第二章 焦炭及其性质2
焦炭基础知识课件
焦炭的国际贸易
国际贸易概况
焦炭国际贸易量较小，主要涉及中国、日本、印度等国家。中国的焦炭出口量占全球总出口量的约 80%。
主要贸易伙伴
中国焦炭的主要出口伙伴是日本和印度，这两个国家的进口量占中国焦炭出口总量的约80%。此外， 中国还向东南亚、欧洲等地区出口焦炭。
焦炭的价格影响因素
价格影响因素
焦炭价格受多种因素影响，包括国内外 市场需求、生产成本、运输费用、政策 法规等。其中，国内外市场需求和生产 成本是影响焦炭价格的主要因素。
转化率和焦炭质量。
炼焦工艺流程
备煤与配煤
为了获得高质量的焦炭，需要将 不同品质的煤进行配比，以满足 炼焦的要求。备煤与配煤是炼焦
工艺流程中的重要环节。
装炉与结焦
将配好的煤装入焦炉中，经过一定 时间的结焦过程，使煤热解、缩聚 形成焦炭。
出炉与熄焦
结焦完成后，将焦炭从焦炉中推出 并进行熄焦处理，以降低焦炭中的 水分含量。
中国焦炭生产分布
中国的焦炭生产主要集中在山西、山 东、河南、河北等省份。其中，山西 省是中国焦炭的最大产地，产量占全 国总产量的约30%。
焦炭的市场供需状况
市场供需概况
全球焦炭市场供需基本平衡，但受国内外经济形势、政策法规、环保要求等多种因素影响，市场供需状况存在波 动。
中国焦炭市场供需状况
中国焦炭市场供应充足，需求主要来自钢铁行业。近年来，随着钢铁产能的扩大和环保要求的提高，对焦炭的需 求呈现稳步增长态势。
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• 焦炭简介 • 焦炭的生产工艺 • 焦炭的性质与用途 • 焦炭市场与贸易 • 焦炭的环境影响与可持续发展
01
焦炭简介
焦炭的定义
焦炭的定义
焦炭是一种固体燃料，由煤在高 温下经过干馏或气化制得，具有 较高的固定碳含量和较低的挥发 分。
焦炭的基础知识
泥炭
在沼泽地区生长的大量喜湿性植物死亡后,其遗体堆积起来.在 沼泽的积水和上覆植物遗体以及泥沙的掩覆下,通过一系列生物和 化学作用,形成含碳质较高的,质地疏松的棕褐或黑色物质,称为泥炭。 泥炭被用来作为日常生活中的燃料使用。 伴随有地壳的缓慢下降,则可形成巨厚的泥炭层.泥炭层在上覆 沉积物压实作用下,脱水,形成腐植煤,进而形成褐煤。主要用于发电 厂的燃料。 烟煤及无烟煤煤的形成煤是古代植物遗体的堆积层埋在地下后， 经过长时期的地质作用而形成的。
炼焦煤的资源概况
西北聚煤区 东北聚煤区
华北聚煤区 占我国 3/4炼焦煤 炼焦煤
华南聚煤区
炼焦煤的资源概况
2008年我国炼焦煤各省市分布 年我国炼焦煤各省市分布
炼焦煤的资源概况
重点炼焦煤企业 山西焦煤集团 现有34座煤矿和 座洗煤厂 原煤生产规模为8120万吨 现有 座煤矿和24座洗煤厂，原煤生产规模为 座煤矿和 座洗煤厂， 万吨 /年，洗煤厂的入洗总能力为 万吨/年 年 洗煤厂的入洗总能力为6415万吨 年，2008年原煤 万吨 年原煤 产量完成8029万吨，精煤产量完成 万吨， 万吨， 产量完成 万吨 精煤产量完成3771万吨，焦煤生产 万吨 能力居全国第一、世界第二。 能力居全国第一、世界第二。 兖矿集团公司拥有兖州、济宁东部两个煤田， 兖矿集团公司拥有兖州、济宁东部两个煤田，井田面积 平方公里， 亿吨， 为404.4平方公里，地质总储量 平方公里 地质总储量37.68亿吨，可采储量 亿吨 21.36亿吨。 亿吨。 亿吨 平顶山煤业（集团）有限责任公司煤种主要为气煤、 平顶山煤业（集团）有限责任公司煤种主要为气煤、肥 焦煤和焦煤， 煤、1／3焦煤和焦煤，多属于低灰分、低硫分、低磷、 ／ 焦煤和焦煤 多属于低灰分、低硫分、低磷、 高发热量的优质炼焦用煤。 高发热量的优质炼焦用煤。 淮北矿业（集团）有限责任公司坐落在安徽省淮北市， 淮北矿业（集团）有限责任公司坐落在安徽省淮北市， 年产冶炼精煤1200万吨。 万吨。 年产冶炼精煤 万吨 峰峰集团主要开采峰峰煤田，地跨邯郸市峰峰矿区、 峰峰集团主要开采峰峰煤田，地跨邯郸市峰峰矿区、武 安市和磁县，现有9对生产矿井和 对重组矿井， 对生产矿井和4对重组矿井 安市和磁县，现有 对生产矿井和 对重组矿井，2007年 年 生产原煤1283万吨，其中，炼焦精煤 万吨， 万吨。 生产原煤 万吨 其中，炼焦精煤671.6万吨。 万吨
第二章(焦炭热性质的分析评价)
