焦炭的物理性质
焦炭的化学和物理组成
焦炭的化学和物理组成一、焦炭的化学组成焦炭的化学性质是由固定碳、挥发分、水分、灰分、硫分和磷分来决定的。
（一）固定碳和挥发分固定碳是焦碳的主要成分。
将焦炭再次隔绝空气加热到850℃以上,从中析出挥发物,剩余部分系固定碳和灰分。
挥发物含量是焦炭成熟度的重要标志,挥发物含量过高表示焦炭不成熟(生焦),挥发物含量过低表示焦炭过烧(过火焦)、生焦耐磨性差，使高炉透气性不好，并能引起挂料，增加吹损，破坏高炉操作制度，过火焦易碎，易落入熔渣中，造成排渣难和风口烧坏等。
（二）灰分焦碳燃烧后的残余物是灰分，它是焦炭中的有害杂质，其中主要是二氧化硅和三氧化二铝，还有氧化钙、氧化镁等氧化物，灰分石含量增高，固定碳减少。
高炉冶炼过程中，为造渣所消耗的石灰石和热量将增加，高炉利用系数降低，焦比增加。
因煤在炼焦过程中灰分全部转入焦炭，故焦炭灰分高低取决于煤的灰分。
焦炭灰分越低，对高炉操作越有利。
（三）水分焦炭在102~105℃的烘箱内干燥到恒重后的损失量为水分.冶金焦水分一般为3%~5%。
焦炭水分应力求稳定，因高炉生产一般以湿焦计量，焦炭水分波动，对高炉操作不利，造成炉况波动。
（四）硫分焦炭含硫占高炉配料中硫来源的80%以上，硫进入生铁后造成生铁含硫高，为除去这部分硫，需增加溶剂脱硫，影响高炉正常生产。
在炼焦过程中，煤中含硫的70%~90%转入焦炭，故焦炭硫分的高低取决于煤的硫分，一般冶金焦硫分不大于0.9%。
（五）磷分焦炭中的磷分在炼铁时大部分转入铁中，生铁含磷使其冷脆性变在，用于转炉炼钢时，磷给难以除掉，因此生铁中磷分越低越好。
煤炼焦时磷分全部转入焦炭，故焦炭磷分高低取决于煤的磷分。
二、焦炭的物理机械性质高炉对焦炭的要求是块度均匀、耐磨性好和抗碎性强。
焦炭的物理机械性质指标是筛分组成、耐磨性和抗碎性。
（一）筛分组成为使高炉透气性好，焦炭块度要均匀，因此焦炉生产的焦炭通常分为大于40毫米、25~40毫米的冶金焦、10~25毫米的小块焦和小于10毫米的粉焦四级，全焦中冶金焦率通常为93%左右。
焦炭加工及物化性质的研究
焦炭加工及物化性质的研究焦炭是炼钢和铁合金时不可或缺的原料，其物化性质对生产和质量有着至关重要的影响。
本文将探讨焦炭的加工流程以及其物化性质的研究。
一、焦炭的加工流程焦炭的加工流程包括煤的碳化、焦化和淬火三个过程。
在煤的碳化过程中，煤在高温下分解产生气体和焦炭。
这个过程也称为煤气化，其温度一般在600℃以上。
这个过程中产生的气体可以用作燃料或成为其他化学品的原料，如合成氨、苯酚和丙烯等。
在焦化过程中，焦炭在高温下进一步加热直至完全燃烧，这样可以消除没有燃烧的杂质，使残余焦炭达到更高的质量。
这个过程中产生的热量同样可以用于其他热能需求，如热水、空调和电力。
淬火是焦炭加工的最后一个步骤，它可以改变焦炭的物化性质。
淬火时，焦炭在高温下加速冷却，旨在调整其性质。
在高温冷却时焦炭外表和内部的温度差异快速扩大，因此需要特殊的淬火装置来控制这个过程。
淬火后的焦炭硬度更高，密度更大，这在某些情况下可能非常关键。
二、焦炭的物化性质焦炭的物理性质受到其化学成分、生产过程如压缩力和淬火、热处理和冷却速度等多种因素的影响。
比如，焦炭中的杂质含量和热处理过程对其硬度和密度的影响是至关重要的。
硬度是焦炭最重要的物理指标之一，它影响到其在炉内的磨损和限制性。
焦炭的硬度与其孔隙分布和尺寸相关，孔隙分布和尺寸决定了焦炭在炉内的通气性，后者又影响了炉内温度和化学反应。
因此，焦炭硬度的测量非常重要。
除了硬度外，焦炭的密度和抗压强度也是焦炭的重要指标。
在冶金行业，高密度和抗压强度的焦炭通常比其他类型的焦炭更受欢迎，因为它们在高温和高压下的性能更加优越。
此外，焦炭的厚度、长度和形状也对其物理性质有着影响。
焦炭的良好形状可以提高其在炉子中的通气性，这对于反应的温度和速度同样非常关键。
三、结论焦炭作为铁矿石和钢铁生产过程中的重要原料，其加工和物化性质是非常重要的。
通过控制其加工过程和淬火过程，我们可以调整燃料的硬度和密度，这对于生产质量和效率都有着至关重要的影响。
冶金过程中焦炭的物化性质变化研究及其在生产过程中的应用
