煤炭極其性質(zhì)

1、第一章第一章焦炭定義焦炭定義英文名稱：英文名稱：Coke 煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950-1050，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段最終制成焦炭，這一過程叫化、收縮等階段最終制成焦炭，這一過程叫高溫?zé)捊梗ǜ邷馗绅s）。由高溫?zé)捊沟玫降母邷責(zé)捊梗ǜ邷馗绅s）。由高溫?zé)捊沟玫降慕固坑糜诟郀t冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程焦炭用于高爐冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程中產(chǎn)生的經(jīng)回收、凈化后的焦?fàn)t煤氣既是高中產(chǎn)生的經(jīng)回收、凈化后的焦?fàn)t煤氣既是高熱值的燃料，又是重要的有機(jī)合成工業(yè)原料。熱值的燃料，又是重要的有機(jī)合成工業(yè)原料。焦炭分類、用途焦炭

2、分類、用途冶金焦冶金焦是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有色金屬冶煉用焦的統(tǒng)稱。由于色金屬冶煉用焦的統(tǒng)稱。由于90%以上的冶以上的冶金焦均用于高爐煉鐵，因此往往把高爐焦稱金焦均用于高爐煉鐵，因此往往把高爐焦稱為冶金焦。為冶金焦。 1、高爐焦、高爐焦高爐煉鐵高爐煉鐵-燃料、還原劑。燃料、還原劑。2、鑄造焦、鑄造焦-專用與化鐵爐熔鐵的焦炭。專用與化鐵爐熔鐵的焦炭。-燃料燃料。3、鐵合金焦、鐵合金焦-鐵合金冶煉鐵合金冶煉-燃料、還原劑。燃料、還原劑。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 焦炭的一般性質(zhì)焦炭的一般性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 高爐煉鐵高爐煉鐵第三節(jié)第三節(jié) 非高爐用焦的特性非

3、高爐用焦的特性 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 焦炭的一般性質(zhì)焦炭的一般性質(zhì) 一、焦炭的宏觀構(gòu)造一、焦炭的宏觀構(gòu)造 焦炭是一種質(zhì)地堅(jiān)硬，以碳為主要成分的含有裂紋和缺焦炭是一種質(zhì)地堅(jiān)硬，以碳為主要成分的含有裂紋和缺陷的不規(guī)則多孔體陷的不規(guī)則多孔體, ,呈銀灰色。其呈銀灰色。其真密度真密度為為1.81.81.951.95g/cmg/cm3 3, ,視密度為視密度為0.0.88881.081.08g/cmg/cm3 3, ,氣孔率為氣孔率為35%35%55%,55%,堆密度堆密度為為400400500500kg/mkg/m3 3。用肉眼觀察焦炭都可看到縱橫裂紋。沿粗大用肉眼觀察焦炭都可看到縱

4、橫裂紋。沿粗大的縱橫裂紋掰開，仍含有微裂紋的是的縱橫裂紋掰開，仍含有微裂紋的是焦塊焦塊。將焦塊沿微裂紋。將焦塊沿微裂紋分開，即得到焦炭多孔體，也稱分開，即得到焦炭多孔體，也稱焦體焦體。焦體由氣孔和氣孔壁。焦體由氣孔和氣孔壁構(gòu)成，氣孔壁又稱構(gòu)成，氣孔壁又稱焦質(zhì)焦質(zhì)，其主要成分是碳和礦物質(zhì)。焦炭的，其主要成分是碳和礦物質(zhì)。焦炭的裂紋多少直接影響焦炭的裂紋多少直接影響焦炭的粒度和抗碎強(qiáng)度粒度和抗碎強(qiáng)度。焦塊微裂紋的多。焦塊微裂紋的多少和焦體的少和焦體的孔孢結(jié)構(gòu)孔孢結(jié)構(gòu)則與焦炭的則與焦炭的耐磨強(qiáng)度耐磨強(qiáng)度和和高溫反應(yīng)性高溫反應(yīng)性能有能有密切關(guān)系?？祖呓Y(jié)構(gòu)通常用氣孔密切關(guān)系?？祖呓Y(jié)構(gòu)通常用氣孔平均直徑、

5、孔徑分布、氣孔平均直徑、孔徑分布、氣孔壁厚度和比表面積壁厚度和比表面積等參數(shù)表示。等參數(shù)表示。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)1.1.塊焦和焦塊性質(zhì)參數(shù)塊焦和焦塊性質(zhì)參數(shù) 包括包括粒度及其組成、機(jī)械強(qiáng)度、傳熱性質(zhì)等粒度及其組成、機(jī)械強(qiáng)度、傳熱性質(zhì)等r焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)1.1.塊焦和焦塊塊焦和焦塊機(jī)械性能機(jī)械性能 高爐生產(chǎn)對(duì)焦炭的基本要求是：粒度均勻、耐磨性和高爐生產(chǎn)對(duì)焦炭的基本要求是：粒度均勻、耐磨性和抗碎性強(qiáng)。焦炭的這些物理機(jī)械性能主要由篩分組成和轉(zhuǎn)抗碎性強(qiáng)。焦炭的這些物理機(jī)械性能主要由篩分組成和轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)來評(píng)定。鼓試驗(yàn)來評(píng)定。 1 1篩分組成篩分組成 焦炭是外形和尺寸不規(guī)則的物體，只能用統(tǒng)計(jì)的

6、方法焦炭是外形和尺寸不規(guī)則的物體，只能用統(tǒng)計(jì)的方法來表示其粒度，即用篩分試驗(yàn)獲得的篩分組成計(jì)算其平均來表示其粒度，即用篩分試驗(yàn)獲得的篩分組成計(jì)算其平均粒度。一般用一套具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和規(guī)定孔徑的多級(jí)振動(dòng)篩粒度。一般用一套具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和規(guī)定孔徑的多級(jí)振動(dòng)篩將焦炭篩分，然后分別稱量各級(jí)篩上焦炭和最小篩孔的篩將焦炭篩分，然后分別稱量各級(jí)篩上焦炭和最小篩孔的篩下焦炭質(zhì)量，算出各級(jí)焦炭的質(zhì)量百分率即焦炭的篩分組下焦炭質(zhì)量，算出各級(jí)焦炭的質(zhì)量百分率即焦炭的篩分組成，國際標(biāo)準(zhǔn)允許篩分試驗(yàn)用方孔篩（以邊長成，國際標(biāo)準(zhǔn)允許篩分試驗(yàn)用方孔篩（以邊長L L表示孔的大表示孔的大?。┖蛨A孔篩（以直徑小）和圓孔篩（以直徑D

7、D表示孔徑的大小）。相同尺寸的兩表示孔徑的大?。?。相同尺寸的兩種篩，其實(shí)際大小不同，試驗(yàn)得出兩者關(guān)系為：種篩，其實(shí)際大小不同，試驗(yàn)得出兩者關(guān)系為： D/L=1.135D/L=1.1350.04 0.04 （1-41-4） 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 即圓孔直徑為即圓孔直徑為6060mmmm時(shí)時(shí), ,對(duì)應(yīng)的方孔篩對(duì)應(yīng)的方孔篩L = 60/1.135 = L = 60/1.135 = 52.86mm,52.86mm,通過焦炭的篩分組成計(jì)算焦炭的平均粒度及粒度通過焦炭的篩分組成計(jì)算焦炭的平均粒度及粒度的均勻性，還可估算焦炭的比表面、堆積密度并由此得到的均勻性，還可估算焦炭的比表面、堆積密度并由此得到評(píng)