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+37138KJ
Fe3O4+CO=3FeO+CO2-20893KJ
FeO+CO=Fe+CO2+13607KJ
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5. 不同高炉对焦炭的质量要求
炉容，m3 M40，% M10，% CSR，% CRI，% Ad，% Std，% 粒度，mm 1000 ≥78 ≤8.0 ≥58 ≤28 ≤13.0 ≤0.7 20-75 2000 ≥82 ≤7.5 ≥60 ≤26 ≤13.0 ≤0.7 25-75 3000 ≥84 ≤7.0 ≥63 ≤25 ≤12.5 ≤0.65 25-75 4000 ≥85 ≤6.5 ≥65 ≤25 ≤12.0 ≤0.60 25-75 5000 ≥86 ≤6.0 ≥66 ≤25 ≤12.0 ≤0.60 30-75
渗碳消耗焦炭7%～10%。
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3. 焦炭的主要作用
(4)炉料的骨架作用
焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，
球团矿，天然块矿)，又起到料柱的透气作用。
在高喷煤比条件下，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相
应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高 喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。焦炭从料线到风口平均 粒度减少20%～40%。反应性和反应后强度差的焦炭 的粉化率会很大，从而影响高炉的透气性。
孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出
口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低，与 炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂 纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦 炭裂纹少、气孔率低、强度高。
焦炭基础知识
焦炭基础知识.doc、焦炭基础知识系列之一焦炭基础知识编一、焦炭定义炼焦煤料在隔绝空气的条件下，加热到9501050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。
生产1 吨焦炭约消耗1.33 吨炼焦煤。
由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。
二、焦炭的物理性质焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。
三、焦炭的类别铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭。
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。
因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小，具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。
冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。
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。
四、焦炭用途焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。
据统计，世界焦炭产量的90％以上用于高炉炼铁，冶金焦炭已经成为现代高炉炼铁技术的必备原料之一，被喻为钢铁工业的“基本食粮”，具有重要的战略价值和经济意义。
焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼（冶金焦）外，还用于铸造、化工、电石和铁合金，其质量要求有所不同。
