率。配合煤的挥发分指标可以直接测定，也可以按加和性来进行计算，但二者之间有一定的差异。配合煤的平均最大反射率同样可以直接测定或按加和性进行计算。需要指出的是，配合后煤料的煤化度指标的数值所反映的煤的性质与煤化度指标数值相同的单种煤的性质是不一样的。例如将气煤与瘦煤适当配合后，其煤化度指标可能与焦煤或肥煤的煤化度指标相同，但是配合煤料的性质与后者的性质是不同的，这可以从反射率分布曲线上明显地看出。正因为这种原因，炼焦厂在运输和储存洗精煤时，应防止不同煤种
25、混杂，造成挥发分煤化度指标失灵。（2）配合煤的煤化度指标（3）配合煤的粘结性指标 煤具有粘结性是煤结焦的前提条件，煤粘结性评价指标煤具有粘结性是煤结焦的前提条件，煤粘结性评价指标较多，较多，有粘结指数G、最大胶质层厚度Y、最大流动 MF以及总膨胀度bt，这些指标都从不同的角度表征了煤在热解过程中生成的塑性体的性质。我国过去一直采用最大胶质层厚度Y作为粘结性指标，其合适的范围是：Y1722mm。1975年以后，煤化所提了粘结指数G指标，推荐采用该指标指导配煤，其合适范围是：G5872。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。（4）配合煤的膨胀压力 煤在炭化室内膨胀压力是由多种因素所
26、决定，膨胀压力的大小没有可靠的理论计算的方法，配合煤料中煤组分之间存在相互作用，因此配合煤的膨胀压力不具有加和性，只能用试验的方法加以测定。可以采用试验焦炉测定膨胀压力大小。对于新建炼焦厂，在进行炼焦煤种的选择时，可在实际生产焦炉上对配煤方案做单孔试验，以便得到更加可靠的试验数据。炼焦生产中，对于煤料的膨胀压力有以下两点规律：第一是在常规炼焦配煤范围内，煤料煤化度增加，则膨胀压力增大；第二是对同一种煤料，增加堆密度，其膨胀压力相应增加。实际生产中，应根据这两条规律，掌握膨胀压力变化的趋势。二、备煤炼焦工艺条件 备煤炼焦工艺条件是指煤料粉碎的细度、装炉煤的水分和堆密度、炼焦速度、炼焦温度和焖炉时
27、间等，这些炼焦条件对焦炭的质量有较大的影响。1、煤料细度 炼焦配煤的细度是指煤料粉碎后小于3mm的煤料重量占总重量的百分比。常规炼焦条件下要求细度在80左右。捣固炼焦细度要求更高，一般大于85。细度不够，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，导致强度降低。细度过高，不仅粉碎设备动力消耗增大，设备的处理能力降低，更重要是细度过高时，装炉煤的堆密度下降，使焦炭质量受影响。因此炼焦生产中对煤料细度必须加以控制。研究表明，细度不但影响焦炭质量，既便是在同样的细度条件下，调节煤料中不同组分的粒级组成，对焦炭质量的改善同样具有意义。一般要求煤中活性组分粗粉碎，非活性成分宜细粉碎。但是含活性组分多，粘结性好
28、的煤容易粉碎，粘结性差的煤却难粉碎，若煤料混合后集中粉碎则加剧了这一矛盾，为此在备煤生产工艺中提出了选择性粉碎的工艺以解决这一矛盾。2、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，同时还可以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，都在不同程度上实现了提高堆密度，增加焦炭强度的目的。在常规炼焦条件下，装炉煤的堆密度主要受煤料水分、细度以及加煤方法的影响，从图2-6中可以看出，增加堆密度的有效途径是减少煤料的水分，但是若采用一般的装炉方法，在加煤时冒烟冒火严重，必须采用专门的装炉工艺。4、炼焦温度与焖炉时间 焦炉生产中焖炉是指煤料到达炼焦温度后，延长焦炭在炭
