全面詳細的焦煤焦炭知識

煉焦是將配合煤在焦爐內通過高溫干餾(隔絕空氣加熱到950～1050℃)，經過干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段，最終產生焦炭和煤氣的一種生產工藝。

所謂配合煤就是各種煉焦煤，按照一定配比混合在一起的。

一、煉焦煤的介紹

氣煤(QM)：屬于煤化程度較低、揮發份較高的煙煤。氣煤分為四組， Vdaf大于37%，G大于65，Y值不大于25mm，其特點是揮發份特別高，而粘結性較強;氣煤的Vdaf大于28%到37%，G大于50到65，其特點是粘結性中等而揮發份稍高。氣煤單獨煉焦時煉出的焦炭呈細長形，有較多的縱裂紋，易碎，其強度和耐磨性均較差，但煉焦時能產生較多的煤氣、焦油與其它化工產品，多數作配合煤用于煉焦。

氣肥煤(QF)： 是煤化程度和氣煤相近、揮發份高、粘結性強的煙煤。單獨煉焦時能產生大量的膠質體和煤氣，因為析出的氣體多，不能生成致密、高強度的焦炭，通常用作煉焦配煤。

1/3焦煤：屬煤化程度中等，性質介于氣煤、肥煤與焦煤之間的過渡煤種，是中等或較高揮發份的較強粘結性煤。單獨煉焦時煉出的焦炭強度較高，是配煤煉焦的好原料。

肥煤：肥煤是煤化度中等的煙煤。受熱到一定溫度能產生較多的膠質體，且有極強的粘結性。單獨煉焦時，能產生熔融良好的焦炭，焦炭耐磨性特別好。但焦炭有較多的橫裂紋，焦根部分有蜂焦，其抗碎強度比焦煤煉得的焦炭要差，是配煤煉焦的重要煤種。

焦煤：是煙煤中煤化程度中等或偏高的一類煤，中等揮發份和有較好的粘結性。受熱后能產生熱穩定性好的膠質體。單獨煉焦時，可煉成熔融性好，塊度大、裂紋少、抗碎強度高、耐磨性好的焦炭，是一種優質的煉焦用煤。15、25號焦煤結焦性特別好，可單獨煉出合格的冶金焦。

瘦煤：瘦煤是煙煤中煤化程度較高、揮發份較低的一類煤。受熱后能產生一定數量的膠質體，單獨煉焦時，煉出的焦炭熔融性差、耐磨性不好、裂紋少、塊度較大的焦炭。我國的瘦煤資源較少，一般作為配煤煉焦的原料。

二、影響煉焦工藝的煤的主要參數指標

灰分：灰分在焦炭中是一個非常有害的組分。煤的灰分全部轉化到焦炭中去，使焦炭的含炭量減少，致使高爐中鐵水溫度下降，渣量增多，為了使渣量易于排出，要添加更多的助溶劑，同時增加焦比，降低高爐的生產效率。另外，焦炭的灰分中含有一些礦物質，如Na2O、K2O等，對焦炭與CO2反應具有催化作用，對焦炭的反應性和反應后強度有很大影響。

硫分：煤中的硫大約有80-85%黑心化到 焦炭中去，焦炭的硫會嚴重影響生鐵的質量。在高爐中，硫要靠爐渣排出，這就要增加溶劑，使爐渣的堿度和渣量提高，同時降低高爐的生產效率。而且硫對環境還有很大影響。

揮發份：煤的揮發份是表征煤的變質程度的一個重要指標，煉焦配合煤的揮發份最好在28%左右。

水份：裝爐煤的水份對煉焦生產和焦炭的質量有一定影響。例如，水份含量會影響裝爐煤的堆密度，從而影響焦炭的強度。另外，影響焦爐的耗熱 量及生產操作等。

粘結指數(G)：它是表征煤的粘結能力的指標。它對焦炭的冷、熱強度均有很大影響。是煉焦配煤的主要參考指標。

膠質層厚度(Y)。它是指煤在加熱過程中，形成膠質體過程中瞬間所產生膠質體的最大量。它也是指導煉焦配煤的一個主要指標。

除上述幾個主要指標外，奧亞膨脹度(b)、基氏流動度、坩堝膨脹序數(CSN)、煤的巖相組成及鏡質組最大反射率等。

煤的粉碎細度：粉碎細度主要影響到裝爐煤的堆密度，另外，對配合煤的粘結性也有一定影響，粒度細，煤的比表面積大，粘結性變差。但如果粒度太粗，大顆粒的惰性物質易在焦炭中形成裂紋中心，影響焦炭的強度。

