炼焦学复习题

复习题

1.炼焦的概念是什么？

将煤在焦炉内隔绝空气加热到950~1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制得焦炭、化学产品和煤气。这一过程叫高温干馏或高温炼焦，一般简称为炼焦。

2.焦炭的工业分析包括那几个指标？

焦炭按固定碳、挥发分、灰分和水分测定其化学组成的方法称焦炭的工业分析

3.焦炭在高炉中所起的作用是什么？

焦炭在高炉中则起着供热、还原剂、骨架和供碳四个作用。

4.解释高炉中发生的直接还原反应、间接还原反应及碳溶反应。

直接还原反应：

间接还原反应：

碳溶反应：

5.解释高炉中渣比、碱度及总碱度的概念。

每冶炼一吨生铁所生成的炉渣量称渣比。炉渣内CaO量与SiO2量之比CaO/ SiO2称碱度，比值（CaO+MgO）/ SiO2称总碱度。

6.高炉焦的质量要求是什么？

高炉焦要求灰低、硫低、强度高、块度适当且均匀，气孔均匀、致密、反应性适度、反应后强度高。

7.落下强度主要检验焦炭的什么性质？

落下强度仅检验焦炭经受冲击作用的抗破碎能力。

8.我国高炉焦的粒度组成规定用那几层方孔筛测定？

用一套具有标准规格和规定孔径的筛子将焦炭筛分，然后分别称量各级筛上焦炭和最小筛孔的筛下焦炭质量，算出各级焦炭的质量百分率或各筛级以上焦炭质量累积百分率，即焦炭的筛分组成，用来表述焦炭的粒度分布状况。

筛分试验用的筛孔有方孔筛和圆孔筛两种，我国冶金焦（高炉焦）国标规定> 40mm焦炭的筛分组成用四层方孔筛测定（80、60、40和25 mm），＜25 mm的焦炭百分含量作为冶金焦的焦末含量，焦末含量高，对高炉生产不利。

各国均有相应的筛分试验标准，国际标准允许使用圆孔或方孔筛进行试验。方孔筛以边长L表示孔的大小，圆孔筛以直径D表示孔的大小，相同尺寸的两种筛，其实际大小不同，试验得出两者的关系为D/ L=1.135士0.04，即如圆孔筛直径为40mm时，对应的方孔筛L＝40／1 ．135 =35.2mm。

通过焦炭筛分组成可以计算焦炭平均块度、块度均匀性，还可估算焦炭比表面、堆积密度，并由此得到评定焦炭透气性和强度的基础数据。

9显微强度和结构强度分别主要是检验焦炭的什么性质？

以粉碎到一定粒度的焦样置于一定尺寸的钢管中，管内置有一定数量的钢球，然后使钢管沿管长中心为轴进行旋转，转一定转数后，测量焦样大于或小于某一粒级的焦粒占焦样的百分率，用以评定焦样的强度。因焦样的粒度、数量及试验参数的不同（表1-8)，所测得强度分别定义为显微强度和结构强度。

显微强度测定焦炭气孔壁（焦质）强度。

结构强度测量焦炭多孔体强度。

焦炭的显微强度与原料煤性质、焦炭光学组织及炼焦条件等因素有关

（1）中等煤化程度结焦性好的煤制成的焦炭具有较高的显微强度。

（2）焦炭显微强度随焦炭光学组织中各相同性组织含量提高而降低。

（3）同一种煤制成的焦炭，随炼焦温度提高，显微强度增大。

焦炭显微强度的测量仪器和方法比较简单，当建立了相关的预测方程后，可以通过测量它来预测焦炭的转鼓强度。

10．什么是焦炭的热强度？

热强度是指焦炭在高温下测量的强度或经高温处理后在室温下测得的强度。

工业上用的是高温转鼓强度，按热源分有电热和煤气加热两类，并可为内热式或外热式。

11影响焦炭反应性的因素有哪些？

(1)原料煤性质焦炭反应性随原料煤煤化度而变化的总趋势。低煤化度煤炼制的焦炭反应性较高，由Vdaf= 25~30％，=1.2~1.4的煤制得的焦炭反应性最低。相同煤化度的煤，当流动度和膨胀度高时制得的焦炭，一般反应性也较低，不同煤化度的煤所制得的焦炭，其光学显微组织不同，研究表明，各种光学组织的反应性排列次序为：各向同性组织及惰性组织＞细粒镶嵌组织＞粗粒镶嵌组织＞流动型组织＞广域（片状）型组织。

原料煤中添加石油延迟焦可使炼焦后期裂解碳增加，因而堵塞部分微气孔，有利于阶低焦炭反应性。

金属氧化物对焦炭反应性有催化作用，由于原料煤的灰分全部转入焦炭，故原料煤灰分中的金属氧化物（K2O, Na2O, Fe2O3, CaO, MgO等）含量增加时，焦炭反应性增高，其中尤以钾、钠的作用更大。