冶金过程中焦炭的物化性质变化研究及其在生产过程中的应用焦炭是冶金行业中十分重要的原材料之一，在钢铁、铜、铝等金属的生产过程中广泛应用。
焦炭不但对生产工艺、产品质量和生产成本有着重要影响，同时也对环境污染有着显著的影响。
因此，研究焦炭的物化性质及其在生产中的应用十分必要。
一、焦炭的物化性质1. 焦炭的成分和结构焦炭是高温下经过干馏过程后形成的固体物质，它主要由有机物和无机物组成。
焦炭中有机物的主要成分是煤素（C），其含量在85%以上。
此外，焦炭中还含有一定量的挥发性有机物、水分、灰分、硫等。
焦炭的结构主要由两种形态组成，即孔隙和密度。
孔隙是指焦炭内部的空洞，它对焦炭的吸附、气体扩散和化学反应等有着很大的影响。
焦炭的密度是指焦炭的物质密度，它影响着焦炭的形态、坚固程度和导电性能等。
2. 焦炭的热力学性质焦炭的热力学性质包括热容、热导率和热膨胀系数等。
热容是指单位质量焦炭在温度变化下的热吸收量，它对热量传递和蓄热能力有着重要影响。
热导率是指焦炭在温度变化下的导热能力，它对焦炭的热传递、烧结和灼烧等过程有着决定性的影响。
热膨胀系数是指焦炭在温度变化下的体积变化率，它影响着焦炭的热膨胀性和吸附性等。
3. 焦炭的物理性质焦炭的物理性质主要包括密度、孔隙度、导电性和导热性等。
焦炭的密度和孔隙度是影响石墨化程度和抗氧化能力的关键因素。
焦炭的导电性和导热性则与电炉冶炼、大型炉窑内的温度分布等相关。
二、焦炭在冶金生产中的应用1. 焦炭的使用方式焦炭主要有两种使用方式，一种是干法熔炼，另一种是湿法熔炼。
干法熔炼主要适用于炼铜、铝和镁等金属的生产中，湿法熔炼则适用于炼钢和铁合金等产业中。
2. 焦炭在有色金属冶炼中的作用焦炭在有色金属冶炼中是起到还原剂的作用，它可以将氧化铜等金属氧化物还原为金属，并且将二氧化碳还原为一氧化碳，进一步参与冶炼过程。
焦炭质量的优劣会对冶炼反应的速度和效率以及金属的纯度等方面产生影响。
3. 焦炭在钢铁生产中的作用焦炭是钢铁生产中不可或缺的原材料，它在铁矿的炼制、高炉冶炼和钢水的浇铸等环节都扮演着重要角色。
焦炭的化学式
焦炭的化学式焦炭的化学式为C，它是一种黑色固体，是煤炭在高温下经过干馏而得到的。
焦炭是一种重要的工业原料，广泛应用于钢铁、铝、铜等行业。
本文将从焦炭的制备、性质、应用等方面进行探讨。
一、焦炭的制备焦炭的制备是通过煤炭在高温下经过干馏而得到的。
干馏是指在没有氧气的情况下，将煤炭加热至高温，使其分解产生气体和固体产物。
在干馏过程中，煤炭中的挥发性物质被释放出来，形成焦油和煤气，而固体产物则是焦炭。
焦炭的制备过程分为两个阶段：初级干馏和二次加热。
初级干馏是指将煤炭加热至800℃左右，使其分解产生焦油、煤气和焦炭。
焦炭的产率取决于煤炭的种类和质量，一般为20%~30%。
二次加热是指将初级干馏得到的焦炭再次加热至高温，使其脱除残留的挥发性物质，提高焦炭的纯度和硬度。
二、焦炭的性质1.物理性质焦炭是一种黑色固体，呈块状或颗粒状。
它的密度大约为1.5~1.8g/cm³，比煤炭的密度高。
焦炭的硬度很高，可以用来制作磨料和研磨材料。
焦炭的熔点很高，约为2800℃，是一种优良的耐2.化学性质焦炭主要成分是碳，因此它具有良好的化学稳定性。
焦炭不易被酸、碱、水等化学物质侵蚀，可以用来制作耐腐蚀的容器和管道。
焦炭在高温下可以与氧气反应，生成二氧化碳和一氧化碳等气体。
三、焦炭的应用1.钢铁行业焦炭是钢铁行业的重要原料之一，用于炼铁和炼钢。
在炼铁过程中，焦炭作为还原剂，将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁。
在炼钢过程中，焦炭作为燃料和还原剂，将生铁中的杂质去除，提高钢的质量。
2.铝行业焦炭也是铝行业的重要原料之一，用于制造铝的电解槽。
在铝的电解过程中，焦炭作为电极，将氧化铝还原成金属铝。
3.化工行业焦炭可以用来制造化学品，如苯、甲醇、丙烯等。
焦炭中的苯是一种重要的有机化学原料，广泛应用于合成染料、塑料、橡胶等化学品。
焦炭还可以用来制造炭黑、石墨、电极等产品。
炭黑是一种黑色粉末，广泛应用于橡胶、塑料、油墨等行业。
石墨是一种具有良好导电性和热稳定性的材料，广泛应用于电池、电极、涂料等领域。