三、配煤

①盡可能保證焦炭質量達到規定的指標;

②不會產生對爐墻有危險的膨脹壓力和引起推焦因難;

③在滿足焦炭質量的前提下，盡可能多配高揮發份的氣煤，降低配合煤成本;

④在保證焦炭質量的前提下，盡可能節約焦煤、肥煤等優質資源，合理利用我國的煤炭資源;

⑤盡可能降低配煤中的灰分和硫分;

⑥力求達到配煤質量穩定，有利于生產和操作;

⑦配煤要準確，按規定頻次跑盤檢查。

四、焦炭質量

焦炭水分(Mt)

作為冶金焦炭供給高爐煉鐵生產，焦炭水分波動主要是給高爐入爐焦炭重量的稱量造成誤差，帶來爐況波動，焦炭水分過高會使M04偏高，M10偏低，給轉鼓指標帶來誤差，焦炭水分過高還會將焦粉帶入高爐使高爐冶煉時透氣性不好，所以保持焦炭水分穩定能為高爐爐溫穩定創造條件，一般濕熄焦要求焦炭水分控制在4—6%。

焦炭灰分(Ad)

焦炭主要組成是碳和灰分，焦炭含碳愈高則含灰就愈少，在高爐冶煉中灰分是有害物質，吸收熱量變成爐渣排出。也就是說焦炭中的灰分越高，煉鐵的焦比就越高。一般焦炭灰分波動1%，高爐的焦比要波動2.5—3.0%，焦炭灰分的高低，主要取決于原料煤的灰分，煤的灰分在煉焦過程中也是完全轉入焦炭中，另外在煉焦生產過程中混入雜質和煉焦不良操作，也會增加焦炭中灰分，煉鐵要求焦炭中灰分愈少愈好。

焦炭硫分(Std)

焦炭中的硫分，硫是生鐵冶煉的有害雜質之一，它使生鐵質量降低。在煉鋼生鐵中硫含量大于0.07%即為廢品。由高爐爐料帶入爐內的硫有11%來自礦石;3.5%來自石灰石;82.5%來自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來源。焦炭硫分的高低直接影響到高爐煉鐵生產。當焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,礦石加入量增加0.3%高爐產量降低1.5—2.0%.冶金焦的含硫量規定不大于1%，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。

焦炭揮發分(Vdaf)

焦炭揮發分是焦炭被二次加熱后，氣態析出物的含量，這種含量取決于煤料的變質程度和焦餅最終溫度，一般將焦炭揮發分視作焦炭成熟程度的標志。但也不能完全作成熟標志，就是焦餅完全成熟時焦炭的揮發分也含有1.0%左右，這是因為成熟的焦炭它可以吸附CO和O2，在試樣干燥后，仍會吸收空氣中水氣，這些少量水氣也是揮發分。在煉焦過程中，未被揮發出來的C、H化合物是極少的，因為在一定溫度下，C、H化合物各種形態必然以揮發分析出，冶金焦新國標規定：Vd≤1.8%。根據焦炭的揮發分含量可判斷焦炭成熟度。如揮發分大于1.5%，則表示生焦;揮發分小于0.5—0.7%,則表示過火，一般成熟的冶金焦揮發分為1%左右。

焦炭的磷分(P)

煉鐵用的冶金焦含磷量應在0.02—0.03%以下

焦炭的固定碳(Fc)

焦炭的固定碳是煤經過高溫干餾后殘留的固態可燃物質，它是焦炭中的主要可燃成分，含碳(C)愈高就表明焦炭熱值愈高，使用價值就愈大，它的工業分析計算方法：Fc=100-(Vd+Ad)%

焦炭的粒度

在高爐冶煉中焦炭的粒度也是很重要的。我國過去對焦炭粒度要求為：對大焦爐(1300—2000平方米)焦炭粒度大于40毫米;中、小高爐焦炭粒度大于25毫米。但目前一些鋼廠的試驗表明，焦炭粒度在40—25毫米為好。大于80毫米的焦炭要整粒，使其粒度范圍變化不大。這樣焦炭塊度均一，空隙大，阻力小，爐況運行良好。