焦炭中的SiO2和B2O3则有抑制CO2反应性的作用，尤以B2O3更明显。

(2)炼焦工艺

提高炼焦终温，结焦终了时采取闷炉等措施，可以使焦炭结构致密，减少气孔表面，从而降低焦炭反应性。

采用干熄焦时，由于避免了湿熄焦过程中水汽对禁炭气孔表面的活化反应，也有助于降低焦炭反应性。

(3)反应速率参数

焦炭的反应性随焦体的气孔率和气孔表面增加而增大。

提高反应温度，使反应速度常数与扩散速度常数均增大。在高炉内气体条件下，温度每增加30℃，化学反应速度约增加1倍。

焦炭反应性随反应气中CO分压的增加而降低。

12．经常用到的测定焦炭气孔结构的方法有哪些？

(1)气孔率是指气孔体积占焦炭总体积的百分率，由于气孔有开气孔和闭气孔之分，故

气孔率也分显气孔率和总气孔率，前者指开气孔体积占总体积的百分率，后者是开气孔和闭气孔之和占总体积的百分率．

（2）压汞法测定焦炭孔径分布

原理：利用外力使汞进入焦炭，根据外力大小可计算汞进入相应焦炭气孔孔径的大小。（3）N2吸附法测定焦炭气孔比表面积

原理：根据BET吸附方程计算

（4）光学显微镜法

（5）图像分析仪

原理：图象分析是基于气孔与气孔壁之间灰度的反差来测定气孔结构。

用图象分析仪测量焦炭气孔结构时，由于扫描点达数十万个，故精度高、且自动、快速，因此被用作研究焦炭气孔结构的重要手段．

13．焦炭的光学组织有何作用？影响焦炭光学组织生成的因素有哪些？

焦炭的气孔壁在反光偏光显徽镜下，可以观察到它是由不同的结构形态和等色区尺寸所组成，不同煤炼成的焦炭在反光偏光显微镜下呈现为不同的光学特征，焦炭气孔壁的这

种光学特征按其结构形态和等色区尺寸可分成不同的组分，称为光学显微组分，简称光学组织。

影响焦炭光学组织的因素

(1)煤化度粘结性较弱的高挥发低煤化度煤多形成各向同性的焦炭，随煤化度提高，所得焦炭中的各向同性组织逐渐减少，各向异性组织的含量和尺寸逐增大（见图1-23）。

（2）煤岩组成焦炭中光学各向异性组织来源于镜质组和稳定组，因为它们均能产热软化熔融的塑性状态，有利于中间相的形成和发展。煤中的惰性组分则不发生热软化熔融，故最终产生或保持各向同性的丝质体或破片体。

(3)煤中杂原子煤中的O、N、S等杂原子，在热解过程中容易使平面芳香稠环生结合牢固的交联键，提高塑性体系的粘度，限制中间相的形成和发展。煤经过氧化可焦炭各向异性的结构单元变小，甚至完全消失，各向异性变成各向同性。

(4)备煤与炼焦条件预热煤炼焦由于提高了加热速度，增大塑性体系的温度范围流动性，有利于分子间作用和有序过程的进行，提高焦炭的各向异性程度。

配型煤炼焦由于改善了煤的粘结性及其中粘结剂的改质作用，使焦炭的各向异性程度明显提高（见表1-16）。

(5)添加物添加惰性物质，如焦屑、炭黑等，使塑性体系的基质中形成大量成球核心，阻碍小球体成长，能使焦炭各向异性结构单元变小，甚至变成各向同性结构。添加活性物质，如沥青等，则由于其溶剂和供氢等作用，可使焦炭光学各向异性程度提高。

14.简述炭化室内各部位生成的焦炭特征。

对于一定的炼焦煤料，处于炭化室不同部位的焦炭，用肉眼观察就能按它们的特征加以区分，它们的性质也有明显差异。

这是由于不同部位的焦炭，其升温速度及温度梯度的不同，提高升温速度可以改善焦质的强度（M10)，但不利于块度的增大；

温度梯度及收缩系数则主要影响焦炭的裂纹形成及块度大小。

靠近炭化室墙面的焦炭（焦头），由于加热速度快，故熔融良好、结构致密，但温度梯度较大，因此裂纹多而深，焦面扭曲如菜花，常称“焦花”，焦炭块度较小。炭化室中心部位的焦炭（焦尾），结焦前期加热速度慢，而结焦后期加热速度快，故焦炭粘结、熔融均较差，裂纹也较多。距炭化室墙面较远的内层焦炭（焦身），加热速度和温度梯度均相对较小，故焦炭结构的致密程度差于焦头而优于焦尾，但裂纹较少而浅，焦炭块度较大。

