焦炭种类

第二节焦炭的种类焦炭通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和电石用焦等。由煤粉加压成型煤，再经炭化等后处理制成的新型焦炭称为型焦。一、冶金焦冶金焦是用于炼铁、熔铁、冶炼铁合金和有色金属的焦炭的总称。它包括高炉焦、铸造焦、铁合金焦。冶金焦是以炼焦煤为主要原料，在室式焦炉中炼制成的坚硬、密实、多孔的高温焦炭（统称焦炭）。由于90％以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。中国制定的冶金焦质量标准（GB/T1996—1994）就是高炉焦质量标准二、高炉焦高炉焦是专门用于高炉炼铁的焦炭。高炉焦的质量要求取决于焦炭在高炉内的行为。1、高炉冶炼过程高炉系中空竖炉，自上而下分炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五段（图1—1a）。铁矿石、焦炭和溶剂等块状炉料从炉顶依次、分批装入炉内，高温空气（或富氧空气）由位于炉缸上部的风口鼓入，使焦炭在风口区燃烧放热。高炉冶炼所需热量由焦炭、风口喷吹的燃料和热风提供，其中焦炭燃烧提供的热量占75~80%，因此焦炭是高炉冶炼的主要供热源。焦炭在风口区燃烧生成的高温煤气在上升过程中将热能传给炉料，使炉料升温。焦炭燃烧并与CO2反应生成的CO将铁矿石的铁氧化物还原。因此自下而上煤气温度逐渐降低（图l—1b），煤气中CO含量从风口开始，先由于煤气中CO2与焦炭反应生成CO以及铁氧化物被高温焦炭直接还原生成CO而逐渐增加，到炉腹以上部位则由于CO与铁氧化物间接还原生成CO2而逐渐降低（图1－1c）。炉料在下降过程中，经预热、脱水、间接还原、直接还原而转化成金属铁，并不断升温和被焦炭渗碳而形成液态铁水。铁矿石中的脉石（主要成分为SiO2、A12O3等高熔点酸性化合物）则同熔剂作用形成低熔点化合物——炉渣。铁水和炉渣在向下流动过程中相互作用，进行脱硫等反应，到炉缸下部，因互不溶性和密度差异而分离，分别从渣口和铁口定期放出炉外。焦炭堆密度小，在高炉中其体积占高炉总体积的35~50％，在风口区以上地区，始终处于固体状态，而在高炉料柱中部铁矿石软化、熔融，在料柱下部金属铁和炉渣已形成液态铁水和熔渣，故焦炭对上部炉料起支承作用，并成为煤气上升和铁水、熔渣下降所必不可少的高温疏松骨架。焦炭在风口区内不断烧掉，使高炉下部形成自由空间，上部炉料稳定下降，从而形成连续的高炉冶炼过程。2、焦炭的作用高炉的基本功能是将铁矿石加热、还原、造渣、脱硫、熔化、渗碳得到合格的铁水。焦炭在高炉中则起着供热、还原剂、骨架和供碳四个作用。三、铸造焦铸造焦是专门用于化铁炉熔铁的焦炭，铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料。其作用是：熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性，铸造焦与高炉焦相比在外观上具有块度大裂纹少、密实程度高等特点。因此，铸造焦应具备块度大而均匀（一般要求焦炭块度在60mm以上）、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低、水分适宜且稳定、挥发分不宜太高等特点。四、气化焦气化焦是专用于生产煤气的焦炭。主要用于固态排渣的固定床气发生炉内，作为气化原料，生产以CO和H2为可燃成分的煤气。气化过程的主要反应有：C＋O2→CO2＋408177kJCO2十C→2CO—162142kJC＋H2O→CO＋H2一118628kJC＋2H2O→2CO2＋2H2一75ll5kJ因为产生CO和H2的过程均是吸热反应，需要的热量由焦炭的氧化、燃烧提供，因此气化焦也是气化过程的热源。气化焦要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。其一般要求如下：固定碳＞80％；灰分＜15％；灰熔点＞1250℃；挥发分＜3.0％；粒度15~35mm和＞35mm两级。冶金焦虽可以用作气化焦，但由于受炼焦煤资源和价格等的限制，一般不用冶金焦制气。以高挥发分粘结煤为原料生产的气煤焦，块度小、强度低，不适用于高炉冶炼，但它的气化反应性好，可取代气化焦用于制气。五、电石用焦电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温（1800~2200℃）作用下，和石灰石发生复杂的反应，生成熔融状态的碳化钙（电石）。其生成过程可用下列反应式表示：CaO＋3C→CaC2＋CO—46.52kJ电石用焦应具有灰分低、反应性高、电阻率大和粒度适中等特性，还要尽量除去粉末和降低水分。其化学成分和粒度一般应符合如下要求：固定碳＞84％，灰分＜14％，挥发分＜2.0％，硫分＜1.5％，磷分＜0.04％，水分＜1.0％，粒度根据生产电石的电弧炉容量而定：电炉容量/kV·A粒度/mm＜50003～125000～100003～1510000～200003～18＞200003～20粒度合格率要求在90％以上。