焦炭的機械強度

焦炭的機械強度是冶金焦物理性能的最重要指標，評定焦炭機械性能多種試驗方法，目前大都選擇轉鼓試驗。采用米庫姆焦炭在轉鼓內破壞的機理：

米庫姆轉鼓測定得到的兩個指標：M10、M40(或M25)確能很好地表示焦炭的耐磨強度和抗碎強度，也就是我們稱之為焦炭機械強度。M10、和M40兩個指標既是兩個互不相干的因素過程造成的，又是有相關聯的，因為一方面是因存的裂紋而破碎成小塊時可能產生小于10mm的，也就作為M10考核了。另一方面，因轉鼓試驗結果得到各粒級的焦炭總和必須等于100%，則M10的波動大了，必然會影響M40指標。

焦炭的物理化學性質

焦炭的物理化學性質有兩項指標表示，即：焦炭的反應性和焦炭的反應后強度，這兩項指標都影響高爐生產，在冶金焦炭質量新標準中規定：一級冶金焦CRI≤30%，CSR≥55%。

焦炭的反應性(CRI)

焦炭在高溫條件下與CO2和水蒸氣相作用的能力稱焦炭的反應性，用CRI表示。

C+CO2 = 2CO C+H2O = CO+H2

通常用焦炭和CO2反應一定時間后焦炭消耗量占焦炭試樣的百分比表示。

目前高爐冶煉對焦炭的反應性十分關注，故在《冶金焦炭》新國標中列為其中，要求：CRI%Ⅰ級焦為≤30%，Ⅱ≤35%。

焦炭在高爐冶煉過程中的幾點：

(1)焦炭反應性愈低，在風口回旋區與鼓風反應愈慢，回旋區斷面積就增大，爐料下降更均勻。

(2)焦炭反應性愈高，在較低溫度下就與CO2反應，得不到有效利用。

(3)焦炭反應性高最主要的是在高爐中，下部焦炭要經受CO2以及鐵氧化物等作用，即產生碳熔反應和焦炭龜裂，結果耐磨性大大降低，形成焦粉進入爐渣中，降低爐渣流動性，使爐內料柱的透氣性降低，這就說明：高爐容積愈大，對焦炭的反應性要求愈低，一般要求CRI<30%。

焦炭的反應后強度(CSR)

焦炭的反應后強度是高爐下部焦炭反應后性能的要求，通常將反應后強度指標稱之為熱強度。

從生產實踐證明：焦炭的反應性與反應后強度有著較好的相關關系是：反應性高的焦炭孔孢壁碳熔損大，其反應后強度低;通俗的說：就是焦炭的反應性愈高，則反應后強度就愈低。

焦炭反應后強度與高爐內處于軟融帶強度相一致，它在與高爐下部的透氣性有著良好的相關性，一般來說反應性高的焦炭其冷態轉鼓指數M10就差，反之，反應性低的焦炭M10就好。若反應性相近似值的焦炭，冷態轉鼓強度高，反應后強度也高。

焦炭質量要求簡要的總結就是：

(1)、固定碳(C)含量要高，即灰分和揮發份要低。

(2)、有害的雜質硫、磷含量要低。

(3)、耐磨和抗碎強度要好。

(4)、反應性要低，反應后強度要高。

(5)、水份要低而穩定。

(6)、焦炭塊度要均勻，40～80mm級含量要高，<25mm級含量要低。

滿足上述要求，可以保證高爐生產達到高產、優質、低耗，還可有效提高利用系數，冶煉強度高，焦比低，得到低硫、磷的優質的生鐵。

五、配合煤的成份和性質對焦炭質量的影響

(1)配合煤的成份和性質決定了焦炭中的固定(C)、灰份(Adt)、硫份(Sed)和磷份(P)的含量。而焦炭的塊度和強度在很大程度上也是取決于原料煤的成份和性質。配合煤是由各種單種煤配制而成，也就是說原料煤的成份和性質決定了配合煤的成份和性質。如：配合煤中的硫份和灰份低，說明單種煤的硫份和灰份低，所煉出的焦炭的硫份和灰份也低。比如：在配合煤中增加高揮發份，低變質程度的氣煤所煉出的焦炭細長，塊度小，若在配合煤中增加焦煤和瘦煤，煉出的焦炭就會使收縮裂紋減少，塊度增大。

若在配合煤中配有含無機物礦物質增多(也就是所說的灰份)也就會影響焦炭的強度。這說明配合煤的成份和性質是由各單種煤的成份和性質決定的，除此外，配合煤的粉碎細度也會影響焦炭的強度，粉碎細度影響堆比重，由于煤的結構復雜，所粉碎的細度也不一定一樣，故此對細度的要求不能一概而論(一般要粉碎粒度小于3mm的要控制在80±3%為好)