15.炭化室内气态产物的析出里行气约占10~25%，外行气约占75~90%。

16.一般炉顶空间温度宜控制在750~800℃。

17.国内多数厂的装炉煤水分大致为10-11%。通常水分每增加1％，结焦时间约延

长20分钟。

18.一般条件下，室式炼焦的配合煤细度因装炉煤的工艺特征而定，常规炼焦（顶装煤）

时为72~80％，配型煤炼焦时约85%，捣固炼焦时为90%以上。

19.综合各方面因素，一般认为大型高炉用焦炭的配合煤煤化度指标，宜控制在Vdaf＝

26~28％或Rmax＝ 1.2~1.3％。以胶质层最大厚度Y为指标时，Y＝17~22mm;以粘结指数G为指标时，G= 58~72。

20.根据煤岩学原理，煤的有机质可分为活性组分和非活性组分两大类。

21.焦化厂常用的卸煤机械有翻车机、螺旋卸车机、链车卸车机和抓斗类起重机等。

22.常用的煤粉碎机有反击式粉碎机、锤式粉碎机和笼型粉碎机等几种型式。

23.配煤槽个数一般应比采用的煤种多2~3个。

24.煤料的预处理中可以提高焦炭强度的措施有、

、、、

。

25.现代炼焦炉主要由炭化室、蓄热室、燃烧

室、和所组成，

26.现代焦炉按装煤方式有和；按焦炉

加热煤气和空气供入方式有和两类；焦炉高向加热均匀性的方式主要有、、和等四种方式。

27.提高焦炉效率的措施有哪些？

1.提高火道温度

2.研制高导热性能的炉墙砖

⑴致密硅砖

⑵非硅质高导热耐火砖

3.减薄炭化室墙厚度

⑴减薄炭化室墙厚度的效果

⑵减薄炭化室墙厚度对极限负荷的影响

⑶减薄炭化室墙厚度对装煤后墙面最低温度的影响

28.装煤的操作要求是什么？

焦炉装煤包括从煤塔取煤和由装煤车往炉内装煤，其装煤的操作要求是：装满、装实、装平和装匀。

29.解释焦炉的单孔操作时间和周转时间

焦炉的单孔操作时间指焦炉机械完成一孔炭化室全部操作所需的时间，也即相邻两次推焦的时间间隔，采用9—2串序时一般为10—12min，采用5—2串序一次定位操作时间约为8min。

周转时间指某一炭化室从本次推焦(或装煤)至下一次推焦(或装煤)的时间间隔。在一个周转时间内，除完成整个炉组各炭化室的装煤和出焦操作外，其余时间则用于检修设备，这段时间也称检修时间。对全炉而言，周转时间=全炉操作时间+检修时间；对某个炭化室而言，周转时间=结焦时间+炭化室处理时间。任一炭化室的最短结焦时间，不应短于周转时间15min，即使烧空炉时，也不得比周转时间短25min，以确保焦饼成熟。

30.控制装炉时烟尘逸散的方法有哪些？

⑴上升管喷射

⑵顺序装煤

⑶连通管

⑷带强制抽烟和净化设备的装煤车

⑸带抽烟、焚烧和预洗涤的装煤车和地面净化的联合系统

31.解释空气过剩系数的概念，用焦炉煤气加热时，据焦炉结构不同，α＝1.2—1.25;用

高炉煤气加热时，由于惰性成分含量高，α可低些，α＝1.10—1.20。

32.焦炉煤气和高炉煤气的加热特性各是什么？

33.解释焦炉的热效率和热工效率

焦炉的热效率是指焦炉除去废气带走热量外所放出的热量，占供给总热量的百分数。

焦炉的热工效率是指传入炭化室的炼焦热量，占供给总热量的百分数。

34.粗煤气为什么要用大量的70~75℃循环氨水进行喷洒冷却？

自焦炉来的粗煤气中含有水汽和焦油蒸气等，需要进行初步冷却，分出焦油和水，以便把煤气输送到期回收车间后续工序和进一步利用。冷凝的焦油和水需要分离，焦油中含有的灰尘需要脱除。同焦炉来的粗煤气温度为650—800℃，经上升管到期桥管，然后到集气管，在此用70—75℃循环氨水进行喷洒，冷却到80--85℃，有60%左右的焦油蒸气冷凝下来，这是重质焦油部分。焦油和氨水混合物自集气管和气液分离器去澄清槽。

35.粗笨一般是用洗油多段逆流吸收的,饱和吸收量可达90--96％。

36.煤焦油连续蒸馏切取的馏分一般有那几种？各自的沸程范围是多少？

馏分名称沸程范围（℃）

轻油馏分〈170

酚油馏分170--210

萘油馏分210--230

洗油馏分230--300

一蒽油馏分300--360

二蒽油馏分360--440

37.常用的煤气湿法脱硫方法有哪些？

常用的煤气湿法脱硫方法有

物理吸收法（低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法）、

化学吸收法⑴中和法（热碳酸盐法、醇胺法、有机碱法、低浓度氨水法）⑵氧化法（萘醌法、苦味酸法、蒽醌法、栲胶法、砷碱法、氨水液相催化氧化法）

物理、化学吸收法（环丁砜法）。