煤隔絕空氣進(jìn)行加熱，分別得到固體產(chǎn)品、液體產(chǎn)品和氣體產(chǎn)品的過(guò)程，即為煤的干餾過(guò)程。根據(jù)煤被加熱的最終溫度，分為低溫干餾（500～550℃），中溫干餾（600～800℃）和高溫干餾（900～1050℃）即煉焦過(guò)程。

早期的煉鐵使用木炭作燃料和還原劑，1709年開(kāi)始用焦炭代替木炭進(jìn)行煉鐵，從此推動(dòng)了煉焦生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展。

1、煉焦技術(shù)的發(fā)展階段

四個(gè)發(fā)展階段分別為：成堆煉焦與窯式、倒焰爐、廢熱式焦?fàn)t及現(xiàn)代的蓄熱室焦?fàn)t。

現(xiàn)在煉焦技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展階段：

1）焦?fàn)t容積大型化

2）裝爐煤預(yù)處理技術(shù)：配型煤技術(shù)、搗固工藝、煤預(yù)熱工藝等

3）環(huán)境保護(hù)

4）煉焦自動(dòng)化技術(shù)

2、焦炭的作用與性能

高爐是豎形爐子，從上到下有爐喉、爐頂、爐身、爐腰、爐腹和爐缸五部分。原料包括鐵礦石（或燒結(jié)礦）、焦炭和石灰石，交替地由爐頂通過(guò)裝料裝置裝入爐內(nèi)，焦炭和氧氣不完全燃燒生成的一氧化碳是高爐內(nèi)主要的還原劑。焦炭與氧燃燒反應(yīng)所放出的熱量是高爐冶煉過(guò)程熱量的主要來(lái)源。加入石灰石的目的，在于同石灰石與礦石、焦炭中的高熔點(diǎn)酸性氧化物起反應(yīng)，形成熔點(diǎn)較低、比重較小的爐渣與鐵水分開(kāi)，從爐缸中放出。

由于焦炭在高爐內(nèi)起支撐料柱的骨架作用，保持爐料分布均勻、透氣性好，要求焦炭有較高的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度，還要有一定的塊度，塊度越均勻越好。隨著高爐越來(lái)越大，高爐噴煤技術(shù)的使用，對(duì)焦炭強(qiáng)度和塊度要求就更高。

焦炭的化學(xué)組成包括水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、磷分等。

焦炭的水分與煉焦煤料的水分無(wú)關(guān)，也不取決于煉焦工藝條件，主要受熄焦方式的影響。另外焦炭水分要盡量穩(wěn)定，有利于高爐配料穩(wěn)定。

焦炭的灰分的主要成分是SiO2和Al2O3。焦炭灰分升高，不但使焦炭的強(qiáng)度降低，在高爐冶煉中需多用石灰石，鐵產(chǎn)量下降。

焦炭的揮發(fā)分是焦炭成熟程度的標(biāo)志。焦炭揮發(fā)分過(guò)高，說(shuō)明焦炭沒(méi)有完全成熟，出現(xiàn)“生焦”。焦炭揮發(fā)分過(guò)低時(shí)，說(shuō)明焦炭過(guò)火，焦炭裂紋增多，易碎。

焦炭的硫分是受煉焦煤料影響的，它是生鐵中的主要有害雜質(zhì)，當(dāng)焦炭含硫量高時(shí)，在高爐冶煉中為了脫硫，需多加石灰石，使鐵產(chǎn)量降低。

焦炭的磷分含量很少，焦炭的含磷量多少取決于煉焦煤料，煤中的含磷幾乎全部轉(zhuǎn)入焦炭中，一般焦炭含磷量約0.02％。磷在煉鐵過(guò)程中，進(jìn)入生鐵中使生鐵產(chǎn)生冷脆性。

