1、焦炭的定義:焦炭是一種固體燃料,質(zhì)硬,多孔,發(fā)熱量高。用煤高溫干餾而成,多用于煉鐵。焦炭是煙煤在隔絕空氣的條件下,加熱到 950-1050℃,經(jīng)過干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段最終制成焦炭,這一過程叫高溫煉焦(高溫干餾)。由高溫煉焦得到的焦炭用于高爐冶煉、鑄造和氣化。煉焦過程中產(chǎn)生的經(jīng)回收、凈化后的焦爐煤氣既是高熱值的燃料,又是重要的有機合成工業(yè)原料。
2、焦炭的分類:
焦炭通常按用途分為冶金焦(包括高爐焦、鑄造焦和鐵合金焦等)、氣化焦和電石用焦等。由煤粉加壓成形煤,在經(jīng)炭化等后處理制成的新型焦炭稱為型焦。
冶金焦是高爐焦、鑄造焦、鐵合金焦和有色金屬冶煉用焦的統(tǒng)稱。由于 90%以上的冶金焦均用于高爐煉鐵,因此往往把高爐焦稱為冶金焦。中國制定的冶金焦質(zhì)量標準(GB/T1996-2003)就是高爐質(zhì)量標準。 鑄造焦是專用與化鐵爐熔鐵的焦炭。鑄造焦是化鐵爐熔鐵的主要燃料。其作用是熔化爐料并使鐵水過熱,支撐料柱保持其良好的透氣性。因此,鑄造焦應(yīng)具備塊度大、反應(yīng)性低、氣孔率小、具有足夠的抗沖擊破碎強度、灰分和硫分低等特點。
氣化焦是專用于生產(chǎn)煤氣的焦炭。主要用于固態(tài)排渣的固定床煤氣發(fā)生爐內(nèi),作為氣化原料,生產(chǎn)以 CO和H2為可燃成分的煤氣。因為產(chǎn)生 CO 和 H2 的過程均是吸熱反應(yīng),需要的熱量由焦炭的氧化、燃燒提供,因此氣化焦也是氣化過程的熱源。氣化焦要求灰分低、灰熔點高、塊度適當和均勻。其一般要求如下:固定炭>80%;灰分1250攝氏度;揮發(fā)分<3.0%;粒度15-35mm和35mm兩級。冶金焦雖可以用作氣化焦,但由于受煉焦煤資源和價格等的限制,一般不用冶金焦制氣。以高揮發(fā)分粘結(jié)煤為原料生產(chǎn)的氣煤焦,塊度小、強度低,不適用于高爐冶煉,但它的氣化反應(yīng)性好,可取代氣化焦用于制氣。
電石用焦是在生產(chǎn)電石的電弧爐中作導電體和發(fā)熱用的焦炭。電石用焦加入電弧爐中,在電弧熱和電阻熱的高溫(1800-2200℃)作用下,和石灰石發(fā)生復(fù)雜的發(fā)應(yīng),生成熔融狀態(tài)的碳化鈣(電石)。其生成過程可用下列發(fā)應(yīng)式表示:CaO+3C→CaC2+CO-46.52KJ
電石用焦應(yīng)具有灰份低、反應(yīng)性高、電阻率大和粒度適中等特性,還要盡量除去粉末和降低水分。其化學成分和粒度一般應(yīng)符合如下要求:固定碳大于 84%,灰份小于 14%,揮發(fā)份小于 2%,硫份小于 1。5%,磷分小于 0.04%,水分小于 1.0%,粒度根據(jù)生產(chǎn)電石的電弧爐容量而定。電爐容量/KV?A 粒度/mm <5000 3-12 5000-10000 3-15 10000-20000 3-18 >20000 3-20 粒度合格率要求在 90%以上。
鐵合金焦是用于礦熱爐冶煉鐵合金的焦炭。鐵合金焦在礦熱爐中作為固態(tài)還原劑參與還原反應(yīng),反應(yīng)主要在爐子中下部的高溫區(qū)進行。以冶煉歸鐵合金為例,其反應(yīng)式為 SiO2(液)+2C(固)=Si(液)+2CO(氣),隨著反應(yīng)的進行,焦炭中的固定碳不斷消耗,主要以 CO 形式從爐頂逸出。焦炭灰份中的三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和五氧化二磷等,部分或大部分被還原出來,進入合金中;未參加反應(yīng)的部分進入爐渣。焦炭中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅后揮發(fā)掉。冶煉不同品種的鐵合金,對焦炭質(zhì)量的要求不一,生產(chǎn)硅鐵合金時對焦炭質(zhì)量要求最高,所以能滿足硅鐵合金生產(chǎn)的鐵合金焦,一般也能滿足其他鐵合金生產(chǎn)的要求。
硅鐵合金生產(chǎn)對焦炭的要求是:固定碳含量高,灰份低,灰中有害物質(zhì)三氧化二鋁和五氧化二磷等的含量要少,焦炭反應(yīng)性好,焦炭電阻率特別是高溫電阻率要大,揮發(fā)份要低,有適當?shù)膹姸群褪臣Z的塊度,水分少而穩(wěn)定。
中國冶標(YB/T034-92)規(guī)定了鐵合金焦的技術(shù)要求,要求粒度為 2-8mm,8-20mm,8-25mm。型焦是由煤粉等原料加壓成型煤,再經(jīng)炭化等后處理制成的一種新型焦炭。型焦品種較多,按所用原料可分為褐煤型焦和無煙煤型焦等;按制備工藝可分為冷壓型焦和熱壓型焦兩類;按用途可分為高爐型焦和鑄造型焦等。
3、冶金焦指標如下:
一級冶金焦: 固定碳〉86%; 發(fā)熱量 7300cal/kg; 灰份〈12%; 揮發(fā)份〈1 .9%; 全〈水 5%; 硫〈0.6%;
二級冶金焦: 固定碳 84.5-85%; 發(fā)熱量 7000cal/kg;灰份〈13.5%; 揮發(fā)份〈1.9%; 全〈水 6%; 硫〈0.7%;
三級冶金焦: 固定碳 83-84.5%; 發(fā)熱量 6500cal/kg;灰份〈15%; 揮發(fā)份〈1.9%; 全〈水 6%; 硫〈1%