8、定焦炭透氣性和強(qiáng)度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。評(píng)定焦炭透氣性和強(qiáng)度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 （1 1）平均粒度）平均粒度 根據(jù)篩分組成及篩孔的平均直徑可由根據(jù)篩分組成及篩孔的平均直徑可由下式來計(jì)算焦炭的平均粒度：下式來計(jì)算焦炭的平均粒度： （1-51-5）或或 （1-61-6）1()biida disiadd焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)式中式中 各粒級(jí)的質(zhì)量百分率，各粒級(jí)的質(zhì)量百分率，% %； 各粒級(jí)的平均粒度各粒級(jí)的平均粒度, ,由粒級(jí)上、下限的平均由粒級(jí)上、下限的平均值計(jì)算；值計(jì)算； 算術(shù)平均直徑；算術(shù)平均直徑； 調(diào)和平均直徑（是以實(shí)際焦粒比表面與相當(dāng)調(diào)和平均直徑（是以實(shí)際焦粒比表面與相當(dāng)球體比表面相同的原則確定的平均粒

9、度）。球體比表面相同的原則確定的平均粒度）。iaidsdbd焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)（2 2）粒度均勻性）粒度均勻性 粒度均勻性可由下式計(jì)算：粒度均勻性可由下式計(jì)算： （1-71-7）式中式中 、 、 分別表示焦炭中分別表示焦炭中25254040mmmm、404080mm80mm和和8080mmmm各粒級(jí)的百分含量。各粒級(jí)的百分含量。K K值愈大，粒度愈均勻。也可按值愈大，粒度愈均勻。也可按 計(jì)算。計(jì)算。 4080802540100%akaa4025a8040a80a2540401025100%akaa焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 2 2耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度耐磨強(qiáng)度和抗碎強(qiáng)度 （1 1）轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法

10、）轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法 焦炭強(qiáng)度通常用抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)來表示。焦炭強(qiáng)度通常用抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)來表示。焦炭無論在運(yùn)輸途中還是使用過程中，都會(huì)受摩擦力作用焦炭無論在運(yùn)輸途中還是使用過程中，都會(huì)受摩擦力作用而磨損，受沖擊力作用而碎裂。焦炭在常溫下進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試而磨損，受沖擊力作用而碎裂。焦炭在常溫下進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)可用來鑒別焦炭強(qiáng)度。因焦炭在一定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)運(yùn)行，驗(yàn)可用來鑒別焦炭強(qiáng)度。因焦炭在一定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)運(yùn)行，可以模仿其在運(yùn)輸和使用過程中的受力情況。當(dāng)焦炭表面可以模仿其在運(yùn)輸和使用過程中的受力情況。當(dāng)焦炭表面承受的切向摩擦力超過氣孔壁的強(qiáng)度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表面薄層承受的切向摩擦力超過氣孔壁的強(qiáng)度時(shí)

11、，會(huì)產(chǎn)生表面薄層分離現(xiàn)象形成碎屑或粉末，焦炭抵抗此種破壞的能力稱耐分離現(xiàn)象形成碎屑或粉末，焦炭抵抗此種破壞的能力稱耐磨性或耐磨強(qiáng)度，用磨性或耐磨強(qiáng)度，用M M1010值表示。值表示。 （1-81-8）1010mm100%M出鼓焦炭中小于的質(zhì)量入鼓焦炭質(zhì)量焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 當(dāng)焦炭承受沖擊力時(shí)，焦炭沿結(jié)構(gòu)的裂紋或缺陷處碎當(dāng)焦炭承受沖擊力時(shí)，焦炭沿結(jié)構(gòu)的裂紋或缺陷處碎成小塊，焦炭抵抗此種破壞的能力稱焦炭的抗碎性或抗碎成小塊，焦炭抵抗此種破壞的能力稱焦炭的抗碎性或抗碎強(qiáng)度。用強(qiáng)度。用M M2525（M M4040）表示。表示。 （1-91-9） 焦炭的孔孢結(jié)構(gòu)影響耐磨強(qiáng)度焦炭的孔孢結(jié)構(gòu)影響耐磨

12、強(qiáng)度M M1010值，焦炭的裂紋度影值，焦炭的裂紋度影響其抗碎強(qiáng)度響其抗碎強(qiáng)度M M2525值。值。M M2525和和M M1010值的測定方法很多，我國多值的測定方法很多，我國多采用德國米貢轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法。如表采用德國米貢轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法。如表 1-1 1-1 所示。所示。2525mm100%M出鼓焦炭中大于的質(zhì)量入鼓焦炭質(zhì)量焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)表1-1 焦炭轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)方法轉(zhuǎn)鼓特性焦炭試樣篩分強(qiáng)度指標(biāo)（直徑/長度）/mm轉(zhuǎn)速/（轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)質(zhì)量/Kg粒度/mm孔型篩孔/mm耐磨強(qiáng)度 /%抗 碎 強(qiáng)度/%1000/10002510050 60圓形25，10 10/M10 25/M25焦炭及其性

13、質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （2 2）焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特征）焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特征 焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)要靠提料板才能提升，故轉(zhuǎn)鼓內(nèi)均設(shè)有焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)要靠提料板才能提升，故轉(zhuǎn)鼓內(nèi)均設(shè)有不同規(guī)格的提料板。焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)隨鼓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況不同規(guī)格的提料板。焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)隨鼓轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況可由圖可由圖1-11-1表示，裝入轉(zhuǎn)鼓的焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部表示，裝入轉(zhuǎn)鼓的焦炭在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分被提料板提升，達(dá)到一定高度時(shí)被拋出下落（圖中位置分被提料板提升，達(dá)到一定高度時(shí)被拋出下落（圖中位置A A），），使焦炭受到?jīng)_擊力的破碎作用，一部分超出提料板使焦炭受到?jīng)_擊力的破碎作用，一部分超出提料板的焦炭在提料板從最低位置剛開

14、始提升時(shí)，就滑落到鼓底的焦炭在提料板從最低位置剛開始提升時(shí)，就滑落到鼓底（位置（位置 B B），），這部分焦炭僅能在轉(zhuǎn)鼓底部滾動(dòng)和滑動(dòng)（位這部分焦炭僅能在轉(zhuǎn)鼓底部滾動(dòng)和滑動(dòng)（位置置C C），），故破壞作用不大，當(dāng)靠到下一塊提料板時(shí)再部分故破壞作用不大，當(dāng)靠到下一塊提料板時(shí)再部分被提起。此外轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)焦炭層內(nèi)焦炭間彼此相對(duì)位移及被提起。此外轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)焦炭層內(nèi)焦炭間彼此相對(duì)位移及焦炭與鼓壁間的摩擦，則是焦炭磨損的主要原因，鼓內(nèi)焦焦炭與鼓壁間的摩擦，則是焦炭磨損的主要原因，鼓內(nèi)焦炭的填充量愈多，這種磨損作用就愈明顯。炭的填充量愈多，這種磨損作用就愈明顯。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)2. 2. 裂紋度裂紋

15、度 裂紋度即焦炭單位面積上的裂紋長度。裂紋分縱裂紋裂紋度即焦炭單位面積上的裂紋長度。裂紋分縱裂紋和橫裂紋兩種，規(guī)定裂紋面與焦?fàn)t炭化室爐墻面垂直的和橫裂紋兩種，規(guī)定裂紋面與焦?fàn)t炭化室爐墻面垂直的裂紋稱縱裂紋；裂紋面與焦?fàn)t炭化室爐墻面平行的裂紋裂紋稱縱裂紋；裂紋面與焦?fàn)t炭化室爐墻面平行的裂紋稱橫裂紋。焦炭中的裂紋有長短、深淺和寬窄的區(qū)分，稱橫裂紋。焦炭中的裂紋有長短、深淺和寬窄的區(qū)分，可用裂紋度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。常用測量方法是將方格可用裂紋度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。常用測量方法是將方格（1 1cmcm1cm1cm）框架平放在焦塊上，量出縱裂紋與橫裂紋框架平放在焦塊上，量出縱裂紋與橫裂紋的投影長度即得。所用試樣應(yīng)