焦炭的工業(yè)分析及機(jī)械強(qiáng)度

焦炭的工業(yè)分析包括水分、灰分、硫分、揮發(fā)分含量等項(xiàng)。機(jī)械強(qiáng)度包括抗碎強(qiáng)度指標(biāo)M40、耐磨指標(biāo)M10。我國(guó)采用米庫(kù)姆轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)方法測(cè)定焦炭的機(jī)械強(qiáng)度。

焦炭的篩分組成是計(jì)算焦炭塊度＞80mm、80～60mm、60～40mm、40～25mm等各粒級(jí)的百分含量。利用焦炭的篩分組成可以計(jì)算出焦炭的塊度均勻系數(shù)k。k可由下式算出：

K =

焦炭強(qiáng)度的M40、M10轉(zhuǎn)鼓指數(shù)都是焦炭的冷態(tài)特性，而焦炭在高爐中恰恰是在高達(dá)1000℃以上的熱態(tài)下使用。

焦炭強(qiáng)度在高爐下部被削弱的主要原因是高溫下CO2對(duì)焦炭的侵蝕作用，焦炭中的C被用于直接還原而消耗，失去了高溫強(qiáng)度而發(fā)生粉化，失去了支架的透氣作用，使高爐無(wú)法運(yùn)行操作。因此，現(xiàn)代化大高爐要求的優(yōu)質(zhì)焦炭應(yīng)該是在高溫下不易被CO2所侵蝕的焦炭。

可以用焦炭的反應(yīng)性(CRI)和反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)來(lái)作為評(píng)價(jià)焦炭高溫強(qiáng)度指標(biāo)。

我國(guó)采用的測(cè)定方法與日本新日鐵相同，即在1100℃恒定溫度下用純CO2與直徑20mm焦球反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為120min，試樣重200g，以反應(yīng)后失重百分?jǐn)?shù)作為反應(yīng)性指數(shù)(CRI)。反應(yīng)后的焦炭在直徑130mm、長(zhǎng)700mm的I型轉(zhuǎn)鼓中以每分鐘20轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)600轉(zhuǎn)并經(jīng)篩分，以大于1mm篩上物與入鼓試樣總重的百分?jǐn)?shù)作為反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)。

3、炭化室內(nèi)的結(jié)焦過(guò)程

炭化室內(nèi)煤料的結(jié)焦過(guò)程基本特點(diǎn)有二：一是單向加熱、成層結(jié)焦；二是結(jié)焦過(guò)程中傳熱特性隨爐料的狀態(tài)和溫度而變化。

炭化室在裝煤之前的墻面溫度一般約為1100℃，裝煤后常溫的煤立即大量吸收墻體的熱量，使?fàn)t墻表面的溫度急劇下降，而緊靠爐墻的煤料快速升溫，炭化室中心面的煤料仍處于常溫。隨著結(jié)焦時(shí)間的推移，靠近爐墻的煤料在裝煤后的6～7個(gè)小時(shí)已經(jīng)成焦。炭化室中心面的煤料的溫度僅為100～200℃，也就是說(shuō)此時(shí)從炭化室墻面到中心面之間的物料，處于結(jié)焦過(guò)程各個(gè)階段的情況都有，緊靠爐墻處為焦炭層，接著依次分別為半焦層、塑性層、干煤層、濕煤層。在一個(gè)炭化室內(nèi)結(jié)焦過(guò)程是從兩側(cè)炭化室墻面開(kāi)始，一層層地逐漸向炭化室中心面推移，稱為“成層結(jié)焦”。到了結(jié)焦末期，焦炭層逐漸移止中心面，整個(gè)炭化室全部成焦，因此結(jié)焦末期炭化室中心面的溫度（焦餅中心溫度）可以作為焦餅成熟程度的標(biāo)志，成為煉焦最終溫度。

