炼焦课件第01章

1、第一章第一章焦炭及其性质焦炭及其性质第一节第一节 焦炭的通性焦炭的通性第二节第二节 高炉炼铁高炉炼铁第三节第三节 非高炉用焦的特性非高炉用焦的特性 概述概述 焦炭焦炭 焦炭焦炭是在高温下（隔氧）由煤经过干馏后高温下（隔氧）由煤经过干馏后所得到的固体产品。 焦炭特点：焦炭特点：呈黑灰色块状，有光泽、燃烧时烟气少，具有不粘结、不结块、低硫、低灰、坚硬、耐磨、耐压、富于气孔性等。 主要用途：主要用途：用于冶金、化工、铸造等工艺的燃料，也可作制气和化工原料。 焦炭种类范围焦炭种类范围：包括各种生产方式生产的全部焦炭，即机械化焦炉机械化焦炉、简易焦炉简易焦炉、土焦炉土焦炉、煤气发煤气发生炉生产生炉生产的

2、焦炭和半焦炭、兰炭的焦炭和半焦炭、兰炭。 焦炭产量按干焦计算，不包括水分。 焦炭的分类有四种：焦炭的分类有四种： （1）按炼焦的原料按炼焦的原料划分，分为煤焦、石油划分，分为煤焦、石油焦和沥青焦，通常所说的焦炭是指煤焦炭；焦和沥青焦，通常所说的焦炭是指煤焦炭； （2）按用途划分按用途划分为冶金焦、铸造焦和化工为冶金焦、铸造焦和化工焦；焦； （3）按生产技术条件划分按生产技术条件划分为机制焦与土焦；为机制焦与土焦； （4）按炼制过程温度按炼制过程温度划分为低温焦炭与高划分为低温焦炭与高温焦炭。温焦炭。 冶金焦：冶金焦：高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。 由于90%以上 的冶金焦均

3、用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。 我国制定的冶金焦质量 标准（GB/T1996-94）就是高炉质量标准。 气化焦（化工焦）：气化焦（化工焦）：是专用于生产煤气的焦炭。主要用于固态排渣的固定床煤气发生炉内，作 为气化原料 气化焦气化焦：要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。 一般要求：固定炭80%；灰分1250摄氏度；挥发分84%，灰分14%， 挥发分2.0%，硫分1.5%，磷分0.4%，水分80mm各粒级的百分含量。K值愈大，粒度愈均匀。也可按 计算。 4080802540100%akaa4025a8040a80a2540401025100%akaa焦炭及其性质焦炭及其性质 2 2耐

4、磨强度和抗碎强度耐磨强度和抗碎强度 焦炭强度焦炭强度通常用抗碎强度抗碎强度和耐磨强度耐磨强度两个指标来表示。 焦炭在常温下进行转鼓试验可用来鉴别焦炭强度。 耐磨性（耐磨强度）：耐磨性（耐磨强度）： 当焦炭表面承受的切向摩擦力超过气孔壁的强度时，会产生表面薄层分离现象形成碎屑或粉末，焦炭抵抗此种破坏的能力称耐磨性或耐磨强度耐磨性或耐磨强度，用M M1010值表示。 （1-8）1010mm100%M出鼓焦炭中小于的质量入鼓焦炭质量焦炭及其性质焦炭及其性质抗碎性（抗碎强度）抗碎性（抗碎强度） 当焦炭承受冲击力时，焦炭沿结构的裂纹或缺陷处碎成小块，焦炭抵抗此种破坏的能力称焦炭的抗碎性或抗碎抗碎性或抗碎

5、强度强度。用M25（M40）表示。 （1-9） 焦炭的孔孢结构影响耐磨强度耐磨强度M M1010值，焦炭的裂纹度影响其抗碎强度抗碎强度M M2525值。2525mm100%M出鼓焦炭中大于的质量入鼓焦炭质量焦炭及其性质焦炭及其性质 三、焦炭的化学组成三、焦炭的化学组成 焦炭的化学组成主要用焦炭工业分析工业分析和元素分析元素分析数据来加以体现。 1 1工业分析工业分析 焦炭的工业分析包括焦炭水分水分、灰分灰分和挥发分挥发分的测定以及焦炭中固定碳固定碳的计算。 （1）水分水分（） 焦炭的水分是焦炭试样在一定温度下干燥后的失重占干燥前焦样的百分率。有全水分Mt 、分析水M阿等 冶金生产冶金生产上要求