29、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、石墨化程度增加、各向异性程度加大，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。第三节 配煤原理与焦炭质量的预测 配煤原理是对焦炭质量与煤的性质相关联并加以解释的理论。成功的配煤理论可以正确指导配煤工作，并且还可以建立预测焦炭质量的方法。一、煤岩配煤的基本原理 二、焦炭质量的预测方法1、煤岩实体的分类 按煤岩学观点，煤是非均一的物质，可划分为工艺性质、光学性质和物理性质不同的各种实体。按各种实体的热解性质的不同，可划分成活性物和惰性物两大类。在
30、结焦过程中，活性物形成焦炭内部的粘结物，如同混凝土中的水泥；惰性物形成焦炭内部的骨架材料，犹如混凝土中的沙石。煤岩实体的分类方法见表2-3。表2-3 煤岩实体的分类 表2-3中煤型代号由类别英文名的字首与表示反射率大小的 数字组合而成，例如V3表示油浸反射率为0.30O.39的镜煤组。2、煤岩配煤的基本原理 煤岩配煤的基本原理是建立在以下对煤及其成焦过程的认识之上的。煤是不均一的物质，每种煤都是天然的煤岩配煤，但绝大多数煤都不合乎单独炼焦的要求，为便于应用，将煤的有机物质按其在加热过程中能熔融并产生活性键的成分视作有粘结性的活性成分；加热不能熔融的，不产生活性键的视为没有粘结性的惰性成分。这种
31、划分完全是根据实验得出的结果进行划分的。主要产煤国家的煤岩工作者，都对本国的煤进行了这种试验，而且主要结论几乎一致，即在炼焦煤阶段里，镜质组和壳质组是活性成分，丝质组是惰性成分，半镜质组介于二者之间。各种煤的活性成分的性质是不均一的，可用反射率的分布图解来表示。活性成分的质量差异很大，不但不同变质程度煤差别大，即使是同种煤，所含活性成分的质量随反射率不同也有差别。惰性成分也是配煤中不可缺少的成分，缺少或过剩均对配煤炼焦不利，导致焦炭质量下降。要得到所要求焦炭质量的配煤方案，实际上是不同活性成分与适量惰性成分的组合。决定煤性质的重要指标是反射率和惰性成分含量这两个指标。2、煤岩配煤的基本原理 成
32、焦过程中，煤粒间并不是互熔而成均一的焦炭，而是通过煤粒间的界面反应，键合而连结起来，也有物理结合的过程。炼焦煤隔绝空气炭化所得的焦炭，制成光片后在显微镜下观察，无论其表面是否经过处理，都可以观察到颗粒的界线。这说明炭化过程中的塑性区间，煤粒间并没有互相熔融成均匀物质，而是煤的颗粒内外同时平行地发生裂解和缩聚反应，煤颗粒产生的分解产物沿着煤粒的接触表面相互扩散，进一步缩聚而成焦块。因此，散装煤的粘结，只是颗粒间接触表面的结合。2、煤岩配煤的基本原理第四节 炼焦配煤工艺 炼焦厂配煤过程又称之为备煤，备煤工序主要包括来煤接受、贮存、倒运、配合混匀、粉碎等生产环节，在炼焦厂属于煤的准备部分。由于炼焦厂
33、的昼夜用煤量很大，涉及的煤种多，设施占地面积大，要求的机械化和自动化作业程度高，而且备煤对焦炭的质量影响大。一、煤的接受和贮存 二、煤的配合、粉碎和输送1、来煤接受 焦化厂在接受来煤时，应注意如下几条原则。来煤按使用煤种分别接受，并卸往指定的堆放位置。防止不同煤种在接受和卸煤过程中互混。每批来煤必须按规程取样分析，对质量不合要求的来煤应作待殊处理。生产上，为改善和稳定原料煤的质量，来煤尽可能送往贮煤场，也可以直接进配煤槽。贮煤场设计容量通常按来煤的70计算，直接进槽量为30。各种煤的卸煤场地必须清洁，更换场地时应彻底清扫 焦化厂常用的卸煤设备有两大类，一类是适合于铁路运输的卸车机，另一类是适合
34、于水运的卸船机。卸车机常用的有翻车机、螺旋卸车机、链斗卸车机和抓斗类起重机。卸船机一般采用带大抓斗的起重机，卸煤能力一般比较大。翻车机具有效率高、生产能力大、运行可靠、操作人员少和劳动强度低等特点，适用于大型焦化厂采用，但对车帮撞击力较大，容易损坏车皮。螺旋卸车机构造简单，重量轻，检修容易，对车皮的适应性强，基本无损坏，是中小型焦化厂的主要卸煤设备。但是地下工程量较大，劳动条件较差，配备人员也较多。链斗卸车机的结构简单，制造检修容易，土建工程量小，广泛用于中、小型焦化厂。2、倒运 卸至煤场的煤料为了堆放、混匀和取用作业，煤场对煤料进行倒运操作。倒运机械分抓斗类和堆取类二种。现代大型焦化厂主要采