如铸造用焦，一般要求粒度大、气孔率低、固定碳高和硫分低；化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高；电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量。
近年来，在我国所有消费焦炭的行业中，只有钢铁行业的焦炭消费量上升，由2000 年的73.95％大幅上升到2007 年的85.00％，上升了11.06 个百分点；化学制品行业由10.10％下降到7.32％；有色冶炼由2.00％下降到1.55％；通用设备制造业由1.90％下降到1.86％；其他工业由8.60％下降到 3.43％；农业由 1.38％下降到0.27％；生活消费由1.31％下降到0.25％；其他类由0.75％下降到0.32％。
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熄焦是指将刚出炉 的炽热焦炭用水或 惰性气体进行冷却 ，以防止其燃烧。
焦炭的制造工艺流 程主要包括备煤、 炼焦、熄焦和筛分 等环节。
炼焦是指将备好的 煤装入炼焦炉内， 经过高温干馏反应 ，制得焦炭。
筛分是指将冷却后 的焦炭进行筛分， 根据不同的粒度要 求进行分类。
02 焦炭的组成与结构
焦炭的化学组成
配合煤质量和配比
配合煤的质量和配比也会对最终焦 炭的质量产生影响，需要根据原料 煤的质量和性能指标进行合理配比 。
焦炭质量控制的方法
加强原料煤质量控制
对原料煤进行严格筛选和检测，确保 其质量符合要求。
优化炼焦工艺
通过试验和实践，选择合适的炼焦工 艺和参数，以提高焦炭质量。
强化配合煤质量控制
对配合煤进行质量检测和控制，确保 其质量和配比符合要求。
绿色能源
积极发展太阳能、风能等可再生能源，减少 对焦炭的需求。
资源回收
提高废水、废气、废渣等资源的回收利用率 ，实现资源的最大化利用。
环保监管
加强环保监管力度，对焦炭生产过程中的环 境污染进行有效的控制。
焦炭的发展趋势与展望
国内外焦炭行业的发展现状与趋势
国内焦炭行业发展现状
我国焦炭行业经过多年的发展，已经形 成了较为完善的产业体系，技术水平不 断提高，产品质量得到提升。同时，我 国焦炭行业也在不断推进结构调整和转 型升级，提高行业的整体竞争力。
随着全球环保意识的提高和国内环保政策的加强，焦炭 行业将面临更加严格的环保要求和更高的环保成本。因 此，未来焦炭行业将更加注重环保技术的研发和应用， 推广清洁生产技术和设备，降低环境污染。
能源结构调整和转型升级
随着国内能源结构的调整和转型升级的推进，焦炭行业 将逐渐向新能源领域拓展。例如，在新能源汽车领域， 锂电池的需求量不断增加，焦炭企业可以拓展锂电池正 极材料和负极材料等领域的业务。同时，在清洁能源领 域，焦炭企业也可以积极探索太阳能、风能等新能源的 开发和应用。
焦炭质量和性质介绍
焦炭质量与性质焦炭是由煤高温干馏后产生的主要固体残留物，了解焦炭质量，首先要了解焦炭的化学性质和物理性能。
一、焦炭的化学元素组成测定焦炭中的元素，主要是测定焦炭中的氧、氮和磷。
（一）碳焦炭是高温干馏残留物，它是由各炼焦煤经配合练成的焦炭，其碳的含量差别不大，是构成焦炭基本气孔壁的主要成分，在干燥无灰基中约占比例为96.5—97.5%，根据入炉煤的性质不同和炼焦工艺条件不同，所炼出的焦炭其碳的结晶度有着明显的不同，也就是说存在着差别（二）氢氢元素主要存在焦炭残留挥发份中，含量较少，只有0.5—0.8%，它是随炼焦最终温度变化而变化，其相关系数较大，氢含量的测定是采用燃烧法测定误差较小，故用氢含量作为焦炭成熟程度的标志，可靠性更好一些。
（三）硫焦炭中含硫主要是来自煤料中，当煤料在干馏时，一部分硫化物挥发进入煤气中，只占含硫40—50%，还有50—60%的残留硫仍在焦炭中，煤的结焦率在72—78%之间，故实际生产中焦炭硫的百分数80—90%，这个数为硫的转换系数。
煤在结焦过程中，析出的含硫化合物与赤热焦炭作用，结合在碳晶格内的碳硫复合物。
焦炭硫含量高低很明显的影响高炉冶铁，若含硫增加01%，将使炼铁焦比增加1.2—2.0%，生铁产量就下降2.0%，因此焦炭的硫分是评定焦炭质量很重要的指标。
（四）磷磷在焦炭中含量约为0.02%很少，但在炼焦过程中，煤料的磷几乎全部残留在焦炭之中，若冶炼低磷铁时，只能采用低磷煤进行炼焦。