16、有代表性，一次試驗(yàn)要用的投影長度即得。所用試樣應(yīng)有代表性，一次試驗(yàn)要用2525塊試樣，取統(tǒng)計(jì)平均值。塊試樣，取統(tǒng)計(jì)平均值。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 3 3氣孔率氣孔率 焦炭的氣孔率是指氣孔體積與總體積比的百分率。氣孔焦炭的氣孔率是指氣孔體積與總體積比的百分率。氣孔率可以利用焦炭的真密度和視密度的測定值加以計(jì)算。焦炭率可以利用焦炭的真密度和視密度的測定值加以計(jì)算。焦炭的氣孔數(shù)量還可以用比孔容積來表示，即單位質(zhì)量多孔體內(nèi)的氣孔數(shù)量還可以用比孔容積來表示，即單位質(zhì)量多孔體內(nèi)部氣孔的總?cè)莘e，可用四氯化碳吸附法測定。部氣孔的總?cè)莘e，可用四氯化碳吸附法測定。 （1-1） 1100% 視 密 度氣 孔 率真

17、 密 度焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 3 3氣孔平均直徑與孔徑分布?xì)饪灼骄睆脚c孔徑分布 焦炭中存在的氣孔大小是不均一的，焦炭中存在的氣孔大小是不均一的，一般稱直徑大于一般稱直徑大于100100微米的氣孔為大氣微米的氣孔為大氣孔，孔，2020100100微米的為中氣孔，小于微米的為中氣孔，小于2020微米的為微氣孔。焦炭與微米的為微氣孔。焦炭與COCO2 2作用時(shí)，僅作用時(shí)，僅大的氣孔才能使大的氣孔才能使COCO2 2進(jìn)入。進(jìn)入。 r焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)4.4.比表面積比表面積 指單位質(zhì)量焦炭內(nèi)部的表面積（指單位質(zhì)量焦炭內(nèi)部的表面積（m m2 2/g/g）r焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)5.5.氣孔

18、壁氣孔壁 在光學(xué)顯微鏡下測量氣孔參數(shù)得到氣孔在光學(xué)顯微鏡下測量氣孔參數(shù)得到氣孔壁厚度參數(shù)壁厚度參數(shù)r焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 二、焦炭的化學(xué)組成二、焦炭的化學(xué)組成 焦炭的化學(xué)組成主要用焦炭工業(yè)分析和元素分焦炭的化學(xué)組成主要用焦炭工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)來加以體現(xiàn)。析數(shù)據(jù)來加以體現(xiàn)。 1 1工業(yè)分析工業(yè)分析 焦炭的工業(yè)分析包括焦炭水分、灰分和揮發(fā)分焦炭的工業(yè)分析包括焦炭水分、灰分和揮發(fā)分的測定以及焦炭中固定碳的計(jì)算。的測定以及焦炭中固定碳的計(jì)算。 （1 1）水分（）水分（M Mt t） 焦炭的水分是焦炭試樣在一定焦炭的水分是焦炭試樣在一定溫度下干燥后的失重占干燥前焦樣的百分率。生產(chǎn)溫度下干燥后的失

19、重占干燥前焦樣的百分率。生產(chǎn)上要求穩(wěn)定控制焦炭的水分，水分波動(dòng)會(huì)使焦炭計(jì)上要求穩(wěn)定控制焦炭的水分，水分波動(dòng)會(huì)使焦炭計(jì)量不準(zhǔn)，從而引起爐況波動(dòng)。量不準(zhǔn)，從而引起爐況波動(dòng)。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 此外，焦炭水分提高會(huì)使此外，焦炭水分提高會(huì)使M M2525偏高，偏高，M M1010偏低，給轉(zhuǎn)鼓偏低，給轉(zhuǎn)鼓指標(biāo)帶來誤差。但水分也不宜過低，否則不利于降低高爐指標(biāo)帶來誤差。但水分也不宜過低，否則不利于降低高爐爐頂溫度，且會(huì)增加裝卸即使用中的粉塵污染。焦炭水分爐頂溫度，且會(huì)增加裝卸即使用中的粉塵污染。焦炭水分因熄焦方式而異，并與焦炭粒度、焦粉含量、采樣地點(diǎn)、因熄焦方式而異，并與焦炭粒度、焦粉含量、采樣地

20、點(diǎn)、取樣方法等因素有關(guān)。濕熄焦時(shí)，取樣方法等因素有關(guān)。濕熄焦時(shí)， 焦炭水分約焦炭水分約4%4%6%6%，因噴水、瀝水條件和焦炭粒度不同而波動(dòng)；干熄焦時(shí)，焦因噴水、瀝水條件和焦炭粒度不同而波動(dòng)；干熄焦時(shí)，焦炭在貯運(yùn)過程中也會(huì)吸附空氣中水汽，使焦炭水分達(dá)炭在貯運(yùn)過程中也會(huì)吸附空氣中水汽，使焦炭水分達(dá)0.5%0.5%1%1%。我國規(guī)定冶金焦水分為：。我國規(guī)定冶金焦水分為：4040mmmm粒級(jí)為粒級(jí)為3 35%5%；2525mmmm粒級(jí)為粒級(jí)為3 37%7%，含有適量水分，有利于降低高爐爐頂，含有適量水分，有利于降低高爐爐頂溫度。水分的測定方法見國標(biāo)溫度。水分的測定方法見國標(biāo)GB200280GB200

21、280。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （2 2）灰分（）灰分（A Ad d） 灰分是焦炭中的有害雜質(zhì)，主要成灰分是焦炭中的有害雜質(zhì)，主要成份是高熔點(diǎn)的份是高熔點(diǎn)的SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3等酸性氧化物等酸性氧化物, ,在高爐冶煉中要在高爐冶煉中要用用CaOCaO等熔劑與它們生成低熔點(diǎn)化合物，才能以熔渣形式等熔劑與它們生成低熔點(diǎn)化合物，才能以熔渣形式由高爐排出。如是灰分高，就要適當(dāng)提高高爐爐渣堿度，由高爐排出。如是灰分高，就要適當(dāng)提高高爐爐渣堿度，不利于高爐生產(chǎn)。此外，焦炭在高爐內(nèi)被加熱到高于煉焦不利于高爐生產(chǎn)。此外，焦炭在高爐內(nèi)被加熱到高于煉焦溫度時(shí)，由于焦質(zhì)和灰分熱膨脹性不

22、同，會(huì)沿灰分顆粒周溫度時(shí)，由于焦質(zhì)和灰分熱膨脹性不同，會(huì)沿灰分顆粒周圍產(chǎn)生并擴(kuò)大裂紋，加速焦炭破碎或粉化?；曳种械膲A金圍產(chǎn)生并擴(kuò)大裂紋，加速焦炭破碎或粉化?；曳种械膲A金屬還會(huì)加速焦炭同屬還會(huì)加速焦炭同COCO2 2的反應(yīng)，也使焦炭的破壞加劇。的反應(yīng)，也使焦炭的破壞加劇。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 因此，一般焦炭灰分每增加因此，一般焦炭灰分每增加1%1%，高爐焦比（每噸生鐵，高爐焦比（每噸生鐵消耗焦炭量）約提高消耗焦炭量）約提高2%2%，爐渣量約增加，爐渣量約增加3%,3%,高爐熔劑用量高爐熔劑用量約增加約增加4%,4%,高爐生鐵產(chǎn)量約下降高爐生鐵產(chǎn)量約下降2.22.23.0%3.0%。 幾個(gè)國家