6、稳定控制焦炭的水分，水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况炉况波动。 焦炭及其性质焦炭及其性质 焦炭水分含量影响因素：焦炭水分含量影响因素：熄焦方式、焦炭粒度、焦粉含量、采样地点、取样方法等因素影响焦炭水分。 湿熄焦：湿熄焦： 焦炭水分约4%6%，因喷水、沥水条件和焦炭粒度不同而波动； 干熄焦：干熄焦：焦炭在贮运过程中也会吸附空气中水汽，使焦炭水分达0.5%1%。 我国规定冶金焦水分为：40mm粒级为35%；25mm粒级为37%，含有适量水分，有利于降低高炉炉顶温度。 水分的测定方法见国标GB200280。焦炭及其性质焦炭及其性质 （2 2）灰分（）灰分（A Ad d） 灰分是焦炭中的有害杂质

7、灰分是焦炭中的有害杂质，主要成份是高熔点的主要成份是高熔点的SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3等酸性氧化物等酸性氧化物. . 焦炭在高炉内被加热到高于炼焦温度时，由于焦质和灰分热膨胀性不同，会沿灰分颗粒周围沿灰分颗粒周围产生并扩大裂纹，加速焦炭破碎或粉化。 灰分中的碱金属还会加速焦炭中的灰分中的碱金属还会加速焦炭中的碳碳同同COCO2 2的反应，的反应，也使焦炭的破坏加剧。也使焦炭的破坏加剧。焦炭及其性质焦炭及其性质 焦炭灰分每增加1%，高炉焦比（每吨生铁消耗焦炭量）约提高2%，炉渣量约增加3%,高炉熔剂用量约增加4%,高炉生铁产量约下降2.23.0%。 几个国家冶金用焦炭与精煤

8、灰分国标（几个国家冶金用焦炭与精煤灰分国标（A Ad d）。 国别中国美国原苏联德国法国日本I级II级I I I级焦炭灰分/% 12.0 13.5 15.07.010.08.09.010.0精煤灰分/%12.55.56.58.08.56.07.07.06.68.0 高炉焦的灰分指标偏高是焦炭质量差的主要高炉焦的灰分指标偏高是焦炭质量差的主要原因原因 焦炭灰分高的原因是炼焦精煤的灰分高所致焦炭灰分高的原因是炼焦精煤的灰分高所致 若能将焦炭灰分由14.5%降至10.5%，以年产7000万吨生铁的高炉计算，可以节约焦炭节约焦炭385万吨万吨，同时可以增加生铁1015万吨，还可大大降低铁路运输量。焦炭

9、及其性质焦炭及其性质 （3 3）挥发分（）挥发分（V Vdafdaf）和固定碳（和固定碳（FCFC） 挥发分挥发分：是衡量焦炭成熟程度的标志. 通常规定高炉焦的挥发分应为1.2%1.2%左右，若挥发分大于1.9% 1.9% 则表示则表示生生焦焦，其不耐磨，强度差；若挥发分小于0.70.7%， 则表示过火，过火焦裂纹多且易碎。 焦炭的挥发分同 原料煤的煤化度原料煤的煤化度 炼焦最终温度炼焦最终温度图1-2 焦炭挥发分与原料煤挥发分的关系 图1-3 焦炭挥发分与炼焦温度的关系焦炭及其性质焦炭及其性质 焦炭挥发分也是焦化厂污染控制的指标之一，挥发分升高，推焦时粉尘放散量显著增加，烟气量及烟气中的多环

10、芳烃含量也增加。 固定碳：固定碳：是煤干馏后残留的固态可燃性物质，由计算得：固定碳含量固定碳含量 = 100100水分灰分挥发分水分灰分挥发分，% 焦炭挥发分的测定方法见国标200280。 2 2元素分析元素分析 焦炭元素分析是指焦炭按碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成确定其化学成分时，称为元素分析。 焦炭及其性质焦炭及其性质 （1）碳和氢碳和氢 碳碳是构成焦炭气孔壁的主要成分，氢则包含在焦炭的挥发分中. 测定：测定：将焦炭试样在氧气中燃烧，生成的H2O和CO2分别用吸收剂吸收,由吸收剂的用量确定焦样中的碳和氢。其成分为碳：碳：92%92%96%96%，氢：，氢：1%1%1.5%1.5%。 结焦

11、过程中，不同煤化度的煤中C、H、N元素含量随干馏温度升高而变化的规律如图1-4。 从图可以看出，由不同煤化度的煤制取的焦炭其含碳量基本相同不同煤化度的煤制取的焦炭其含碳量基本相同。氢量随炼焦温度的变化比挥发分随炼焦温度的变化明显，且测量误差也小，因此以焦炭的氢含量可以更可靠地判以焦炭的氢含量可以更可靠地判断焦炭的成熟程度。断焦炭的成熟程度。焦炭及其性质焦炭及其性质 （2）氮氮 焦炭中的氮是焦炭燃烧时生成NOx的来源，结焦过程中氮含量变化不大，仅在干馏温度达800oC以上时才稍有降低。 测定：测定：焦样在催化剂（K2SO4+CuSO4）存在的条件下，能和沸腾浓硫酸反应使其中的氮转化为NH4HSO