焦炭除上述四种主要元素外，还有其它元素组成尚有少量的氧和氮。
一般不作测定二、焦炭的工业分析焦炭的工业分析是对焦炭水分、灰分、挥发份和固定碳四项内容的分析，根据某些需要加上全硫和发热值分析。
（1）焦炭水分（Mt）作为冶金焦炭供给高炉炼铁生产，焦炭水分波动主要是给高炉入炉焦炭重量的称量造成误差，带来炉况波动，焦炭水分并不会直接影响高炉冶炼，因为在高炉上部（炉喉、炉身处）小于800℃的煤气所含的热量足以将焦炭带来的水分干燥，焦炭水分过大还会将焦粉带入高炉使高炉冶炼时透气性不好，所以保持焦炭水分稳定能为高炉炉温稳定创造条件，一般要求焦炭水分控制在2—3%。
焦碳的性质和炼制原理
第一章焦炭第一节焦炭的分类与用途一. 焦炭的构造与分类：焦炭是炼焦的主要产物，广泛用于高炉炼铁、铸造、电石、气化及有色金属冶炼等方面，其中高炉用焦量约占焦炭总产量的９０％以上。
(一)、焦炭的构造用肉眼观察任一焦炭都可看到纵、横裂纹，沿着裂纹掰开，即得焦块，焦块内含有微裂纹，将焦块沿微裂纹分开，则得焦体。
焦体由气孔和气孔壁构成，气孔壁又称焦质，其主要成分是碳和矿物质，焦炭是以碳为主要成分的含裂纹和缺陷的不规则多孔体，焦炭的裂纹多少直接影响焦炭的粒度和抗碎强度，焦块微裂纹的多少和焦体的孔孢结构则与焦炭的耐磨强度和高温反应性能有密切关系。
(三)、焦炭分类：焦炭按用途可分为冶金焦、气化焦、电石焦等。
冶金焦按质量分为三级，如下：１、Ａd≯12.00 Ｓd≯0.60Ｍ25＞92.0 Ｍ10≯7.0２、Ａd：12.02～13.50 Ｓd：0.61～0.80Ｍ25：92.0～88.1 Ｍ10≯8.5３、Ａd: 13.51～15.00 Ｓd：0.81～1.00Ｍ25: 88.0～83.0 Ｍ10：≯10.5我厂焦大致属于２级焦炭。
二、焦炭的用途及质量要求：焦炭主要用于炼铁生产，其次是用于铸造、造气、电石和有色金属冶炼。
高温炼焦生产焦炭产品的产率（即焦炭重量对装入干煤重量百分数）一般为73-78%。
焦化厂生产的焦炭根据用户的需要一般分级为：>80mm，80-60mm，60-40mm，40-25mm，25-10mm和〈10mm等规格的产品，供高炉炼铁用的>25mm焦炭称为冶金焦。
焦炭的主要用途有：１、高炉炼铁用冶金焦：目前，•我国大型高炉用焦炭是>40mm的大块焦，中小型高炉用>25mm的大中块焦，•有些高炉也可以单独使用25-40mm的中块焦。
首钢高炉用焦为>25mm的大中块焦。
在高炉中，焦炭是燃料和还原剂，它的质量对高炉生产有着重要的影响。
••高炉炼铁是将炉料包括铁矿石（天然矿、烧结矿或环团矿）、熔剂（石灰石或白云石）、和焦炭从炉顶依次分批装入炉内。
焦炭物理性质及反应强度
本文摘自再生资源回收-变宝网（）焦炭物理性质及反应强度焦炭是一种固体燃料，质硬、多孔、发热量高、用煤高温干馏而成，多用于炼铁。
今天小编就带大家去了解焦碳。
一、焦炭的物理性质焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。
焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。
焦炭的主要物理性质如下： 1. 真密度为1.8-1.95g/cm3； 2. 视密度为 0.88-1.08g/ cm3； 3. 气孔率为 35-55%； 4. 散密度为 400-500kg/ m3； 5. 平均比热容为0.808kj/（kg·k）（100℃），1.465kj/（kg·k）（1000℃）；6. 热导率为 2.64kj/（m·h·k）（常温），6.91kg/（m·h·k）（900℃）；7. 着火温度（空气中）为 450-650℃；8. 干燥无灰基低热值为 30-32kj/g；9. 比表面积为 0.6-0.8m2/g 。
焦炭的化学成分包括有机成分和无机成分两大部分。
有机成分是以平面炭网为主体的类石墨化合物，其他元素氢、氧、氮和硫与炭形成的有机化合物，则存在于焦炭挥发分中，无机成分是存在于焦炭的各种无机矿物质，以焦炭灰成分表征其组成。
焦炭的化学成分主要用焦炭工业分析和焦炭元素分析来测定。
（1）按焦炭元素分析，焦炭成分为：炭 82%～87%，氢 1%～1.5%，氧 0.4%～0.7%，氮 0.5%～0.7%，硫 0.7%～1.0%，磷 0.01%～0.25%。
