图文介绍炼焦及其工艺流程

炼焦

coking

装炉煤经过高温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程。即煤炭焦化。

指主要从硬煤和褐煤中生产焦炭、煤气、干馏炭及煤焦油或沥青等副产品的炼焦炉的操作活动。

根据最终温度，有高温炼焦（900～1100℃）、中温炼焦（660～750℃）和低温炼焦（500～580℃）。通常指高温炼焦。

现代炼焦生产在焦化厂炼焦车间进行。炼焦车间一般由一座或几座焦炉及其辅助设施组成，焦炉的装煤、推焦、熄焦和筛焦组成了焦炉操作的全过程，每个炉组都配备有装煤车、推焦车、拦焦机、熄焦车和电机车，一侧还应设有焦台和筛焦站。近来开发的炼焦新工艺还有：配入部分型煤炼焦的配型煤工艺、用捣固法装煤的煤捣固工艺、煤预热工艺等。

产品包括：
（1）焦炭。炼焦最重要的产品，大多数国家的焦炭90%以上用于高炉炼铁，其次用于铸造与有色金属冶炼工业，少量用于制取碳化钙、二硫化碳、元素磷等。在钢铁联合企业中，焦粉还用作烧结的燃料。焦炭也可作为制备水煤气的原料制取合成用的原料气。
（2）煤焦油。焦化工业的重要产品，其产量约占装炉煤的3%~4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用
（3）煤气和化学产品。氨的回收率约占装炉煤的0.2%~0.4%,常以硫酸铵、磷酸铵或浓氨水等形试作为最终产品。粗苯回收率约占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有机合成工业的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但为了经济效益，也是为了环境保护的需要。经过净化的煤气属中热值煤气，发热量为17500kj/Nm3左右，每吨煤约产炼焦煤气300~400 m3，其质量约占装炉煤的16%~20%，是钢铁联合企业中的重要气体燃料，其主要成分是氢和甲烷，可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷。
高炉用燃料

焦炭是高炉冶炼的主要燃料。

一、焦炭在高炉冶炼中的作用

1.发热剂。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。

2.还原剂。焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。

3.料柱骨架。焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。

4.渗碳剂。

5.炉料下降提供自由空间。

二、高炉冶炼对焦炭质量的要求

1．焦炭的化学成分

焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。

◆固定碳含量尽量高，灰分尽量低。我国冶金焦炭灰分一般为11％～l4％。

◆硫含量低。

◆挥发分一般在0．7％～l．2％。

焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。

挥发分含量过高，说明焦炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。

◆水分含量稳定。

焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，通常为2％～6％。

2．焦炭的物理性质

◆机械强度高。

焦炭的机械强度是指焦炭的耐磨性和抗撞击能力。

机械强度不好的焦炭，在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末，进入初渣，使炉渣的黏度增加，增加煤气阻力，造成炉况不顺。

目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度。

小转鼓是用钢板焊成的无穿心轴的密封圆筒，鼓内径和宽均为1000mm，内壁每隔90°焊角钢一块，共计4块。试验时，取粒度大于60mm 的焦炭30kg，放人转鼓内，转鼓以25r／min的速度旋转100转，即4min，倒出试样，用φ40mm和φl0mm的圆孔筛筛分，以大于40mm的焦炭占试样总量的百分比(以M40表示) 作为破碎强度指标，以小于l0mm的焦炭占试样总量的百分比(以M10表示)作为耐磨强度指标。

M40愈大，Ml0愈小，表明焦炭的强度愈高。

一般要求M40≥72％，Ml0≤10％。

◆粒度均匀、粉末少。

大型高炉焦炭粒度范围为20～60mm，中小高炉用焦炭，其粒度分别以20～40mm和大于15mm 为宜。

3．焦炭的化学性质

焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。

◆ 燃烧性好。

燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成C02的速度，即燃烧速度。其反应式为：

C+02=C02

◆ 反应性好。

反应性是指焦炭在一定温度下和C02作用生成C0的速度。反应式为：

C+C02=2CO

为了提高炉顶煤气中的CO2含量，改善煤气利用程度，希望焦炭的反应性差些为好。

为了扩大燃烧带，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，使炉料顺利下降，希望焦炭的燃烧性差些为好。

三、炼焦生产工艺流程

炼焦生产工艺流程如图2-2所示。




图2-2　炼焦生产工艺流程

现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。

1.洗煤

◆原煤在炼焦之前，先进行洗选。

◆目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。

2.配煤

◆将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦。

◆目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品。

3.炼焦

◆将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一定时间，最后形成焦炭。

◆炭化室内成焦过程如图2—3所示。




图2-3 结焦过程示意图

4.炼焦的产品处理

◆将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级、获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。

◆熄焦方法有干法和湿法两种。

湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋60～90s。

干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为2～4h。

◆在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。
焦炭在焦槽下进行筛分后，筛出的碎焦由碎焦皮带机运至碎焦仓进行2次筛分，合格的小块焦与烧结矿混装入炉，以此回收利用小块焦，替代大块冶金焦，不仅能提高块状带和软熔带矿石层的透气性，促进矿石还原，提高煤气利用率，而且能够显著降低焦比和生产成本[2]。


大量不合格的碎焦在软熔带会影响“焦窗”的透气性，进入炉缸又影响炉缸死焦柱透气、透液性，使初始煤气流分布紊乱。为了提高焦炭筛分效率，将焦炭筛筛网尺寸由20 mm扩至25 mm，并定时清扫筛网，最大限度筛除＜5 mm的粉末，不仅可以改善大焦质量，同时，筛下10～25 mm的小块焦量也随之提高，小块焦比也由原来的10 kg/t提高至30 kg/t左右，最高达35.6 kg/t，提高了焦炭利用率，吨铁焦炭回收量控制在40 kg左右。
　　小块焦比提高后，改善了矿石透气性，中心和边缘煤气流总体变化不大。由于大焦数量减少，使得块状带和软熔带压差升高；大量小块焦在高炉下部粉化使下部透气性和透液性变差，高炉风压和压差略有升高，但煤气流分布合理，高炉顺行状况良好。因此，要进一步提高小块焦比，改善下部透气性和保持良好的大块焦质量是很重要的。
焦炉煤气的作用：

基本上都用在冷轧的炉子上当燃料了
也有用在烤包、烤水口、烧结、石灰窑、球团、加热炉、锅炉,高炉喷煤制粉等地



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