(2)煉焦加熱制度對焦炭質量的影響

煉焦加熱制度是影響焦炭質量因素之一，而影響焦爐的加熱制度的主要因素是煉焦的加熱速度和結焦末期的溫度，加熱速度和結焦末期的溫度都與結焦時間有關，結焦時間愈短則加熱速度愈快，標準溫度就愈高，而結焦末期溫度也就高。

通過生產實踐研究表明：當加快結焦速度時，可使煤在干餾過程中使膠質體的流動性增加，煉出塊度小的堅固焦炭，這是好的一面，但是加快結焦速度，也會使焦炭收縮裂紋增加，焦炭的塊度變小，強度降低，這又是不利的一面。55孔大型6米焦爐設計的結焦時間為19小時，若結焦時間小于設計結焦時間1小時，則大塊焦(>40mm粒度)就降低約6%左右，當然不同的配煤比也有所不同。加快加熱速度時，中塊冶金焦(25—40mm)就會增加，但平均焦炭的塊度也下降了。

6米焦爐設計結焦時間為19小時，而寶鋼煉焦工藝，同樣6米大容積焦爐是采用結焦時間21小時，火落溫度控制實際上就是控制煉焦加熱速度和結焦末期的溫度方法。

通過提高結焦末期的溫度，可以增加焦炭的耐磨強度(M10)同時也可以減少小于10mm的焦末的產率，但是必須要考慮到在此同時也會減小焦炭的塊度，因此造成焦炭最終收縮增加，小裂紋增多，塊度變小，整個抗碎強度M40降低。

因此，煉焦工藝要求必須要制定合理的加熱制度，執行過程中必須要穩定，不可以波動太大，使成熟的焦炭有盡可能小的磨損和得到盡可能大的塊度，來保證焦炭強度的質量指標

(3)煤料在焦爐炭化室內的堆比重對焦炭質量的影響

影響炭化室內煤料的堆比重，也是影響焦炭質量因素之一，其因素很多，如：堆比重是取決于設計炭化室的高度，裝煤操作方式，煤料在炭化室里的形狀，配煤的細度和水等都能影響堆比重。對影響焦炭質量而言，增加炭化室內煤料的堆比重，可以使煤料在干餾過程緊密結合，由此獲得機械強度較高的焦炭，使M40%上升M10%下降。

當今，國內外煉焦工藝增加裝煤的堆比重的方式有：進行煤干燥預熱或增設煤調濕工藝，增加配型煤工藝，搗固煉焦，采用高炭化室大容積焦爐，提高加煤速度等都能增加裝爐煤的堆比重，達到改善和提高焦炭質量的目的。

從上述分析三大因素影響冶金焦炭質量的原因，針對不利焦炭質量的因素是作為煉焦生產工藝控制焦炭質量的原則和手段，以達到提高焦炭質量目的

(4)提高焦炭質量的其它途徑

提高焦炭質量除了主要從煉焦工藝的主要因素著手，還要從其它方面來保證焦炭質量進一步提高。

對焦炭進行整粒，使經進一步整粒的冶金焦塊度趨于均勻，轉鼓強度也相應的提高，進入高爐后，可以改善爐料的透氣性，有利于高爐增產和降低焦比。實踐證明冶金焦的粒度并不是愈大愈好，在國外和國內的一些廠家反復試驗應用粒度大于80mm或100mm普通焦炭高爐生產焦比要上升，采用小于80mm的冶金焦，焦比就下降，若高爐采用經整粒后的25—75mm的冶金焦，使高爐焦比大大降低。所采用整粒方法就是用切焦機對大于80mm以上的焦塊進行破碎。經切焦機破碎的焦炭機械強度明顯得到提高。

實現全干熄。干熄焦與濕熄焦相比，通過比對，干熄焦可使M40提高3—5%，M10降低0.5—0.8%，粒度更均勻，這樣的粒度有利于高爐反應和降低焦比。

通過配30—40%型煤可以提高堆比重，型煤的導熱性比粉煤好，型煤先在高溫下軟化熔融，使膠質體流入粉煤，由于型煤的膨脹壓力大，擠壓周圍的粉煤，均使整體煤料粘結性進一步改善，另外，由于制取型煤時所添加粘合劑，又對弱粘結性煤起到改質作用。配一定量型煤(30—40%)，可以改善焦炭的冷、熱態性能，也可以使焦炭質量逐步提高。