23、冶金用焦炭與精煤灰分國標(biāo)（幾個(gè)國家冶金用焦炭與精煤灰分國標(biāo)（A Ad d）如表如表1-21-2。 可見，我國高爐焦的灰分指標(biāo)與其它一些國家相比偏可見，我國高爐焦的灰分指標(biāo)與其它一些國家相比偏高，它是焦炭質(zhì)量差的主要原因，焦炭灰分高的原因是煉高，它是焦炭質(zhì)量差的主要原因，焦炭灰分高的原因是煉焦精煤的灰分高所致。若能將焦炭灰分由焦精煤的灰分高所致。若能將焦炭灰分由14.5%14.5%降至降至10.5%10.5%，以年產(chǎn)以年產(chǎn)70007000萬噸生鐵的高爐計(jì)算，可以節(jié)約熔劑萬噸生鐵的高爐計(jì)算，可以節(jié)約熔劑227227萬噸、萬噸、焦炭焦炭385385萬噸，同時(shí)可以增加生鐵萬噸，同時(shí)可以增加生鐵1015

24、1015萬噸，還可大大降萬噸，還可大大降低鐵路運(yùn)輸量。低鐵路運(yùn)輸量。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 精煤合理灰分要從煤炭資源特點(diǎn)，如煤的可選性、各級(jí)選煤的精煤合理灰分要從煤炭資源特點(diǎn)，如煤的可選性、各級(jí)選煤的回收率，并結(jié)合選煤技術(shù)、中煤和矸石的合理利用等方面，進(jìn)行綜合回收率，并結(jié)合選煤技術(shù)、中煤和矸石的合理利用等方面，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析加以確定，煉焦精煤的灰分以經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析加以確定，煉焦精煤的灰分以7%7%左右為宜。左右為宜。 灰分的測定方法見國標(biāo)灰分的測定方法見國標(biāo)GB2002-80GB2002-80。表表1-2 1-2 冶金用焦炭與精煤灰分國標(biāo)冶金用焦炭與精煤灰分國標(biāo)國別國別中國中國美國美國原

25、蘇聯(lián)原蘇聯(lián)德國德國法國法國日本日本I I級(jí)級(jí)IIII級(jí)級(jí)IIIIII級(jí)級(jí)焦炭灰分焦炭灰分/%/% 12.12.0 0 13.13.5 5 15.015.07.07.010.010.08.08.09.09.010.010.0精煤灰分精煤灰分/%/%12.512.55.55.56.56.58.08.08.58.56.06.07.07.07.07.06.66.68.08.0焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （3 3）揮發(fā)分（）揮發(fā)分（V Vdafdaf）和固定碳（和固定碳（FCFC） 揮發(fā)分是衡量焦炭成熟程度揮發(fā)分是衡量焦炭成熟程度的標(biāo)志，通常規(guī)定高爐焦的揮發(fā)分應(yīng)為的標(biāo)志，通常規(guī)定高爐焦的揮發(fā)分應(yīng)為1.2%

26、1.2%左右，若揮發(fā)分大于左右，若揮發(fā)分大于1.9% 1.9% 則表示生焦，其不耐磨，強(qiáng)度差；若揮發(fā)分小于則表示生焦，其不耐磨，強(qiáng)度差；若揮發(fā)分小于0.7%0.7%， 則表示過火，則表示過火，過火焦裂紋多且易碎。焦炭的揮發(fā)分同原料煤的煤化度及煉焦最終溫過火焦裂紋多且易碎。焦炭的揮發(fā)分同原料煤的煤化度及煉焦最終溫度有關(guān)，如圖度有關(guān)，如圖1-21-2、圖、圖1-31-3。圖1-2 焦炭揮發(fā)分與原料煤揮發(fā)分的關(guān)系 圖1-3 焦炭揮發(fā)分與煉焦溫度的關(guān)系焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 焦炭揮發(fā)分也是焦化廠污染控制的指標(biāo)之一，揮發(fā)分焦炭揮發(fā)分也是焦化廠污染控制的指標(biāo)之一，揮發(fā)分升高，推焦時(shí)粉塵放散量顯著增加，煙

27、氣量及煙氣中的多升高，推焦時(shí)粉塵放散量顯著增加，煙氣量及煙氣中的多環(huán)芳烴含量也增加。環(huán)芳烴含量也增加。 固定碳是煤干餾后殘留的固態(tài)可燃性物質(zhì)，由計(jì)算得：固定碳是煤干餾后殘留的固態(tài)可燃性物質(zhì)，由計(jì)算得： 固定碳固定碳 = 100 = 100水分灰分揮發(fā)分，水分灰分揮發(fā)分，% % 焦炭揮發(fā)分的測定方法見國標(biāo)焦炭揮發(fā)分的測定方法見國標(biāo)200280200280。 2 2元素分析元素分析 焦炭元素分析是指焦炭按碳、氫、氧、氮、硫和磷等焦炭元素分析是指焦炭按碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成確定其化學(xué)成分時(shí)，稱為元素分析。元素組成確定其化學(xué)成分時(shí)，稱為元素分析。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （1 1）碳和氫）

28、碳和氫 碳是構(gòu)成焦炭氣孔壁的主要成分，氫則碳是構(gòu)成焦炭氣孔壁的主要成分，氫則包含在焦炭的揮發(fā)分中，將焦炭試樣在氧氣中燃燒，生成包含在焦炭的揮發(fā)分中，將焦炭試樣在氧氣中燃燒，生成的的H H2 2O O和和COCO2 2分別用吸收劑吸收分別用吸收劑吸收, ,由吸收劑的用量確定焦樣中由吸收劑的用量確定焦樣中的碳和氫。其成分為碳：的碳和氫。其成分為碳：92%92%96%96%，氫：，氫：1%1%1.5%1.5%。結(jié)焦。結(jié)焦過程中，不同煤化度的煤中過程中，不同煤化度的煤中C C、H H、N N元素含量隨干餾溫度元素含量隨干餾溫度升高而變化的規(guī)律如圖升高而變化的規(guī)律如圖1-41-4。 從圖可以看出，由不同

29、煤化度的煤制取的焦炭其含碳從圖可以看出，由不同煤化度的煤制取的焦炭其含碳量基本相同。氫氣量隨煉焦溫度的變化比揮發(fā)分隨煉焦溫量基本相同。氫氣量隨煉焦溫度的變化比揮發(fā)分隨煉焦溫度的變化明顯，且測量誤差也小，因此以焦炭的氫含量可度的變化明顯，且測量誤差也小，因此以焦炭的氫含量可以更可靠地判斷焦炭的成熟程度。以更可靠地判斷焦炭的成熟程度。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （2 2）氮）氮 焦炭中的氮是焦炭燃燒時(shí)生成焦炭中的氮是焦炭燃燒時(shí)生成NONOx x的來源，結(jié)焦過程中的來源，結(jié)焦過程中氮含量變化不大，僅在干餾溫度達(dá)氮含量變化不大，僅在干餾溫度達(dá)800800o oC C以上時(shí)才稍有降低。以上時(shí)才稍有降低。