35、用堆取类机械，采用各种类型的大型堆料机、斗轮取料机和联合堆取料机。3、贮煤 为了管理好贮煤厂，确保配煤的准确性和焦炭的质量。贮煤厂和贮煤应遵循以下要求：煤场的容量足够大，一般大中焦化厂应提供1015天的贮煤量，小型焦化厂则天数更多些。贮煤场的长度应能提供各种煤分别堆、取、贮的必要条件。煤场地坪应适当处理，防止煤、土混杂。煤场应有良好的排水条件 要确保不同煤种单独存放。而对于同一种煤料，为了消除和减少不同矿井或矿层来煤所造成的煤质差别，在贮煤场存放过程中应尽量混匀，常采用“平铺直取”的作业方法。贮煤场的煤堆应保持一定的高度，煤堆过低，占地面积大，增加倒运距离，下雨时煤的水分增大。煤堆高度与使用的
36、煤场机械有关，一般为915m。煤的存放时间不宜过长。为了防止煤的氧化变质，对各种煤应规定允许的堆放时间，并按计划取用。煤质恶化对炼焦不利，变质煤不能炼焦。根据鞍钢和武钢的生产实践，各种煤允许的贮存时间见表2-4。二、煤的配合、粉碎和输送 炼焦厂备煤的粉碎加工环节分为先配合后粉碎和先粉碎后配合两种方式，配合和粉碎工艺有多种流程和设备，两者组合形成各种具体流程。配煤槽下部的定量给料装置有二种，一种配煤盘，另一种是电磁振动给料机。采用配煤盘配煤，调节简单，设备运行也较为可靠。其缺点是耗电量大，传动部件多，设备笨重，另外，刮煤板要经常清理，不然挂上杂物后，影响配煤的准确性。电磁振动给料机具有结构简单、
37、维修方便、布置紧凑、投资少、耗电量小及产量容易调节等优点。但是安装、调整要求较严格。生产中配煤比例的检测一般规定配煤比误差，挥发分相差不超过0.7，灰分不超过0.3。3、选择粉碎流程第三章第三章 炼焦炉及生产过程炼焦炉及生产过程第一节 焦炉炉体结构与设备一、焦炉的主要结构二、焦炉炉型划分三、焦炉筑炉材料四、焦炉设备一、焦炉的主要结构 炼焦炉的结构可划分为炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区和炉顶区等几部分，蓄热室以下的部位为焦炉的基础 1、炭化室和燃绕室 焦炉的炭化室是一个带锥度的长方形空间。炭化室的顶部有加煤孔和荒煤气出口，炭化室的两端装有可打开的炉门。为了减少推焦的阻力，防止损坏炉墙，炭化室的焦
38、侧比机侧略宽，此宽度差称为炭化室的锥度。为了使荒煤气顺利导出，炭化室内的装煤高度(由平煤杆拉平的煤线至炭化室底面距离)低于炭化室的总高，装煤高度称为炭化室的有效高度。焦炉的炭化室与燃烧室相间排列，燃烧室长度与炭化室相同，在宽度上具有与炭化室锥度大小相同方向相反的锥度，即燃烧室的机侧宽度比焦侧宽度大，这样炭化室机焦两侧的中心距是相同的。现代焦炉的燃烧室由若干垂直的立火道组成，立火道底部有供煤气或空气的入口(或废气出口)。为了便于观察、测温和调火，每个立火道都有一个看火孔引向炉顶。立火道之间的相互连接方式有多种类型，立火道始终是分成两大组，当一组立火道供煤气和空气燃烧时，另一组立火道则排燃烧产生的
39、废气，每隔一定的时间，两组立火道的气流进行交换以维持加热的均匀,同时也满足焦炉设置蓄热室的要求。燃烧室与炭化室之间的隔墙称炉墙，焦炉在生产时，炉墙燃烧室侧的平均温度约1300，炭化室侧的墙面可达1100以上。在此高温下，墙体还要承受一定的侧向推力和上部的重力，要求墙体结构上要防止干馏煤气泄漏、导热性能要好，整体结构强度要高，为此现代焦炉的炉墙普遍采用带舌槽的异型硅砖砌筑。1、炭化室和燃绕室 2、蓄热室 蓄热室的作用是回收高温废气的废热，预热燃烧所用空气或煤气。蓄热室位于焦炉炉体的下部，现代焦炉几乎都采用横蓄热室，横蓄热室与炭化室和燃烧室平行，内部一般都设置中心隔墙，将每个蓄热室分成机侧和焦侧两