炭化室墻面附近焦塊兩端的溫度差大，因此焦塊的裂紋多而深，該處的焦炭粒度小，而焦餅中心處焦塊兩端的溫度差小，裂紋少而淺，焦塊大。另外在焦餅中心處兩側(cè)的塑性區(qū)匯合時(shí)，塑性區(qū)厚度最大，塑性區(qū)產(chǎn)生熱解氣體排出的阻力最大，塑性體對(duì)兩側(cè)爐墻的側(cè)壓力也為最大，也即此時(shí)的膨脹壓力最大。

4、焦?fàn)t用耐火材料

硅磚屬于酸性耐火材料，SiO2含量在93%以上，具有良好的抗酸性侵蝕能力，它的導(dǎo)熱性能好，荷重軟化溫度高，一般在1620℃以上。硅磚的導(dǎo)熱性隨著工作溫度的升高而增大，沒(méi)有殘余收縮，在烘爐過(guò)程中，硅磚體積隨著溫度的升高而增大。

粘土磚是指Al2O3含量為30%~40%硅酸鋁材料的粘土質(zhì)制品。礦物組成主要是高嶺石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6%~7%的雜質(zhì)（鉀、鈉、鈣、鈦、鐵的氧化物）。粘土磚的燒成過(guò)程，主要是高嶺石不斷失水分解生成莫來(lái)石（3Al2O3·2SiO2）結(jié)晶的過(guò)程。

粘土磚屬于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性氣體的侵蝕，對(duì)堿性物質(zhì)的抵抗能力稍差。粘土磚的熱性能好，耐急冷急熱。

粘土磚的耐火度與硅磚不相上下，高達(dá)1690~1730℃，但荷重軟化溫度卻比硅磚低200℃以上。因?yàn)檎惩链u中除含有高耐火度的莫來(lái)石結(jié)晶外，還含有接近一半的低熔點(diǎn)非晶質(zhì)玻璃相。

在0~1000℃的溫度范圍內(nèi)，粘土磚的體積隨著溫度升高而均勻膨脹，線膨脹曲線近似于一條直線，線膨脹率為0.6%~0.7%，只有硅磚的一半左右。當(dāng)溫度達(dá)1200℃后再繼續(xù)升溫時(shí)，其體積將由膨脹最大值開(kāi)始收縮。粘土磚的殘余收縮導(dǎo)致砌體灰縫的松裂，這是粘土磚的一大缺點(diǎn)。

粘土磚只能用于焦?fàn)t的次要部位，如蓄熱室封墻，小煙道襯磚及蓄熱室格子磚、爐門襯磚、爐頂以及上升管襯磚等。

高鋁磚是Al2O3含量大于48%的硅酸鋁或氧化鋁質(zhì)的耐火制品，高鋁磚的致密度高，氣孔率低，機(jī)械強(qiáng)度高且耐磨。焦?fàn)t燃燒室爐頭及炭化室鋪底磚的爐頭部位，用高鋁磚砌筑，效果較好。

5、焦?fàn)t爐體結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代焦?fàn)t爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區(qū)，每個(gè)蓄熱室下部的小煙道通過(guò)交換開(kāi)閉器與煙道相連。煙道設(shè)在焦?fàn)t基礎(chǔ)內(nèi)或基礎(chǔ)兩側(cè)，煙道末端通向煙囪。

焦?fàn)t由多個(gè)燃燒室和多個(gè)炭化室組成，相間排列。炭化室是裝煤和煉焦的地方，燃燒室是煤氣燃燒的地方，通過(guò)與兩側(cè)的隔墻向炭化室提供熱量。裝爐煤在炭化室內(nèi)經(jīng)高溫干餾變成焦炭。燃燒室墻面溫度高達(dá)1300~1400℃，而炭化室墻面溫度約1000~1150℃，裝煤和出焦時(shí)炭化室墻面溫度變化劇烈，且裝煤中的鹽類對(duì)爐墻有腐蝕性?，F(xiàn)代焦?fàn)t均采用硅磚砌筑炭化室墻。