30、焦樣在催化劑（焦樣在催化劑（K K2 2SOSO4 4+CuSO+CuSO4 4）存在的條件下，能和沸騰濃硫酸反存在的條件下，能和沸騰濃硫酸反應(yīng)使其中的氮轉(zhuǎn)化為應(yīng)使其中的氮轉(zhuǎn)化為NHNH4 4HSOHSO4 4，再用過量再用過量NaOHNaOH反應(yīng)使反應(yīng)使NHNH3 3分出。經(jīng)硼酸分出。經(jīng)硼酸溶液吸收，最后用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以確定焦樣中的含氮量。其成溶液吸收，最后用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，以確定焦樣中的含氮量。其成分為分為0.5%0.5%0.7%0.7%。圖圖1-4 1-4 各種煤的各種煤的C C、H H、N N含量隨干餾溫度升高而變含量隨干餾溫度升高而變化的規(guī)律化的規(guī)律焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)

31、（3 3）氧）氧 焦炭中氧含量很少，常用減差法計(jì)算得到，其焦炭中氧含量很少，常用減差法計(jì)算得到，其成分為成分為0.4%0.4%0.7%0.7%。 （4 4）硫）硫 焦炭中的硫包括：煤和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變而來的無機(jī)焦炭中的硫包括：煤和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變而來的無機(jī)硫化物（硫化物（FeSFeS 、CaSCaS等），熄焦過程中部分硫化物被氧化生成等），熄焦過程中部分硫化物被氧化生成的硫酸鹽（的硫酸鹽（FeSOFeSO4 4 CaSOCaSO4 4），），煉焦過程中生成的氣態(tài)硫化物在煉焦過程中生成的氣態(tài)硫化物在析出途中與高溫焦炭作用而進(jìn)入焦炭的有機(jī)硫，這些硫的總析出途中與高溫焦炭作用而進(jìn)入焦炭的有機(jī)硫，這些硫的總和稱全

32、硫。工業(yè)上通常用重量法測定。其成分為和稱全硫。工業(yè)上通常用重量法測定。其成分為0.7%0.7%1.0%1.0%。高爐焦的硫約占整個(gè)高爐爐料中硫的高爐焦的硫約占整個(gè)高爐爐料中硫的80%80%90%90%，爐料中的硫，爐料中的硫僅有僅有5%5%20%20%隨高爐煤氣逸出，其余的硫靠爐渣排出。隨高爐煤氣逸出，其余的硫靠爐渣排出。 一般焦炭含硫每增加一般焦炭含硫每增加0.1%0.1%，高爐焦比約增加，高爐焦比約增加1.2%1.2%2.0%2.0%，高爐熔劑用量約增加高爐熔劑用量約增加2%2%，生鐵產(chǎn)量約減少，生鐵產(chǎn)量約減少2.0%2.0%2.5%2.5%。一些。一些國家對(duì)高爐焦含硫指標(biāo)規(guī)定如表國家對(duì)高

33、爐焦含硫指標(biāo)規(guī)定如表1-31-3所示。所示。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)表表1-3 1-3 幾個(gè)國家的高爐焦硫分指標(biāo)幾個(gè)國家的高爐焦硫分指標(biāo)國國 別別中中 國國美美 國國德德 國國法法 國國英英 國國日日 本本I I級(jí)級(jí)I II I級(jí)級(jí)IIIIII級(jí)級(jí)指標(biāo)值指標(biāo)值/%/%0.0.6 60.0.8 81.40252510灰分Ad/%不大于12.0012.0113.5013.5115.00硫分St，d/%不大于0.600.610.800.811.00機(jī)械強(qiáng)度抗碎強(qiáng)度M25/%（舊國標(biāo)M40）大于92.0（80）92.088.1(7680)88.083.0(7276)耐磨強(qiáng)度M10/%不大于7.08.5

34、10.0揮發(fā)分Vdaf/% 不大于1.9水分含量Mt/%4.01.05.02.0不大于12.0焦末含量/% 不大于4.05.012.0注：水分只作為生產(chǎn)操作中控制指標(biāo)，不作質(zhì)量考核依據(jù)。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 高爐煉鐵高爐煉鐵 焦炭主要用于高爐冶煉，其次還用于鑄造、氣化、和生產(chǎn)焦炭主要用于高爐冶煉，其次還用于鑄造、氣化、和生產(chǎn)電石等，它們對(duì)焦炭有不同的要求。但高爐煉鐵用焦炭（冶金電石等，它們對(duì)焦炭有不同的要求。但高爐煉鐵用焦炭（冶金焦）的質(zhì)量要求為最高，用量也最大。焦）的質(zhì)量要求為最高，用量也最大。 一、高爐冶煉過程一、高爐冶煉過程 1. 1.高爐內(nèi)總體狀況高爐內(nèi)總體狀況 如圖如

35、圖1-71-7所示，高爐系中空豎爐，從上到下分爐喉、爐身、所示，高爐系中空豎爐，從上到下分爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五段。高爐本體是由以下各部分組成：鋼筋爐腰、爐腹、爐缸五段。高爐本體是由以下各部分組成：鋼筋混凝土制成的爐基，鋼板卷成的爐外殼，耐火磚砌成的爐襯，混凝土制成的爐基，鋼板卷成的爐外殼，耐火磚砌成的爐襯，冷卻設(shè)備以及框架和支柱等。從煉鐵的工藝過程來看，它包括冷卻設(shè)備以及框架和支柱等。從煉鐵的工藝過程來看，它包括上料、鼓風(fēng)、出鐵排渣、和煤氣等系統(tǒng)。耐火爐襯圍成的空間上料、鼓風(fēng)、出鐵排渣、和煤氣等系統(tǒng)。耐火爐襯圍成的空間稱為高爐爐型，是進(jìn)行煉鐵過程的所在。稱為高爐爐型，是進(jìn)行煉鐵過程的

36、所在。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 根據(jù)煉鐵過程的特點(diǎn)，爐型各段結(jié)構(gòu)不同。高爐爐料根據(jù)煉鐵過程的特點(diǎn)，爐型各段結(jié)構(gòu)不同。高爐爐料中的鐵礦石（天然礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）、焦炭和助熔劑中的鐵礦石（天然礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）、焦炭和助熔劑（石灰石或白云石）從爐頂依次分批裝入爐內(nèi)，送風(fēng)系統(tǒng)（石灰石或白云石）從爐頂依次分批裝入爐內(nèi)，送風(fēng)系統(tǒng)將將800800以上的高溫空氣（或富氧空氣）由位于爐缸上部以上的高溫空氣（或富氧空氣）由位于爐缸上部的風(fēng)口鼓入爐內(nèi)，使焦炭在風(fēng)口前的回旋區(qū)內(nèi)激烈燃燒而的風(fēng)口鼓入爐內(nèi)，使焦炭在風(fēng)口前的回旋區(qū)內(nèi)激烈燃燒而放熱放熱, ,并使高爐下部形成自由空間，上部的爐料借重力穩(wěn)并使高爐下部形成

37、自由空間，上部的爐料借重力穩(wěn)定地下降，從而構(gòu)成連續(xù)的高爐冶煉過程。定地下降，從而構(gòu)成連續(xù)的高爐冶煉過程。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)圖圖1-7 1-7 高爐爐型及各部位溫度與煤氣組成高爐爐型及各部位溫度與煤氣組成aa爐型；爐型；bb高爐內(nèi)溫度沿高爐的變化；高爐內(nèi)溫度沿高爐的變化； cc煤氣中煤氣中COCO沿高度的變化；沿高度的變化；800800以下區(qū)域；以下區(qū)域； 800 80011001100區(qū)域；區(qū)域；11001100以上區(qū)域；以上區(qū)域；H Hu u有效高度；有效高度； 爐腹角；爐腹角； 爐身角爐身角焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 燃燒放出的熱量是高爐冶煉過程的主要熱源，占冶燃燒放出的熱量是高爐冶