40、部分。蓄热室由顶部空间、格子砖、蓖子砖、小烟道以及主墙、单墙和封墙构成(图3-3)，对于下喷式焦炉，主墙内设有垂直砖煤气道。3、斜道区 斜道区位于蓄热室和燃烧室之间，斜道是连接燃烧室立火道与蓄热室的通道，不同结构类型的焦炉斜道区结构差异很大。燃烧室的每个立火道都与两个斜道和一个砖煤气道相连。下喷式砖煤气道从蓄热室主墙经斜道区进入火道，侧入式焦炉是在斜道区设有水平煤气道，煤气分别由机焦两侧引入分配到各个火道。对于双联火道结构的焦炉，每个燃烧室需要与下方的4个蓄热室相连接，故斜道区复杂，是焦炉使用砖型最多的区域。4、炉顶区 炭化室盖顶砖以上部位为炉顶区(图3-5)，该区砌有装煤孔、上升管孔、看火孔
41、、烘炉孔以及拉条沟等。为减少炉项散热，炉顶不受压部位砌有隔热砖。炉顶区的实体部位设置平行于抵抗墙的膨胀缝，烘炉孔在焦炉转为正常加热投产时用塞子砖堵死。为防止雨水对焦炉表面的侵蚀，炉顶表面用耐磨性好的缸砖砌筑。5、焦炉基础和烟道 焦炉的基础位于炉体的底部，支承整个炉体、炉体设备和焦炉机械的重量，并把重量传到地基上。焦炉基础的结构形式随炉型和加热煤气供入方式而不同，下喷式焦炉的基础有地下室（参见图3-1），它是由底板、顶板和支柱组成，整个焦炉砌在焦炉顶板平台上。浇顶板时，按焦炉膨胀后的尺寸埋设好下喷煤气管接口。烟道位于地下室的机焦两侧，在炉端与总烟道相通，再汇人烟囱根部。在分烟道和总烟道汇合处，设
42、有吸力调节翻板。第四节 炼焦炉生产操作 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，前者是由焦炉移动机械所进行的操作，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 二、焦炉的加热管理1、装煤操作 装煤操作是由加煤车进行的，加煤车从焦炉的煤塔受煤，然后将煤加入炭化室。焦炉煤塔的设计容量一般能保证焦炉16h的用量，焦炉对装煤操作的要求是：装满、装平、定量、均衡、减少烟尘排放。每孔炭化室的装煤量应均衡，与规定值偏差不超过150kg，以保证焦炭的产量和炉温的稳定。往炭化室放煤时要迅速，有利于提高煤料在炉内的堆密度。放煤后需平好煤，使荒煤气导出畅通，同时做到不堵孔、不缺角，
43、带出余煤少。加煤车 加煤过程中的烟尘控制方法有如下几种。加煤时上升管用水蒸气或高压氨水喷射，将加煤过程中产生的荒煤气和烟尘由炉内抽走，减少烟尘从加煤口的喷出。该方法简单、不增加投资、操作方便，被国内大多焦化厂采用。但加煤过程中产生的煤粉被吸入集气管系统，给焦油氨水的分离操作带来困难。另外，高压氨水喷射对集气管压力稳定不利。对于单集气管的焦炉，加煤时用连通管将位于集气管另一端的装炉烟气通入相邻的处于结焦后期的炭化室。由于烟气从炉项空间通过，使带入集气管的尘粒减少。采用带强制抽烟和净化设备的装煤车进行加煤，装煤车上有强制抽吸、燃烧和初步净化系统，这种方法为宝钢焦化厂所采用。地上烟气净化系统，该方法
44、是在地面设置抽烟和洗尘设备，装煤车上的吸尘管道与炉前的固定管道对接，抽吸加煤过程中的烟尘。该方法已在国内多个大型焦炉上采用。1、装煤操作2、推焦 推焦是把成熟焦炭推出炭化室的操推焦是把成熟焦炭推出炭化室的操作。焦炉的出炉应严格按推焦计划进行，作。焦炉的出炉应严格按推焦计划进行，实现均衡生产。各炭化室按规定的结焦实现均衡生产。各炭化室按规定的结焦时间达到均匀成熟，整个炉组各炭化室时间达到均匀成熟，整个炉组各炭化室实现定时、准点出焦。实现定时、准点出焦。（1）推焦计划 推焦计划即焦炉出炉操作遵循的时间表。制定推焦计划时应考虑周转时间和推焦串序。周转时间是指某一孔炭化室相邻两次推焦或装煤的时间间隔。
45、在一个周转时间内，除完成一组焦炉所有炭化室的推焦和加煤操作，必须留有一定的时间进行设备检修，因此对于整个炉组有：周转时间=全炉操作时间+检修时间 对于一孔炭化室：周转时间=结焦时间+炭化室的操作时间 一般情况下，检修时间不应少于2h。2、推焦（2）推焦串序 推焦串序是焦炉炭化室出炉操作的次序安排，由于焦炉加热和煤热解干馏的规律以及焦炉生产操作的要求等原因，焦炉炭化室的出炉操作是按照特定的顺序进行的。广泛采用的推焦串序有两种：5-2串序和9-2串序。2、推焦 根据确定周转时间和推焦串序，可以对焦炉的推焦计划作出具体的安排，即排出每孔炭化室具体的时间表。控制出焦过程中烟尘的排放，是今后新建焦炉时应