燃燒室分成許多立火道、立火道的形式因焦?fàn)t爐型不同而異。從立火道蓋頂磚的下表面到炭化室蓋頂磚下表面之間的距離，稱加熱水平強(qiáng)度，它是爐體結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要尺寸。如果該尺寸太小，爐頂空間溫度就會(huì)過(guò)高，致使?fàn)t頂產(chǎn)生過(guò)多的沉積碳；反之，則爐頂空間溫度過(guò)低，將出現(xiàn)焦餅上部受熱不足，因而影響焦炭質(zhì)量。另外，爐頂空間溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)對(duì)煉焦化學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

為了回收利用焦?fàn)t燃燒廢氣的熱量預(yù)熱貧煤氣和空氣，在焦?fàn)t爐體下部設(shè)置蓄熱室?，F(xiàn)代焦?fàn)t蓄熱室均為橫蓄熱室（其中心線與燃燒室中心線平行），以便于單獨(dú)調(diào)節(jié)。

蓄熱室墻一般用硅磚砌筑，在蓄熱室中放置格子磚，以充分回收廢氣中的熱量。格子磚要反復(fù)承受急冷急熱的溫度變化，故采用粘土質(zhì)或半硅質(zhì)材料制造。

蓄熱室下部有小煙道，其作用是向蓄熱室交替導(dǎo)入冷煤氣和空氣，或排出廢氣。溫度差別大，為了承受溫度的急劇變化，并防止氣體對(duì)小煙道的腐蝕，須在小煙道內(nèi)襯以粘土磚。

斜道區(qū)承受焦?fàn)t上部的巨大重量，同時(shí)處于1100~1300℃的高溫區(qū)，所以也用硅磚砌筑。

爐頂區(qū)位于焦?fàn)t爐體的最上部。設(shè)有看火孔、裝煤孔和從炭化室導(dǎo)出荒煤氣用的上升管孔等。爐頂最下層為炭化室蓋頂層，一般用硅磚砌筑，以保證整個(gè)炭化室膨脹一致。為減少爐頂散熱，在炭化室頂蓋層以上采用粘土磚、紅磚和隔熱磚砌筑。爐頂表面一般鋪缸磚，以增加爐頂面的耐磨性。

6、焦?fàn)t機(jī)械與設(shè)備

1）護(hù)爐鐵件：

護(hù)爐設(shè)備包括：爐柱、小爐柱、保護(hù)板、縱橫拉條、彈簧等。護(hù)爐設(shè)備的作用是對(duì)砌體施加保護(hù)性壓力，使砌體在烘爐及生產(chǎn)過(guò)程保持整體性，避免在溫度及機(jī)械力沖擊下產(chǎn)生破損。

縱拉條它的作用是通過(guò)彈簧組對(duì)焦?fàn)t縱向兩端混凝土抵抗墻施加一定的壓力，使焦?fàn)t縱向不至因自由膨脹或收縮而產(chǎn)生砌體裂縫或變形。

橫拉條、彈簧和爐柱及小爐柱的作用是對(duì)焦?fàn)t橫向施加保護(hù)性壓力。

2）加熱煤氣設(shè)備：

加熱煤氣管道用于向焦?fàn)t輸送煤氣。高爐煤氣管道由總管來(lái)的煤氣分配到機(jī)焦側(cè)主管中，然后經(jīng)分管進(jìn)入焦?fàn)t內(nèi)。

焦?fàn)t煤氣管道由總管來(lái)的煤氣導(dǎo)入地下室的主管中，再經(jīng)分管、橫管、下噴管進(jìn)入豎直磚煤氣道中。

在總管和主管上設(shè)有煤氣開(kāi)閉器，用于調(diào)節(jié)和切斷全爐的煤氣。

主管上設(shè)有煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)翻板，按生產(chǎn)需要，自動(dòng)的保持煤氣壓力的規(guī)定值。