38、煉過程的主要熱源，占冶煉所需熱量的煉所需熱量的75%75%80%80%，反應(yīng)后生成的，反應(yīng)后生成的COCO作為高爐冶煉作為高爐冶煉過程的主要還原劑，使鐵礦石中的鐵氧化物還原，因此，過程的主要還原劑，使鐵礦石中的鐵氧化物還原，因此，自下而上煤氣溫度逐漸降低（圖自下而上煤氣溫度逐漸降低（圖1-71-7b b）。）。從風(fēng)口開始，從風(fēng)口開始，由于煤氣中由于煤氣中COCO2 2與焦炭反應(yīng)及鐵氧化物被高溫焦炭直接還與焦炭反應(yīng)及鐵氧化物被高溫焦炭直接還原產(chǎn)生大量原產(chǎn)生大量COCO，所以煤氣中所以煤氣中COCO含量逐漸增加，到爐腹以含量逐漸增加，到爐腹以上部位則由于上部位則由于COCO與鐵氧化物間接還原生成與

39、鐵氧化物間接還原生成COCO2 2而逐漸降低而逐漸降低( (圖圖1-71-7c)c)。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 爐料在下降過程中，經(jīng)預(yù)熱、脫水、間接還原、直接爐料在下降過程中，經(jīng)預(yù)熱、脫水、間接還原、直接還原而轉(zhuǎn)化為金屬鐵，溫度逐漸升高。鐵礦石中的脈石還原而轉(zhuǎn)化為金屬鐵，溫度逐漸升高。鐵礦石中的脈石（主要成分為（主要成分為SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3的高熔點(diǎn)化合物）同熔劑作用形的高熔點(diǎn)化合物）同熔劑作用形成低熔點(diǎn)化合物成低熔點(diǎn)化合物爐渣。鐵水和爐渣在向下流動(dòng)過程中爐渣。鐵水和爐渣在向下流動(dòng)過程中相互作用，進(jìn)行脫硫等反應(yīng)，到爐缸下部，二者借互不溶相互作用，進(jìn)行脫硫等反應(yīng)，到爐

40、缸下部，二者借互不溶性和密度差異而分離，并分別從渣口和鐵口定期放出爐外。性和密度差異而分離，并分別從渣口和鐵口定期放出爐外。產(chǎn)生的高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)冷卻除塵制成凈煤氣。爐產(chǎn)生的高爐煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)冷卻除塵制成凈煤氣。爐料在高爐內(nèi)的下降時(shí)間稱冶煉周期，約料在高爐內(nèi)的下降時(shí)間稱冶煉周期，約5 58 8小時(shí)。高爐內(nèi)小時(shí)。高爐內(nèi)煤氣從燃燒生成到流出爐外共約煤氣從燃燒生成到流出爐外共約4 46 6小時(shí)。小時(shí)。 綜上，高爐的基本功能是將鐵礦石預(yù)熱、還原、造渣、綜上，高爐的基本功能是將鐵礦石預(yù)熱、還原、造渣、脫硫、熔化、滲碳，從而得到合格的鐵水。脫硫、熔化、滲碳，從而得到合格的鐵水。焦炭及其性質(zhì)焦炭及

41、其性質(zhì) 2.2.高爐煉鐵的化學(xué)反應(yīng)高爐煉鐵的化學(xué)反應(yīng) 在風(fēng)口區(qū)，焦炭燃燒生成在風(fēng)口區(qū)，焦炭燃燒生成COCO2 2并放出大量熱，溫度可并放出大量熱，溫度可達(dá)達(dá)1500150018001800，使鐵、渣完全熔化而分離。，使鐵、渣完全熔化而分離。C+OC+O2 2=CO=CO2 2+399.440MJ+399.440MJ 溫度在溫度在11001100以上的爐腹及爐腰地帶即以上的爐腹及爐腰地帶即區(qū)內(nèi)，煤氣區(qū)內(nèi)，煤氣中的中的COCO2 2與焦炭作用生成與焦炭作用生成COCO并吸收熱量。并吸收熱量。COCO2 2+C=2CO-165.6MJ +C=2CO-165.6MJ 此處焦炭的消耗約為此處焦炭的消耗約

42、為35%35%，同時(shí)未被還原的，同時(shí)未被還原的FeOFeO與與SiOSiO2 2作用生成爐渣并開始熔化，還原后生成的海綿鐵則與焦炭作用生成爐渣并開始熔化，還原后生成的海綿鐵則與焦炭作用，滲碳熔化，爐料體積變小，為此爐腹按爐腹角向下作用，滲碳熔化，爐料體積變小，為此爐腹按爐腹角向下逐漸收縮，以利爐料穩(wěn)定下降。逐漸收縮，以利爐料穩(wěn)定下降。 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 爐身下部溫度為爐身下部溫度為80080011001100的的區(qū)內(nèi)，同時(shí)存在鐵區(qū)內(nèi)，同時(shí)存在鐵的氧化物與碳之間的直接還原反應(yīng)，到的氧化物與碳之間的直接還原反應(yīng)，到11001100以上因以上因COCO2 2幾乎幾乎100%100%與焦炭作用

43、生成與焦炭作用生成COCO，從全過程看是直接還原反應(yīng)：從全過程看是直接還原反應(yīng)： FeO+CO=Fe+CO FeO+CO=Fe+CO2 2+13.59MJ +13.59MJ + CO + CO2 2+C=2CO-165.6MJ +C=2CO-165.6MJ FeO+C=Fe+CO-152.01MJ FeO+C=Fe+CO-152.01MJ 直接還原的鐵量占鐵氧化物還原的總鐵量之比稱直接直接還原的鐵量占鐵氧化物還原的總鐵量之比稱直接還原度還原度 ，一般高爐的，一般高爐的 = 0.35 = 0.350.500.50。drdr焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 爐料邊下降邊升溫膨脹，為此爐身以爐身角爐料邊下降

44、邊升溫膨脹，為此爐身以爐身角向下逐向下逐漸擴(kuò)大，以利順行。爐身上部，溫度低于漸擴(kuò)大，以利順行。爐身上部，溫度低于800800的的區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)，主要是鐵的氧化物與主要是鐵的氧化物與COCO之間的間接還原反應(yīng)。之間的間接還原反應(yīng)。 3 3FeFe2 2O O3 3+CO=2Fe+CO=2Fe3 3O O4 4 +CO+CO2 2+37.09MJ +37.09MJ Fe Fe3 3O O4 4+CO=3FeO+CO+CO=3FeO+CO2 2-20.87MJ-20.87MJ FeO+CO=Fe+CO FeO+CO=Fe+CO2 2+13.59MJ +13.59MJ 間接還原反應(yīng)的特點(diǎn)是得到的氣體產(chǎn)物為

45、間接還原反應(yīng)的特點(diǎn)是得到的氣體產(chǎn)物為COCO2 2，總的總的熱效應(yīng)是放熱。熱效應(yīng)是放熱。 從以上反應(yīng)可以看出，直接還原大量吸熱，不利于高從以上反應(yīng)可以看出，直接還原大量吸熱，不利于高爐內(nèi)的熱能利用，又因碳溶反應(yīng)使焦炭氣孔壁削弱，所以爐內(nèi)的熱能利用，又因碳溶反應(yīng)使焦炭氣孔壁削弱，所以應(yīng)發(fā)展間接還原。應(yīng)發(fā)展間接還原。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 整個(gè)高爐爐體，從料鐘落位高度到鐵口中心線的距離整個(gè)高爐爐體，從料鐘落位高度到鐵口中心線的距離稱為有效高度稱為有效高度H H，其間的容積稱為高爐的有效容積（其間的容積稱為高爐的有效容積（V V），），我國定型設(shè)計(jì)的中小型高爐有我國定型設(shè)計(jì)的中小型高爐有5555m