46、该考虑的重要内容，在这方面，国外设计了许多种方法，其原理基本相同，即将推焦过程中焦侧的烟尘加以收集，经除尘净化后再排放，如宝钢采用的集尘系统。2、推焦 3、熄焦 （1）湿法熄焦 焦炉熄焦分为干法和湿法两种。传统湿法熄焦的方法简单，操作方便，建设投资少，国内绝大多数焦化厂采用该方法。湿法熄焦装置包括熄焦塔、喷洒装置、水泵、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等。熄焦操作的要点主要是控制水分稳定，一般全焦水分不大于6，熄焦车接焦时应使车内焦炭均匀分布，熄焦时控制好喷洒和沥水时间。卸焦和放焦应按顺序进行，保证凉焦时间大致相同。（2）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
47、损失，而且消耗大量的熄焦水，熄焦过程对大气造成污染。干法熄焦不仅可以解决上述问题，还有利于改善焦炭质量。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气回收热量，惰性气体降温后再循环使用。如今广泛使用的集中槽式熄焦方式最早是由瑞士苏尔泽(Sulzer)公司在20年代末开发。前苏联在60年代开始推广干法熄焦，目的是为了解决气候寒冷地区湿法熄焦困难、焦化厂的用汽量大的问题。故致力于干法熄焦的研究，使该项技术得到进一步完善，并逐步向大型化发展。3、熄焦 干法熄焦除具有回收热量、改善熄焦的操作环境外，对焦炭质量也产生影响，干法熄焦有利于提高焦炭强度、降低反
48、应性以及提高块度的均匀化。尽管干法熄焦有显著的优点，受到广泛的重视，但是干熄焦的设备及基建投资大，故影响了其发展。我国目前已有多家焦化厂建设了干熄焦装置，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。由于国家对大气环境质量要求的提高，大型焦化企业的经济实力得到增强，近年来，国内多家大型焦化企业相继建设了多套干熄焦装置。3、熄焦二、焦炉的加热管理 焦炉加热的热工管理是一项比较复杂的工程，其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焦
49、时间内均匀成焦，焦炉均衡生产并达到稳产、优质、低耗、长寿的目的。焦炉加热管理制定的温度、压力和流量等指标组成了焦炉的加热制度，具体包括标准温度、全炉和机焦侧煤气流量、煤气支管压力、烟道吸力、标准蓄热室顶部吸力、风门开度等。加热制度随焦炉的装煤量、装煤水分、结焦时间以及炼焦温度等因数的变化作相应调整。表3-3给出了加热制度的实例。第四章 非常规炼焦技术与工艺 第一节 配型煤炼焦 第二节 捣固炼焦 第三节 煤干燥炼焦和预热炼焦 第四节 其它炼焦方法第一节 配型煤炼焦 配型煤炼焦是在炼焦装炉煤料中按一定比例配配型煤炼焦是在炼焦装炉煤料中按一定比例配入成型煤料进行炼焦的技术。入成型煤料进行炼焦的技术。
50、该工艺的研究始于上该工艺的研究始于上世纪世纪5050年代末年代末6060年代初，在前西德和前苏联都曾进年代初，在前西德和前苏联都曾进行过试验研究。前西德于上世纪行过试验研究。前西德于上世纪5050年代在年代在4040孔炭化孔炭化室高室高6m6m的焦炉上，采用了部分煤料压块，在混配到的焦炉上，采用了部分煤料压块，在混配到炼焦煤料中入炉的炼焦技术。炼焦煤料中入炉的炼焦技术。上世纪上世纪7070年代，日本采用配粘结剂成型，并年代，日本采用配粘结剂成型，并改善了成型煤的加工工艺和设备，从而使成型煤炼改善了成型煤的加工工艺和设备，从而使成型煤炼焦得到了很快的发展。我国宝钢从日本新日铁公司焦得到了很快的发