為了防止萘、焦油等物質(zhì)從煤氣中冷凝析出堵塞管道和管件，并且為了穩(wěn)定煤氣的溫度和以穩(wěn)定供熱的條件，在使用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，要在總管上設(shè)置煤氣預(yù)熱器來(lái)預(yù)熱焦?fàn)t煤氣。

在分管上安裝有調(diào)節(jié)旋塞、交換旋塞和孔板盒。調(diào)節(jié)旋塞用于切斷或接通煤氣。交換旋塞用于定期交換煤氣和導(dǎo)入除炭用空氣，使焦?fàn)t加熱處于不同位置的加熱狀態(tài)?？装逵糜诳刂聘魅紵疫M(jìn)入的煤氣量。

焦?fàn)t煤氣管道上還設(shè)有冷凝液水封槽。管道中煤氣冷凝下來(lái)的水和焦油自流排入該水封槽中。

3）廢氣設(shè)備

廢氣設(shè)備包括交換開(kāi)閉器和總分煙道翻板等。

交換開(kāi)閉器是控制進(jìn)入蓄熱室的加熱煤氣、空氣和排出燃燒所生成廢氣的設(shè)備。

總煙道翻板和分煙道翻板是用來(lái)和穩(wěn)定煙道吸力的設(shè)備。

4）交換設(shè)備

交換設(shè)備是用于切換焦?fàn)t加熱系統(tǒng)氣體流動(dòng)方向的動(dòng)力設(shè)備和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括交換機(jī)和交換傳動(dòng)裝置。

交換機(jī)是帶動(dòng)各傳動(dòng)拉條進(jìn)行交換的動(dòng)力機(jī)械。

交換機(jī)操作步驟都是三個(gè)：關(guān)煤氣→交換廢氣和空氣→開(kāi)煤氣。這種程序的目的是，切斷煤氣后，在沒(méi)有煤氣流通的情況下緩慢地交換空氣及廢氣的流通方向，可避免未燃燒的煤氣進(jìn)入煙道而形成爆炸氣體，空氣廢氣正常流通后再向燃燒系統(tǒng)送入煤氣，避免產(chǎn)生氣流的紊亂甚至產(chǎn)生爆炸氣體混合物。

5）荒煤氣導(dǎo)出設(shè)備

荒煤氣導(dǎo)出系統(tǒng)的設(shè)備包括：上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管、氨水噴灑系統(tǒng)等。

上升管直接與炭化室或通過(guò)上升管鑄鐵座與炭化室相連。上升管由鋼板焊制成而，內(nèi)砌粘土襯磚。其上部與橋管相連接。橋管為鑄鐵件內(nèi)砌粘土襯磚。橋管上開(kāi)有清掃孔，裝設(shè)有高低壓氨水噴頭。

低壓氨水噴灑是采用約75℃的熱氨水將炭化室排出的荒煤氣冷卻到80-100℃，并使其中的大部分焦油冷卻下來(lái)。采用熱氨水噴灑有利于達(dá)到氨水汽化吸熱而降低煤氣溫度。另外，采用熱氨水冷卻焦油使其保持良好的流動(dòng)性，避免焦油凝固堵塞管路。

高壓氨水噴灑只有在裝煤時(shí)進(jìn)行，靠高壓氨水的噴射力產(chǎn)生吸力，造成裝煤孔下的負(fù)壓以防止煙塵及煤氣外逸。

集氣管是用鋼板焊制而成的圓管或槽形結(jié)構(gòu)，沿整個(gè)焦?fàn)t縱向置于爐柱托架上，用以匯集各炭化室的荒煤氣。

每個(gè)集氣管上還設(shè)有二個(gè)放散管，以備停風(fēng)機(jī)、停氨水時(shí)因集氣管壓力過(guò)大或開(kāi)工時(shí)放散用。每個(gè)放散管下部裝有雙水封閥。為減少焦?fàn)t煤氣放散時(shí)對(duì)大氣造成的污染，放散管頂部應(yīng)設(shè)有自動(dòng)點(diǎn)火裝置，點(diǎn)燃被放散的焦?fàn)t煤氣。