46、 m3 3，255 m255 m3 3和和620 620 m m3 3 等，等，大型高爐有大型高爐有1053 1053 m m3 3、1513 m1513 m3 3、2500 m2500 m3 3及近期從國外引進(jìn)及近期從國外引進(jìn)的的4000 4000 m m3 3的大高爐。有效高度是決定的大高爐。有效高度是決定COCO和熱能利用效率和熱能利用效率的主要因素，高爐產(chǎn)量則決定于有效容積及它的利用率。的主要因素，高爐產(chǎn)量則決定于有效容積及它的利用率。衡量高爐操作水平的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有高爐有效容積利衡量高爐操作水平的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有高爐有效容積利用系數(shù)（用系數(shù)（）：）： = ,t= ,t鐵鐵/ /

47、（m m3 324h24h） (1) (1)m()t/(24h3VP高爐的有效容積高爐產(chǎn)鐵量焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)焦比（焦比（c c）：）： c c = = ，t t焦焦/ /（t t鐵）鐵） （2 2）冶煉強(qiáng)度冶煉強(qiáng)度 ： , , t t焦焦/(/(m m3 324h) 24h) （3 3） 將式（將式（1 1）和（）和（2 2）合并得：）合并得： （4 4）)h24/(t 24h)（t/24PG小時(shí)耗焦量高爐3t/(24h)(m )GlVlPVcl焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 式（式（4 4）表明：擴(kuò)大高爐生產(chǎn)能力的途徑是增大爐容）表明：擴(kuò)大高爐生產(chǎn)能力的途徑是增大爐容（V V），），降低焦

48、比和提高冶煉強(qiáng)度。當(dāng)高爐容積增大到原降低焦比和提高冶煉強(qiáng)度。當(dāng)高爐容積增大到原爐容積的爐容積的2 2倍時(shí)，風(fēng)口個(gè)數(shù)最多增加到原風(fēng)口個(gè)數(shù)的倍，倍時(shí)，風(fēng)口個(gè)數(shù)最多增加到原風(fēng)口個(gè)數(shù)的倍，所以在增大爐容的同時(shí)，提高冶煉強(qiáng)度的可能性不大，因所以在增大爐容的同時(shí)，提高冶煉強(qiáng)度的可能性不大，因此應(yīng)該設(shè)法提高焦炭質(zhì)量，以降低焦比。此應(yīng)該設(shè)法提高焦炭質(zhì)量，以降低焦比。 3 3造渣脫硫造渣脫硫 造渣的主要目的：一是使鐵礦石中的脈石和焦炭中的造渣的主要目的：一是使鐵礦石中的脈石和焦炭中的灰分（其中大部分為高熔點(diǎn)的酸性氧化物，如灰分（其中大部分為高熔點(diǎn)的酸性氧化物，如SiOSiO2 2熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為17131713、A

49、IAI2 2O O3 3為為20252025）與溶劑（如）與溶劑（如CaOCaO、MgOMgO）作用，生作用，生成熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好的液態(tài)爐渣，從而與鐵水分開，由成熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好的液態(tài)爐渣，從而與鐵水分開，由爐中放出，以除去爐料帶入的雜質(zhì)；二是利用造渣脫硫和爐中放出，以除去爐料帶入的雜質(zhì)；二是利用造渣脫硫和控制硅、錳等元素的還原，以獲得合格的生鐵?？刂乒?、錳等元素的還原，以獲得合格的生鐵。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （1 1）高爐冶煉過程中硫的動(dòng)態(tài)）高爐冶煉過程中硫的動(dòng)態(tài) 高爐中的硫主要由焦高爐中的硫主要由焦炭帶入，一般為爐料中總硫量的炭帶入，一般為爐料中總硫量的80%80%以上。焦炭中的硫

50、，以上。焦炭中的硫，大多以硫碳復(fù)合體形態(tài)與焦炭物質(zhì)結(jié)合在一起，也有一些大多以硫碳復(fù)合體形態(tài)與焦炭物質(zhì)結(jié)合在一起，也有一些以硫化鐵和硫酸鹽存在于灰分中。鐵礦石和熔劑中的硫，以硫化鐵和硫酸鹽存在于灰分中。鐵礦石和熔劑中的硫，主要呈（主要呈（FeSFeS2 2）形態(tài)，也有少量的形態(tài)，也有少量的CaSOCaSO4 4等硫化物。在高爐等硫化物。在高爐中焦炭帶入的硫約有中焦炭帶入的硫約有10%10%20%20%以以SOSO2 2和和H H2 2S S的形態(tài)隨煤氣流的形態(tài)隨煤氣流出爐外，約有出爐外，約有50%50%70%70%在風(fēng)口燃燒生成在風(fēng)口燃燒生成SOSO2 2，但在隨煤氣但在隨煤氣流經(jīng)高爐下部高溫區(qū)

51、時(shí)，被焦炭還原成硫蒸氣：流經(jīng)高爐下部高溫區(qū)時(shí)，被焦炭還原成硫蒸氣：SOSO2 2+2C=2CO+S+2C=2CO+S焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 鐵礦石和熔劑中的鐵礦石和熔劑中的FeS2被高溫煤氣加熱分解：被高溫煤氣加熱分解：FeS2 FeS+S 這些硫蒸氣在隨煤氣上升過程中又被這些硫蒸氣在隨煤氣上升過程中又被CaO、海棉鐵和海棉鐵和鐵氧化物吸附而隨爐料下降。生鐵中的硫以鐵氧化物吸附而隨爐料下降。生鐵中的硫以FeS的形態(tài)溶的形態(tài)溶于鐵水中，只有在鐵水滴穿渣層時(shí)被部分脫除。于鐵水中，只有在鐵水滴穿渣層時(shí)被部分脫除。 （2）影響生鐵含硫的因素）影響生鐵含硫的因素 鐵水和熔渣互不相溶，脫鐵水和熔渣互不相

52、溶，脫硫反應(yīng)只能在鐵水和爐渣的接觸面上進(jìn)行：硫反應(yīng)只能在鐵水和爐渣的接觸面上進(jìn)行：FeS+（CaO）（CaS）+FeOFeO+CFe+CO C565焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 在高爐操作條件下，由于渣、鐵接觸面少，接觸時(shí)間在高爐操作條件下，由于渣、鐵接觸面少，接觸時(shí)間短，擴(kuò)散慢，故上述可逆反應(yīng)遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡，鐵水中的短，擴(kuò)散慢，故上述可逆反應(yīng)遠(yuǎn)不能達(dá)到平衡，鐵水中的硫就不能全部轉(zhuǎn)入爐渣中。生鐵中的含硫量可下式計(jì)算：硫就不能全部轉(zhuǎn)入爐渣中。生鐵中的含硫量可下式計(jì)算： （1-141-14） 100%1sSSQSnl料煤鐵鐵硫QQn )(SSls焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì)式中式中 SS生鐵含硫量，生鐵含

53、硫量，% %； S S料料、S S煤煤爐料帶入和煤氣帶走的硫分，爐料帶入和煤氣帶走的硫分，kgkg； Q Q鐵鐵生鐵量，生鐵量，kgkg； n n渣鐵比，渣鐵比，% %； l ls s硫的分配系數(shù)；硫的分配系數(shù)； （ ）表示渣中；表示渣中； 表示鐵水中。表示鐵水中。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 由式由式1-14可知：可知： 當(dāng)其它條件一定時(shí)，爐料帶入的硫當(dāng)其它條件一定時(shí)，爐料帶入的硫分越多，則生鐵含硫量越高，為了制得低硫生鐵，首先應(yīng)分越多，則生鐵含硫量越高，為了制得低硫生鐵，首先應(yīng)降低硫負(fù)荷（煉一噸生鐵所需爐料帶入的硫分，降低硫負(fù)荷（煉一噸生鐵所需爐料帶入的硫分，kg硫硫/（t生鐵）。因此鐵礦石宜