（2）按焦炭工业分析，其成分为：灰分 10%～18%，挥发分 1%～3%，固定碳 80%～85%。
可燃基挥发分是焦炭成熟度的重要标志，成熟焦炭的可燃基挥发分为 0.7%～ 1.2%。
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反应
要求
电石焦
要求
电石焦作为碳素材料，含碳 量要高，灰分要低，通常规 定：碳＞80%；灰分＜8%～ 10%。为避免生石灰消化， 电石焦水分应控制在6%以下。
焦炭形成阶段
电石焦要求硫分＜1.5%，磷分 ＜0.04%。焦炭中的硫和磷在电 炉中与生石灰作用会生成硫化 钙和磷化钙混入电石中，当用 电石生产乙炔时，这些杂质会 转化为硫化氢和磷化氢。
复习：
1、高炉分为那几部分？
3、 高炉冶炼的过程包括哪几部？
2、焦炭在高炉中的作用？
4、高炉内的柱料分为哪三各部分？
第二章 焦炭及其性质
主讲人：张国伟
内容概要
1、焦炭在高炉内的性质变化
2、非高炉用焦的特性
1、焦炭在高炉中的作用有哪些？
2、高炉炼铁中的焦炭作用？
3、料柱构造及对焦炭的要求？
一 焦炭在高炉内的性质变化 图示 下图高炉中焦炭沿高向的机械强度、粒度、气孔率、反应性和钾、 钠元素等的变化情况。在高炉上部块状带变化不大，只有在高炉中部 超过1000℃的区域才开始急剧变化。
碱度高的好处 当炉渣碱度高时，CaO相对过剩，SiO2处于较完全的束缚状 态，使得SiO2与K2O反应的几率下降所以这样做又将致使炉渣 带出的碱量减少，增加了炉内的碱循环，加剧了碳溶反应，促进 了焦炭的降解。由此可见，降低焦炭的灰分、硫分，对高炉生产 具有重要意义。
高炉冶炼厂
二 高炉冶炼工艺流程
高炉冶炼工艺
三 焦炭的用途及质量指标
冶金焦
1)高温热源作用； 2)提供还原剂的作用； 3)疏松骨架作用。
强度 灰分硫分 反应性 粒度
铸造焦
焦炭
电石焦
铸造焦用于冲天炉(也称化铁炉)作燃料， 冲天炉的作用是将生铁熔化，并尽可能 提高铁水温度，进而提高铸件的质量。
电石焦是生产CaC2的原料。 C+CaO=CaC2+CO 用于发生炉或水煤气生产的焦炭称为气 化焦。气化过程要求焦炭具有良好的反 应性，而对焦炭的强度并无特殊要求。
气化焦
气化炉操作采用固态排渣方式，用焦炭作为气化原料时，要求焦炭的 灰熔点ST在1250℃以上，保证气化炉操作不发生结渣困难。
3.3 电石焦
生石灰粒度3mm～40mm， 生石灰的导热系数约为焦炭 的2倍，因此电石焦的粒度以 3mm～20mm为宜。 CaO+3C = CaC2+CO 每生产1吨电石约需0.5吨 焦炭
Hale Waihona Puke 气化焦3.1 铸造焦
铸造焦用于冲天炉(也称化铁炉)作燃料， 冲天炉的作用是将生铁熔化，并尽可能 提高铁水温度，进而提高铸件的质量。
铸造焦
焦炭的主要作用就是提供热量，并对铁水进行 渗碳。因为冲天炉内不易脱硫，故铸造焦的硫分 要求含硫量低。为了提高铁水温度，延长焦炭在 冲天炉内高温过热区的停留时间，要求铸造焦的 气孔率小、反应性低、块度大。
●——高炉中心试样；△——炉墙与炉中心之间试样；╳——靠近 炉墙试样；○——平均试样
1.1高炉内碱金属和焦炭反应性的变化
碱金属作用
碱金属、碱土金属、铁、锰、镍等， 对碳溶反应能起催化作用，其中钾、钠 的催化作用最为显著。气态的钾、钠随 煤气上升至炉顶，因温度降低和CO2分 压升高又生成碳酸盐析出，这些碱金属 碳酸盐，一部分粘附在炉壁上侵蚀耐火 材料。
措施
要降低碱金属对高炉生产的影响， 一方面应提高随炉渣的排出碱量，另一 方面应减少炉料的带入碱量。
1.2、炉体横向膨胀及护炉设备的作用
灰分的处理 焦炭中的灰分主要成分是SiO2和AI2O3，它们的熔点分别为 1713℃和2050℃，为了脱除这些灰分，必须加入CaO、MgO 等碱性氧化物或相应的碳酸盐，降低其化合物的沸点，形成熔融 炉渣。
铸造焦的强度要求较高，铸造焦的块度以大于 80mm为佳。因此生产铸造焦一般都选用主焦煤为 骨架煤料，生产工艺以捣固炼焦为主。为了降低铸 造焦的气孔率和反应性，增大块度，炼焦煤料中常 添加无烟煤或焦粉，有时还添加石油沥青焦，以降 低铸造焦的灰分和硫分。
3.2 气化焦
用于发生炉或水煤气生产的焦炭称为气化焦。 气化过程要求焦炭具有良好的反应性，而对 焦炭的强度并无特殊要求。因此气化焦可选 用气孔率大、强度低、块度小的焦炭。