12、4，再用过量NaOH反应使NH3分出。经硼酸溶液吸收，最后用硫酸标准溶液滴定，以确定焦样中的含氮量。其成分为0.5%0.7%。焦炭及其性质焦炭及其性质 （3）氧氧 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%。 （4）硫硫 焦炭中的硫包括： 煤和矿物质转变而来的无机硫化物（无机硫化物（FeS FeS 、CaSCaS等），等）， 熄焦过程中部分硫化物被氧化生成的硫酸盐（硫酸盐（FeSOFeSO4 4 CaSOCaSO4 4），）， 炼焦过程中生成的气态硫化物在析出途中与高温焦炭作用而进入焦炭的有机硫，有机硫，这些硫的总和称全硫。 一般焦炭含硫每增加0.1%，高炉焦比约增加焦比约

13、增加1.2%2.0%，高炉熔剂用量约增加2%，生铁产量约减少2.0%2.5%。一些国家对高炉焦含硫指标规定如表1-3所示。焦炭及其性质焦炭及其性质表1-3 几个国家的高炉焦硫分指标国 别中 国美 国德 国法 国英 国日 本I级II级I I I级指标值/%0.60.81.00.60.90.80.60.6 （5）磷磷 焦炭中的磷主要以无机盐类形式存在。 煤中含磷几乎全部残留在焦炭中，高炉焦一般对含磷不作特定要求。 焦炭及其性质焦炭及其性质 四、焦炭的高温反应性四、焦炭的高温反应性 1 1反应机理反应机理 焦炭的高温反应性是焦炭与二氧化碳、氧和水蒸气等进行焦炭与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的性

14、质，化学反应的性质，简称焦炭反应性，反应如下：C+O O2 2 CO2+ 394 kJ/mol （1） C+H H2 2O OH2 +CO2-131110 kJ/mol （2） C+COC+CO2 22CO -1732CO -173 kJ/mol （3） 反应（1）也称焦炭的燃烧性燃烧性，高炉内主要发生在风口区1600以上的部位。 反应（2）也称水煤气水煤气反应。 反应（3）也称碳素溶解碳素溶解反应（高炉内主要发生在9001300的软融带和滴落带）。焦炭及其性质焦炭及其性质 C+O2 CO2+ 394 kJ/mol （1） C+H2OH2 +CO2 -131110kJ/mol （2） C+CO

15、22CO-173 kJ/mol （3） 反应(1)(2)有与反应(3)类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。 焦炭是一种碳质多孔体，焦炭是一种碳质多孔体，它与CO2间的反应属气固相反应，其反应是通过到达气孔表面上的CO2和C反应来实现. (3)(3)反应速度的影响因素反应速度的影响因素: : 化学反应速度化学反应速度 CO CO2 2扩散速度扩散速度焦炭及其性质焦炭及其性质温度低于温度低于1100时时:化学反应速度较慢，焦炭气孔内化学反应速度较慢，焦炭气孔内表面产生的表面产生的CO分子不多，分子不多，CO2分子比较容易扩散到内分子比较容易扩散到

16、内表面上与表面上与C 发生反应，因此整个反应速度由化学反应速发生反应，因此整个反应速度由化学反应速度控制。度控制。 温度为温度为1100110013001300时时: :化学反应速度加快，生成化学反应速度加快，生成的的COCO使气孔受堵，阻碍使气孔受堵，阻碍COCO2 2的扩散，因此，整个反应速的扩散，因此，整个反应速度由气孔扩散速度控制。度由气孔扩散速度控制。温度大于温度大于13001300时时: :化学反应速度急剧增加，化学反应速度急剧增加，COCO2 2分分子与焦炭一接触，来不及向内扩散就在表面迅速反应子与焦炭一接触，来不及向内扩散就在表面迅速反应形成形成COCO气膜，反应速度受气膜扩散