焦炭的品种及其指标
焦炭一、焦炭定义烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050 ℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温）。
由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。
炼焦过程中产生的经回收、净化后的既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。
是高炉焦、铸造焦、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，因此往往把高炉焦称为冶金焦。
铸造焦是专用与熔铁的焦炭。
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。
二、焦炭分布从我国焦炭产量分布情况看，我国炼焦企业地域分布不平衡，主要分布于华北、华东和东北地区。
三、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。
炼铁高炉采用焦炭代替，为现代高炉的大型化奠定了基础，是冶金史上的一个重大里程碑。
为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭（冶金焦）必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。
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、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、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。
四、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：为；视密度为cm3 ；为35-55% ；散密度为400-500kg/ m3 ；平均为（kgk ）（100 ℃），（kgk ）（1000 ℃）；热导率为（mhk ）（常温），（mhk ）（900 ℃）；着火温度（空气中）为450-650 ℃；干燥无灰基低热值为30-32KJ/g ；比表面积为五、焦炭的反应性及反应后的强度焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，CRI =（G0 —G1）/ G0× 100% （注：G0---------------------------------- 试验焦炭样重量，g ；G1 反应后焦炭样重量，g; ）。
炼焦
焦炉的发展趋势应满足的要求：1.生产优质产品2.生产能力大，劳动生产率和设备利用率高3.加热系统阻力小，能耗低4.炉体坚固、严密、衰老慢5.劳动条件好，调节控制方便，污染少
焦炉加热用的气体燃料：焦炉煤气和高炉煤气。
燃烧的三个条件：可燃成分，氧，一定的温度。
着火：闪燃，着火，自燃。
中国大多说地区煤炭的特点：1.肥煤、肥气煤粘结性较好，储量大，但灰分和馏分高2.焦煤黏结性好，但储量不大3.弱黏结性煤储量较大，灰分馏分低，易清洗。
接受来煤时应注意：1.每批来煤应按规定程序进行取样分析2.根据来煤的不同，要分别接受3.为稳定和改善原料煤的质量，来煤应尽可能送往储煤场4.各种煤的卸煤场地必须保持清洁
粒度大于60-80mm的焦炭可供铸造使用，40-60mm的焦炭供大型高炉使用，25-40mm的焦炭供高炉和耐火材料厂竖窑使用，10-25mm的焦炭用作烧结机的燃料或供小高炉，发生炉使用，<10mm的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ焦供烧结矿石用。
焦炭的工业分析包括：水分、灰分和挥发分的测定及焦炭中固定碳的计算。
影响焦炭反应性因素：原料煤的性质、炼焦工艺。
煤气产率以稳定组为最高，丝质组最低，镜质组居中，焦油产率以稳定组为最高，丝质组最低，镜质组居中，焦炭产量丝质组最高，镜质组居中。