54、用經(jīng)過焙燒的人造富礦，焦炭要生鐵）。因此鐵礦石宜用經(jīng)過焙燒的人造富礦，焦炭要控制硫分，故降低焦比是降低硫負(fù)荷的重要途徑。控制硫分，故降低焦比是降低硫負(fù)荷的重要途徑。 隨隨煤氣流走的硫越多，生鐵含硫量就越低，采用自熔性燒結(jié)煤氣流走的硫越多，生鐵含硫量就越低，采用自熔性燒結(jié)礦，大大減少爐料中游離的礦，大大減少爐料中游離的CaO是增加煤氣中硫含量的有是增加煤氣中硫含量的有效途徑。效途徑。 渣鐵比高，則脫硫效率高，但焦比增加。渣鐵比高，則脫硫效率高，但焦比增加。 硫的分配系數(shù)越大，則脫硫效率越高，生鐵含硫量就越低。硫的分配系數(shù)越大，則脫硫效率越高，生鐵含硫量就越低。 值主要取決于爐渣的流動(dòng)性，即取決于

55、其組成和溫度。值主要取決于爐渣的流動(dòng)性，即取決于其組成和溫度。sl焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) （3）爐渣脫硫的實(shí)質(zhì)）爐渣脫硫的實(shí)質(zhì) 硫化物的穩(wěn)定性排列次序是硫化物的穩(wěn)定性排列次序是CaS、MnS、FeS。爐渣脫硫的目的是將熔于鐵水中的爐渣脫硫的目的是將熔于鐵水中的FeS轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為不熔于鐵水中的硫化物，并轉(zhuǎn)入爐渣。首先鐵水中的為不熔于鐵水中的硫化物，并轉(zhuǎn)入爐渣。首先鐵水中的FeS向爐渣內(nèi)擴(kuò)散，即向爐渣內(nèi)擴(kuò)散，即FeS （FeS），），已擴(kuò)散到爐渣中已擴(kuò)散到爐渣中的的FeS 與爐渣中的氧化物作用，生成更穩(wěn)定的硫化物。例與爐渣中的氧化物作用，生成更穩(wěn)定的硫化物。例如：（如：（FeS）+（CaO）=（C

56、aS）+（FeO），），由于爐渣由于爐渣中的中的FeO 又與焦炭或鐵水中的碳作用，又與焦炭或鐵水中的碳作用，F(xiàn)eO+C=Fe+CO，從而促使反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行。因此反應(yīng)的全過程是從而促使反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行。因此反應(yīng)的全過程是FeS+CaO+ C= CaS+Fe+CO141230kJ。焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 其中提高硫化鐵從鐵水中向爐渣擴(kuò)散的速率，是整個(gè)其中提高硫化鐵從鐵水中向爐渣擴(kuò)散的速率，是整個(gè)過程的關(guān)鍵。提高爐缸和爐渣的溫度，一方面有利于吸熱過程的關(guān)鍵。提高爐缸和爐渣的溫度，一方面有利于吸熱的脫硫反應(yīng)向右進(jìn)行；另一方面降低爐渣黏度，有利于鐵的脫硫反應(yīng)向右進(jìn)行；另一方面降低爐渣黏度，有利于

57、鐵水中的水中的FeSFeS通過界面向爐渣擴(kuò)散。通過界面向爐渣擴(kuò)散。 爐渣組成主要由總堿度爐渣組成主要由總堿度 或堿度或堿度 表示。表示。一般低硫焦煉鐵，總堿度約為一般低硫焦煉鐵，總堿度約為1.11.11.251.25，堿度為，堿度為1.21.21.41.4。適當(dāng)提高堿度和總堿度有利于脫硫，但堿度過高會(huì)。適當(dāng)提高堿度和總堿度有利于脫硫，但堿度過高會(huì)使?fàn)t渣黏度增加，影響料柱的透氣性，引起結(jié)瘤，燒壞風(fēng)使?fàn)t渣黏度增加，影響料柱的透氣性，引起結(jié)瘤，燒壞風(fēng)口、渣口，焦比過高等不正常爐況，脫硫效率反而降低。口、渣口，焦比過高等不正常爐況，脫硫效率反而降低。322OAISiOMgOCaO2SiOCaO焦炭及其

58、性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 用白云石（用白云石（MgOMgO3 3CaCOCaCO3 3）代替部分石灰石來增加爐渣代替部分石灰石來增加爐渣中中MgOMgO的含量，可以提高爐渣的穩(wěn)定性，使之具有良好的的含量，可以提高爐渣的穩(wěn)定性，使之具有良好的流動(dòng)性，有利于造渣脫硫。流動(dòng)性，有利于造渣脫硫。 爐渣中的爐渣中的CaSCaS含量高于含量高于6.5%6.5%時(shí)，爐渣黏度和熔化溫度時(shí)，爐渣黏度和熔化溫度明顯提高，故一般規(guī)定爐渣中明顯提高，故一般規(guī)定爐渣中CaSCaS的許可濃度為的許可濃度為5.5%5.5%6.5%6.5%。但實(shí)際生產(chǎn)條件下，。但實(shí)際生產(chǎn)條件下，CaSCaS的濃度遠(yuǎn)低于該值。此外的濃度遠(yuǎn)低于該值。此

59、外由于渣鐵界面上脫硫條件很差，一般硫的分配系數(shù)由于渣鐵界面上脫硫條件很差，一般硫的分配系數(shù) ，煉，煉鋼用生鐵約為鋼用生鐵約為10%10%30%30%，而鑄造用生鐵約為，而鑄造用生鐵約為30%30%70%70%。sl焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 二、料柱構(gòu)造及對(duì)焦炭的要求二、料柱構(gòu)造及對(duì)焦炭的要求 1. 1. 料柱構(gòu)造料柱構(gòu)造 高爐內(nèi)自上而下的溫度總趨勢是逐漸升高，但高爐內(nèi)的等溫線并高爐內(nèi)自上而下的溫度總趨勢是逐漸升高，但高爐內(nèi)的等溫線并非沿橫截面呈水平狀，而是因高爐爐型、原料品位和操作參數(shù)等因素，非沿橫截面呈水平狀，而是因高爐爐型、原料品位和操作參數(shù)等因素，等溫線可呈等溫線可呈“”形或倒形或倒“”

60、形（圖形（圖1-81-8）。）。圖圖1-8 1-8 高爐內(nèi)不同溫度區(qū)域示意高爐內(nèi)不同溫度區(qū)域示意 焦炭及其性質(zhì)焦炭及其性質(zhì) 料柱上部低于料柱上部低于11001100的區(qū)域，爐料保持入爐前的固體的區(qū)域，爐料保持入爐前的固體塊狀，焦炭與煤氣流分配層作用，該區(qū)域稱塊狀帶。塊狀，焦炭與煤氣流分配層作用，該區(qū)域稱塊狀帶。 料柱中部溫度在料柱中部溫度在1100110013501350的部位，焦炭和礦石仍的部位，焦炭和礦石仍保持層層相間，但礦石從外表到內(nèi)部逐漸軟化熔融，靠焦保持層層相間，但礦石從外表到內(nèi)部逐漸軟化熔融，靠焦炭層支撐才不至于聚堆，該區(qū)域稱軟融帶。由于高爐內(nèi)中炭層支撐才不至于聚堆，該區(qū)域稱軟融帶