17、速度控制。气膜，反应速度受气膜扩散速度控制。 焦炭及其性质焦炭及其性质反应速度反应速度与与焦炭的化学性质焦炭的化学性质及及气孔比表面气孔比表面有关。有关。 理论理论: :只有采用粒径为几十到几百微米的细粒焦进行只有采用粒径为几十到几百微米的细粒焦进行反应性实验时，才能排除气体扩散的影响，获得焦炭和反应性实验时，才能排除气体扩散的影响，获得焦炭和COCO2 2的化学动力学性质。的化学动力学性质。 实际实际: :通常从工艺角度评价焦炭的反应性，均采用块通常从工艺角度评价焦炭的反应性，均采用块状焦炭，要使所得结果有可比性，焦炭反应性的测定应规定状焦炭，要使所得结果有可比性，焦炭反应性的测定应规定焦样

18、粒度、反应温度、焦样粒度、反应温度、COCO2 2浓度、反应气流量、压力等。浓度、反应气流量、压力等。焦炭及其性质焦炭及其性质 2 2影响焦碳反应性因素影响焦碳反应性因素 （1）原料煤性质原料煤性质 焦炭反应性随原料煤煤化度变化而变化焦炭反应性随原料煤煤化度变化而变化. . 图1-5 原料煤的煤化度与所得焦炭反应性的关系 低煤化度的煤炼制的焦炭反应性较高；低煤化度的煤炼制的焦炭反应性较高； 相同煤化度的煤，当流动度和膨胀度高时制得的焦炭，一般反应性较低反应性较低； 不同煤化度的煤所制得的焦炭，其光学显微组织不同煤化度的煤所制得的焦炭，其光学显微组织不同，反应性不同。不同，反应性不同。 金属氧化

19、物对焦炭反应性有催化作用金属氧化物对焦炭反应性有催化作用，原料煤灰分中的金属氧化物（K2O，Na2O，Fe2O3，CaO，MgO等）含量增加时，焦炭反应性增高，其中钾、钠的作用更大。 一般情况下，钾、钠在焦炭中每增加0.3%0.5%，焦炭与CO2的反应速度约提高10%15%。焦炭及其性质焦炭及其性质 （2）炼焦工艺炼焦工艺 提高炼焦最终温度，结焦终提高炼焦最终温度，结焦终了时采取焖炉等措施，可以使焦炭结构致密，减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。少气孔表面，从而降低焦炭反应性。采用干熄焦可以避免水汽对焦炭气孔表面的活化反应，也有助于降低焦炭反应性降低焦炭

20、反应性。 （3）反应速率参数反应速率参数 焦炭与焦炭与COCO2 2的反应是气的反应是气固相反应，其反应速率决定于固相反应，其反应速率决定于化学反应速度和气化学反应速度和气体的扩散速度。体的扩散速度。 焦炭及其性质焦炭及其性质第二节第二节 高炉炼铁高炉炼铁 焦炭主要用于高炉冶炼，其次还用于铸造、气化、和生产电石等，它们对焦炭有不同的要求。高炉炼铁用焦炭（冶金焦）的质量要求为最高，用量也最大。 一、一、高炉炼铁的化学反应高炉炼铁的化学反应 FeO+CO=Fe+COFeO+CO=Fe+CO2 2+13.59MJ +13.59MJ + CO + CO2 2+C=2CO165.6MJ +C=2CO16

21、5.6MJ FeO+C=Fe+CO-152.01MJFeO+C=Fe+CO-152.01MJ C+O2=CO2+399.440MJ CO2+C=2CO-165.6MJ 焦炭及其性质焦炭及其性质 第三节第三节 非高炉用焦的特性非高炉用焦的特性 一、铸造焦一、铸造焦 1 1冲天炉熔炼过程冲天炉熔炼过程 铸造焦是冲天炉熔铁的主要燃料，用于熔化炉料，并使铁水过热，还起支撑料柱保证良好透气性和供碳等作用。焦炭及其性质焦炭及其性质 二、气化焦二、气化焦 气化焦是用于生产发生炉煤气或水煤气的焦炭，以作为合成氨的原料或民用煤气。 气化的基本反应是：气化的基本反应是：2 2C + OC + O2 2 2CO 2CO C + H C + H2 2O CO + HO CO + H2 2 为提高气化效率，气化焦应尽量减少杂质以提高有效成分含量，力求粒度均匀，改善料层的透气性。 气化用焦的炼焦煤可以多配气煤，甚至可以以单独气煤气化用焦的炼焦煤可以多配气煤，甚至可以以单独气煤炼焦，气化用焦的挥发分也可以高些，甚至半焦也可选用。炼焦，气化用焦的挥发分也可以高些，甚至半焦也可选用。焦炭及其性质焦炭及其性质 三、电石焦三、电石焦 电石焦是生产电石(CaC2)的原料。每生产每生产1 1吨电石约需吨电石约需0.50.5吨焦炭。吨焦炭。电石生产过程是