吸氣彎管專供荒煤氣排出，其上裝有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)翻板，用以調(diào)節(jié)集氣管壓力。

6）焦?fàn)t機(jī)械

煉焦生產(chǎn)中焦?fàn)t專用機(jī)械，頂裝焦?fàn)t用的有裝煤車、攔焦機(jī)、推焦機(jī)、熄焦車；搗固焦?fàn)t則用裝煤推焦機(jī)（或推焦機(jī)與搗固裝煤車分體）代替裝煤車和推焦機(jī)，并增加搗固機(jī)和消煙車，以搗固煤餅和消除裝煤時(shí)產(chǎn)生的煙塵。

7）焦?fàn)t生產(chǎn)工藝

推焦串序的定義及制定原則

推焦時(shí)，焦餅對(duì)兩面炭化室墻產(chǎn)生一定的壓力，炭化室墻如果受力不均衡就會(huì)變形，而煤料干餾過(guò)程中產(chǎn)生膨脹壓力，在結(jié)焦中期最大。為了使炭化室墻兩側(cè)的壓力能夠互相抵消，就必須使推焦炭化室的兩側(cè)相鄰的炭化室處于結(jié)焦中期。

煉焦 coking 裝爐煤經(jīng)過(guò)高溫干餾轉(zhuǎn)化為焦炭、焦?fàn)t煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的工藝過(guò)程。即煤炭焦化。

指主要從硬煤和褐煤中生產(chǎn)焦炭、煤氣、干餾炭及煤焦油或?yàn)r青等副產(chǎn)品的煉焦?fàn)t的操作活動(dòng)。

根據(jù)最終溫度，有高溫?zé)捊梗?00～1100℃）、中溫?zé)捊梗?60～750℃）和低溫?zé)捊梗?00～580℃）。通常指高溫?zé)捊埂?

現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)在焦化廠煉焦車間進(jìn)行。煉焦車間一般由一座或幾座焦?fàn)t及其輔助設(shè)施組成，焦?fàn)t的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦?fàn)t操作的全過(guò)程，每個(gè)爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機(jī)、熄焦車和電機(jī)車，一側(cè)還應(yīng)設(shè)有焦臺(tái)和篩焦站。近來(lái)開(kāi)發(fā)的煉焦新工藝還有：配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預(yù)熱工藝等。

產(chǎn)品包括：

（1）焦炭。煉焦最重要的產(chǎn)品，大多數(shù)國(guó)家的焦炭90%以上用于高爐煉鐵，其次用于鑄造與有色金屬冶煉工業(yè)，少量用于制取碳化鈣、二硫化碳、元素磷等。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，焦粉還用作燒結(jié)的燃料。焦炭也可作為制備水煤氣的原料制取合成用的原料氣。

（2）煤焦油。焦化工業(yè)的重要產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占裝爐煤的3%~4%，其組成極為復(fù)雜，多數(shù)情況下是由煤焦油工業(yè)專門進(jìn)行分離、提純后加以利用

（3）煤氣和化學(xué)產(chǎn)品。氨的回收率約占裝爐煤的0.2%~0.4%,常以硫酸銨、磷酸銨或濃氨水等形試作為最終產(chǎn)品。粗苯回收率約占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有機(jī)合成工業(yè)的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但為了經(jīng)濟(jì)效益，也是為了環(huán)境保護(hù)的需要。經(jīng)過(guò)凈化的煤氣屬中熱值煤氣，發(fā)熱量為17500kj/Nm3左右，每噸煤約產(chǎn)煉焦煤氣300~400 m3，其質(zhì)量約占裝爐煤的16%~20%，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的重要?dú)怏w燃料，其主要成分是氫和甲烷，可分離出供化學(xué)合成用的氫氣和代替天然氣的甲烷。

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