煤炼焦的产物比例 气：焦=3：7
褐煤是煤化程度最低的煤，隔绝空气加热时不产生胶质体，也没有黏结性，不能单独成焦，长焰煤是烟煤中煤化程度最低的煤，变质程度比褐煤高，配煤炼焦加入长焰煤可以起瘦化作用，脆性小，难磨粉。
煤炭焦化
我国冶金焦炭质量标准
类别 I II III 抗碎强度 % ≥92.0 88.1～ 92.0 83.0～ 88.0 耐磨强度 % ≤7.0 ≤8.5 ≤10.5 灰分 % ≤12 ≤12.01～ 13.50 13.51～ 15.0 硫分 % ≤0.6 0.61～ 0.8 0.81～1.0 挥发分 % ≤1.9 ≤1.9 ≤1.9
第六章
煤炭焦化
概 述
1、粘结性煤在隔绝空气 的条件下加热至1000℃ 左右（高温干馏），得 到多孔性固体块状物— —焦炭。此过程称为煤 的焦化，所得到的最终 产物有焦炭、煤气和煤 焦油等， 2、炼焦化学产品：
名称
焦炭
焦炉煤气 焦油 粗笨 氨 硫磺
产率%
72-76
15-19 3.5-4.2 0.8-1.4 0.22-0.25 0.3-0.6
1—炭化室； 2—炉头； 3—隔墙； 4—立火道 炭化室的高度一般 4～6米，宽度450毫米 燃烧室的温度1300℃ 炭化室的温度1100℃
⑵蓄热室
1—主墙； 2—小烟道粘土衬 砖； 3—小烟道； 4—单墙； 5—篦子砖； 6—隔热砖。
⑶炉顶区
1—装煤孔 2—看火孔 3—烘炉孔 4—挡火砖
⑷斜道区：斜道是连接燃烧室立火道和蓄热 室的通道 。燃烧室的每个立火道都与两个 斜道和一个砖煤气道相连。 斜道区复杂，是焦炉使用砖型最多的区域。 ⑸焦炉基础和烟道
四、炼焦炉生产操作 1、装煤操作：
要求装满、装平、定量、均衡、减少烟尘排放。
2、焦炉的出炉操作： ⑴推焦： 焦炉的出炉应严格按推焦计划进行，保证整个 炉组各炭化室实现定时、准点出焦。
周转时间——某一孔炭化室相邻两次推焦或装煤的时间间隔。 推焦串序—— 一组焦炉各炭化室装煤、推焦的前后次序。
高炉用燃料,1
六．焦炭生产流程：
• 洗煤、配煤、炼焦和产品处理工序。 • （一）煤的性质： • 1、煤的化学成分
• 煤的化学成分主要包括碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。 煤的主要可燃元素是碳：约为65%-95%，其次是氢：约 为2%-7%，氧：3%-5%，有时高达25%，氮：1%-2%，
硫1%，灰分和水分为煤的惰性质。
• ⑹贫煤：有挥发分，无胶质和粘结性，配煤加入，可作瘦 化剂．
• 配煤是将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦，在 保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤使用范围，且尽可 能地得到一些化工产品。
2、 配煤要求：
•
• •
灰分:<10-12%,全部进入焦炭
硫≯1.0-1.2%, 挥发分:25-30% 挥发分高，焦炉煤气产量高， 可提高化工产品的产量，但高挥发性煤的结焦性 差，从而使焦炭的强度变差。
第三章、高炉用燃料
一、焦炭在高炉冶炼中的作用
1.发热剂：
焦炭在风口前燃烧放出热量，使高炉冶炼所需热量的主要来源，高 炉冶炼消耗的热量有70-80%来自燃料。
2.还原剂：
焦炭中的Ｃ和焦炭燃烧产生的ＣＯ都是将铁及其他氧化物中的还原 剂。
3.料柱骨架：
焦炭从入炉到燃烧，既不软也不融化,焦炭多孔，可改 善料柱的透气性
2.硫和磷：焦炭中的硫和磷都是有害元素，存在于焦炭的 灰分之中。 ⑴硫和磷含量要低． ⑵含硫量对高炉冶炼的影响． 焦炭中含硫高，熔剂用量增加，渣量升高，焦比增加． 鞍钢：硫升高0.1%，焦比升高1.2-2.0%，产量降低2%。 我国焦炭含硫较低，一般0.5～1.0%， 含磷一般低于 0.05%
3.挥发分： 0.7-1.2% ⑴挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物质有： 碳、氢、氧及少量硫和氮。 ⑵挥发分是衡量焦炭成熟程度的指标。
