焦炭在冶炼过程中的主要成分有那些

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（高温干馏）。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、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。

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。

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。

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木炭，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、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。

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：

真密度为18-195g/cm3；

视密度为088-108g/cm3；

气孔率为35-55%；

散密度为400-500kg/m3；

平均比热容为0808kj/（kgk）（100℃），1465kj/（kgk）（1000℃）；

热导率为264kj/（mhk）（常温），691kg/（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06-08m2/g。

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，焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。

中国标准（GB/T4000-1996）规定了焦炭反应性及反应后强度试验方法。其做法是使焦炭在高温下与二氧化碳发生反应没，然后测定反应后焦炭失重率及其机械强度。焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值：

CRIr≤24%

CSR：≤32%

焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。

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007%即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石；35%来自石灰石；825%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16%，硫份每增加01%，焦炭使用量增加18%，石灰石加入量增加37%,矿石加入量增加03%高炉产量降低15—20%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04—07%。

2、焦炭中的磷分：炼铁用的冶金焦含磷量应在002—003%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—25%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15%，则表示生焦；挥发分小于05—07%,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。

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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（高温干馏）。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、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。

焦炭物理性质

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：

平均比热容为 0808kj/（kgk）（100℃），1465kj/（kgk）（1000℃）

热导率为 264kj/（mhk）（常温），691kj/（mhk）（900℃）；

着火温度（空气中）为 450-650℃；

干燥无灰基低热值为 30-32KJ/g；

焦炭化学成分

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；）。焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和 热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。由于焦与氧和水蒸气的反应有与二氧化碳的反应类似的规律，因此大多数国家都用焦炭与 二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。

焦炭反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值：

CRIr≤24%

CSR：≤32%

焦炭反应性及反应后强度的试验结果均取平行试验结果的算术平均值。

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（高温干馏）。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、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。

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。

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。

焦炭的种类

焦炭通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和电石用焦等。由煤粉加压成形煤，在经炭化等后处理制成的新型焦炭称为型焦。

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。中国制定的冶金焦质量标准（gb/t1996-94）就是高炉质量标准。

气化焦是专用于生产煤气的焦炭。主要用于固态排渣的固定床煤气发生炉内，作为气化原料，生产以co和h2为可燃成分的煤气。气化过程的主要反应有：

c+o2→co2+408177kj

co2+c→2co-162142kj

c+h2o→co+h2-118628kj

c+2h2o→co2+2h2-75115kj

因为产生co和h2的过程均是吸热反应，需要的热量由焦炭的氧化、燃烧提供，因此气化焦也是气化过程的热源。气化焦要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。其一般要求如下：固定炭>80%；灰分<15%；灰熔点>1250摄氏度；挥发分<30%；粒度15-35mm和35mm两级。冶金焦虽可以用作气化焦，但由于受炼焦煤资源和价格等的限制，一般不用冶金焦制气。以高挥发分粘结煤为原料生产的气煤焦，块度小、强度低，不适用于高炉冶炼，但它的气化反应性好，可取代气化焦用于制气。

电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温（1800-2200摄氏度）作用下，和石灰发生复杂的反应，生成熔融状态的炭化钙（电石）。其生成过程可用下列反应式表示：

cao+3c→cac2+co-4652kl

电石用焦应具有灰分低、反应性高、电阻率大和粒度适中等特性，还要尽量除去粉末和降低水分。其化学成分和粒度一般应符合如下要求：固定碳>84%，灰分<14%，挥发分<20%，硫分<15%，磷分<04%，水分<10%，粒度根据生产电石的电弧炉容量而定：

电炉容量/kva

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

型焦是由煤粉等原料加压成型煤，再经炭化等后处理制成的一种新型焦炭。型焦品种较多，按所用原料可分为褐煤型焦和无烟煤型焦等；按制备工艺可分为冷压型焦和热压型焦两类；按用途可分为高炉型焦和铸造型焦等。

1、焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼外，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。

2、焦炭是固体燃料的一种。由煤在约1000℃的高温条件下经干馏而获得。主要成分为固定碳，其次为灰分，所含挥发分和硫分均甚少。呈银灰色，具金属光泽。质硬而多孔。

3、其发热量大多为26380～ 31400kJ/kg(6300～7500kcal/kg)。按用途不同，有冶金焦炭、铸造用焦和化工用焦三大类。按尺寸大小，又有块焦、碎焦和焦屑等之分。主要用于冶炼钢铁或其他金属，亦可用作制造水煤气、气化和化学工业等的原料。

焦炭和兰炭的区别如下：

1、原料不同

一般焦炭产品原料主要以具有较强粘结性的焦煤、肥煤等炼焦煤种为主。

兰炭一般以单一煤种生产，在生产过程中不需要配煤。

2、用途不同

一般意义的焦炭产品多用于高炉炼铁和铸造等冶金行业。

兰炭不能用于高炉生产。但在铁合金、电石、化肥等行业，兰炭完全可以代替一般焦炭，并且质量优于国家冶金焦、铸造焦和铁合金专用焦的多项标准，因而兰炭在提高下游产品质量档次、节约能源、降低生产成本、增加产量等方面，具有更高的应用价值。

3、技术工艺

一般焦炭产品技能生产多以高温干馏为主，干馏温度通常需要达到1000℃左右。

兰炭生产则多以低温干馏为主，干馏温度一般在600℃左右。

4、品质不同

焦炭主要成分为固定碳，其次为灰分，所含挥发分和硫分均甚少。呈银灰色，具金属光泽。质硬而多孔。

兰炭作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性。

参考资料：

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