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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%。
六、焦炭的质量指标
焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。
裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。
衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。
不同用途的焦炭，对气孔率指标
要求不同，一般冶金焦气孔率要求在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。
焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。
焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。
焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。
M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。
七、焦炭质量的评价
1、焦炭中的硫分：硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。
在炼钢生铁中硫含量大于 0.07% 即为废品。
由高炉炉料带入炉内的硫有 11% 来自矿石；3.5% 来自石灰石；
82.5% 来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。
焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。
当焦炭硫分大于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%, 矿石加入量增加0.3% 高炉产量降低1.5—2.0%. 冶金焦的含硫量规定不大于 1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于 0.4—0.7% 。
2、焦炭中的磷分：炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03% 以下。
3、焦炭中的灰分：焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。
焦炭灰分增加1%，焦炭用量增加 2—2.5% 因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。
4、焦炭中的挥发分：根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。
如挥发分大于1.5%，则表示生焦；挥发分小于 0.5—0.7%, 则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。
5、焦炭中的水分：水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。
此外，焦炭水分提高会使M04偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。
6、焦炭的筛分组成：在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。
我国过去对焦炭粒度要求为：对大焦炉（1300—2000 平方米）焦炭粒度大于 40 毫米；中、小高炉焦炭粒度大于 25 毫米。
但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40—25 毫米为好。
大于 80 毫米的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。
这样焦炭块度均一，空隙大，阻力小，炉况运行良好。